METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN ACCELERATOR

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Gaspedals

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Gaspedals.

Ein Gaspedal in Fahrzeugen wird zur Einstellung der Spritzzufuhr zu dem Motor des Kraftfahrzeugs verwendet, indem der Fahrer mit dem Fuß ein gegen eine Rückstellkraft vorgespanntes Gaspedal drückt, die Position des Gaspedals festgestellt und entsprechend der Position des Gaspedals die Spritzufuhr durch eine Steuerung eingestellt wird. In älteren Fahrzeugen wurde die Stellung des Gaspedals auch über einen Seilzug unmittelbar an eine an dem Motor des Kraftfahrzeugs angeordnete Spritzufuhr weitergeleitet.

In modernen Fahrzeugmotoren erfolgt die Spritzzufuhr aufgrund elektrischer Signale durch die Motorsteuerung. Die Motorsteuerung erhält diese Signale von einem an dem Gaspedal angeordneten Positionsdetektor, der die aktuelle Stellung des Gaspedals detektiert, wobei das Signal durch eine Steuerung in eine Spritzufuhr umgewandelt wird. Das Gaspedal stellt somit die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) dar . In modernen Kraftfahrzeugen wird eine derartige Mensch- Maschine-Schnittstelle zunehmend auch dafür genutzt, durch Sensoren erfasste Gefahrensituationen des Fahrzeugs im Rahmen von Fahrerassistenzsystemen an den Fahrer zu melden. Eine der bekannten Maßnahmen besteht darin, Gefahrensituationen durch Einwirkungen auf das Gaspedal anzuzeigen.

So ist aus der DE 60 2005 005 683 T2 ein Alarmsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Gaspedal und einer Signalisiereinrichtung bekannt, die eine dem Gaspedal zugeordnete, e- lektrisch betriebene Stellgliedeinrichtung aufweist, welche dann in Betrieb gesetzt wird, wenn eine Gefahrensituation signalisiert werden soll. Dann wird durch die Stellgliedeinrichtung auf das Pedal eine Kraft aufgebracht, die der Fahrer mit seinem Fuß fühlen kann. Die Stellgliedeinrichtung kann beispielsweise elektromotorisch betrieben sein.

Ferner ist ein als Force Feedback Pedal (FFP) bezeichnetes aktives Gaspedal der Anmelderin bekannt, das unmittelbar und ohne Zwischenschalten einer Stellgliedeinrichtung durch einen Elektromotor mit einer Kraft in Löserichtung des Gaspedals beaufschlagt werden kann und zur Signalisierung von Gefahrensituationen eingesetzt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch das Gaspedal vorgegebene Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) einer erweiterten Nutzung zuzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ist vorgesehen, dass die Steuerung des Gaspedals beispielsweise durch Datenaustausch mit der den Motor des Kraftfahrzeugs steuernden Motorsteuerung und/oder einem Fahrerassistenzsystem eine der aktuellen Fahrsituation angepasste Fahrweise, bei welcher insbesondere der geringste Spritverbrauch erreicht wird, und daraus eine durch das Gaspedal vorzugebende Spritzufuhr ermittelt und auf das Gaspedal einwirkt, um diese vorzugebende Spritzufuhr einzustellen .

Moderne Motorsteuerungen sind in der Lage, den Arbeitspunkt eines Fahrzeugmotors sowie den aktuellen Sprit- bzw. Kraftstoffverbrauch zu ermitteln. Beispielsweise über Kennlinien kann ein besonders energiesparender Arbeitspunkt in der Nähe des aktuellen Arbeitspunkts festgestellt werden. Dieser Arbeitspunkt lässt sich neben anderen Maßnahmen auch durch eine Anpassung der Spritzufuhr einstellen, ohne dass beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit deutlich verändert wird. Indem die Steuerung auf das Gaspedal einwirkt, ermöglicht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Führen des Fahrers bei Betätigung des Gaspedals hin zu einem optimaleren Arbeitspunkt des Motors.

