DE102014110300A1

DE102014110300A1 - Pedalkraftsimulator und Bremsanlage

Info

Publication number: DE102014110300A1
Application number: DE102014110300.9A
Authority: DE
Inventors: Uwe Reuter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Also published as: US9452744B2; JP2016022952A; US20160023643A1; JP6088000B2

Abstract

Es wird ein Pedalkraftsimulator für eine hydraulische Bremsanlage eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei der Pedalkraftsimulator einen Simulatorraum und einen innerhalb des Simulatorraums entlang eines Arbeitswegs bewegbaren Simulatorkolben aufweist, wobei der Pedalkraftsimulaor eine Leitungsanordnung aufweist, über welche der Simulatorraum in Fluidverbindung mit einem Druckraum eines Bremszylinders der hydraulischen Bremsanlage bringbar ist, und wobei die Leitungsanordnung eine Ventilanordnung aufweist, dessen Drosselwirkung von der Position des Simulatorkolbens entlang des Arbeitswegs abhängt.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Pedalkraftsimulator für eine hydraulische Bremsanlage eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Pedalkraftsimulatoren sind beispielsweise aus der Druckschrift WO 2012 / 150 108 A1 bekannt und dienen dazu, dem Benutzer einer Bremsanlage ein gewohntes Bremspedalgefühl zu vermitteln, auch wenn die Bremskraft nicht mehr unmittelbar durch die vom Benutzer am Bremspedal manuell aufgebrachte Betätigungskraft erzeugt wird, sondern infolge elektronischer Signalübertragung eine von der Fußkraft des Benutzers abhängige Aussteuerung des Bremsmoments durch eine Fremdkraft, wie beispielsweise einen Elektromotor, einen Kompressor oder dergleichen vorgenommen wird (auch als "Brake-by-Wire" bezeichnet). Mittels des Pedalkraftsimulators wird dem Benutzer beim Betätigen des Fahrzeugbremspedals eine haptische Rückmeldung in Form eines vorgegebenen Kraft-Weg-Verhaltens vermittelt, welche 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.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Pedalkraftsimulator zur Verfügung zu stellen, welcher dem Benutzer der Bremsanlage ein verbessertes und wirklichkeitsnäheres Bremsgefühl vermittelt.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Pedalkraftsimulator für eine hydraulische Bremsanlage eines Fahrzeugs, wobei der Pedalkraftsimulator einen Simulatorraum und einen innerhalb des Simulatorraums entlang eines Arbeitswegs bewegbaren Simulatorkolben aufweist, wobei der Pedalkraftsimulator eine Leitungsanordnung aufweist, über welche der Simulatorraum in Fluidverbindung mit einem Druckraum eines Bremszylinders der hydraulischen Bremsanlage bringbar ist, und wobei die Leitungsanordnung eine Ventilanordnung aufweist, dessen Drosselwirkung von der Position des Simulatorkolbens entlang des Arbeitswegs abhängt.
