DE102011016239A1

DE102011016239A1 - Pedalkraftsimulator für eine Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102011016239A1
Application number: DE102011016239A
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Witte Bastian
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2012-10-11

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Pedalkraftsimulator (1) für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektronischer Signalübertragung, bei der eine von der Fußkraft des Fahrzeugführers abhängige Aussteuerung des Bremsmoments insbesondere mittels elektro-hydraulischer oder elektro-mechanischer Systeme vorgenommen wird und der Pedalkraftsimulator (1) ein für einen Fahrzeugführer gewohntes Bremsgefühl generiert, wobei der Pedalkraftsimulator (1) eine pneumatisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit (3) aufweist, deren Kolben (4) eine Kompressionskammer (5) mit einem ansteuerbaren Ventil (6) begrenzt und entgegen der Kompressionsrichtung (7) mittels zumindest eines ersten Federelementes (8) federkraftbelastet sowie über eine Kolbenstange (11) mit einem Fahrzeugbremspedal (2) derart wirkverbunden ist, dass die Kolbenstange (11) während der Betätigung des Fahrzeugbremspedals (2) eine Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit (3) erfährt. Vorteilhafterweise ist das Fahrzeugbremspedal (2) mittels zumindest eines zweiten Federelementes (12) entgegen der Kompressionsrichtung (7) federkraftbelastet und über besagte Kolbenstange (11), welche durch eine Lose längsverschieblich ist. nach Überwindung besagter Lose mit dem Kolben (4) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pedalkraftsimulator für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektronischer Signalübertragung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 der Erfindung.
Pedalkraftsimulatoren, auch als Pedalwegsimulatoren oder Pedalsimulatoren bezeichnet, werden überall dort benötigt, wo die Bremskraft einer Fahrzeugbremsanlage nicht mehr unmittelbar durch die vom Fahrzeugführer an einem Fahrzeugbremspedal aufgebrachte Betätigungskraft erzeugt wird, sondern infolge elektronischer Signalübertragung eine von der Fußkraft des Fahrzeugführers abhängige Aussteuerung des Bremsmoments durch eine Fremdkraft, wie beispielsweise einen Elektromotor, einen Kompressor oder dgl. vorgenommen wird (Brake-by-Wire). Mittels des Pedalkraftsimulators wird dem Fahrzeugführer beim Betätigen des Fahrzeugbremspedals eine haptische Rückmeldung in Form eines vorgegebenen Kraft-Weg-Verhaltens vermittelt, welche/s mit dem tatsächlichen Bremsverhalten der Fahrzeugbremsanlage korrespondiert, um dem Fahrzeugführer die Dosierung der Bremskraft zu erleichtern. Insbesondere kann mit dem vorgegebenen Kraft-Weg-Verhalten ein von herkömmlichen hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen gewohntes Bremsgefühl simuliert werden.
Eine Fahrzeugbremsanlage mit einem Pedalsimulator ist aus der DE 197 57 996 A1 bekannt. Der Pedalsimulator ist als Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet. Zur Bereitstellung einer nichtlinearen, progressiven Reaktionskraft durch den Pedalsimulator ist am Zylinder eine Drosselöffnung vorgesehen, die in einer ersten Stellung des Kolbens eine Verbindung der Kompressionskammer mit der Außenumgebung bereitstellt, welche nach einem bestimmten Verschiebeweg des Kolbens jedoch unterbrochen wird, so dass bei einem weitergehenden Verschieben das in der Kompressionskammer verbleibende Volumen immer komprimiert wird. Hierdurch wird ein zunächst welches Ansprechen des Bremspedals ermöglicht, da Luft aus der Kompressionskammer über die Drosselöffnung entweichen kann. Mit zunehmenden Verschiebeweg des Kolbens und dementsprechend zunehmender Bremspedalbetätigung steigt die Reaktionskraft progressiv an, da ein Entweichen von Luft über die Drosselöffnung nicht mehr möglich ist.
