Elektronisches Gas-, Brems-, oder Kupplungspedal – das sind die Vorteile

15-09-2020

Jeder kennt den klassischen Bowdenzug. Geführt in einem druckfesten, flexiblen Gleitrohr oder einem Flachdraht und umhüllt von einer wasserdichten Kunststoffschicht, dient eine Stahllitze zur Übertragung der mechanischen Kraft. Eingesetzt werden Bowdenzüge üblicherweise, um die Drosselklappe über das Gaspedal zu steuern oder über das Kupplungspedal den Ausrücker zu betätigen.

Der Bowdenzug überträgt Zugkräfte und wird mechanisch von einem Feder-Rücksteller wieder in die Ausgangsposition gebracht. Ein einfaches aber auch anfälliges System. Mechanische Komponenten unterliegen immer einem gewissen Verschleiß, sie müssen geschmiert und vor Umwelteinflüssen geschützt werden.

Zudem ist die Stellgenauigkeit nicht exakt, der Bowdenzug (aber auch ein Gestänge) kann sich verwinden, bei Kontakt mit Fahrzeugkomponenten aufscheuern, die Seele längt sich mit der Zeit. Bei Bremsanlagen sind hydraulische Systeme üblich, um beispielsweise den Bremsdruck direkt über das Bremspedal aufzubauen und über den Bremskraftverstärker zu verteilen. Lösungen mit Bowdenzug sind jedoch nach wie vor bei manuellen Hilfsbremsanlagen wie der Feststellbremse im Einsatz.

X-by-Wire

Bei modernen Automobilen verzichtet die Automobilbranche bereits teilweise bei der Betätigung des Gas-, Brems- oder Kupplungspedals auf den Bowdenzug, auf ein Gestänge oder die hydraulische Krafteinleitung. Das Zauberwort heißt „X-by-Wire“, was bei unseren Beispielen nichts anderes bedeutet, als die elektronisch oder elektro-hydraulisch gesteuerte Übertragung des Fahrerwunsches über die Pedale.

 

Die Pedalerie ist von der übrigen System-Peripherie also mechanisch entkoppelt. Ein Wegesensor (Pedalwertgeber) ermittelt dabei exakt die Position des Pedals und gibt die Informationen an das entsprechende Steuergerät weiter. Spezielle Aktoren sorgen für die Umsetzung der Pedalinformation über die entsprechenden Systemkomponenten.

 

Zusätzlich ermöglicht der X-by-Wire-Ansatz die Integration von zahlreichen Zusatzinformationen aus anderen Steuergeräten, um beispielsweise in gewissen Fahrsituationen die Motordrehzahl zu reduzieren, eine Bremsung einzuleiten oder bei Bedarf aus-, ein- oder anzukuppeln. So sind zahlreiche Assistenzsysteme wie Notbremsassistent oder Adaptiv-Cruise-Control beziehungsweise unterschiedliche Lastverteilungen bei Hybridfahrzeugen realisierbar.

Klassischer Bowdenzug: Die Stahlseele (1) wird in einem Gleitrohr (2) aus Kunststoff (hier im Bild) oder Flachdraht geführt. Zusätzlich schützt eine Kunststoffummantelung (3) vor Umwelteinflüssen. Bild: Georg Blenk, Krafthand Medien.

Das elektronische Gaspedal (Gas-by-Wire)

Je nach Wunsch des Fahrzeuglenkers variiert die Gaspedalstellung des elektronischen Gaspedals. Salopp gesagt, der/die Fahrer(in) gibt Gas. Der Fahrpedalsensor ist das Herzstück des elektronischen Gaspedals. Er gibt die Lastinformation an das Motorsteuergerät weiter. Sie dient dem Diesel-Motormanagementsystem als Hauptsteuergröße zur Berechnung der Grundeinspritzmenge, des notwendigen Kraftstoffsystemdrucks und in Verbindung mit der Motordrehzahl des Spritzbeginns.

 

Bei Ottomotor-Managementsystemen dient der Fahrpedalsensor ebenfalls zur Erfassung der Gaspedalstellung. In Abhängigkeit der Position wird vom Motorsteuergerät der Drosselklappen-Stellmotor angesteuert und auf den motordrehzahl- und motorlastabhängigen Drosselklappen-Öffnungswinkel eingestellt.

 

Der Fahrpedalsensor kann als kontaktloser Induktivgeber, als Hall-Geber oder als Potenziometer ausgeführt sein. Induktivgeber verfügen über eine interne Auswertschaltung und können sowohl analoge wie auch digitale Signalspannungen weiterleiten. Die induktiven Positionssensoren (CIPOS®) von HELLA funktionieren hochgenau, sind robust und überaus kompakt gebaut. Das elektronische Gaspedal ist eine Einheit, bestehend aus dem Pedal selbst, der Elektronik, dem Wegesensor, der Haptik-Einheit und dem Bordnetz-Anschlussstecker.