Der erfindungsgemäße Pedalkraftsimulator hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die Drosselwirkung der Ventilanordnung von der Position des Simulatorkolbens abhängt, wodurch die Dämpfung der Bremsanlage in Abhängigkeit der Position des Simulatorkolbens verändert bzw. geschaltet wird. Auf diese Weise kann das Bremsgefühl für den Fahrzeugführer verbessert werden, wodurch sich insbesondere die Rundstreckentauglichkeit des Pedalkraftsimulators verbessern lässt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitungsanordnung eine Hauptleitung und eine der Hauptleitung parallel geschaltete Nebenleitung umfasst, wobei die Hauptleitung und die Nebenleitung unabhängig voneinander in den Simulatorraum münden, wobei die Ventilanordnung ein in der Hauptleitung angeordnetes Hauptventil und ein in der Nebenleitung angeordnetes Nebenventil umfasst. Die Dämpfung wird somit über zwei separate Ventile erzielt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Pedalkraftsimulator derart ausgebildet ist, dass der Simulatorkolben mit zunehmender Auslenkung eines Bremspedals der Bremsanlage von einer Ausgangsposition entlang des Arbeitswegs verfahren wird. Der Pedalkraftsimulator ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet ist, dass die Nebenleitung in Fluidverbindung mit dem Simulatorraum steht, wenn sich der Simulatorkolben in der Ausgangsposition befindet, und dass die Fluidverbindung zwischen der Nebenleitung und dem Simulatorraum blockiert wird, wenn der Simulatorkolben entlang des Arbeitswegs um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegt wird. In vorteilhafter Weise wird die Fluidverbindung zwischen der Nebenleitung und dem Simulatorraum automatisch freigegeben, wenn sich der Simulatorkolben in oder nahe seiner Ausgangsposition befindet, und blockiert, wenn der Simulatorkolben um die Wegstrecke aus der Ausgangsposition ausgelenkt wird. Durch das Blockieren der Nebenleitung wird auch das Nebenventil deaktiviert, so dass nur noch das Hauptventil eine Ausgleichsströmung zwischen dem Simulatorraum des Pedalkraftsimulators und dem Hauptzylinder der Bremsanlage zulässt. Die Dämpfung steigt daher sprunghaft an, wenn der Simulatorkolben über die Wegstrecke hinaus ausgelenkt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Nebenleitung derart in den Simulatorraum mündet, dass die Mündung der Nebenleitung freigegeben ist, wenn sich der Simulatorkolben in oder nahe der Ausgangsposition befindet, und dass die Mündung der Nebenleitung durch den Simulatorkolben blockiert wird, wenn der Simulatorkolben entlang des Arbeitswegs um eine vorbestimmte Wegstrecke bewegt wird. Vorzugsweise weist der Simulatorkolben einen Kanal auf, welcher sich von einer Wandung des Simulatorkolbens zu einer dem Simulatorraum zugewandten Funktionsfläche des Simulatorkolbens erstreckt, wobei die Wandung der Mündung der Nebenleitung zugewandt ist, wenn sich der Simulatorkolben in der Ausgangsposition befindet. Denkbar ist, dass der Simulatorkolben einen Grundkörper umfasst, in welchem der Kanal ausgebildet ist, und dass der Grundkörper die Mündung der Nebenleitung in den Simulatorraum blockiert, wenn der Simulatorkolben über die bestimmte Wegstrecke hinaus ausgelenkt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im Bereich der Wandung eine Ausnehmung im Simulatorkolben ausgebildet ist, von welchem sich der Kanal zur Funktionsfläche erstreckt. Vorzugsweise wird über die Größe der Ausnehmung parallel zur Arbeitsrichtung bestimmt, um welche Wegstrecke der Simulatorkolben aus der Ausgangsposition ausgelenkt werden kann, bis die Mündung der Nebenleitung blockiert und das Nebenventil somit deaktiviert wird.
