DE102011106396A1

DE102011106396A1 - Bremspedalsimulator für ein Kraftfahrzeugbremssystem

Info

Publication number: DE102011106396A1
Application number: DE201110106396
Authority: DE
Inventors: Stefan Reinbacher; Daniel Lindvai-Soos; Peter Del-Negro; Christoph Finder
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2011-07-02
Publication date: 2012-04-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremspedalsimulator für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Simulationseinrichtung, die zumindest ein Federelement und eine Abstützeinrichtung aufweist, an welcher das Federelement abgestützt ist, wobei das Federelement von einem mit einem Bremspedal gekoppelten oder koppelbaren Betätigungselement, insbesondere einem Bolzen, beaufschlagbar ist, wobei die Simulationseinrichtung durch eine Blockiereinrichtung in einer Sperrposition lagefixierbar ist und wobei die Simulationseinrichtung bei inaktiver Blockiereinrichtung, insbesondere bei Beaufschlagung des Federelements durch das Betätigungselement, aus der Sperrposition bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremspedalsimulator für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Simulationseinrichtung, die zumindest ein Federelement und eine Abstützeinrichtung aufweist, an welcher das Federelement abgestützt ist, wobei das Federelement von einem mit einem Bremspedal gekoppelten oder koppelbaren Betätigungselement, insbesondere einem Bolzen, beaufschlagbar ist.
Derartige Bremspedalsimulatoren werden bspw. in Kraftfahrzeugbremssystemen eingesetzt, bei denen die eigentliche Bremsanlage elektrisch bzw. elektronisch über Aktuatoren betätigt wird, um dem Fahrer das gewohnte Pedal-Gefühl zu vermitteln. Derartige Bremssysteme werden auch als Brake-by-Wire-Bremssysteme bezeichnet. Das Pedal-Gefühl rührt dabei von einer von dem Federelement bewirkten Gegenkraft her, die erzeugt wird, wenn das mit dem Bremspedal gekoppelte Betätigungselement bei einer Betätigung des Bremspedals gegen das Federelement gedrückt wird. In der Regel ist es zumindest im Notfall bei derartigen Bremssystemen aber auch möglich, die Bremsanlage mechanisch über das Bremspedal zu betätigen. Dabei wird auch hier dem Fahrer annähernd das gewohnte Pedal-Gefühl vermittelt. In diesem Falle besteht kein Bedarf für den Bremspedalsimulator und es stellt auch kein sicherheitskritisches Problem dar, wenn der Bremspedalsimulator deaktiviert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bremspedalsimulator anzugeben, welcher sich auf einfache Weise aktivieren bzw. deaktivieren lässt.
Die Aufgabe wird durch einen Bremspedalsimulator nach Anspruch 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass die Simulationseinrichtung durch eine Blockiereinrichtung in einer Sperrposition lagefixierbar ist und dass die Simulationseinrichtung bei inaktiver Blockiereinrichtung, insbesondere bei Beaufschlagung des Federelements durch das Betätigungselement, aus der Sperrposition bewegbar ist.
Die lagefixierte Simulationseinrichtung bewirkt eine Gegenkraft, wenn das Betätigungselement gegen das Federelement gedrückt wird. Dadurch kann bei Einsatz des erfindungsgemäßen Bremspedalsimulators in einem Kraftfahrzeugbremssystem, wie etwa in einem Brake-by-Wire-Bremssystem, dem Fahrer das gewohnte Pedal-Gefühl vermittelt werden, wenn dieser das Bremspedal betätigt. Demgegenüber übt die Simulationseinrichtung keine oder nur eine geringe Gegenkraft aus und bewirkt somit kein oder nur ein geringes Pedal-Gefühl, wenn die Blockiereinrichtung inaktiv ist, da die Simulationseinrichtung bei einer Betätigung des Bremspedals aus der Sperrposition bewegt wird. Daher ist der Bremspedalsimulator aktiv, in dem Sinne, dass ein Pedal-Gefühl vermittelt werden kann, wenn die Blockiereinrichtung aktiv ist und inaktiv, wenn die Blockiereinrichtung freigeschaltet ist.
Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bevorzugt ist die Simulationseinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass diese bei inaktiver Blockiereinrichtung und insbesondere nach erfolgter Beaufschlagung des Federelements durch das Betätigungselement wieder zurück in die Sperrposition bewegbar ist. Die Simulationseinrichtung kehrt also wieder in die ursprüngliche Lage zurück, nachdem sie aus der Sperrposition bewegt worden ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Simulationseinrichtung, insbesondere in einer Zwangsführung, verschieblich gelagert. Dadurch kann eine einfache Möglichkeit zur beweglichen Lagerung der Simulationseinrichtung realisiert werden. Außerdem kann der Bremspedalsimulator auf diese Weise besonders kompakt ausgebildet und in einfacher Weise in ein Kraftfahrzeug eingebaut werden, wobei der Bremspedalsimulator insbesondere über die Zwangsführung am Fahrzeugrahmen befestigt werden kann.