 

Je nach Fahrzeug ist eine stehende oder hängende Montage von elektronischen Fahrpedalen möglich. Beim Fahrpedalsensor handelt es sich um ein sicherheitsrelevantes Bauteil. Deshalb werden die Positionsdaten des Fahrpedalsensors ständig auf Plausibilität überprüft. Dies geschieht entweder durch zusätzlich verbaute Schalter (Leerlauf und Volllastschalter) oder durch ein oder mehrere zusätzliche Potenziometer.

Die Sensorik des Fahrpedalgebers (APS) überträgt den Fahrerwunsch, zu beschleunigen oder zu bremsen, an die Motorelektronik durch exakte Messung der Pedalstellung.

Feedbackfunktion

Auch die Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Fahrzeuglenker gestaltet sich immer interaktiver. Frontkameras erfassen beispielsweise über die Lane-Assist-Funktion, ob ein Auto die Fahrbahnmitte verlässt. Die Folge ist beispielsweise ein vibrierendes Lenkrad und warnendes Feedback an den Fahrer, bevor ein Brems- oder Lenkeingriff erfolgt.

 

Auch das Gaspedal dient mittlerweile als Feedbackbauteil und liefert je nach Fahrsituation eine Rückmeldung. Das Feedbackpedal kann nicht nur die Haptik (härteres und weicheres Gaspedal) anpassen, vielmehr ermöglicht die Feedbackfunktion beispielsweise die Schaltpunkterfassung zur optimalen Wahl des Schaltzeitpunkts durch ein Klopfsignal oder eine Rückmeldung beim Start des Verbrennungsmotors bei Hybridfahrzeugen.

 

Die Positionsmesstechnologie bildet den wesentlichen Teil eines Feedbackfahrpedalgebers, welcher ein hohes Maß an Genauigkeit benötigt. HELLA ist mit der CIPOS®-Technologie auch hier führend.

Das elektronische Bremspedal (Brake-by-Wire)

Bei elektronischen Bremssystemen ist das Bremspedal ebenfalls von den eigentlichen Bremsen entkoppelt. Baut man bei klassischen Bremsanlagen direkt hydraulisch über die Bremsflüssigkeit den Bremsdruck auf, so geschieht dies bei Brake-by-Wire beispielsweise über eine elektro-hydraulische Einheit. Die Bremsanforderung wird über einen Pedalweg- und/oder Drucksensor in ein Signal, das im Bremssteuergerät errechnet wird, entweder an entsprechende Aktoren oder an eine separate Druckerzeugereinheit mit Steuerventilen an die jeweiligen Bremssättel weitergegeben. Es entfällt so beispielsweise der Bremskraftverstärker oder die ABS/ESP-Einheit. Das Pedalgefühl kann durch Hydraulikventile oder Dämpfungseinheiten (Simulatoren) dynamisch reguliert werden. Die Bremsregelsysteme umfassen alle Bauteile, um die klassischen Bremsfunktionen sowie Funktionen für ABS, ESP, ASR und weitere Assistenzfunktionen ausführen zu können.

 

Bei E-Fahrzeugen ergänzt sich, je nach Bremssituation, die Generatorfunktion (Rekuperation) und die klassische Pedalbremsfunktion. Sollte die zentrale (elektro-hydraulische) Einheit einmal ausfallen wird als Sicherheits-Backup eine direkte hydraulische Verbindung vom Bremspedal zu den Radbremsen hergestellt. Letztendlich bleibt der fahrerseitige, aktive Impulsgeber das eigentliche Bremspedal, ob entkoppelt oder direkt.

Das elektronische Kupplungspedal (Clutch-by-Wire)

Angelehnt an das entkoppelte Gas- oder Bremspedal fehlt auch beim elektronischen Kupplungspedal die mechanische Verbindung zur Kupplung. Das Öffnen oder Schließen erfolgt ebenfalls über einen Elektromotor, beziehungsweise Aktuator, dessen Position vom Positionssensor am Kupplungspedal definiert wird. Durch eine intelligente Steuerung kann durch die manuelle Betätigung des Kupplungspedals die Kennlinie des Kuppelvorgangs optimiert werden. Dies schützt die Kupplung vor unnötigem Verschleiß. Zusätzlich sind Systeme wie beispielsweise ein Anfahr- oder Einkuppelassistent, ein Motor-Abwürge-Schutz oder eine Segelfunktion zu Verbrauchsreduzierung realisierbar.

Auf die Sensorik kommt es an

Ohne Sensorik ist keine X-by-Wire-Anwendung denkbar. HELLA ist Spezialist für unterschiedlichste Sensoren, die direkt oder indirekt für die Realisierung sorgen, allen voran für Gaspedal- sowie zahlreiche, weitere Positionssensoren. Die hauseigene CIPOS®-Technologie steht dabei für Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Weitere Informationen und Fahrpedalgeber testen

Übrigens: Viel nützliches Grundlagenwissen und wichtige Tipps rund um das Thema Fahrpedalsensor bzw. Pedalwertgeber bei Fahrzeugen stellen wir in einem gesonderten Artikel zur Verfügung.

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Abbildung: Werkstattleiter spricht mit Kunden in einer Autowerkstatt