Vorzugsweise entspricht die maximale Erstreckung der Ausnehmung parallel zur Arbeitsrichtung daher im Wesentlichen der vorbestimmten Wegstrecke.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Drosselwirkung des Nebenventils, insbesondere während des Betriebs des Pedalkraftsimulators, einstellbar ist. In vorteilhafter Weise kann somit der Widerstand des Pedalkraftsimulators optimal auf die Erfordernisse der Bremsanlage oder an die individuellen Bedürfnisse des Benutzers angepasst werden. Denkbar wäre auch, dass die Drosselwirkung des Nebenventils während des Betriebs einstellbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Pedalkraftsimulator ein Rückstellmittel zum Rückstellen des Simulatorkolbens entgegen des Arbeitswegs in seine Ausgangsposition aufweist, wobei das Rückstellmittel elastisch und/oder deformierbar ausgebildet ist. Das Rückstellmittel umfasst vorzugsweise eine als Druckfeder ausgebildete Torsionsfeder und einen entlang des Arbeitswegs hinter der Torsionsfeder angeordneten Gummipuffer.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Bremsanlage für ein Fahrzeug aufweisend einen mit einem Fußbremspedal gekoppelten Bremszylinder und einem erfindungsgemäßen Pedalkraftsimulator, wobei der Pedalkraftsimulator mit einem Druckraum des Bremszylinders in Wirkverbindung steht.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bremsanlage eines Fahrzeugs mit einem Pedalkraftsimulator gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt die Pedaldämpfung des Pedalkraftsimulators gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 ist eine schematische Ansicht einer Bremsanlage 10 eines Fahrzeugs mit einem Pedalkraftsimulator 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Bremsanlage 10 umfasst einen Bremszylinder 11, in welchem ein Bremskolben 12 verschiebbar gelagert ist. Der Bremskolben 12 ist mit einem nicht abgebildeten Bremspedal des Fahrzeugs gekoppelt und mittels des Bremspedals von einem Fahrzeugführer entgegen der Kraft zweier Rückstellfedern 13 auslenkbar. Der Bremskolben 12 bewegt sich dabei entlang einer Auslenkungsrichtung 14.
Bei der vorliegenden Bremsanlage 10 handelt es sich um eine sogenannte "Brake-by-Wire"-Bremsanlage, d.h. die Bremskraft wird nicht unmittelbar durch die vom Benutzer am Bremskolben manuell aufgebrachte Betätigungskraft erzeugt, sondern die Auslenkung des Bremskolbens wird von einer nicht näher erläuterten Bremselektronik 15 elektronisch ausgewertet und mittels elektronischer Signalübertragung an einen Bremskrafterzeuger übermittelt, welcher dann die Bremskraft erzeugt.
Um dem Benutzer dennoch das reale Bremsgefühl einer hydraulischen Bremskraftanlage zu vermitteln, weist die vorliegende Bremsanlage 10 einen Pedalkraftsimulator 1 auf, welcher dem Benutzer beim Betätigen des Fahrzeugbremspedals eine haptische Rückmeldung in Form eines vorgegebenen Kraft-Weg-Verhaltens vermittelt. Diese haptische Rückmeldung korrespondiert mit dem tatsächlichen Bremsverhalten der Fahrzeugbremsanlage, um dem Benutzer die Dosierung der Bremskraft zu erleichtern.
Der Pedalkraftsimulator 1 weist hierfür einen Simulatorraum 2 auf, in welchem ein Simulatorkolben 3 entlang eines Arbeitswegs 100 verschiebbar gelagert ist. Der Simulatorkolben 3 ist dabei mittels eines umlaufenden Dichtmittels 4 gegenüber der Wandung 5 des Simulatorraums 2 abgedichtet. Innerhalb des Simulatorraums 2 ist ferner ein Rückstellmittel angeordnet. Das Rückstellmittel umfasst im vorliegenden Beispiel eine als Druckfeder ausgebildete Torsionsfeder 6, sowie einen Gummipuffer 7. Die Torsionsfeder 6 verfährt den Simulatorkolben 3 bei unbetätigtem Bremspedal entgegen des Arbeitswegs 100 in seine Ausgangslage.
Der Simulatorraum 2 und der Bremszylinder 11 stehen mittels einer Hauptleitung 9, sowie einer von der Hauptleitung 9 separaten Nebenleitung 8 in Fluidverbindung miteinander. In der Hauptleitung 9 befindet sich ein Hauptventil 20, während in der Nebenleitung 8 ein Nebenventil 21 angeordnet ist. Das Hauptventil 20 und das Nebenventil 21 drosseln je nach Einstellung jeweils den Fluidstrom durch die Hauptleitung 9 und die Nebenleitung 8. Denkbar ist, dass die Drosselwirkung des Hauptventils 20 und/oder des Nebenventils 21 während des Betriebs des Pedalkraftsimulators 1 justierbar sind.
