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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung der Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei herkömmlichen insbesondere hydraulischen Betriebsbremssystemen von Kraftfahrzeugen ist die Übersetzung in das Bremspedal, über den Pedalweg betrachtet, konstant. Der fahrzeugseitige Schwenkpunkt des Bremspedals sowie der bremspedalseitige Anlenkpunkt der Stößelstange des hydraulischen Bremssystems (Bremskraftverstärker, Hauptbremszylinder, ESP-System, etc.) ist, ohne Verstellmöglichkeit, konstruktiv festgelegt ist. Neben einem solchen hydraulischen Bremssystem sind auch kraftentkoppelte oder ByWire-Bremssysteme von der Erfindung mitumfasst.
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Aus der
DE 10 2010 052 292 ist eine Vorrichtung zur Betätigung der Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs bekannt, deren Bremspedal an einer fahrzeugseitigen Schwenkstelle um eine Schwenkachse schwenkbar angelenkt ist. Das Bremspedal weist eine Anlenkstelle für eine mit einem Bremssystem zur Steuerung der Bremsleistung gekoppelte Stößelstange sowie eine fahrerseitige Krafteinleitungsstelle, das heißt zum Beispiel eine Pedalplatte, auf. Die stößelstangenseitige Anlenkstelle des Bremspedals ist über eine erste Hebelarmlänge von der Schwenkstelle beabstandet, während die fahrerseitige Krafteinleitungsstelle über eine zweite Hebelarmlänge von der Schwenkstelle beabstandet ist.
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Bei dem, aus der obigen
DE 10 2010 052 292 A1 bekannten Bremssystem ist die Krafteinleitung über das Bremspedal so veränderbar, dass sich im Wesentlichen ein über den Pedalweg konstantes Bremsgefühl für die Bedienungsperson bei herkömmlicher hydraulischer Bremsung oder bei durch Rekuperationsbetrieb unterstützter elektrischer Bremsung einstellt. Dies trifft auf das in der
DE 10 2008 037 923 A1 beschriebene Bremssystem zu.
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Aus der
JP 2006-264569 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Betätigung der Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei ein Bremspedal schwenkbar an einer Schwenkstelle gelagert ist. Ferner ist eine Anlenkstelle für eine mit einem Bremssystem gekoppelte Stange vorgesehen, die mittels einer Verstelleinheit verstellbar ist.
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Die
US 2003/0084749 A1 zeigt ein Bremspedal, das mittels einer Verstelleinheit an die Körpermaße eines Bedieners anpassbar ist. Die Verstelleinheit weist dabei eine Spindel auf, auf der zwei Muttern befestigt sind, wobei die erste Mutter mit der Stößelstange und die zweite Mutter mit der Pedalplatte verbunden sind.
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Die
US 2,844,228 A beschreibt eine Vorrichtung, mit der das Bremspedalverhältnis für eine Bremskraftverstärkereinheit veränderbar ist. Ferner ist aus der
JP 59-29550 A eine Bremspedalvorrichtung bekannt.
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Die
US 6,151,986 A zeigt eine einstellbare Steuerpedalvorrichtung zur Änderung der Position eines Pedals bezüglich eines Benutzers.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der konstruktiv einfach ein in der Auslegung von Betriebsbremsen zusätzlicher, steuerungstechnischer Freiheitsgrad ermöglicht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß dem Patentanspruch 1 weist die Vorrichtung eine Verstelleinheit auf, mit der die Stößelstangen-Anlenkstelle des Bremspedals verstellbar ist, und zwar unter Änderung der Hebelarmlänge zwischen der fahrzeugseitigen Schwenkstelle und der Stößelstangen-Anlenkstelle. Bevorzugt kann dabei die Verstelleinheit die obige Hebelarmlänge bei einer fahrerseitigen Betätigung des Bremspedals über den Pedalweg selbsttätig verändern. Entsprechend ist, über den Bremspedalweg betrachtet, das Verhältnis zwischen den oben definierten ersten und zweiten Hebelarmlängen mittels der Verstelleinheit zielgerichtet einstellbar. Die Erfindung zielt demzufolge nicht darauf ab, zum Beispiel bei hydraulischer und/oder elektrischer Bremsung ein über den Bremspedalweg konstantes „Bremsgefühl“ (das heißt eine über den Pedalweg konstante aufzubringende Betätigungskraft vom Fahrer) herzustellen. Vielmehr ermöglicht die Erfindung beispielhaft eine Beeinflussung des Zusammenhangs zwischen der Bremspedalkraft und der Bremsverzögerung: So reicht bei zum Beispiel einer Einstellung eines „straffen“ Bremspedalgefühls bereits ein kurzer Betätigungsweg aus, um eine vorgegebene Bremsverzögerung zu erzielen. Demgegenüber ist bei Einstellung eines „weichen“ Bremspedalgefühls ein längerer Betätigungsweg erforderlich, um dieselbe Bremsverzögerung zu erzielen.