Aus der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem deutschen Aktenzeichen 10 2010 024 734.0 ist ferner eine Fahrzeugbremsanlage mit Pedalsimulator bekannt, die es in einer Notsituation ermöglicht, beispielsweise im Hinblick auf einen Defekt der Fahrzeugbremsanlage, eine vom Fahrzeugführer aufgebrachte Betätigungskraft mechanisch vom Bremspedal an die Radbremsen zu übertragen. Insoweit umfasst besagte Fahrzeugbremsanlage ein Bremspedal sowie Radbremsen. eine Kraftübertragungseinrichtung zur mechanischen Kopplung des Bremspedals mit den Radbremsen und einen Pedalsimulator, der eine Kompressionskammer und eine Einrichtung zur Verminderung des Raumvolumens der Kompressionskammer infolge einer Bremspedalbetätigung aufweist. Des Weiteren umfasst die Fahrzeugbremsanlage ein ansteuerbares Ventil, über das die Kompressionskammer mit der Außenumgebung koppelbar und gegen die Außenumgebung absperrbar ist. Die Fahrzeugbremsanlage weist überdies einen ersten Betriebsmodus auf, in welchem das Bremspedal mit dem Pedalsimulator zusammenwirkt und von der Kraftübertragungseinrichtung entkoppelt ist, sowie einen zweiten Betriebsmodus, in welchem das Bremspedal mit der Kraftübertragungseinrichtung gekoppelt und der Pedalsimulator deaktiviert ist. Für den ersten Betriebsmodus ist das Ventil geschlossen, für den. zweiten Betriebsmodus hingegen offen geschaltet. Die besagte Einrichtung zur Verminderung des Raumvolumens der Kompressionskammer ist durch eine Kolben-Zylinder-Einheit gebildet. Der Kolben kann wie herkömmlich an der Innenmantelfläche des Zylinders axial verschiebbar geführt und über eine Kolbenstange mit dem Bremspedal wirkverbunden sein. Die Kolbenstange ist ihrerseits am Pedal und/oder am Kolben gelenkig festgelegt. Während der Bewegung des Bremspedals erfährt die Kolbenstange eine Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit des Pedalsimulators. Demgegenüber kann der Kolben auch durch eine an der Innenmantelfläche des Zylinders befestigte Membran oder Rollmembran gebildet sein, die ihrerseits, das Raumvolumen der Kompressionskammer vermindernd, mittels besagter Kolbenstange axial verstellbar ist.
Durch die gelenkige Anbindung der Kolbenstange am Bremspedal und/oder am herkömmlichen Kolben, der seinerseits über eine Ringdichtung verfügt und an der Innenmantelfläche des Zylinders axial entlang gleitet, werden infolge Winkeländerung der Kolbenstange während der Betätigung des Bremspedals sich nachteilig auf das gewünschte Bewegungsverhalten des Kolbens auswirkende und beispielsweise zu nachteiligen Slip-Stick-Effekten führende Verklemmungen des Kolbens sowie Undichtigkeiten zwischen Kolben und Zylinder, welche wiederum mit einem vom gewohnten Bremsgefühl des Fahrzeugführers abweichenden respektive ungewohnten Bremsgefühl einhergehen, vermieden.
Im Hinblick auf den einleitend gewürdigten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung. einen Pedalkraftsimulator zu schaffen, mit dem bei Beibehaltung der Winkelbeweglichkeit der Kolbenstange nachteilige Auswirkungen auf die Funktion der Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere das Verstell- und Dichtverhalten des Kolbens, noch besser vermieden sind. Gemäß einem weiteren Aspekt soll der Pedalkraftsimulator eine im Hinblick auf den Stand der Technik vereinfachte Ansteuerung des an der Kompressionskammer angeordneten Ventils gestatten.
Ausgehend von einem Pedalkraftsimulator für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektronischer Signalübertragung, bei der eine von der Fußkraft des Fahrzeugführers abhängige Aussteuerung des Bremsmoments insbesondere mittels elektro-hydraulischer oder elektro-mechanischer Systeme vorgenommen wird und der Pedalkraftsimulator ein für einen Fahrzeugführer gewohntes Bremsgefühl generiert, wobei der Pedalkraftsimulator eine pneumatisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit aufweist, deren Kolben eine Kompressionskammer mit einem ansteuerbaren Ventil begrenzt und entgegen der Kompressionsrichtung mittels zumindest eines ersten Federelementes federkraftbelastet sowie über eine Kolbenstange mit einem Fahrzeugbremspedal derart wirkverbunden ist, dass die Kolbenstange während der Betätigung des Fahrzeugbremspedals eine Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit erfährt, wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Fahrzeugbremspedal mittels zumindest eines zweiten Federelementes entgegen der Kompressionsrichtung federkraftbelastet und über besagte Kolbenstange, welche durch eine Lose längsverschieblich ist. nach Überwindung besagter Lose mit dem Kolben verbunden ist.
