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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage,
bei der der Hauptzylinder mit einer zwischen dem primären
Kolben und der Druckstange desselben angeordneten nachgiebigen Feder
versehen ist, die dazu dient, dem Fahrer ein vorbestimmtes Bremspedalgefühl
zu bieten.
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Hintergrund der Erfindung
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Die
Bremsanlage eines Hybridkraftfahrzeugs mit „zwei Betriebsarten",
wobei das Fahrzeug synergistisch eine Brennkraftmaschine und ein
elektrisches Antriebssystem umfasst, wird typischerweise durch zwei
unterschiedliche Bremsbetriebsarten verwirklicht: regeneratives
Antriebsstrang-Bremsen und standardmäßiges Bremsen
durch Reibung. Regeneratives Antriebsstrang-Bremsen ist eine Technologie, die
ein Verlangsamen des Fahrzeugs durch Umwandeln kinetischer Energie
der Bewegung des Fahrzeugs in elektromagnetische Energie vorsieht,
die einer Batterie des elektrischen Antriebssystems wieder zugeführt
wird. Standardmäßiges Bremsen durch Reibung ist
eine Technologie, die ein Fahrzeugverlangsamen durch Umwandeln der
kinetischen Energie des Fahrzeugs in Wärme mittels Reibung
vorsieht.
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Bei
jeder dieser Bremsbetriebsarten übt der Fahrer Kraft auf
das Bremspedal aus, die von der Bremspedalplatte durch einen Pedalhebelarm
zu einer Druckstange übertragen wird, die die vom Fahrer ausgeübte
Kraft als Eingabe zu einem primären Kolben des Hauptzylinders
liefert. Der Bewegung des primären Kolbens durch die ausgeübte
Kraft des Fahrers wird durch eine Rückholfeder vorspannend entgegengewirkt,
die mit einer anfänglichen Federdrucklast und einer bestimmten
Federkonstante vorgewählt wird, die gemeinsam sicherstellen,
dass der primäre Kolben nach jeder Bremsbetätigung
durch den Fahrer zu seiner anfänglichen Sitzposition zurückkehrt
(während Dichtungen einen kleinen Widerstand vorsehen können,
ist die anfängliche Federdrucklast der Rückholfeder
hauptsächlich bestimmend für die erforderliche
Pedalvorbelastung, damit der Fahrer einen Bremspedalweg auslösen
kann).
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Die
Fahrzeugverlangsamung ist eine Funktion von Bremspedalweg und Bremspedalkraft,
was durch Software-Kalibrierung ermittelt wird. Die Rückmeldung
der Bremspedalkraft an den Fahrer über und oberhalb der
anfänglichen Federdrucklast der Rückholfeder wird
durch das Beaufschlagen eines Pedal-„Simulators", der aus
einer Kolben- und Zylinderanordnung besteht, wobei der Kolben eine
Feder zusammendrückt, durch den Hauptzylinder erzeugt. Der
Hauptzylinder beginnt einen Fluiddruck aufzubauen, wenn eine Lippendichtung
die Umgehungsöffnungen in dem primären Kolben
bedeckt. Das Einsetzen von Bremsen kann dadurch gewählt
werden, dass die Kalibrierung erfolgt, sobald sich der Fluiddruck
in dem Hauptzylinder aufzubauen beginnt. Der Simulator ermöglicht
einen linearen Sollanstieg von Kraft und Weg, wenn die Geschwindigkeitsverminderung
des Fahrzeugs zunimmt. Das Endergebnis ist eine Kurve von Bremspedalkraft
gegen Bremspedalweg, wie zum Beispiel bei 5, Darstellung 304 von Graph 300 gezeigt,
die bei dem Pedalvorbelastungsziel „E" beginnt, dann linear
zu einem „Knie"-Punkt „F" kurz vor dem Einsetz ziel
ansteigt, dann durch das Ziel für Verlangsamung bei einem
Wert von 0,5 g über dem Einsetzen weiter zu „G"
geht.