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Erfindungsgemäß weist die Verstelleinheit zur Verstellung der Stößelstangen-Anlenkstelle eine Kulissenführung auf. Die Kulissenführung ist durch einen stößelstangenseitigen Kulissenstift gebildet, der in einer bremspedalseitigen Kulissenbahn geführt ist. Die Stößelstange ist an der Anlenkstelle um eine Schwenkachse schwenkbar angelenkt, die bevorzugt unmittelbar durch den oben erwähnten Kulissenstift definiert sein kann.
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Erfindungsgemäß beschreibt die Kulissenbahn eine Kreisbahn. Dabei kann die Ruheposition der fahrerseitigen Krafteinleitungsstelle (das heißt Pedalplatte) des Bremspedals unabhängig von der Größe des mittels der Verstelleinheit veränderlichen Hebelarmlänge im Wesentlichen unverändert bleiben. Der Krümmungsradius der Kulissenführung kann dazu entsprechend auf die wirksame Länge der Stößelstange angepasst sein, so dass bei einer Verstellung des Anlenkpunktes der Stößelstange das Bremspedal nicht verlagert wird.
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Mittels der oben angegebenen Kulissenführung kann baulich einfach sowie schnell und zuverlässig ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis in der Krafteinleitung hergestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Verstelleinheit zur Verschiebung des Anlenkpunktes der Stößelstange durch einen Elektromotor und ein selbsthemmendes Getriebe gebildet sein. Neben einer baulich einfachen Ausführung der Verstelleinheit ist damit sichergestellt, dass unbeabsichtigte Veränderungen der eingestellten Bremsleistung zum Beispiel bei einem Defekt in der Stromversorgung des Elektromotors ausgeschlossen sind.
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Der Elektromotor kann baulich und fertigungstechnisch günstig über eine Gewindespindel auf eine Schraubenmutter wirken, die den in die Kulissenbahn eingreifenden Kulissenstift trägt, an dem zudem die Stößelstange angelenkt sein kann. Dabei kann bevorzugt die Stößelstange mittels eines Gabelkopfes das Bremspedal umgreifend symmetrisch an dem Kulissenstift angreifen.
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Schließlich kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Elektromotor oberhalb der Kulissenbahn unmittelbar am Bremspedal schwenkbar gelagert sein. Dies ermöglicht eine kinematisch einfache, montagegünstige Konstruktion, bei der gegebenenfalls das Bremspedal und die Einstelleinrichtung eine Vormontageeinheit bilden können.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine zweite Verstelleinheit auf, mittels der die Pedalplatte des Bremspedals verstellbar ist, und zwar unter Änderung der beiden oben definierten Hebelarmlängen. Erfindungsgemäß ist die zweite Verstelleinheit Bestandteil eines verstellbaren Fußhebelwerks, bei dem unter Verstellung des Fußhebelwerks die Pedalplatte verstellbar ist.
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Wird zum Beispiel bei einer Verstellung des Fußhebelwerks die Pedalplatte verstellt und bleibt der Betätigungspunkt konstant, so verändert sich automatisch auch das Verhältnis zwischen den beiden Hebelarmlängen. Bei gleichbleibender Druck-Volumen-Kennlinie des Bremssystems ergibt sich somit eine veränderte Kraft-Weg-Kennlinie am Bremspedal, das heißt das fahrerseitige Pedalgefühl wird verändert. Wenn jedoch sowohl die Pedalplatte als auch die Stößelstangen-Anlenkstelle mittels der beiden Verstelleinheiten durch geeignete Ansteuerung verstellt werden, kann - trotz verstellter Hebelarmlängen - das obige Hebelarmlängen-Verhältnis und damit das Pedalgefühl unverändert aufrechterhalten werden.
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Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
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Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Bremspedals für eine hydraulische Betriebsbremse eines Kraftfahrzeugs, mit einer variablen Einstellbarkeit der Bremspedalübersetzung;
- 2 einen Schnitt entlang der Schnittebene I-I aus der 1 durch das Bremspedal mit unmittelbar angebauter Verstelleinheit, die einen Elektromotor und ein selbsthemmendes Getriebe aufweist;
- 3 in einer Ansicht entsprechend der 1 ein weiteres Ausführungsbeispiel; und
- 4 in einer Ansicht entsprechend der 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Bremspedals.