Vorzugsweise weist die Blockiereinrichtung ein, insbesondere nicht verschiebliches, drehbares Teil auf, welches mit der Simulationseinrichtung derart gekoppelt ist, dass das drehbare Teil bei einer Bewegung der Simulationseinrichtung in eine Drehbewegung versetzt wird, die zur Lagefixierung der Simulationseinrichtung blockierbar ist. Die Drehbewegung des drehbaren Teils lässt sich auf einfache Weise blockieren, wodurch entsprechend einfach auch die Beweglichkeit der Simulationseinrichtung blockiert werden kann.
Die Blockiereinrichtung kann einen zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung hin- und herbewegbaren Riegel aufweisen, welcher in der Sperrstellung mit zumindest einem an dem drehbaren Teil ausgebildeten Gegenelement zur Blockierung der Drehbewegung des drehbaren Teils zusammenwirkt. Damit lässt sich auf einfache Weise die Blockierung bzw. Freigabe der Drehbewegung des drehbaren Teils steuern.
Besonders bevorzugt ist der Riegel in Form eines, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Hubmagneten ausgebildet. Damit kann besonders einfach und kostengünstig ein elektrisch verstellbarer Riegel realisiert werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist die Simulationseinrichtung ein stangenförmiges Teil auf, das mit dem drehbaren Teil gekoppelt ist. Dadurch kann – wenn das stangenförmige Teil entsprechend lang ausgebildet ist – über die gesamte Wegstrecke, über die die Simulationseinrichtung beweglich ist – eine einfache Kopplung mit dem, translatorisch nicht beweglichen, drehbaren Teil erreicht werden.
Vorzugsweise ist das stangenförmige Teil an der Abstützeinrichtung angeordnet, insbesondere derart, dass sich die Abstützeinrichtung zwischen dem stangenförmigen Teil und dem Betätigungselement befindet. Dadurch kann die Simulationseinrichtung besonders kompakt ausgebildet werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das stangenförmige Teil als eine, insbesondere drehfest, mit der Abstützeinrichtung verbundene Gewindespindel ausgebildet und das drehbare Teil ist als eine auf die Gewindespindel aufgefädelte Gewindespindelmutter ausgebildet. Damit kann eine gute mechanische Kopplung zwischen dem drehbaren Teil und dem stangenförmigen Teil erreicht werden.
Die Gewindespindelmutter kann eine, insbesondere an der äußeren Umfangsfläche umlaufend ausgebildete, Verzahnung aufweisen. Diese ist vorzugsweise als Gegenelement zum Zusammenwirken mit einem Riegel der Blockiereinrichtung zur Blockierung einer Drehbewegung der Gewindespindelmutter vorgesehen. Vorteilhaft an der Verzahnung als Gegenelement zum Riegel ist, dass diese konstruktiv einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektromechanisches, elektropneumatisches oder elektrohydraulisches Bremssystem, mit einem erfindungsgemäßen Bremspedalsimulator, wobei das Bremssystem in einer ersten Betriebsart, insbesondere Brake-by-Wire-Betriebsart, und in einer zweiten Betriebsart, insbesondere Notbetriebsart, betreibbar ist, wobei die Simulationseinrichtung durch die Blockiereinrichtung während der ersten Betriebsart in der Sperrposition lagefixiert ist und wobei die Blockiereinrichtung während der zweiten Betriebsart inaktiv und die Simulationseinrichtung, insbesondere bei Betätigung des Bremspedals, aus der Sperrposition bewegbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Bremssystem ist der Bremspedalsimulator daher nur während des Betriebs des Bremssystems in der ersten Betriebsart aktiv, während es in der zweiten Betriebsart deaktiviert ist. Dies hat den Vorteil, dass in der zweiten Betriebsart, in der insbesondere vorgesehen sein kann, dass die eigentliche Bremsanlage des Bremssystems mechanisch über das Bremspedal betätigt wird, der Bremspedalsimulator keine zusätzliche Gegenkraft auf das Bremspedal bewirkt. Dadurch kann der Fahrer beispielsweise besser Einschätzen, mit welcher Stärke die Bremsanlage während der zweiten Betriebsart über das Bremspedal betätig wird. Außerdem muss die Gegenkraft der Simulationseinrichtung nicht zusätzlich überwunden werden.