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Im
Allgemeinen (d. h. Hybrid- und Nichthybridfahrzeuge) wandelt der
Hauptzylinder die physikalisch ausgeübte Bremspedalkraft
des Fahrers in Hydraulikdruck um, der andere Vorrichtungen der Bremsanlage
betreibt. Bei einer einfachen Hydraulikbremsanlage erzeugt der Hauptzylinder
nach einer kleinen Wegstrecke eine Druckabgabe an die Reibungsbremsen.
Dieser Weg ist zwischen der Lippendichtung und der ausgleichenden
Fluidöffnung zum Fluidbehälter. Aufgrund der Notwendigkeit
von Servounterstützung bei den meisten Personenfahrzeugen
wird eine Bremspedalverstärkungsvorrichtung genutzt, typischerweise
entweder in Form eines Unterdruckservoverstärkers oder
einer hydraulischen Verstärkereinrichtung, die zwischen
dem Pedal und dem Hauptzylinder angeordnet ist. Dies bietet eine Möglichkeit,
die anfänglichen Kraft- und Wegeigenschaften des Pedals
durch Abändern der Innenkomponenten des Unterdruckverstärkers
oder des hydraulischen Verstärkers abzustimmen.
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Das
Vorstehende wird durch die 1A bis 1C veranschaulicht,
die einen Hauptzylinder des Stands der Technik darstellen, der in
einem Hybridfahrzeug verwendet wird und lediglich beispielhaft ein
GMT900H-Hauptzylinder von General Motors Corporation, Detroit, Michigan,
ist.
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Der
Hauptzylinder 10 nimmt eine Krafteingabe des Fahrers von
dem Bremspedal 6 mittels eines Pedalhebelarms 8 auf
(siehe 1C), wobei die Kraft auf eine
Druckstange 12 des Hauptzylinders übertragen wird.
Ein Abschlussende 12a der Druckstange 12 dringt
in einen in einem primären Kolben 14 ausgebildeten
Hohlraum 14a ein und liegt axial an dem primären
Kolben an, typischerweise als Kugelpfannen-Anordnung. Ein Abschlussendabschnitt 14b des
primären Kolbens 14 tritt durch eine Fluid dichtung 16 und
liegt an einem dazwischen befindlichen Kolben 18 an. Der
dazwischen befindliche Kolben 18 wird durch eine Rückholfeder 20 hin
zu seiner anfänglichen Sitzposition vorgespannt (wobei
der primäre und der dazwischen befindliche Kolben in 1A und 1B bei
ihren jeweiligen anfänglichen Sitzpositionen gezeigt sind),
wobei das Vorspannen entgegengesetzt zur von dem Fahrer mittels
der Druckstange 12 ausgeübten Bremspedalkraft
steht. Die Rückholfeder 20 weist eine vorbestimmte
anfängliche Federdrucklast und eine vorbestimmte Federkonstante
auf, so dass der primäre Kolben nach jeder Bremspedalbetätigung
durch den Fahrer zu seiner anfänglichen Sitzposition zurückkehrt.
Der Hauptzylinder umfasst ferner sekundäre Kolben 22.
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Im
Fall eines Hybridfahrzeugs mit zwei Betriebsarten erzeugt der Normalbetrieb
des Hauptzylinders den Arbeitsdruck auf die Reibungsbremsen, der
als Reaktion auf elektrische Signale aus der Bremspedalkraft und
dem Bremspedalweg durch einen Aufbau aus hydraulischer Pumpe/Batterie
erzeugt wird, so dass zwischen der Druckstange und dem Hauptzylinder
keine Bremspedalverstärkungsvorrichtung erforderlich ist.
Im Fall anderer Hybridfahrzeuge, d. h. größerer
Hybrid-Geländelimousinen, wird das Pedalgefühl
durch die Wirkung eines Bremsschalters mit null Einstellung abgewandelt,
der sich an dem Pedalarm zur Druckstangen-Übergangsstelle
befindet und dazu da ist, eine Bremsschaltereingabe vorzusehen.