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In den 1 und 2 ist vereinfacht ein Bremspedal 10 für eine beispielhaft hydraulische Betriebsbremse bekannter Bauart für ein Kraftfahrzeug dargestellt, das an einem Pedalbock 12 (nur angedeutet) an einer fahrzeugseitigen Schwenkstelle K1 über eine Schwenkachse 14 angelenkt und über eine am entgegengesetzten Ende vorgesehene Pedalplatte 10a betätigbar ist, die als fahrerseitige Krafteinleitungsstelle dient.
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Das an der Schwenkstelle K1 schwenkbar angelenkte Bremspedal 10 weist eine Anlenkstelle K2 für eine kraftübertragend mit einem Bremssystem zur Steuerung der Bremsleistung gekoppelte Stößelstange 18 auf. Alternativ dazu kann die Stößelstange 18 nicht kraftübertragend, sondern nur signaltechnisch mit dem Bremssystem gekoppelt sein, wie es etwa bei einem ByWire-Bremssystem der Fall ist.
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Das Bremssystem kann einen Bremskraftverstärker, einen Hauptbremszylinder, eine als ESP oder ABS ausgebildete Verstärkergruppe, etc. aufweisen und ist nicht weiter beschrieben. Die stößelstangenseitige Anlenkstelle K2 ist in der 1 über eine erste Hebelarmlänge I1 von der Schwenkstelle K1 beabstandet, während die Pedalplatte 10a über eine zweite Hebelarmlänge I2 von der Schwenkstelle K1 beabstandet ist.
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Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Verstelleinheit 21 (2) auf, mit der unter Änderung der oben definierten Hebelarmlänge I1 die Anlenkstelle K2 verstellbar ist. Die Verstelleinheit 21 kann beispielhaft so ausgelegt sein, dass bei einer fahrerseitigen Betätigung des Bremspedals 10 die Anlenkstelle K2 selbsttätig verändert wird.
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Hierzu weist die Verstelleinheit 21 in den 1 und 2 eine Kulissenführung 19 auf. Diese ist durch einen stößelstangenseitigen Kulissenstift 16 und durch eine bremspedalseitige Kulissenbahn 20 aufgebaut, in der der Kulissenstift 16 geführt ist. In den Figuren definiert der Kulissenstift 16 eine Schwenkachse, an der die Stößelstange 19 unter Bildung der Anlenkstelle K2 angelenkt ist.
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Die Kraft-Weg-Übersetzung vom Bremspedal 10 auf die Stößelstange 18 definiert sich aus dem Verhältnis zwischen den Hebelarmlängen I1 und I2, wobei die Hebelarmlänge I2 die wirksame Länge des Bremspedals 10 von der Schwenkstelle K1 zur Pedalplatte 10a definiert.
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Um dieses Verhältnis veränderlich auszubilden, ist der die Anlenkstelle K2 definierende Kulissenstift 16 der Stößelstange 18 in der, einen Kreisbogen beschreibenden, schlitzförmigen Kulissenbahn 20 des Bremspedals 10 angeordnet. Mittels der Kulissenbahn 20 ist die Stößelstange 18 ausgehend von einer Mittelstellung (1, durchgezogene Linien) nach oben oder nach unten (in gestrichelten Linien eingezeichnet) stufenlos verlagerbar. Dementsprechend wird zum Beispiel bei gleicher Pedalkraft eine höhere oder niedrigere Krafteinleitung über die Stößelstange 18 bewirkt.
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Der Kreisbogen (Krümmungsradius) der Kulissenbahn 20 ist in Anpassung an die wirksame Länge der Stößelstange 18 derart ausgelegt, dass bei einer Verstellung des Kulissenstiftes 16 (Auslenkung der Stößelstange 18) mittels der Verstelleinheit 21 die Ruheposition der Pedalplatte 10a des Bremspedals 10 unverändert bleibt.
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Die obige Verstellung des in die Kulissenbahn 20 eingreifenden Kulissenstifts 16 (2) wird bevorzugt mittels der Verstelleinheit 21, bestehend aus einem Elektromotor 22 und einem selbsthemmenden Getriebe 24, erreicht. Der Elektromotor 22 ist dabei rein beispielhaft mittels eines Haltebolzens 26 oberhalb der Kulissenbahn 20 am Bremspedal 10 schwenkbar gelagert. Alternativ zur 2 kann der Elektromotor 22 auch unabhängig vom Bremspedal 10 gelagert sein.
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Das selbsthemmende Getriebe 24 weist eine vom Elektromotor 22 angetriebene Gewindespindel 28 und eine darauf befindliche Schraubenmutter 30 auf, die mit dem Kulissenstift 16 fest verbunden ist.