Bevorzugt ist die Blockiereinrichtung derart ausgebildet, dass während der ersten Betriebsart die Drehbewegung des drehbaren Teils blockiert ist, und die Blockiereinrichtung ist ferner so ausgebildet, dass während der zweiten Betriebsart die Drehbewegung des drehbaren Teils freigegeben ist. Durch Blockierung bzw. Freigabe der Drehbewegung des drehbaren Teils kann die Simulationseinrichtung auf einfache Weise lagefixiert bzw. die Lagefixierung aufgehoben werden.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Bremssystem eine Bremsanlage, insbesondere eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Bremsanlage, und am Bremspedal, insbesondere im Bereich des Pedallagers, ist ein Pedalstellungssensor angeordnet, insbesondere ein vorzugsweise im Pedallager integrierter Drehwinkelsensor. Der Pedalstellungssensor kann auch ein, bevorzugt an der Pedalstange angeordneter, Wegaufnahmesensor sein. Außerdem ist eine Steuereinrichtung mit dem Pedalstellungssensor und einer insbesondere elektrischen Betätigungseinrichtung für die Bremsanlage verbunden und während der ersten Betriebsart steuert die Steuereinrichtung die Betätigungseinrichtung anhand von Signalen (bspw. CAN-Signale), die vom Pedalstellungssensor bereitgestellt werden.
Während des Betriebs des Bremssystems in der ersten Betriebsart lässt sich die Bremsanlage daher von der Steuereinrichtung entsprechend den vom Pedalstellungssensor erhaltenen Signalen steuern. Dabei wird – wie erwähnt – der erfindungsgemäße Bremspedalsimulator so eingesetzt, dass dessen Simulationseinrichtung während der ersten Betriebsart in der Sperrposition lagefixiert ist. Das Federelement bewirkt somit eine Gegenkraft auf das Betätigungselement und damit auf das damit gekoppelte Bremspedal, wenn das Bremspedal gedrückt wird. Dem Fahren des Kraftfahrzeugs kann somit während der ersten Betriebsart das gewohnte „Bremspedal-Gefühl” vermittelt werden. Demgegenüber ist die Simulationseinrichtung während des Betriebs des Bremssystems in der zweiten Betriebsart beweglich und damit deaktiviert.
Bevorzugt weist ein Bremsdruckgeber der Bremsanlage eine Kolbenstange auf, über die die Bremsanlage, insbesondere während der zweiten Betriebsart, mechanisch betätigbar ist und die von einer am Bremspedal angeordneten Pedalstange beaufschlagbar ist. Die Bremsanlage lässt sich also im Notfall mechanisch über das Bremspedal betätigen. Der Fahrer spürt dabei annähernd das herkömmliche Pedal-Gefühl, so dass – wie vorstehend erwähnt – der Bremspedalsimulator während der zweiten Betriebsart nicht benötigt wird und somit deaktiviert werden kann.
Um ein Brake-by-Wire-Bremssystem zu realisieren, kann ein Freiraum zwischen der Kolbenstange und der Pedalstange vorgesehen sein. Dadurch kann auf einfache Weise die Kolbenstange von der Pedalstange entkoppelt werden, insbesondere für den Betrieb des Bremssystems in der ersten Betriebsart, also bei aktiver Simulationseinrichtung. Das Bremspedal lässt sich dann auf einfache Weise von der Bremsanlage mechanisch entkoppeln, insbesondere im Hinblick auf den Betrieb des Bremssystems in der ersten Betriebsart.
Außerdem ist der Freiraum vorteilhaft, wenn das Bremssystem zur Rekuperation, also zur Rückgewinnung der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs während des Bremsvorgangs, ausgebildet ist. Derartige Bremssysteme kommen hauptsächlich in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zur Anwendung. Dabei wird ein Elektromotor, der beispielsweise eine Komponente des Antriebsstrangs ist, als Generator betrieben. Dieser wandelt kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie um, wodurch eine Abbremsung des Kraftfahrzeugs erfolgt. Durch den Freiraum ist das Bremspedal während der ersten Betriebsart mechanisch von der Bremsanlage entkoppelt, so dass Einflüsse des Rekuperationsvorgangs auf die Bremsanlage nicht auf das Bremspedal übertragen werden können.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Pedalstange und die Kolbenstange durch eine Selbsthemmungseinrichtung miteinander mechanisch gekoppelt. Dabei ist die Selbsthemmungseinrichtung derart ausgestaltet, dass bei Betätigung des Bremspedals mit einer Geschwindigkeit, die eine Grenzgeschwindigkeit übersteigt, die Kolbenstange zusammen mit der Pedalstange bewegt wird, und dass bei Betätigung des Bremspedals mit einer Geschwindigkeit, die unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, die Kolbenstange nicht oder nur in einem geringen Maß mit der Pedalstange bewegt wird. Durch die Selbsthemmungseinrichtung ist es nicht erforderlich, einen Freiraum zwischen der Kolben- und der Pedalstange zum Zwecke des Betriebs des Bremssystems in der ersten Betriebsart vorzusehen, da bei Betätigung des Bremspedals mit einer Geschwindigkeit, die unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, die Kolbenstange nicht von der Pedalstange beaufschlagt und damit die Bremsanlage nicht über die Pedalstange betätigt wird. Die Grenzgeschwindigkeit kann dabei so gewählt sein, dass sie oberhalb derjenigen Geschwindigkeiten liegt, mit denen ein Bremspedal in „normalen” Fahrsituationen betätigt wird, aber unterhalb derjenigen Geschwindigkeiten, die bspw. im Falle von Ausnahmesituationen auftreten, wie etwa bei einer Vollbremsung.