Der Pedalkraftsimulator 1 ist nun derart ausgebildet, dass die Nebenleitung 8 nur dann in Fluidverbindung mit dem Simulatorraum 2 steht, wenn sich der Simulatorkolben 3 in oder nahe seiner Ausgangsposition befindet, und dass die Fluidverbindung zwischen der Nebenleitung 8 und dem Simulatorraum 2 von dem Simulatorkolben 3 blockiert wird, wenn der Simulatorkolben 3 entlang des Arbeitswegs 100 wenigstens um eine vorbestimmte Wegstrecke 25 bewegt wird. Dies wird dadurch erreicht, dass diejenige Wandung des Simulatorkolbens 3, welche der Mündung der Nebenleitung 8 in den Simulatorraum 2 zugewandt ist, eine Ausnehmung 23 aufweist, welche parallel zum Arbeitsweg 100 eine maximale Erstreckung aufweist, welche den Wert der vorbestimmten Wegstrecke 25 definiert. Die Ausnehmung 23 mündet zudem in einen innerhalb des Simulatorkolbens 3 ausgebildeten inneren Kanal 24, der auf einer der Torsionsfeder 6 abgewandten Seite in den Simulatorraum 2 mündet.
Wenn der Benutzer der Bremskraftanlage 10 nun das Bremspedal betätigt und hierdurch der Bremskolben 12 ausgelenkt wird, strömt Fluid aus dem Bremszylinder 11 über die Hauptleitung 9 in den Simulatorraum 2. Da die Nebenleitung 8 über die Ausnehmung 23 und den inneren Kanal 4 ebenfalls in Fluidverbindung mit dem Simulatorraum 2 ist, strömt auch durch die Nebenleitung 8 Fluid von dem Bremszylinder 11 in den Simulatorraum 2. Das Fluid wird dabei gedrosselt durch das Hauptventil 20 und das Nebenventil 21. Der Simulatorkolben 12 wird aus seiner Ausgangsposition entlang des Arbeitswegs 100 ausgelenkt (siehe 1).
Irgendwann ist der Simulatorkolben 12 um die vorbestimmte Wegstrecke 25 entlang des Arbeitswegs 100 ausgelenkt und die Mündung der Nebenleitung 8 erreicht die äußere Begrenzung der Ausnehmung 23. Anschließend wird die Mündung der Nebenleitung 8 durch die Wandung des Simulatorkolbens 3 blockiert. Ab diesem Zeitpunkt kann nur noch Fluid durch die Hauptleitung 8 in den Simulatorraum 2 gelangen. Der Widerstand steigt demnach sprunghaft an, weil sich der dem Fluid zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt durch den Wegfall der Nebenleitung 8 verringert. Die Dämpfung durch den Pedalkraftsimulator 1 ist also von der Position des Simulatorkolbens 3 entlang des Arbeitswegs 100 abhängig und stellt sich automatisch nach dem Verfahren des Arbeitskolbens 3 um die vorbestimmte Wegstrecke 25 um.