Diese Schaltereingabe liefert dem sekundären Bremskreis
ein elektrisches Signal. Zum beispielhaften Vergleich verwenden Nichthybrid-Lastkraftwagen
ebenfalls diesen Bremsschalter mit null Einstellung für
die Schaltfunktion, und jede Abwandlung des Pedalgefühls
aufgrund des Schalters ist sekundär, da der Schalter nur
für Schaltfunktion abgestimmt ist und nicht eigens für Pedalgefühl
abgestimmt ist.
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Früher
war das Entwickeln der Schnittstelle Mensch zu einer Bremsanlage
ein subjektives Unterfangen. Mit dem Aufkommen eines Bremsgefühlindexes,
der nachstehend als „BFI" (kurz vom engl. Brake Feel Index)
bezeichnet wird, wie in der technischen SAE-Veröffentlichung
940331 „Objective Characterization of Vehicle Brake
Feel" von D. G. Ebert und R. A. Kaatz von General Motors Corporation,
mit Datum vom 28. Februar – 3. März 1994,
berichtet wird, wobei diese Veröffentlichung hiermit durch
Erwähnung hierin übernommen wird, wurde ein Verfahren
zum Korrelieren von objektiven Entwicklungsparametern mit diesen
subjektiven Beurteilungen von Bremspedalgefühl, wie es
von dem Fahrer wahrgenommen wird, entwickelt. Im Fall von BFI werden
solche Gesichtspunkte wie Bremspedalbetätigungskraft, Bremspedalweg
und Bremspedalvorbelastung mit erwünschten Zielwerten verglichen,
die mit einer bestimmten Art von erwünschter Reaktion korrelieren, und
die Abweichung von diesen Zielwerten wird in einem niedrigeren Indexwert
wiedergegeben. Bei dem herkömmlichen Hauptzylinder, einschließlich
des bei 1A und 1B gezeigten,
erfordert das Ändern dieser Parameter eine umfangsreiche
Neukonstruktion und Umrüstung desselben.
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Ein
bestehendes Konstruktionsproblem bezüglich des Hauptzylinders
ist die anfängliche Federdrucklast der Rückholfeder
und der Weg des primären Kolbens vor Fluiddruckerzeugung,
der auch als „Absperr"-Weg bekannt ist, welche eine Beziehung von
Bremspedalvorbelastung und Kraft gegen Weg erzeugen, die eingestellt
werden muss, um ein unerwünschtes Bremspedalgefühl
zu vermeiden. Die Drucklast der Rückholfeder, die erforderlich
ist, um sicherzustellen, dass der primäre Kolben zu seiner
anfänglichen Sitzposition entsprechend dem Druckaufbau
in dem Hauptzylinder zurückkehrt, führt zu einem zu
geringen Kraftanstieg während des Wegs des primären
Kolbens vor dem „Knie"-Punkt der Kurve von Pedalweg gegen
Pedalkraft (siehe „F" in Darstellung 304 von Graph 300 der 5).
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Die
BFI-Ziele sind im Rahmen von Hardwarebeschränkungen nicht
einfach zu erfüllen, da das Erfüllen dieser Ziele
ein kostspieliges Umarbeiten und ein Testen des Hauptzylinders,
der Rückholfeder und anderer damit verbundener Hardware
der Bremsanlage erfordern würde.
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Was
demgemäß nach dem Stand der Technik erforderlich
bleibt, ist eine Möglichkeit zum Einstellen von Parametern,
die den BFI beeinflussen, ohne dass eine vollständige und
umfassende Neukonfiguration des Hauptzylinders erforderlich ist,
für mehrere Anwendungen und die Anforderungen von Bremspedalgefühl
bei verschiedenen Kraftfahrzeugplattformen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit durch
eine Feder eingestelltem Bremspedalgefühl, das durch Abwandlung
eines ansonsten herkömmlichen Bremsanlagen-Hauptzylinders
in solcher Art vorgesehen wird, dass er eine nachgiebige Feder umfasst,
die eine vereinfachte Einstellung der Parameter ermöglicht,
die den BFI bilden, ohne dass eine vollständige und umfassende Neukonfiguration
des Hauptzylinders erforderlich ist, wobei sie auf mehrere Anwendungen
und Bremspedalanforderungen unterschiedlicher Kraftfahrzeugplattformen
anwendbar ist.