Die Selbsthemmungseinrichtung kann eine insbesondere drehbar an der Pedalstange angeordnete Gewindespindel und eine in der Kolbenstange ausgebildete Aufnahme für die Gewindespindel umfassen, wobei die Aufnahme und die Gewindespindel derart zueinander ausgebildet sind, dass sich bei Betätigung des Bremspedals mit einer Geschwindigkeit unterhalb der Grenzgeschwindigkeit die Gewindespindel relativ zur Aufnahme bewegen kann und dass die Bewegung der Gewindespindel relativ zur Aufnahme oberhalb der Grenzgeschwindigkeit gehemmt wird. Dies kann durch eine entsprechend ausgebildete Gewindeselbsthemmung erreicht werden, zum Beispiel durch eine geeignet ausgebildete Gewindesteigung.
Besonders bevorzugt ist die Aufnahme in Form eines in der Kolbenstange eingebrachten Innengewindes ausgebildet, in welchem die Gewindespindel bis zur Selbsthemmung gleiten kann.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
1 einen seitliche Schnittansicht durch ein Bremssystem,
2 das Bremssystem von 1 bei eingedrücktem Bremspedal während des Betriebs in der Brake-by-Wire-Betriebsart bzw. bei Betätigung der Reibungsbremsen durch eine Betätigungseinrichtung wie etwa einen elektrischen Bremskraftverstärker,
3 das Bremssystem von 1 bei eingedrücktem Bremspedal während des Betriebs in der Notbetriebsart,
4 eine seitliche Schnittansicht durch eine andere Variante eines Bremssystems,
5 das Bremssystem von 4 bei eingedrücktem Bremspedal während des Betriebs in der Brake-by-Wire-Betriebsart,
6 das Bremssystem von 4 bei eingedrücktem Bremspedal und während des Betriebs in der Notbetriebsart, und
7 eine perspektivische Schnittansicht einer weiteren Variante eines Bremssystems.
Das in den 1 bis 3 dargestellte Bremssystem 1 weist ein Bremspedal 3 und einen Bremspedalsimulator 5 auf. Der Bremspedalsimulator 5 umfasst eine Simulationseinrichtung 7, die eine Druckfeder 9, ein an der Druckfeder 9 angeordnetes Federelement 11 aus Elastomer und eine Abstützeinrichtung 13 aufweist, an welcher die Druckfeder 9 abgestützt ist. Bei dem dargestellten Bremssystem 1 ist die Abstützeinrichtung 13 als ein einseitig durch einen Deckelboden 13A geschlossener Hohlzylinder ausgebildet, der die Druckfeder 9 und das Federelement 11 aufnehmen kann.
Die Simulationseinrichtung 7 umfasst außerdem eine Gewindespindel 15, welche drehfest an der gegenüberliegenden Seite des Bodens 13A an der Abstützeinrichtung 13 angeordnet ist. Eine Blockiereinrichtung 16 weist eine Gewindespindelmutter 17 auf, welche auf die Gewindespindel 15 aufgefädelt ist.
Die Simulationseinrichtung 7 ist in einer Zwangsführung, welche von einem beidseitig offenen Zylinder 19 und einem weiteren einseitig offenen Zylinder 21 gebildet wird, verschieblich gelagert. Dabei ist die Gewindespindelmutter 19 drehbar im Bereich zwischen den beiden Zylindern 19, 21 angeordnet, wie aus den Figuren ersichtlich ist. Die Gewindespindelmutter 17 ist daher translatorisch nicht oder nur geringfügig beweglich.
An der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindelmutter 17 ist eine Verzahnung 23 ausgebildet, in welche ein Hubmagnet 25 der Blockiereinrichtung 16 eingreifen kann, um eine Drehbewegung der Gewindespindelmutter 17 zu blockieren. Der Hubmagnet 23 kann mittels einer elektrisch ansteuerbarer Spule 27 zwischen einer Freigabestellung, in der der Hubmagnet 25 die Drehbewegung der Gewindespindelmutter 17 nicht blockiert (vgl. 3) und einer Sperrstellung hin- und herbewegt werden, in welcher die Drehbewegung blockiert wird (vgl. 1 und 2).