Durch diese Maßnahme sind nachteilige auf den Kolben einwirkende Bedingungen, wie beispielsweise nachteilige auf demselben einwirkende Momente, die zu besagten Slip-Stick-Effekten und Undichtigkeiten des Kolbens führen könnten, noch effektiver vermieden. Eine Verschiebung des Kolbens innerhalb des Zylinders der Kolben-Zylinder-Einheit erfolgt nur bei progressivem Anstieg der Kraft-Weg-Kennung, nicht aber bereits im Antrittsbereich.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach kann vorteilhaft besagte Lose durch eine Kolbenstange gebildet sein, welche ihrerseits zumindest einenends mit einer Verdickung ausgebildet und nach Art eines Axialgelenks innerhalb einer hülsenförmigen Axialführung in Grenzen axial verschiebbar angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft kann dabei die Verdickung mit einer konvexen, sphärischen Mantelfläche ausgebildet sein und einen Außendurchmesser aufweisen, der zur Minimierung des radialen Spiels zwischen Verdickung und hülsenförmiger Axialführung weitestgehend dem Innendurchmesser derselben entspricht. Durch diese Maßnahmen ist ein zwischen dem Kolben und dem Fahrzeugbremspedal bewirkter definierter Kraftangriffspunkt für die von der Kolbenstange übertragene Pedalkraft mit einer sozusagen vom Fahrzeugbremspedal unabhängigen Bewegungsfreiheit des Kolbens zum Ausgleich von nachteiligen auf denselben einwirkenden Momenten kombiniert. Im Hinblick auf das gewünschte Bewegungsverhalten des Kolbens hat sich im Rahmen von Versuchen ein aus Verdickung und Axialführung gebildetes Axialgelenk bewährt, welches eine Winkeländerung der Kolbenstange von etwa ±3° gestattet.
Was den weiteren Aspekt der eingangs gestellten Aufgabe anbelangt. kann die Verdickung der Kolbenstange in einer ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals und Kolbens mittels des zumindest einen zweiten Federelementes federkraftbelastet in einer die besagte Lose bestimmenden Beabstandung „s₁” zu einem Führungsgrund der hülsenförmigen Axialführung angeordnet sein und in einer zweiten Betriebsstellung infolge Betätigung des Fahrzeugbremspedals gegen die Federkraft des zumindest einen zweiten Federelementes am besagten Führungsgrund anschlagen. Hierbei kann die Kolbenstange respektive deren Verdickung mittels des zumindest einen zweiten Federelementes in der besagten ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) gehalten sein, indem sich das zumindest eine zweite Federelement einenends mittel- oder unmittelbar am Fahrzeugbremspedal und anderenends am Kolben oder am Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit axial abstützt. Die Beabstandung „s₁”, kann dabei auf einen gewünschten, zunächst linear ansteigenden Kraft-Weg-Verlauf abgestimmt sein und in Bezug auf hierzu durchgeführte Versuche etwa 2 mm bis etwa 10 mm, vorzugsweise etwa 3 mm bis etwa 5 mm betragen. Tritt der Fahrzeugführer das Fahrzeugbremspedal, so verringert sich die Beabstandung „s₁” bis die Verdickung auf den Führungsgrund der hülsenförmigen Axialführung auftrifft. Ab diesem Punkt setzt infolge der eingeleiteten Axialbewegung des Kolbens eine Gaskompression in der Kompressionskammer und damit ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf der Pedalkennung ein. Vorteilhaft kann fernerhin das aus Verdickung und Axialführung gebildete Axialgelenk mit zumindest einem Feder-Dämpfungselement ausgestattet sein, welches beispielsweise durch ein Elastomer an der Verdickung und/oder an der Axialführung gebildet sein kann. Besagtes Feder-Dämpfungselement kann zum einen den Aufprall der Verdickung auf dem Führungsgrund der hülsenförmigen Axialführung dämpfen und die Kraft-Weg-Kennlinie anstelle eines Knicks nunmehr komfortabel abrunden. Zum anderen ist es durch diese Maßnahme gestattet, den während der Bewegung der Verdickung innerhalb der hülsenförmigen Axialführung sich einstellenden Kraft-Weg-Verlauf an einen bestimmten vorgegebenen Kraft-Weg-Verlauf noch besser anzupassen.