Ein derartiges Vorgehen kann beispielsweise auf Autobahnen sinnvoll sein, um den Motor in einen effizienten Drehmomentbereich zu bringen, gegebenenfalls unter Inkaufnahme einer kleineren Abweichung in der Geschwindigkeit. Damit diese Abweichung durch den Fahrer des Fahrzeugs nicht als Komforteinbuße wahrgenommen wird, kann gegebenenfalls eine maximale Geschwindigkeitsabweichung von der aktuellen Geschwindigkeit vorgegeben werden, die bei der Anpassung der Fahrweise toleriert wird. Auch im Falle eines Kolonnenfahrens kann insbesondere durch Erreichen einer gleichmäßigen Bewegung der Spritverbrauch erheblich vermindert werden. Durch Einwirkung auf das Gaspedal kann dem Fahrer eine aus der gegebenen Situation heraus sich ergebene sinnvolle Geschwindigkeit vorgegeben werden, an die er sich einfach halten kann, indem er den Einrichtungsvorgaben für das Gaspedal folgt. Bei Kolonnenfahrten kann die der aktuellen Fahrsituation angepasste Fahrweise insbesondere durch Festlegen einer mittleren Kolonnengeschwindigkeit bestehen, die durch eine C2C- bzw. C2X- Kommunikation (Car-to-Car bzw. Car-to-Infrastructure- Communication) ermittelt wird.

Auch könnte ein Fahrer zum Einhalten einer beispielsweise durch den Fahrer selbst vorgebbaren Richtgeschwindigkeit oder zum Befolgen eines Tempolimits angeleitet werden, welches durch Umweltsensorik bzw. C2X-Kommunikation festgestellt werden kann.

Insgesamt kann der Verkehrsfluss auch erhöht werden, wenn beim Anfahren an einer Ampel eine zügige Beschleunigung aller Verkehrsteilnehmer erfolgt, weil nach erfolgter Beschleunigung in der Regel ein hinsichtlich des Spritverbrauchs günstigerer Arbeitspunkt des Motors erreicht wird. Zudem können bei zügigem Anfahren aller Fahrzeuge an einer Ampel bei großer Verkehrsdichte mehr Fahrzeuge den Ampelbereich in einer Ampelphase passieren, was insgesamt den Verkehrsfluss verbessert und global gesehen zur Energieeinsparung und C02-Reduktion beiträgt. Auch kann durch Einwirken auf das Gaspedal ein vorausschauendes Fahren durch Vorgabe geeigneter Geschwindigkeiten begünstigt werden, beispielsweise dem Mitteilen von Ampelphasen oder Gefahrenquellen, die insbesondere mittels C2C- bzw. C2X-Kommunikation mitgeteilt werden können.

Ebenso kann durch Einwirken auf das Gaspedal ein gleichmäßigerer Fahrstiel erzielt werden, indem z.B. häufige bzw. ruckartige Geschwindigkeitsänderungen vermieden werden. Hierzu wird die Geschwindigkeit der Gaspedalbetätigung ermittelt und mit der Auslenkung in Relation gebracht. Über einen in der Steuerung mit integrierten Tiefpassfilter kann eine Gegenkraft auf das Gaspedal aufgebracht, um schnelles Gasgeben zu erschweren.

Natürlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass eine derartige Funktion zur Einwirkung auf das Gaspedal durch den Fahrer deaktivierbar und beispielsweise an die Einstellung eines eco-Modus in der Fahrzeugsteuerung gekoppelt ist. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann selbstverständlich auch mit den bereits bekannten Gefahrenhinweisen durch beispielsweise hochfrequentes Einwirken auf die Gaspedalstellung gekoppelt werden.

Zur Durchführung des Verfahrens kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen werden, dass die Steuerung eine der vorzugebenden Spritzufuhr entsprechende Stellung des Gaspedals ermittelt und durch Vergleich mit einem Stellungs- bzw. Positionssensor des Gaspedals und Einwirkung auf eine Stelleinrichtung beispielsweise mittels eines Elektromotors zur Erzeugung einer zumindest in Löserichtung des Gaspedals variablen Gegenkraft auf das durch den Fahrer aus seiner Ruheposition in Betätigungsrichtung und gegen eine Rückstellkraft gedrückte Gaspedal versucht, diese Stellung des durch den Fahrer betätigten Gaspedals einzustellen. Dazu kann die dem Druck des Fahrers auf das Gaspedal entgegengesetzte Gegenkraft erhöht werden, wenn eine optimale Gaspedalstellung erreicht ist. Wenn der Fahrer diese Stellung beim Drücken des Gaspedals überschreitet, kann eine weitere Erhöhung der Gegenkraft stattfinden, die den Fahrer dazu veranlasst, den Druck auf das Gaspedal zurückzunehmen. So kann der Fahrer in eine optimale Gaspedalstellung geführt werden.

Eine noch bessere Führung lässt sich erfindungsgemäß dann erreichen, wenn die Steuerung auch eine variable, in Betätigungsrichtung des Gaspedals wirkende Stellkraft erzeugt bzw. erzeugen kann. Durch eine derartige Maßnahme kann der Fahrer auch aktiv zu einer stärkeren Beschleunigung angeregt werden, wenn dies eine der aktuellen Fahrsituation an- gepasste Fahrweise erfordert.