Am Bremspedal 3 sind ein bolzenförmiges Betätigungselement 29 sowie eine Pedalstange 31 angelenkt. Das Betätigungselement 29 ist mit der Simulationseinrichtung 7 gekoppelt. Außerdem kann über die Pedalstange 31 eine Kolbenstange 33 eines Bremsdruckgebers einer Bremsanlage (nicht gezeigt) des Bremssystems 1 betätigt werden.
Das Bremspedal 3 ist über ein Pedallager 35 drehbar am Kraftfahrzeug befestigt. Im Bereich des Pedallagers 35 ist ein Pedalstellungssensor 37 angeordnet, mittels dem die Stellung des Bremspedals 3 ermittelt werden kann. Der Pedalstellungssensor 37 ist mit einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) gekoppelt, welche mit einer ebenfalls nicht dargestellten Betätigungseinrichtung für die Bremsanlage verbunden ist.
Das Bremssystem 1 kann in einer Brake-by-Wire-Betriebsart sowie in einer Notbetriebsart, die insbesondere einem stromlosen Betrieb entspricht, betrieben werden. In der Brake-by-Wire-Betriebsart steuert die Steuereinrichtung die Betätigungseinrichtung für die Bremsanlage anhand von Signalen des Pedalstellungssensors 37. Es erfolgt also keine direkte Betätigung der Kolbenstange 33 durch die Pedalstange 31, wenn das Bremspedal 3 vom Fahrer betätigt wird. In der Brake-by-Wire-Betriebsart befindet sich außerdem der Hubmagnet 25 in der Sperrstellung (vgl. 1 und 2), sodass die Drehbewegung der Gewindespindelmutter 17 blockiert wird.
Durch die Blockierung der Drehbewegung der Gewindespindelmutter 17 kann die Gewindespindel 15 nicht in der Gewindespindelmutter 17 gleiten. Dadurch wird die Simulationseinrichtung in einer Sperrposition, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, lagefixiert. Bei einer Betätigung des Bremspedals 3, wie in 2 gezeigt ist, bewirkt die Druckfeder 9 sowie das Federelement 11 eine Gegenkraft auf das Betätigungselement 29 und damit auf das Bremspedal 3. Dem Fahrer wird also während der Brake-by-Wire-Betriebsart durch den Bremspedalsimulator 7 das gewohnte Pedal-Gefühl vermittelt.
Das Bremssystem 1 wird insbesondere bei einem Stromausfall in der Notbetriebsart betrieben. Die Blockiereinrichtung 16 ist daher insbesondere so ausgebildet, dass sich der Hubmagnet 25 in der Notbetriebsart – also im Wesentlichen bei unbestromter Spule 27 – in der Freigabestellung befindet (vgl. 3). Der Hubmagnet 25 blockiert dann nicht mehr die Drehbewegung der Gewindespindelmutter 17. Die Gewindespindel 15 kann somit relativ zur Gewindespindelmutter 17 bewegt werden. Bei inaktiver Blockiereinrichtung 16 ist die Simulationseinrichtung 7 daher nicht mehr in der Sperrposition lagefixiert, sondern kann durch Betätigung des Bremspedals 3 verschoben werden. Im Inneren des Zylinders 21 ist eine Druckfeder 49 angeordnet, durch die die Simulationseinrichtung 7 nach der Betätigung des Bremspedals 3 in die Sperrposition zurückgestellt wird.
Außerdem wird die Bremsanlage in der Notbetriebsart nicht mehr über die vorstehend erwähnte Betätigungseinrichtung betätigt. Vielmehr wird bei Betätigung des Bremspedals 3 ein vorhandener Freiraum 39 zwischen der Pedalstange 31 und der Kolbenstange 33 durch die Bewegung der Pedalstange 31 überwunden, bis die Pedalstange 31 an der Kolbenstange 33 zur Anlage kommt. Bei weiterer Betätigung des Bremspedals 3 wird die Kolbenstange 33 von der Pedalstange 31 beaufschlagt, sodass der Bremsdruckgeber der Bremsanlage über das Bremspedal 3 mechanisch betätigt wird.
Die Simulationseinrichtung 7 kann entsprechend den vorstehenden Ausführungen also je nach Betriebsart des Bremssystems aktiviert bzw. deaktiviert werden, indem die Simulationseinrichtung 7 durch die Blockiereinrichtung 16 lagefixiert wird bzw. bei inaktiver Blockiereinrichtung 16 bewegbar ist.