Das insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventil des vorstehend beschriebenen Pedalkraftsimulators kann vorteilhaft derart ausgebildet bzw. angesteuert sein, dass es im unbestromten Zustand einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und der Kompressionskammer in beiden Strömungsrichtungen zulässt (erste Schaltstellung) und im unbestromten Zustand durch ein Rückschlagventil eine Gasbewegung nur von der Umgebung in die Kompressionskammer hinein erlaubt, in Gegenrichtung aber unterbindet (zweite Schaltstellung). Komplizierte Schaltregime, wie sie der Stand der Technik favorisiert, sind somit vermieden. Ungeachtet dessen kann das Ventil auch ausgehend von einer ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals und/oder des Kolbens in Abhängigkeit eines mittels eines ersten Stellungssensors am Fahrzeugbremspedal sensierten Pedalwinkels „α” und/oder einer mittels eines zweiten Stellungssensors am Kolben sensierten axialen Bewegung „s₂” desselben von einer ersten respektive unbestromten Schaltstellung in eine zweite respektive bestromte Schaltstellung und bei Rückführung des Kolbens und des Fahrzeugbremspedals in die erste Betriebsstellung oder Erreichen der ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) wieder zurück in die erste Schaltstellung geschaltet werden.
Gesetzt den Fall, die Fahrzeugbremsanlage ist defekt und es muss auf eine vorgesehene Rückfallebene mit herkömmlicher Übertragung der Bremskraft zurückgegriffen werden, kann ferner vorgesehen sein, dass dann das Ventil in die erste respektive unbestromte Schaltstellung geschaltet ist/wird.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen äußerst schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäß ausgebildeten Pedalkraftsimulator im Zusammenbau mit einem Fahrzeugbremspedal gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante in zwei Betriebsstellungen,
2 der erfindungsgemäß ausgebildete Pedalkraftsimulator im Zusammenbau mit einem Fahrzeugbremspedal gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante in zwei Betriebsstellungen, und
3 der erfindungsgemäß ausgebildete Pedalkraftsimulator im Zusammenbau mit einem Fahrzeugbremspedal gemäß einer dritten vorteilhaften Ausgestaltungsvariante in zwei Betriebsstellungen.
1 zeigt den erfindungsrelevanten Bestandteil einer an sich bekannten und einleitend bereits beschriebenen Fahrzeugbremsanlage, nämlich einen Pedalkraftsimulator 1, der seinerseits beim Betätigen eines an sich bekannten Fahrzeugbremspedals 2 ein für den Fahrzeugführer gewohntes Bremsgefühl mit einem bestimmten Kraft-Weg-Verhalten, welches vorzugsweise an ein Kraft-Weg-Verhalten einer herkömmlichen hydraulischen Fahrzeugbremsanlage angelehnt ist, generiert. Das Fahrzeugbremspedal 2 ist vorliegend als hängendes Fahrzeugbremspedal 2 mit einarmigem Pedalhebel ausgebildet.