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Erfindungsgemäß ist
eine nachgiebige Feder zwischen dem Bremspedal und dem primären
Kolben des Hauptzylinders angeordnet, wobei die Wahl der anfänglichen
Federdrucklast der nachgiebigen Feder, ihr zulässiger Federdruckweg
und ihre Federkonstante sowohl eine vereinfachte als auch eine feine
Einstellung des Bremspedalgefühls entsprechend dem BFI
ermöglichen. Demgemäß dient die nachgiebige
Feder zum Abwandeln der Bremspedalvorbelastung, die nun beruhend
auf der anfänglichen Feder drucklast der nachgiebigen Feder
ermittelt werden kann, wobei die Arbeitsweise der nachgiebigen Feder
so gewählt wird, dass sie dem erwünschten Bremspedalgefühl
beruhend auf dem BFI entspricht.
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Bei
einem hierin vorstehend erläuterten Hybridfahrzeug mit
zwei Betriebsarten wird beispielhaft die Rückmeldung der
Bremspedalkraft zum Fahrer über und oberhalb der anfänglichen
Federdrucklast der Rückholfeder durch ein Druckbeaufschlagen
von Fluid durch den Hauptzylinder erzeugt, wenn die Lippendichtung
die Umgehungsöffnungen in dem primären Kolben
bedeckt. Das Einsetzen von Bremsen kann durch Kalibrieren der Kolben-
und Zylinderanordnung gewählt werden, so dass es zum Beispiel
erfolgt, sobald sich der Druck in dem Hauptzylinder aufzubauen beginnt.
Nun können erfindungsgemäß durch Wählen
des Druckwegs der nachgiebigen Feder, ihrer Federkonstante und ihrer
anfänglichen Federdrucklast die Bremspedalkraft und der
Weg zwischen dem Pedalvorbelastungspunkt und dem Punkt des Einsetzens
so festgelegt werden, dass sie dem gewünschten Pedalgefühl
gemäß dem BFI entsprechen.
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Es
versteht sich, dass die nachgiebige Feder in jedem geeigneten Hauptzylinder
(d. h. der Bremsanlage eines Hybrid- oder Nichthybrid-Fahrzeugs) verwendet
werden kann, um eine vereinfachte Einstellung des Bremspedalgefühls
zu erreichen.
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Demgemäß besteht
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Mittel vorzusehen,
durch das eine Einstellung der Betriebseigenschaften von Hauptzylindern
vorgenommen werden kann, um günstiger beurteilte BFI-Werte
zu erfüllen.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
klarer hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A und 1B sind
zueinander senkrecht ausgerichtete Querschnittansichten eines Hauptzylinders
des Stands der Technik für ein Hybridfahrzeug mit zwei
Betriebsarten.
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1C ist
ein Schaubild des mechanischen Gestänges zwischen einem
Bremspedal und einem Hauptzylinder.
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2 ist
eine freigebrochene Schnittansicht eines Hauptzylinders wie in 1A,
der nun erfindungsgemäß so abgewandelt ist, dass
er eine nachgiebige Feder umfasst, wobei der Hauptzylinder mit der
nachgiebigen Feder bei ihrer anfänglichen Federdrucklast
gezeigt ist.
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3 ist
eine freigebrochene Schnittansicht wie in 2, wobei
nun der Hauptzylinder mit der nachgiebigen Feder nun bei ihrer maximalen
Federdrucklast gezeigt ist.