Um zu vermeiden, dass das Fahrzeug ohne Zutun des Fahrers allein aufgrund der Einwirkung auf das Gaspedal beschleunigt, ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn die in Betätigungsrichtung des Gaspedals wirkende und von der Steuerung erzeugte Stellkraft kleiner ist als die Rückstellkraft des Gaspedals. Hierdurch wird erreicht, dass eine Beschleunigung des Fahrzeugs nur bei aktiver Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer stattfinden kann, der Fahrer jedoch gegebenenfalls zu einer stärkeren Beschleunigung angeregt wird. Die erfindungsgemäße Steuerung ist also derart eingerichtet, dass sie versucht, den Fahrer zur geeigneten Einstellung des Gaspedals zu beeinflussen. Die Funktionsweise ist dabei ähnlich einer herkömmlichen Regelung: es wird die Abweichung zwischen der der ermittelten optimalen Spritzufuhr entsprechenden Stellung des Gaspedals und der aktuellen Stellung des Gaspedals im Sinne einer Regelabweichung festgestellt. Die Erzeugung der variablen Gegenkraft oder Stellkraft erfolgt dann in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung (Regelabweichung) , wobei für das Einstellen der Gegenkraft bzw. Stellkraft ein herkömmlicher Regelalgorithmus verwendet werden kann.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform, die gegebenenfalls auch mit der vorbeschriebenen Ausführungsform kombiniert werden kann, schlägt die vorliegende Erfindung ein Verfahren vor, bei dem die Steuerung die der aktuellen Stellung des Gaspedals entsprechende Spritzufuhr und die Abweichung von der vorzugebenden Spritzufuhr ermittelt und die bei der aktuellen Stellung des Gaspedals erzeugte Spritzufuhr anpasst, mit dem Ziel die vorzugebende Spritzufuhr einzustellen. Anstelle oder ergänzend zu einer Einwirkung durch Beeinflussung einer Stellkraft bzw. Gegenkraft bei der Betätigung des Gaspedals findet also eine Umeichung der Korrelationskurve statt, welche aus der jeweils detek- tierten Stellung des Gaspedals die Menge der Spritzufuhr bestimmt. Ein derartiges Vorgehen ist besonders vorteilhaft, weil zur Einwirkung auf das Gaspedal und die durch das Gaspedal definierte Spritzufuhrmenge keine Stelleinrichtungen notwendig sind. Dieser Vorschlag entspricht einer Führung des Gaspedals durch Variation der Gegenkraft, kann jedoch auf ausschließlich elektronischem Weg umgesetzt werden, wobei auch das vorbeschriebene Konzept der Regelung zur Anwendung kommen kann. Eine besonders effektive und komfortable Einwirkung lässt sich durch Kombination dieser beiden Varianten erreichen.

Aus Sicherheitsgründen kann vorgesehen werden, dass bei einer Gegenreaktion des Fahrers auf die Einwirkungen der Steuerung auf das Gaspedal diese Einwirkung abgebrochen wird. Dazu können sinnvollerweise Toleranzwerte in einer durch den Fahrer bewirkten, der Einwirkung entgegen gerichteten Bewegung des Gaspedals definiert werden, bei deren Erreichen die Steuerung eine Einwirkung auf das Gaspedal beendet, das dann nur noch gegen die übliche Wirkung der Rückstellkraft betätigt wird und/oder von einer der üblichen Korrelationskurve entsprechenden Spritzufuhrmenge bei gegebener Stellung des Gaspedals ausgeht.

Dabei kann erfindungsgemäß die Einwirkung der Steuerung auf das Gaspedal beendet werden, wenn durch die Stellung des Gaspedals die vorzugebende Spritmenge eingestellt ist. In diesem Fall wird das Erzeugen einer Stell- bzw. Gegenkraft eingestellt bzw. keine erneute Umeichung der Korrelationskurve Gaspedalstellung-Spritzufuhrmenge vorgenommen. Erfindungsgemäß kann eine Einwirkung auch immer dann beendet werden, wenn das Gaspedal in seine Ruhestellung zurückgeführt wird. Dann kann erfindungsgemäß auch die Korrelationskurve auf die Ausgangskurve zurückgesetzt werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Steuern eines Gaspedals entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 8 mit einem mit einer Rückstellkraft beaufschlagten Gaspedal, einem Stellungssensor bzw. Positionsdetektor zum Ermitteln der aktuellen Gaspedalstellung und einer Steuerung zur Vorgabe der Spritzufuhr in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals, wobei die Steuerung zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens oder einzelner Teile hiervon eingerichtet ist.