Der Pedalkraftsimulator 1 weist eine als pneumatisch arbeitende, insbesondere mit Luft arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit 3 auf, welche an einem nicht näher dargestellten tragenden Bauteil des Fahrzeugs oder einem Aggregat desselben befestigt ist und deren Kolben 4 eine Kompressionskammer 5 mit einem ansteuerbaren Ventil 6 begrenzt sowie entgegen der Kompressionsrichtung 7 mittels zumindest einen ersten Federelements 8, vorliegend einer Schraubendruckfeder, federkraftbelastet ist. Durch eine stirnseitige Öffnung 9 im Zylinder 10 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 hindurch ist der Kolben 4 über eine Kolbenstange 11 mit dem Fahrzeugbremspedal 2 derart wirkverbunden, dass die Kolbenstange 11 während der Betätigung des Fahrzeugbremspedals 2 um einen Pedal-Winkel „α” eine bestimmte Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit 3 respektive zum Zylinder 10 derselben erfährt. Das Fahrzeugbremspedal 2 ist mittels zumindest eines zweiten Federelementes 12, welches vorliegend ebenfalls als Schraubendruckfeder ausgebildet ist, entgegen besagter Kompressionsrichtung 7 federkraftbelastet. Das zweite Federelement 12 stützt sich dabei zum einen am Kolben 4 oder am Zylinder 10 und zum anderen mittel- oder unmittelbar am Fahrzeugbremspedal 2 bzw. dessen Pedalhebel axial ab. Vermittels dieses zweiten, vorzugsweise vorgespannten Federelementes 12 wird das Fahrzeugbremspedal 2 in einer vorbestimmten Ausgangsstellung welche der Nichtbetätigung der Bremse entspricht, gehalten (zeichnerisch dargestellt mittels einer durchgehenden Linienführung von Kolbenstange 11 und Fahrzeugbremspedal 2). Zweckmäßigerweise ist dem Fahrzeugbremspedal 2 diesbezüglich ein hier nicht näher dargestellter Anschlag zugeordnet.
Wie der 1 weiter zu entnehmen ist, ist die Kolbenstange 11 durch eine Lose („s₁”) längsverschieblich und nach Überwindung derselben mit dem Kolben 4 verbunden oder verbindbar. Die Kolbenstange 11 verfügt einenends über eine Verdickung 13, die nach Art eines Axialgelenks 14 innerhalb einer am Kolben 4 befestigten hülsenförmigen Axialführung 15 in Grenzen axial verschiebbar angeordnet ist und anderenends axial fest jedoch drehbar mit dem Fahrzeugbremspedal 2 verbunden ist. Vorzugsweise ist besagte Axialführung 15 dabei in axialer Richtung gesehen im Massenschwerpunkt des Kolbens 4 angeordnet.
Die besagte Verdickung 13 ist vorliegend mit einer konvexen, sphärischen Mantelfläche ausgebildet und weist bevorzugt einen Außendurchmesser auf, der zur Minimierung des radialen Spiels zwischen Verdickung 13 und hülsenförmiger Axialführung 15 weitestgehend dem Innendurchmesser derselben entspricht.
Hierdurch ist ein zwischen dem Kolben 4 und dem Fahrzeugbremspedal 2 bewirkter definierter Kraftangriffspunkt für die von der Kolbenstange 11 übertragene Pedalkraft mit einer sozusagen vom Fahrzeugbremspedal 2 weitestgehend unabhängigen Bewegungsfreiheit des Kolbens 4 zum Ausgleich von etwaigen nachteiligen auf denselben einwirkenden Momenten kombiniert.
Im Hinblick auf das gewünschte Bewegungsverhalten des Kolbens 4 hat sich im Rahmen von Versuchen ein aus Verdickung 13 und Axialführung 15 gebildetes Axialgelenk 14 bewährt, welches infolge geeigneter Auslegung eine Winkeländerung der Kolbenstange 11 von etwa ±3° gestattet.
Wie der 1 noch zu entnehmen ist, ist die Verdickung 13 der Kolbenstange 11 in der ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals 2 und des Kolbens 4 mittels des zumindest einen zweiten Federelementes 12 federkraftbelastet in der die besagte Lose bestimmenden Beabstandung „s₁” zu einem kolbenseitig der hülsenförmigen Axialführung 15 vorgesehen Führungsgrund 16 derselben angeordnet, der seinerseits vorliegend durch eine Stirnwandung des Kolbens 4 gebildet ist.
Wird nunmehr das Fahrzeugbremspedal 2 infolge erforderlicher Bremsenbetätigung gegen die Federkraft des zweiten Federelementes 12 um besagten Pedal-Winkel „α” verschwenkt, schlägt die Kolbenstange 11 mit ihrer Verdickung 13 am besagten Führungsgrund 16 an und bewirkt in der erreichten zweiten Betriebsstellung eine Verbindung des Fahrzeugbremspedals 2 mit dem Kolben 4 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 (gestrichelte Linienführung von Kolbenstange 11 und Fahrzeugbremspedal 2). Die Beabstandung „s₁” respektive Lose ist dabei auf einen gewünschten, zunächst linear ansteigenden Kraft-Weg-Verlauf abgestimmt, wobei besagter Kraft-Weg-Verlauf insbesondere durch die Federkonstante und die Vorspannung des zumindest einen zweiten Federelementes 12 bestimmt ist. Im Rahmen von hierzu durchgeführten Versuchen hat sich eine Beabstandung „s₁” von etwa 2 mm bis etwa 10 mm, vorzugsweise etwa 3 mm bis etwa 5 mm bewährt.