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4 ist
ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens zum Optimieren
von Bremspedalgefühl gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
ein Graph, der Darstellungen der Leistung eines abgewandelten Hauptzylinders
gemäß der vorliegenden Erfindung und der Leistung
eines Hauptzylinders nach dem Stand der Technik zeigt, wobei beide
Darstellungen Bremspedalweg gegen Bremspedalkraft zeigen.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Unter
Bezug nun auf die Zeichnung zeigen 2 und 3 lediglich
beispielhaft ein Beispiel eines Hauptzylinders einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage,
der so abgewandelt wurde, dass er erfindungsgemäß ein
durch eine Feder eingestelltes Bremspedalgefühl umfasst,
wobei der abgewandelte Hauptzylinder 100 freigebrochen
gezeigt ist und ein Teil desselben nicht gezeigt ist, wobei er im
Allgemeinen identisch mit dem in 1A und 1C gezeigten
ist. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
ist lediglich beispielhafter Natur und soll nicht die Erfindung,
ihre Anwendungen oder Einsatzmöglichkeiten beschränken,
da die vorliegende Erfindung bei jedem geeigneten Hauptzylinder
verwendbar ist.
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Eine
Druckstange 102 nimmt eine Bremspedalkrafteingabe von einem
Pedalhebelarm (nicht gezeigt, siehe aber zum Beispiel 1C)
auf, wobei ein Abschlussende 102a der Druckstange in einen
Gleitkolbenhohlraum 104a eindringt, der in einem Gleitkolben 104 ausgebildet
ist, und axial an dem Gleitkolben, bevorzugt als Kugelpfannenanordnung,
anliegt. Der Gleitkolben 104 ist wiederum in einem primären Kolbenhohlraum 106a eines
primären Kolbens 106 aufgenommen, wobei das distale
Ende 104b des Gleitkolbens an einer Endwand 106b anliegen
kann, die in dem primären Kolben am Sackende des Hohlraums
des primären Kolbens ausgebildet ist.
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Der
Gleitkolben 104 kann in dem primären Kolbenhohlraum 106a gleiten,
wobei der Gleitweg in einer Wegrichtung durch Anliegen des distalen
Endes 104b an der Endwand 106b und in der anderen Wegrichtung
durch Anliegen an einem Haltering 108, der an dem primären
Kolben 106 befestigt ist, beschränkt ist. Ein
Abschlussendabschnitt 106c des primären Kolbens 106 durchsetzt
eine Fluiddichtung 110 und liegt an einem dazwischen befindlichen
Kolben 112 an. Der dazwischen befindliche Kolben 112 ist
durch eine Rückholfeder 114 (beispielhaft besser bei 20 in 1A ersichtlich)
hin zu seiner anfänglichen Sitzposition vorgespannt (wobei
der primäre und der dazwischen befindliche Kolben in 2 bei ihren
jeweiligen anfänglichen Sitzpositionen gezeigt sind), wobei
das Vorspannen entgegengesetzt zur Bremspedalkraft erfolgt, die
von dem Fahrer mittels der Druckstange 102 geliefert wird.
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Ein
distaler Endabschnitt 104c des Gleitkolbens 104 weist
einen Abschnitt 104d verringerten Durchmessers auf, an
dem im Allgemeinen eine nachgiebige Feder 116 sitzt, die
bei ihrer vorbestimmten anfänglichen Federdrucklast gezeigt
wird, wobei die Last zwischen einem Steg 104e (der den Abschnitt
verringerten Durchmessers ausbildet) und der Endwand 106b des
primären Kolbens 106 wirkt. Die nachgiebige Feder 108 wird
so gewählt, dass sie mittels ihrer gewählten Federkonstante,
ihrer gewählten anfänglichen Federdrucklast und
ihres gewählten Druckwegs, der wie vorstehend beschrieben
durch den Weg des Gleitkolbens festgelegt ist, eine bestimmte Federvorspannung
vorsieht.
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Während
ein beliebiges Vorspannmittel verwendet werden kann, um den Gleitkolben
(oder allgemeiner die Druckstange oder noch allgemeiner das Bremspedal)
bezüglich des primären Kolbens vorzuspannen, ist
eine bevorzugte nachgiebige Feder 116 von Wellenfederart.