Die vorstehenden Ausführungen gelten entsprechend auch für das in den 4 bis 6 gezeigte Bremssystem 2. Im Unterschied zu dem Bremssystem 1 gemäß den 1 bis 3 weist das Bremssystem 2 jedoch keinen Freiraum zwischen der Pedalstange 31 und der Kolbenstange 33 auf. Vielmehr weist das Bremssystem 2 eine Selbsthemmungseinrichtung 41 mit einer Gewindespindel 43 auf, welche drehbar an der Pedalstange 31 angeordnet ist. Außerdem umfasst die Selbsthemmungseinrichtung 41 eine komplementär zur Gewindespindel 43 ausgebildete Aufnahme 45, welche in der Kolbenstange 33 ausgebildet ist. Die Aufnahme 45 weist ein Innengewinde 51 auf, in welchem die Gewindespindel 43 drehbar gleiten kann, wenn das Bremspedal mit einer Geschwindigkeit betätigt wird, die unterhalb einer Grenzgeschwindigkeit liegt. Wird das Bremspedal mit einer Geschwindigkeit betätigt, die gleich oder oberhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, wird die gleitende Bewegung der Gewindespindel 43 relativ zur Aufnahme 45 gehemmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Steigung des Gewindes der Gewindespindel 43 bzw. des in der Aufnahme 45 ausgebildeten Innengewindes 51 ab der Grenzgeschwindigkeit eine Selbsthemmung der Bewegung der Gewindespindel 43 relativ zur Aufnahme 45 bewirkt. Die Kolbenstange 33 kann dann von der Pedalstange 31 betätigt werden, ohne dass ein Freiraum überwunden werden muss.
Die Blockiereinrichtung 16 des Bremssystems 2 weist außerdem eine Zugfeder 47 auf, durch die der Hubmagnet 25 in der Notbetriebsart aus der Sperrstellung in die Freigabestellung bewegt bzw. dort gehalten wird.
Die zum Bremssystem 1 gemäß den 1 bis 3 gemachten Ausführungen gelten entsprechend auch für das Bremssystem 1A gemäß der 7. Bei dem Bremssystem 1A umfasst die Simulationseinrichtung 7 Druckfedern 9A und 9B sowie ein Federelement 11 aus Elastomer. Dabei ist das Federelement 11 am Boden 13A der Abstützeinrichtung 13 angeordnet. Innerhalb der Abstützeinrichtung 13 ist eine als einseitig offener Zylinder ausgebildete Federaufnahme 55 für die Feder 9A beweglich angeordnet. Der Boden 55A der Federaufnahme 55 befindet sich zwischen dem Federelement 11 und der Feder 9A. Außerdem befindet sich zwischen den Federn 9A und 9B eine ebenfalls innerhalb der Abstützeinrichtung 13 beweglich angeordnete Zwischenplatte 53. Das Betätigungselement 29 ist zumindest teilweise in der Abstützeinrichtung 13 aufgenommen, gegenüber der Abstützeinrichtung 13 beweglich und weist eine Aufnahme 29A für die Feder 9B auf.
7 zeigt das Bremssystem 1A in unbetätigtem Zustand. Dabei ist die Zwischenplatte 53 sowohl von der Federaufnahme 55 als auch vom Betätigungselement 29 beabstandet. Beim Betrieb des Bremssystems 1A in der Brake-by-Wire-Betriebsart werden die Federelemente 9A, 9B und 11 bei Betätigung des nicht dargestellten Bremspedals vom Betätigungselement 29 beaufschlagt und bewirken eine Gegenkraft, durch die dem Fahrer annähernd das gewohnte Pedalgefühl vermittelt wird. Dabei ändert sich das Pedalgefühl sprunghaft, wenn die Zwischenplatte 53 an der Federaufnahme 55 und/oder an dem Betätigungselement 29 zur Anlage kommt, da dann die jeweilige Feder 9A bzw. 9B nicht mehr weiter eingedrückt werden kann. Bei welchem Betätigungsgrad des Bremspedals die Zwischenplatte 53 an der Federaufnahme 55 bzw. am Betätigungselement 29 zur Anlage kommt, hängt einerseits vom gewählten Abstand der Zwischenplatte 53 zur Federaufnahme 55 bzw. zum Betätigungselement 29 bei unbetätigtem Bremspedal ab, andererseits aber auch von der Wahl der Federhärten der Federn 9A und 9B.