Zur Erzeugung einer Stell- oder Gegenkraft kann eine auf die Stellung des Gaspedals einwirkende Stellvorrichtung vorgesehen sein, welche zur Erzeugung der in Löserichtung des Gaspedals variablen Gegenkraft und/oder der in Betätigungsrichtung des Gaspedals wirkende variable Stellkraft eingerichtet ist. Im Falle einer Umeichung der Korrelationskurve kann die entsprechende Rechenvorschrift in einen Prozessor der Steuereinheit integriert sein.

Die Stellvorrichtung kann ein insbesondere umpolbarer E- lektromotor oder ein induktiv betriebenes Stellglied sein, wobei letzteres insbesondere einen in einer mit Strom beaufschlagten Spule geführten Permanentmagneten aufweist, so dass ähnlich wie bei dem Elektromotor durch Umpolung der Spule die Wirkrichtung der Stellvorrichtung beeinflusst werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und/oder der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und bildlich dargestellten Merkmale den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen. Es zeigen :

Fig. 1 schematisch ein in einem Fahrgastraum angeordnetes Gaspedal mit der erfindungsgemäßen Steuerung und

Fig. 2 ein Blockdiagramm zum Ablauf des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt ein in einem Fahrgastraum 1 angeordnetes Gaspedal 2, das durch einen Fahrer mit dem Fuß in Betätigungsrichtung B gedrückt werden kann. Die jeweilige Stellung des Gaspedals 2 wird in einem mit einem Stellungs- bzw. Positionssensor versehenen Getriebe 3 detektiert, wobei das Gaspedal 2 um das Getriebe 3 drehbar gelagert ist.

An das Getriebe 3 sind ein Elektromotor 4 sowie eine Steuerung 5 angeschlossen, welche sowohl die Position des Stellungssensors erfasst als auch den Elektromotor 4 ansteuert. Je nach Polung des Elektromotors 4 wird eine in Lösungsrichtung des Gaspedals 2 gerichtete Gegenkraft zu der in Druckrichtung (Bewegungsrichtung B) wirkenden Kraft bzw. eine in Betätigungsrichtung B wirkende Stellkraft erzeugt, die jeweils durch die Steuerung 5 vorgegeben werden, um den Fahrer in eine bevorzugte Stellung des Gaspedals 2 zu führen .

Die Steuerung 5 ermittelt die bevorzugte Stellung bzw. Position des Gaspedals 2 durch Datenaustausch mit einer Motorsteuerung 6 und/oder einem Fahrerassistenzsystem 7. Die Motorsteuerung 6 kann anhand der aktuellen Fahrsituation den Wirkungsgrad des Motors und gegebenenfalls eine einen verbesserten Wirkungsgrad des Motors ergebende Fahrsituation ermöglichen. Ähnliches gilt für das Fahrerassistenzsystem 7, das aufgrund von Umweltsensorik und/oder C2C- bzw. C2X-Kommunikation eine der Umwelt des Fahrzeugs optimal an- gepasste Geschwindigkeit ermitteln kann. Hieraus ergeben sich eine optimale Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder eine optimale Spritzufuhr, mit welcher die Motorsteuerung 6 den nicht dargestellten Motor des Kraftfahrzeugs ansteuert. Aus diesen Daten ermittelt die Steuerung 5 eine optimale, durch das Gaspedal 2 vorzugebende Spritzufuhr und wirkt mittels des Elektromotors 3 auf das Gaspedal 2 ein, um diese vorzugebende Spritzufuhr durch Führung des Fahrers in die bevorzugte Stellung des Gaspedals einzustellen.

In einer anderen Ausführungsform kann auf den in Fig. 1 dargestellten Elektromotor 4 gegebenenfalls verzichtet werden, indem die Steuerung 5 die der Stellung des Gaspedals in einer Korrelationskurve zugeordnete Spritzufuhr (menge) variiert, um die wie vorbeschrieben optimierte, vorzugebende Spritzufuhr einzustellen. Beide beschriebenen Möglichkeiten lassen sich auch kombinieren.