Wellenfedern sind zum Beispiel gegenüber Spiralfedern bevorzugt,
da Wellenfedern von signifikant kleinerer Höhe zum Passen
in kleine axiale Volumina sind, dennoch aber eine gleichwertige
Federdrucklast (d. h. Federkraft) bieten. Ein Beispiel für
eine geeignete Wellenfeder ist über Smalley Steel Ring
Company, Lake Zurich, IL 60047, zum Beispiel Teilenummer CS075-M3,
erhältlich. Da Wellenfedern in einer großen Vielzahl
von Federkonstanten erhältlich sind, sind sie selektiv
geeignet, den BFI für bestimmte Hauptzylinder unterschiedlicher
Fahrzeugplattformen zu erfüllen und insbesondere um bestimmten
Rückholfedereigenschaften besser zu entsprechen.
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Während 2 den
abgewandelten Hauptzylinder 100 darstellt, bei dem die
nachgiebige Feder sich bei ihrer anfänglichen Federdrucklast
befindet und das distale Ende 104b des Gleitkolbens 104 bei seinem
zulässigen Weg am weitesten weg von der Endwand 106b des
primären Kolbens 106 angeordnet ist, zeigt 3 den
abgewandelten Hauptzylinder an einem Punkt der Bremspedalbetätigung,
an dem der Fahrer ausreichende Bremspedalkraft ausgeübt hat,
um das distale Ende des Gleitkolbens an der Endwand des primären
Kolbens anliegen zu lassen, und die nachgiebige Feder 116 sich
vor dem Einsetzen von Fluiddruckaufbau in dem Hauptzylinder zu ihrer
vorgewählten maximalen Federdrucklast zusammengedrückt
hat. Diesbezüglich hat sich die Druckstange 102 entlang
des Pfeils AA in Richtung der vom Fahrer
ausgeübten Bremspedalkraft bewegt. An dem Punkt, da dies
geschieht, ist es bevorzugt, dass die maximale Federdrucklast der
nachgiebigen Feder (die bei einem Anliegen zwischen dem distalen
Ende 104b und der Endwand 106b erfolgt) der anfänglichen
Federdrucklast der Rückholfeder 114 entspricht.
Wenn danach zusätzliche Bremspedalkraft von dem Fahrer
ausgeübt wird, ist die Bewegung des primären Kolbens
im Ergebnis ein Zusammendrücken der Rückholfeder.
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4 ist
ein Flussdiagramm 200 eines beispielhaften Verfahrens zum
Optimieren von Bremspedalgefühl nach der vorliegenden Erfindung.
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Bei
Block 202 erfolgt eine Ermittlung eines optimalen Bremspedalgefühls.
Diese Ermittlung beruht bevorzugt auf dem BFI, der in der vorstehend
er wähnten technischen SAE-Veröffentlichung 940331 genannt
und beschrieben wurde. Als Nächstes wird bei Block 204 eine
nachgiebige Feder gewählt, bevorzugt eine Wellenfeder,
wobei ihre Federkonstante, ihr Federdruckweg und ihre anfängliche
Federdrucklast berücksichtigt werden. Bei Entscheidungsblock 206 wird
abgefragt, ob das Bremspedalgefühl mit der eingebauten
nachgiebigen Feder tatsächlich das gemäß Block 202 gewünschte
optimale ist. Dies kann durch ein physikalisches Experiment oder
durch eine andere empirische Analyse erfolgen, wobei die nachgiebige
Feder eingestellt wird, um bei Block 204 die erwünschte
Optimierung zu erreichen. Bei Entscheidungsblock 208 wird
weiterhin (nach Bedarf) die Eignung der eingestellten nachgiebigen
Feder bezüglich der Rückholfeder hinsichtlich
des Vorsehens eines Bremspedalgefühls abgefragt, das einen
gleichmäßigen Übergang dazwischen vorsieht.