Wird das Fahrzeugbremspedal 2 weiter durchgedrückt, beispielsweise infolge erforderlicher Vollbremsung, setzt infolge der eingeleiteten Axialbewegung des Kolbens 4 eine Gaskompression in der Kompressionskammer 5 der Kolben-Zylinder-Einheit 3 und damit ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf der Pedalkennung ein (nicht näher dargestellt).
Vorteilhaft ist vorliegend am Führungsgrund 16 der hülsenförmigen Axialführung 15 ein Feder-Dämpfungselement 17 angeordnet, beispielsweise in Form eines Elastomers, welches den Aufprall der Verdickung 13 auf dem Führungsgrund 16 der hülsenförmigen Axialführung 15 dämpft und die Kraft-Weg-Kennlinie anstelle eines Knicks nunmehr komfortabel abrundet. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese Anordnung des Feder-Dämpfungselementes 17, sondern erfasst auch eine Ausführung, bei der ein Feder-Dämpfungselement 17 gleichwirkend an der Verdickung 13 oder sowohl am Führungsgrund 16 als auch an der Verdickung 13 angeordnet ist (nicht näher dargestellt).
Nachfolgend wird die Erfindung weiter in ihrer Funktion beschrieben. Gesetzt den Fall, es ist eine Betätigung des Fahrzeugbremspedals 2 zu verzeichnen, wird zunächst die Kolbenstange 11 innerhalb der vorgegebenen Beabstandung „s₁” bzw. Lose zum Kolben 4 hin verlagert, bis die Verdickung 13 bei ausreichender Pedalbetätigung am Führungsgrund 16 der hülsenförmigen Axialführung 15 anschlägt, wobei vorzugsweise zunächst ein linear ansteigender Kraft-Weg-Verlauf zu verzeichnen ist. Bei den im allgemeinen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs überwiegend durchgeführten Bremsbetätigungen bewegt sich die Verdickung 13 innerhalb der besagten Beabstandung „s₁”. Ist dagegen beispielsweise eine Vollbremsung zu verzeichnen, wird die vom Fahrzeugbremspedal 2 aufgebrachte Bremsbetätigungskraft über die Kolbenstange 11 nunmehr auf den Kolben 4 übertragen, so dass infolge des eingeleiteten Axialbewegung desselben eine Gaskompression in der Kompressionskammer 5 und damit ein progressiver Kraft-Weg-Verlauf der Pedalkennung einsetzen.
Das insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventil 6 des Pedalkraftsimulators 1 kann vorteilhaft derart ausgebildet bzw. angesteuert sein, dass es

– im unbestromten Zustand einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und der Kompressionskammer 5 in beiden Strömungsrichtungen zulässt (erste Schaltstellung), und
– im bestromten Zustand durch ein an sich bekanntes Rückschlagventil eine Gasbewegung (Luft) nur von der Umgebung in die Kompressionskammer 5 hinein erlaubt, in Gegenrichtung aber unterbindet (zweite Schaltstellung).

Bei vorausgesetzter Funktionsfähigkeit der Fahrzeugbremsanlage kann während sämtlicher Betriebsbedingungen des Pedalkraftsimulators 1 das insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventil 6 auch permanent in der zweiten Schaltstellung geschaltet sein.