In 2 ist die Pedaldämpfung 26 des Pedalkraftsimulators 1 in Abhängigkeit der Position des Simulatorkolbens 3 entlang des Arbeitswegs 100 für unterschiedliche Drosseleinstellungen illustriert. Aus dem Diagramm ist zu sehen, dass bei Erreichen der vorbestimmten Wegstrecke 25 die Dämpfung sprunghaft ansteigt, da die Nebenleitung 8 ab Erreichen der vorbestimmten Wegstrecke 25 jeweils durch den Simulatorkolben 3 blockiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/150108A1 [0002]

Claims

Pedalkraftsimulator (1) für eine hydraulische Bremsanlage (10) eines Fahrzeugs, wobei der Pedalkraftsimulator (1) einen Simulatorraum (2) und einen innerhalb des Simulatorraums (2) entlang eines Arbeitswegs (100) bewegbaren Simulatorkolben (3) aufweist, wobei der Pedalkraftsimulator eine Leitungsanordnung aufweist, über welche der Simulatorraum (2) in Fluidverbindung mit einem Druckraum eines Bremszylinders (11) der hydraulischen Bremsanlage (10) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanordnung eine Ventilanordnung aufweist, dessen Drosselwirkung von der Position des Simulatorkolbens (3) entlang des Arbeitswegs (100) abhängt.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 1, wobei die Leitungsanordnung eine Hauptleitung (9) und eine der Hauptleitung (9) parallel geschaltete Nebenleitung (8) umfasst, wobei die Hauptleitung (9) und die Nebenleitung (8) unabhängig voneinander in den Simulatorraum (2) münden, wobei die Ventilanordnung ein in der Hauptleitung (9) angeordnetes Hauptventil (20) und ein in der Nebenleitung (8) angeordnetes Nebenventil (21) umfasst.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 2, wobei der Pedalkraftsimulator (1) derart ausgebildet ist, dass der Simulatorkolben (3) mit zunehmender Auslenkung eines Bremspedals der Bremsanlage (10) von einer Ausgangsposition entlang des Arbeitswegs (100) verfahren wird.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 3, wobei der Pedalkraftsimulator (1) derart ausgebildet ist, dass die Nebenleitung (8) in Fluidverbindung mit dem Simulatorraum (2) steht, wenn sich der Simulatorkolben (3) in oder nahe seiner Ausgangsposition befindet, und dass die Fluidverbindung zwischen der Nebenleitung (8) und dem Simulatorraum (2) blockiert wird, wenn der Simulatorkolben (3) entlang des Arbeitswegs (100) um eine vorbestimmte Wegstrecke (25) bewegt wird.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 4, wobei die Nebenleitung (8) derart in den Simulatorraum (2) mündet, dass die Mündung der Nebenleitung (8) freigegeben ist, wenn sich der Simulatorkolben (3) in oder nahe der Ausgangsposition befindet, und dass die Mündung der Nebenleitung (8) durch den Simulatorkolben (3) blockiert wird, wenn der Simulatorkolben (3) entlang des Arbeitswegs (100) um eine vorbestimmte Wegstrecke (25) bewegt wird.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 5, wobei der Simulatorkolben (3) einen Kanal (24) aufweist, welcher sich von einer Wandung des Simulatorkolbens (3) zu einer dem Simulatorraum (2) zugewandten Funktionsfläche des Simulatorkolbens (3) erstreckt.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 6, wobei die Wandung der Mündung der Nebenleitung (8) zugewandt ist, wenn sich der Simulatorkolben (3) in der Ausgangsposition befindet.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 7, wobei im Bereich der Wandung eine Ausnehmung (23) im Simulatorkolben (3) ausgebildet ist, von welchem sich der Kanal (24) zur Funktionsfläche erstreckt.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 8, wobei die maximale Erstreckung der Ausnehmung (23) parallel zum Arbeitsweg (100) im Wesentlichen der vorbestimmten Wegstrecke (25) entspricht.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drosselwirkung des Nebenventils (21), insbesondere während des Betriebs des Pedalkraftsimulators (1), einstellbar ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drosselwirkung des Nebenventils (21) während des Betriebs einstellbar ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pedalkraftsimulator (1) ein Rückstellmittel zum Rückstellen des Simulatorkolbens (3) entgegen des Arbeitswegs (100) in seine Ausgangsposition aufweist, wobei das Rückstellmittel elastisch und/oder deformierbar ausgebildet ist.
Pedalkraftsimulator (1) nach Anspruch 12, wobei das Rückstellmittel eine als Druckfeder ausgebildete Torsionsfeder (6) und einen entlang des Arbeitswegs (100) hinter der Torsionsfeder (6) angeordneten Gummipuffer (7) umfasst.
Bremsanlage (10) für ein Fahrzeug aufweisend einen mit einem Fußbremspedal gekoppelten Bremszylinder (11) und einem Pedalkraftsimulator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Pedalkraftsimulator (1) mit einem Druckraum des Bremszylinders (11) in Wirkverbindung steht.