Zum Beispiel kann die maximale Federdrucklast der nachgiebigen Feder
so eingestellt werden, dass sie gleich der anfänglichen
Federdrucklast der Rückholfeder ist. Die Optimierung kann
weiterhin die hydraulische Funktionalität des Hauptzylinders
bezüglich der Druckeigenschaften der Rückholfeder
(wie hierin vorstehend erläutert) berücksichtigen,
wobei die nachgiebige Feder eingestellt wird, um bei Block 204 die
erwünschte Optimierung zu erreichen. Das Endergebnis dieses Prozesses
ist bei Block 210 ein optimiertes Bremspedalgefühl.
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5 zeigt
einen Graph 300 von Bremspedalkraft gegen Bremspedalweg,
der die erfindungsgemäßen Bremspedaleigenschaften
des abgewandelten Hauptzylinders, die durch 2 und 3 dargestellt
sind, verglichen mit denen eines Hauptzylinders des Stands der Technik,
der durch 1A und 1B dargestellt
wird, veranschaulicht.
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Darstellung 302 zeigt
die Bremspedaleigenschaften des erfindungsgemäßen
abgewandelten Hauptzylinders 100. Punkt A zeigt die erforderliche Bremspedalvorbelastungskraft
zum Auslösen von Zusammendrücken der nachgiebigen
Feder 116 (siehe 2) über
ihre anfängliche Federdrucklast hinaus. Bei Punkt B hat
die nachgiebige Feder ihre maximale Sollfederdrucklast erreicht,
die gleich der anfänglichen Federdrucklast der Rückholfeder
ist (siehe 3). An diesem Punkt liegt der
Gleitkolben an dem primären Kolben an, und jede weitere
ausgeübte Pedalkraft bewirkt ein Zusammendrücken
der Rückholfeder. Punkt C ist der „Knie"-Punkt,
bei dem sich der Fluiddruck in dem Bremsenhauptzylinder aufzubauen
beginnt, wobei der Druck linear weiter zu Punkt D verläuft.
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Darstellung 304 zeigt
die Bremspedaleigenschaften des Hauptzylinders des Stands der Technik von 1A und 1B.
Punkt E gibt die erforderliche Bremspedalvorbelastungskraft wieder,
um das Zusammendrücken der Rückholfeder bezüglich
ihrer anfänglichen Federdrucklast auszulösen.
Punkt F ist der „Knie"-Punkt, bei dem sich der Fluiddruck
in dem Bremsenhauptzylinder aufzubauen beginnt, wobei der Druck
linear weiter zu Punkt G verläuft.
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Durch
Vergleichen der beiden Darstellungen 302 und 304 ist
die Bedeutung der vorliegenden Erfindung offensichtlich. Die Differenz
der Pedalkraft zwischen Punkt A und Punkt E zeigt, dass der erfindungsgemäße
abgewandelte Hauptzylinder verglichen mit dem Hauptzylinders des
Stands der Technik eine viel geringere Bremspedalvorbelastungskraft benötigt.
Die nachgiebige Feder hat eine höhere Federkonstante und
eine niedrigere anfängliche Federdrucklust als die Rückholfeder,
was dadurch wiedergegeben wird, dass die Steigung zwischen den Punkten
A und B von Darstellung 302 weniger steil als die Steigung
zwischen den Punkten E und F von Darstellung 304 ist. Dieser
Steigungsunterschied weist auf ein eingestelltes Bremspedalgefühl
hin, das für einen BFI maßgeschneidert werden
kann, um dem Fahrer eine optimale Bremspedalgefühlrückmeldung
zu bieten.
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Die
Darstellung 302 von Punkt B zu Punkt C weist die gleiche
Steigung wie die Darstellung 304 von Punkt E zu Punkt F
auf, da sie beide das Zusammendrücken der Rückholfeder
vor dem Aufbauen von Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder mit sich bringen.
Die Steigung der Darstellung 302 zwischen den Punkten C
und D ist die gleiche wie die Steigung der Darstellung 304 zwischen
den Punkten F und G, da sich in beiden Darstellungen Hydraulikdruck
aufbaut. Die vertikale Verschiebung zwischen den Darstellungen 302 und 304 gibt
den zugeordneten Bremspedalweg, der mit Zusammendrücken
der nachgiebigen Feder in Verbindung steht, sowie die entsprechende
Verringerung des Absperrwegs wieder.