Bevorzugt ist jedoch das Ventil 6 ausgehend von der ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals 2 und/oder des Kolbens 4 in Abhängigkeit eines mittels eines ersten Stellungssensors 18 am Fahrzeugbremspedal 2 sensierten Pedal-Winkels „α” und/oder einer mittels eines zweiten Stellungssensors 19 am Kolben 4 sensierten axialen Bewegung „s₂” desselben von einer ersten respektive unbestromten Schaltstellung in eine zweite respektive bestromte Schaltstellung und bei Rückführung des Kolbens 4 und des Fahrzeugbremspedals 2 in die erste Betriebsstellung oder Erreichen der ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) wieder zurück in die erste Schaltstellung geschaltet. D. h., das Ventil 6 ist nur bei Fahrerbremsung in der zweiten Schaltstellung, nämlich wenn der erste Stellungssensor 18 einen Pedal-Winkel „α” tatsächlich anzeigt und/oder der zweite Stellungssensor 19 eine axiale Bewegung des Kolbens 4 in Kompressionsrichtung 7 sensiert.
Denkbar ist es jedoch auch, das Ventil 6 bereits dann in die zweite Schaltstellung umzuschalten, wenn der Fahrzeugführer seinen Fuß von einem Fahrpedal nimmt. Auf einem CAN-Antrieb (CAN = Controller Area Network) liegt dann hierzu das Signal „Leergas” als Information einer Antriebssteuerung vor.
Ist dagegen die Fahrzeugbremsanlage defekt, muss auf eine vorgesehene Rückfallebene mit herkömmlicher Übertragung der Bremskraft zurückgegriffen werden. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass dann das Ventil 6 stromlos automatisch in seine erste Schaltstellung fällt und eine Gaskompression in der Kompressionskammer 5 verhindert wird/ist.
Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach 1 lediglich dadurch, dass in kinematischer Umkehr zum Ausführungsbeispiel nach 1 das Axialgelenk 14 statt am Kolben 4 nunmehr gleichwirkend am Fahrzeugbremspedal 2 angeordnet ist.
Das Ausführungsbeispiel nach 3 zeigt demgegenüber sowohl am Kolben 4 als auch am Fahrzeugbremspedal 2 ein derartiges Axialgelenk 14, um zum einen den Kolben 4 noch wirkungsvoller vor nachteiligen auf denselben einwirkenden Momenten aus der axialen Betätigung desselben über die Kolbenstange 11 zu bewahren. Ferner sind weitere vorteilhafte Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kraft-Weg-Kennlinie eröffnet, indem zwei separate Axialführungen 15 mit je einer darin geführten Verdickung 13 der Kolbenstange 11 vorgesehen sind. Die Kombination aus den beiden gezeigten Beabstandungen „s₁'” und „s₁''” ergibt die Gesamt-Beabstandung „s₁” (Lose), die von der Kolbenstange 11 bei Betätigung des Fahrzeugbremspedals 2 zu überwinden ist, bis eine Wirkverbindung zwischen Fahrzeugbremspedal 2 und Kolben 4 hergestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Pedalkraftsimulator
2: Fahrzeugbremspedal
3: Kolben-Zylinder-Einheit
4: Kolben
5: Kompressionskammer
6: Ventil
7: Kompressionsrichtung
8: erstes Federelement
9: Öffnung (Zylinder 10)
10: Zylinder
11: Kolbenstange
12: zweites Federelement
13: Verdickung
14: Axialgelenk
15: Axialführung
16: Führungsgrund (Axialführung 15)
17: Dämpfungselement
18: erster Stellungssensor
19: zweiter Stellungssensor
„α”: Pedal-Winkel
„s₁”: Lose/Beabstandung
„s₁'”: Beabstandung
„s₁''”: Beabstandung
„s₂”: axiale Bewegung des Kolbens 4 (in Kompressionsrichtung 7)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19757996 A1 [0003]
DE 102010024734 [0004]

Claims

Pedalkraftsimulator (1) für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektronischer Signalübertragung, bei der eine von der Fußkraft des Fahrzeugführers abhängige Aussteuerung des Bremsmoments insbesondere mittels elektro-hydraulischer oder elektro-mechanischer Systeme vorgenommen wird und der Pedalkraftsimulator (1) ein für einen Fahrzeugführer gewohntes Bremsgefühl generiert, wobei der Pedalkraftsimulator (1) eine pneumatisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit (3) aufweist, deren Kolben (4) eine Kompressionskammer (5) mit einem ansteuerbaren Ventil (6) begrenzt und entgegen der Kompressionsrichtung (7) mittels zumindest eines ersten Federelementes (8) federkraftbelastet sowie über eine Kolbenstange (11) mit einem Fahrzeugbremspedal (2) derart wirkverbunden ist, dass die Kolbenstange (11) während der