Bei dem dargestellten Bremssystem 1A weist die Feder 9B eine geringere Federhärte als die Feder 9A auf. Dabei sind die Federhärten so gewählt, dass bei einer Betätigung des Bremspedals zunächst vor allem die Feder 9B eingedrückt wird. Erst wenn die Zwischenplatte 53 am Betätigungselement 29 zur Anlage kommt und damit die Feder 9B nicht mehr weiter eingedrückt werden kann, muss zur weiteren Betätigung des Bremspedals die Feder 9A eingedrückt werden. Wegen der größeren Härte der Feder 9A steigt die vom Bremspedalsimulator 5 auf das Bremspedal bewirkte Gegenkraft sprunghaft an, wenn die Zwischenplatte 53 am Betätigungselement 29 zur Anlage kommt. Bis zu einem gewissen Betätigungsgrad des Bremspedals bzw. bis die Zwischenplatte 53 am Betätigungselement 29 anliegt, muss also vor allem gegen die Feder 9B gearbeitet werden. Erst dann muss zur weiteren Betätigung des Bremspedals gegen die härtere Feder 9A gearbeitet werden. Dadurch vermittelt das Bremssystem 1A in besonders realistischer Weise das von herkömmlichen Bremssystemen bekannte Pedalgefühl, wonach sich das Bremspedal zunächst relativ leicht und dann bei weiterer Betätigung des Bremspedals nur noch mit einem höheren Kraftaufwand betätigen lässt.
Wie aus 7 ferner ersichtlich ist, sind beiderseits der Gewindespindelmutter 17 Lager 61 für die Gewindespindel 15 angeordnet, um eine besserer Führung für die Gewindespindel 15 und damit für die Simulationseinrichtung 7 zu erreichen.
Außerdem ist die Blockiereinrichtung 16 über eine Halterung 59 an den Zylindern 19, 21 befestigt. Die Zylinder 19, 21 bilden – wie aus 7 ersichtlich ist – einen Teil eines Gehäuses des dargestellten Bremspedalsimulators 1A. Das Gehäuse umfasst außerdem eine zylindrische Führungseinrichtung 57 für die Kolbenstange 33 und die Pedalstange 35. Innerhalb der Führungseinrichtung 57 ist der Freiraum 39 zwischen den beiden Stangen 33, 35 vorhanden.
Die Führungseinrichtung 57 kann einstückig mit den Zylindern 19, 21 ausgebildet sein, wie in 7 angedeutet ist. Dies ist herstellungstechnisch vorteilhaft. Die Führungseinrichtung 57 kann aber auch als separates Teil an zumindest einem Zylinder 19, 21 befestigt sein.
Bezugszeichenliste

1, 1A, 2: Bremssystem
3: Bremspedal
5: Bremspedalsimulator
7: Simulationseinrichtung
9: Druckfeder
9A, 9B: Druckfeder
11: Federelement
13: Abstützeinrichtung
13A: Boden des Abstützelements
15: Gewindespindel
16: Blockiereinrichtung
17: Gewindespindelmutter
19: Hohlzylinder
21: einseitig offener Zylinder
23: Verzahnung
25: Hubmagnet
27: Spule
29: Betätigungselement
29A: Aufnahme
31: Pedalstange
33: Kolbenstange
35: Pedallager
37: Pedalstellungssensor
39: Freiraum
41: Selbsthemmungseinrichtung
43: Gewindespindel
45: Aufnahme
47: Zugfeder
49: Druckfeder
51: Innengewinde
53: Zwischenplatte
55: Federaufnahme
55A: Boden
57: Führungseinrichtung
59: Halterung
61: Lager

Claims

Bremspedalsimulator für ein Bremssystem (1, 1A, 2) eines Kraftfahrzeugs mit einer Simulationseinrichtung (7), die zumindest ein Federelement (9, 9A, 9B, 11) und eine Abstützeinrichtung (13) aufweist, an welcher das Federelement (9, 9A, 9B, 11) abgestützt ist, wobei das Federelement (9, 9A, 9B, 11) von einem mit einem Bremspedal (3) gekoppelten oder koppelbaren Betätigungselement (29), insbesondere einem Bolzen, beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinrichtung (7) durch eine Blockiereinrichtung (16) in einer Sperrposition lagefixierbar ist und dass die Simulationseinrichtung (7) bei inaktiver Blockiereinrichtung (16), insbesondere bei Beaufschlagung des Federelements (9, 9A, 9B, 11) durch das Betätigungselement (29), aus der Sperrposition bewegbar ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinrichtung (7) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass diese bei inaktiver Blockiereinrichtung (16) und insbesondere nach erfolgter Beaufschlagung des Federelements (9, 9A, 9B, 11) durch das Betätigungselement (29) wieder zurück in die Sperrposition bewegbar ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinrichtung (7), insbesondere in einer Zwangsführung (19, 21), verschieblich gelagert ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (16) ein, insbesondere nicht verschiebliches, drehbares Teil (17) aufweist, welches mit der Simulationseinrichtung (7) derart gekoppelt ist, dass das drehbare Teil (17) bei einer Bewegung der Simulationseinrichtung (7) in eine Drehbewegung versetzt wird, die zur Lagefixierung der Simulationseinrichtung (7) blockierbar ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (16) einen zwischen einer Sperrstellung und einer Freigabestellung hin- und herbewegbaren Riegel (25) aufweist, welcher in der Sperrstellung mit zumindest einem an dem drehbaren Teil (17) ausgebildeten Gegenelement (23) zur Blockierung der Drehbewegung des drehbaren Teils (17) zusammenwirkt.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Riegel in Form eines, insbesondere elektrisch ansteuerbaren, Hubmagneten (25) ausgebildet ist.