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Die Stößelstange 18 ist zweckmäßig wie in 2 angedeutet über einen das Bremspedal 10 umgreifenden Gabelkopf 32 schwenkbar mit dem Lagerbolzen 16 verbunden.
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Der Elektromotor 22 kann manuell und/oder abhängig von Betriebs- und Fahrparametern des Kraftfahrzeugs angesteuert sein und die Krafteinleitung auf die Stößelstange 18 des insbesondere hydraulischen Betriebssystems des Kraftfahrzeugs gezielt verändern. Gegebenenfalls kann zusätzlich seitens der Bedienungsperson das Ansprechverhalten der Betriebsbremse auf ein subjektiv bevorzugtes Niveau eingestellt werden. Auch automatische Eingriffe über zum Beispiel ein elektronisches Fahrstabilitätsprogramm sind möglich.
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In der 3 ist eine weitere Anordnung gezeigt, die im Wesentlichen baugleich mit der in der 1 gezeigten Anordnung ist. Im Unterschied zur 1 weist in der 3 die Vorrichtung eine zweite Verstelleinheit 33 auf, mittels der die Pedalplatte 10a des Bremspedals 10 verstellbar ist (siehe Doppelpfeil in der 3). Das heißt, bei einer Verstellung der fahrzeugseitigen Schwenkstelle K1 ändert sich nicht nur die zweite Hebelarmlänge 12, sondern automatisch auch das Hebelarmverhältnis. Die zweite Verstelleinheit 33 kann beispielhaft Bestandteil eines verstellbaren Fußhebelwerks sein, bei dem unter Verstellung des Fußhebelwerks auch die Pedalplatte 10a verstellt wird. Eine solche Verstellfunktion der Pedalplatte 10a ist dem Fachmann hinreichend bekannt, so dass in der 3 auf eine detaillierte Beschreibung des Bremspedal-Verstellmechanismus verzichtet ist.
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Wie oben erwähnt, kann sich bei einer Verstellung des Fußhebelwerks die Pedalplatte 10a verstellen, so dass sich automatisch auch das Verhältnis zwischen den Hebelarmlängen I1 und I2 verändert. Bei gleichbleibender Druck-Volumen-Kennlinie ergibt sich somit eine veränderte Kraft-Weg-Kennlinie am Bremspedal 10, das heißt das fahrerseitige Pedalgefühl wird verändert.
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Wenn jedoch zusätzlich die Stößelstangen-Anlenkstelle K2 mittels der Verstelleinheit 21 durch geeignete Ansteuerung verstellt wird, bleibt - trotz verstellter Hebelarmlängen - das obige Hebelarmlängen-Verhältnis und damit das Pedalgefühl unverändert aufrechterhalten.
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Darüber hinaus kann die Verstellung des Hebelarmlängen-Verhältnisses bzw. der Übersetzung des Fußhebelwerks auch gezielt eingesetzt werden, um eine bestimmte Spreizung des Pedalgefühls darstellen zu können, ohne dass sich die Pedalposition dabei verändern muss. Gegebenenfalls kann dieses auch vom betreffenden Anwender über eine Schnittstelle (zum Beispiel Schalter, Drehknopf, MMI...) variiert werden. Um den Einfluss auf den Bremspedalwinkel beim Verstellen der Stößelstangen-Anlenkstelle K2 zu kompensieren, kann die Stößelstangen-Anlenkstelle K2 auf der bereits oben erwähnten kreisförmigen Kulissenbahn 20 bewegt werden, die den Winkelversatz ausgleicht.
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In der 4 ist ein Bremspedal 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Wesentlichen dieselbe Funktionalität wie das in den vorangegangenen Figuren gezeigte Bremspedal 10 aufweist. Im Unterschied zu den 1 bis 3 ist in der 4 die Verstelleinheit 21 bauraumgünstig zumindest größtenteils in einem Hohlraum 39 des Bremspedals 10 angeordnet. Hierzu weist in der 4 das Bremspedal 10 einen hohlen Pedalschaft auf, der aus zwei Halbschalen 37 aufgebaut ist. In dem von den Halbschalen 37 begrenzten Hohlraum 39 ist bauraumgünstig die Antriebsspindel 28 mit der darauf befindlichen Schraubenmutter 30 angeordnet, die zwei in entgegengesetzten Richtungen abragende Kulissenstifte 16 trägt. Die beiden Kulissenstifte 16 greifen unter Bildung von Kulissenführungen 19 in korrespondierende Kulissenbahnen 20 ein, die in den Halbschalen 37 des Bremspedals 10 ausgebildet sind. Der Stellmotor 22 ist in der 4 nicht am Bremspedal 10, sondern vielmehr separat davon zum Beispiel am Pedalblock 12 montiert.