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Das
Aufnehmen der Anordnung aus Gleitkolben und nachgiebiger Feder gemäß der
vorliegenden Erfindung ermöglicht die vereinfachte Einstellung
der Bremspedalvorbelastungskraft, der Bremspedalkraft und in geringerem
Umfang des Bremspedalwegs. Weiterhin wird die von dem Fahrer bei
Betätigen des Bremspedals gefühlte Bremspedalvorbelastung
nun durch ein abstimmbares Vorspannmittel (d. h. die nachgiebige
Feder) statt durch die Rückholfeder bestimmt. Ferner kann
die Zunahme der Bremspedalkraft zwischen der Bremspedalvorbelastung
und der Kraft zum Auslösen von Bewegung des primären
Kolbens durch die Federkonstantenwahl der nachgiebigen Feder bestimmt
werden, so dass am Ende des Federdruckwegs derselben die Federdrucklast
der nachgiebigen Feder der anfänglichen Federdrucklast der
Rückholfeder entspricht, und dadurch sieht sie einen gleichmäßigen
Federdruckwegübergang durch Vermeiden einer steilen Änderung
der Bremspedalkraft gegen Bremspedalweg vor.
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Die
Bremspedalkraft gegen den Bremspedalweg umfasst eine lineare Steigung
nach Bremspedalvorbelastung mit einem „Knie"-Punkt und
einer Steigungsänderung an dem Punkt, an dem der Hauptzylinder
Fluiddruck erzeugt. Dieses Merkmal ermöglicht das Feinabstimmen
des Hauptzylinders bezüglich der anfänglichen
Pedalgefühleigenschaften, um den gezeigten Pedalgefühlzielen
in dem BFI zu entsprechen. Ferner ermöglicht die Einfachheit des
Abstimmens bei verschiedenen Bremspedalgefühlen durch einfache
Abwandlung der Auslegung des Abschnitts verringerten Durchmessers
des Gleitkolbens und/oder die Federkonstantenwahl der nachgiebigen
Feder und/oder den Federdruckweg der nachgiebigen Feder eine Änderung
des Bremspedalgefühls ohne die übliche Umrüstarbeit
und Zeitbeschränkungen. Während der Entwicklung
kann das Bremspedalgefühl durch physikalisches Testen unterschiedlicher
Federkonstanten und Federdruckwege mit Hilfe von zum Beispiel Unterlegscheiben ohne Ändern
der verbleibenden Hardware des Hauptzylinders abgestimmt werden.
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit zum
Abstimmen der Bremspedalvorbelastung unabhängig von der
anfänglichen Federdrucklast der Rückholfeder,
wodurch ihre Rückführleistung beim primären
Kolben maximiert wird, ohne Bremspedalgefühl aufs Spiel
zu setzen. Der Hauptzylinder und der Pedalsimulator können,
falls vorhanden, so ausgelegt werden, dass sie bezüglich
des Bremspedalwegs einen linearen Fluiddruckanstieg erzeugen. Nun
kann der Bremspedalweg zwischen dem Auslösen von Bremspedalbewegung
und dem Auslösen der Bewegung des primären Kolbens
eingestellt werden, um einer präzisen Optimierung des Bremspedalgefühls
gemäß dem BFI zu entsprechen.
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Für
den Fachmann, den diese Erfindung betrifft, kann die vorstehend
beschriebene bevorzugte Ausführungsform Änderung
oder Abwandlung unterliegen. Eine solche Änderung oder
Abwandlung kann durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen, die lediglich durch den Schutzumfang
der beigefügten Ansprüche beschränkt
sein soll.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Objective
Characterization of Vehicle Brake Feel" von D. G. Ebert und R. A.
Kaatz von General Motors Corporation, mit Datum vom 28. Februar – 3.
März 1994 [0009]