Betätigung des Fahrzeugbremspedals (2) eine Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit (3) erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeugbremspedal (2) mittels zumindest eines zweiten Federelementes (12) entgegen der Kompressionsrichtung (7) federkraftbelastet und über besagte Kolbenstange (11), welche durch eine Lose längsverschieblich ist, nach Überwindung besagter Lose mit dem Kolben (4) verbunden ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die besagte Lose durch eine Kolbenstange (11) gebildet ist, welche ihrerseits zumindest einenends mit einer Verdickung (13) ausgebildet und nach Art eines Axialgelenks (14) innerhalb einer hülsenförmigen Axialführung (15) in Grenzen axial verschiebbar angeordnet ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (13) mit einer konvexen, sphärischen Mantelfläche ausgebildet ist und einen Außendurchmesser aufweist, der zur Minimierung des radialen Spiels zwischen Verdickung (13) und hülsenförmiger Axialführung (15) weitestgehend dem Innendurchmesser derselben entspricht.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Verdickung (13) und Axialführung (15) gebildete Axialgelenk (14) derart ausgebildet ist, das dasselbe eine Winkeländerung der Kolbenstange (11) von etwa ±3° gestattet.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (13) der Kolbenstange (11) in einer ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals (2) und Kolbens (4) mittels des zumindest einen zweiten Federelementes (12) federkraftbelastet in einer die besagte Lose bestimmenden Beabstandung „s₁” zu einem Führungsgrund (16) der hülsenförmigen Axialführung (15) angeordnet ist und in einer zweiten Betriebsstellung infolge Betätigung des Fahrzeugbremspedals (2) gegen die Federkraft des zumindest einen zweiten Federelementes (12) am besagten Führungsgrund (16) anschlägt.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (11) respektive deren Verdickung (13) mittels des zumindest einen zweiten Federelementes (12) in der besagten ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) gehalten ist, indem sich das zumindest eine zweite Federelement (12) einenends mittel oder unmittelbar am Fahrzeugbremspedal (2) und anderenends am Kolben (4) oder am Zylinder (10) der Kolben-Zylinder-Einheit (3) axial abstützt.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beabstandung „S₁” etwa 2 mm bis etwa 10 mm, vorzugsweise etwa 3 mm bis etwa 5 mm beträgt.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das aus Verdickung (13) und Axialführung (15) gebildete Axialgelenk (14) mit zumindest einem Feder-Dämpfungselement (17) ausgestattet ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Feder-Dämpfungselement (17) durch ein Elastomer gebildet ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das insbesondere elektrisch ansteuerbare Ventil (6) – im unbestromten Zustand einen Druckausgleich zwischen der Umgebung und der Kompressionskammer (5) in beiden Strömungsrichtungen zulässt (erste Schaltstellung), – im bestromten Zustand durch ein Rückschlagventil eine Gasbewegung nur von der Umgebung in die Kompressionskammer (5) hinein erlaubt, in Gegenrichtung aber unterbindet (zweite Schaltstellung).
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet. dass – das Ventil (6) ausgehend von einer ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) des Fahrzeugbremspedals (2) und/oder des Kolbens (4) in Abhängigkeit eines mittels eines ersten Stellungssensors (18) am Fahrzeugbremspedal (2) sensierten Pedal-Winkels „α” und/oder einer mittels eines zweiten Stellungssensors (19) am Kolben (4) sensierten axialen Bewegung „s₂” desselben von einer ersten respektive unbestromten Schaltstellung in eine zweite respektive bestromte Schaltstellung und bei Rückführung des Kolbens (4) und des Fahrzeugbremspedals (2) in die erste Betriebsstellung oder Erreichen der ersten Betriebsstellung (Ausgangsstellung) wieder zurück in die erste Schaltstellung geschaltet wird, – es sei denn, die Fahrzeugbremsanlage ist defekt und es muss auf eine vorgesehene Rückfallebene mit herkömmlicher Übertragung der Bremskraft zurückgegriffen werden, das Ventil (6) dann in die erste respektive unbestromte Schaltstellung geschaltet ist/wird.