Bremspedalsimulator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinrichtung (7) ein stangenförmiges Teil (15) aufweist, das mit dem drehbaren Teil (17) gekoppelt ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Teil (15) an der Abstützeinrichtung (13) angeordnet ist, insbesondere derart, dass sich die Abstützeinrichtung (13) zwischen dem stangenförmigen Teil (15) und dem Betätigungselement (29) befindet.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Teil als eine, insbesondere drehfest, mit der Abstützeinrichtung (13) verbundene Gewindespindel (15) ausgebildet ist und dass das drehbare Teil als eine auf die Gewindespindel aufgefädelte Gewindespindelmutter (17) ausgebildet ist.
Bremspedalsimulator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindelmutter (17) eine, insbesondere an der äußeren Umfangsfläche umlaufend ausgebildete, Verzahnung (23) aufweist, wobei, bevorzugt, die Verzahnung (23) als Gegenelement zum Zusammenwirken mit einem Riegel (25) der Blockiereinrichtung (16) zur Blockierung einer Drehbewegung der Gewindespindelmutter (17) vorgesehen ist.
Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Bremspedalsimulator (5) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1, 2) in einer ersten Betriebsart, insbesondere Brake-by-Wire-Betriebsart, und in einer zweiten Betriebsart, insbesondere Notbetriebsart, betreibbar ist, dass die Simulationseinrichtung (7) durch die Blockiereinrichtung (16) während der ersten Betriebsart in der Sperrposition lagefixiert ist, und dass die Blockiereinrichtung (16) während der zweiten Betriebsart inaktiv ist und die Simulationseinrichtung (7), insbesondere bei Betätigung des Bremspedals (3), aus der Sperrposition bewegbar ist.
Bremssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (16) derart ausgebildet ist, dass während der ersten Betriebsart die Drehbewegung des drehbaren Teils (17) blockiert ist und dass während der zweiten Betriebsart die Drehbewegung des drehbaren Teils (17) freigegeben ist.
Bremssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem (1, 1A, 2) eine insbesondere hydraulische Bremsanlage umfasst, dass am Bremspedal (3), insbesondere im Bereich des Pedallagers (35), ein Pedalstellungssensor (37) angeordnet Ist, insbesondere ein vorzugsweise im Pedallager (35) integrierter Drehwinkelsensor oder ein, bspw. an der Pedalstange angeordneter, Wegaufnahmesensor, dass eine Steuereinrichtung mit dem Pedalstellungssensor (37) und einer insbesondere elektrischen Betätigungseinrichtung für die Bremsanlage verbunden ist, und dass während der ersten Betriebsart die Steuereinrichtung die Betätigungseinrichtung anhand von Signalen steuert, die vom Pedalstellungssensors (37) bereitgestellt werden.
Bremssystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bremsdruckgeber der Bremsanlage eine Kolbenstange (33) aufweist, über die die Bremsanlage, insbesondere während der zweiten Betriebsart, mechanisch betätigbar ist und die von einer am Bremspedal (3) angeordneten Pedalstange (31) beaufschlagbar ist.
Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei unbetätigtem Bremspedal (3) ein Freiraum (39) zwischen der Kolbenstange (33) und der Pedalstange (31) vorgesehen ist.
Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalstange (31) und die Kolbenstange (33) durch eine Selbsthemmungseinrichtung (41) miteinander mechanisch gekoppelt sind, wobei die Selbsthemmungseinrichtung (41) derart ausgestaltet ist, dass bei Betätigung des Bremspedals (3) mit einer Geschwindigkeit, die eine Grenzgeschwindigkeit übersteigt, die Kolbenstange (33) zusammen mit der Pedalstange (31) bewegt wird, und dass bei Betätigung des Bremspedals mit einer Geschwindigkeit, die unterhalb der Grenzgeschwindigkeit liegt, die Kolbenstange (33) nicht oder nur in einem geringen Maß mit der Pedalstange (31) bewegt wird.
Bremssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthemmungseinrichtung (41) eine an der Pedalstange (31), insbesondere drehbar, angeordnete Gewindespindel (43) und eine in der Kolbenstange (33) ausgebildete Aufnahme (45) für die Gewindespindel (43) aufweist.