Der Ablauf des Verfahrens ist in dem Blockdiagramm gemäß Figur 2 dargestellt. Dazu fragt die Steuerung 5 bei der Motorsteuerung 6 und/oder dem Fahrerassistenzsystem 7 an, ob die derzeitige Fahrweise der aktuellen Fahrsituation ange- passt ist oder ob durch Beeinflussung der Fahrweise der Spritverbrauch reduziert werden kann. Die Antworten der Motorsteuerung 6 und/oder des Fahrerassistenzsystems 7 werden durch die Steuerung 5 ausgewertet und daraus eine durch das Gaspedal vorzugebende Spritzufuhr ermittelt. Sofern diese nicht mit den Daten des Stellungssensors 3 übereinstimmen, wirkt die Steuerung 5 - wie in dem linken Ast des Flussdiagramms dargestellt - mittels des Elektromotors 4 auf das Gaspedal 2 durch Erzeugen einer dynamischen Stell- und/oder Gegenkraft ein, um den Fahrer dazu zu bewegen, das Gaspedal 2 in eine der vorzugebenden Spritzufuhr entsprechende Stellung zu bringen. Diese Position des Gaspedals 2 wird anschließend durch den Stellungssensor 3 erfasst und über die Steuerung 5 an die Motorsteuerung 6 weitergeleitet.

In einem alternativen, in dem rechten Ast des Flussdiagramms dargestellten Regelvorgang, der gegebenenfalls auch zusätzlich zu dem vorbeschriebenen Regelvorgang eingesetzt werden kann, variiert die Steuerung 5 die gespeicherte Korrelationskurve, welche aus der Stellung des Gaspedals 2 eine der Motorsteuerung 6 mitzuteilende Spritzzufuhr ableitet, um auf diese Weise die vorzugebende Spritzzufuhr einzustellen. In diesem Fall wird die durch den Stellungssensor 3 in dem Getriebe detektierte Position des Gaspedal 2 mit einer anderen Interpretation, d.h. einem anderen Vorgabewert für die Spritzufuhr, an die Motorsteuerung 6 ausgesendet, ohne dass ein Elektromotor 4 betätigt und das Gaspedal 2 aktiv verstellt werden muss.

Sofern der Fahrer den Vorgaben der Steuerung 5 folgt und das Gaspedal 2 nicht entgegen der Einwirkung der Steuerung 5 betätigt, kann auf diese Weise eine verbrauchsoptimierte Fahrweise erreicht und der C02-Ausstoß reduziert werden. Konkret könnte die Steuerung 5 dabei wie folgt arbeiten. Der Fahrer eines Kraftfahrzeugs beschleunigt das Kraftfahrzeug und erreicht die Richtgeschwindigkeit von 130 km/h. Diese Geschwindigkeit entspricht auch einer optimalen Geschwindigkeit im Hinblick auf einen energieeffizienten Arbeitspunkt des Motors des Kraftfahrzeugs. Dies wird der Steuerung 5 durch die Motorsteuerung 6 signalisiert. Um dem Fahrer anzuzeigen, dass er nicht weiter beschleunigen, sondern statt dessen die vorgegebene Geschwindigkeit halten soll, wird durch den Elektromotor 3 eine gegen die Bewegungsrichtung des Gaspedals 2 wirkende Gegenkraft erzeugt, die den Fahrer veranlassen soll, nicht weiter zu beschleunigen. Sofern der Fahrer den Fuß daraufhin derart führt, dass das Gaspedal 2 in einer Pedalstellung verbleibt, die der vorzugebenden Spritzufuhr zum Halten der Geschwindigkeit entspricht, wird der Elektromotor 4 durch die Steuerung 5 nicht mehr angesteuert und erzeugt keine Gegenkraft.

Ein zweites konkretes Anwendungsbeispiel bietet sich in stockendem Verkehr oder bei einer Kolonnenfahrt an, in der mittels einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur oder einer Fahr- zeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (C2X bzw. C2C) durch ein Fahrerassistenzsystem 7 eine optimale Geschwindigkeit ermittelt wird. Um diese Geschwindigkeit einzustellen, ist eine bestimmte Spritzufuhr notwendig, welche die Steuerung 5 gegebenenfalls in Kommunikation mit der Motorsteuerung 6 ermittelt. Durch Ansteuerung des Elektromotors 4 versucht die Steuerung 5 dann, den Fahrer derart zu führen, dass das Gaspedal 2 in der gewünschten Stellung eingestellt wird, in der die vorzugebende Spritzufuhr tatsächlich eingestellt ist. Hierdurch kann z.B. das typische Stop-and-Go-Verhalten in stockendem Verkehr vermieden werden. Dies führt zu einer beträchtlichen Einsparung von Benzin und Energie.

Bezugszeichen :

1 Fahrgastraum

2 Gaspedal

3 Getriebe mit Positions- bzw. Stellungssensor

4 Elektromotor, Stelleinrichtung

5 Steuerung

6 Motorsteuerung

7 Fahrerassistenzsystem