DE102006028118A1

DE102006028118A1 - Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102006028118A1
Application number: DE200610028118
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Barthenheier; Bastian Dr.Ing. Witte
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: DE102006028118B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Bremspedal, einen Sensor zur Erfassung der Pedalkraft und mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bremsdrucks, wobei in Abhängigkeit der erfassten Pedalkraft ein Bremsdruck aufgebaut wird, wobei der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft eine nichtlineare Kennlinie aufweist, wodurch Bereiche unterschiedlicher Auflösung gebildet werden, wobei die höchste Auflösung im Bereich kleiner Pedalkräfte ist, sowie einen zugehörigen Sensor zur Errfassung der Pedalkräfte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug sowie einen hierfür geeigneten Sensor zur Erfassung der Pedalkraft.
Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Neben bekannten Bremsanlagen, wo das Bremspedal mechanisch mit einem Hauptbremszylinder gekoppelt ist, sind Bremsanlagen als brake-by-wire-Systeme oder mit Bremskraftunterstützungseinrichtungen bekannt, die vorzugsweise als elektromechanische Bremskraftverstärker ausgebildet sind. Ein solcher elektromechanischer Bremskraftverstärker ist beispielsweise aus der DE 103 27 553 A1 bekannt.
Üblicherweise wird bei der Auslegung von Bremsanlagen eine nichtlineare Pedalkraft-Pedalweg-Kennlinie realisiert. Dies bedeutet, dass die Pedalkraft über den Pedalweg nicht linear verläuft, sondern ein variabler Verstärkungsfaktor der Bremskraftunterstützungseinrichtung existiert. Bei Systemen mit einer Kopplung zwischen Pedalweg und Bremsdruck, also einer konstruktiv vorgegebenen Übersetzung, ist darüber hinaus der Verlauf Pedalkraft-Bremsdruck nicht linear. Bei brake-by-wire-Systemen wird dieses Verhalten häufig ebenfalls nachgebildet.
Bei einem elektromechanischen Bremskraftverstärker wird die Bremskraftunterstützung durch eine entsprechende Bestromung eines Elektromotors realisiert, der beispielsweise über ein Rot-Trans-Getriebe mit der Druckstange des Hauptbremszylinders verbunden ist, wie dies in der DE 103 27 553 A1 beschrieben ist. Die Höhe der Bestromung des Elektromotors ist abhängig von der durch den Fahrer aufgebrachten Pedalkraft, welche durch einen Kraftsensor erfasst wird. Dieser Kraftsensor kann beispielsweise aus Sicherheitsgründen redundant bzw. teilredundant aufgebaut sein, das bedeutet, dass die Mechanik in diesem Fall nur einmal und das eigentliche Signalerfassungselement mehrfach vorhanden ist. Das Kraftsignal wird durch eine Elektronik ausgewertet. Durch in einem Steuergerät hinterlegte Algorithmen wird aus dem Kraftsignal eine Bestromung des Elektromotors veranlasst, so dass sich eine gewünschte Kennlinie für Pedalkraft-Pedalweg/Bremsdruck einstellt. Eine solche Kennlinie ist in 2 dargestellt. Dabei ist der 2 zu entnehmen, dass die Kennlinie in vier Bereiche A-D unterteilt ist. Üblicherweise erstreckt sich der Bereich von A-D von 0-250 N Pedalkraft. Der Bereich der höchsten Verstärkung (Bereich B) liegt dabei typischerweise im Bereich von 20 N-40 N und wird als "Springer" bezeichnet. Dies bedeutet, dass gerade im unteren Messbereich der Pedalkraft ein sehr großer Wert auf die Signalqualität des Kraftsignals gelegt werden muss. Für ein gutes Pedalgefühl bei Benutzung des Pedals muss zudem der Messbereich bis 0 N sauber aufgelöst werden.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, eine Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug sowie einen hierfür geeigneten Sensor zur Erfassung der Pedalkraft zu schaffen, mittels dessen eine verbesserte Signalqualität des Kraftsignals erreichbar ist.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu weist der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft eine nichtlineare Kennlinie auf, wodurch Bereiche unterschiedlicher Auflösung gebildet werden, wobei die höchste Auflösung im Bereich kleiner Pedalkräfte Zugkräften ist. Die höchste Auflösung kann sich bis hin zum Übergang von Druck- nach Zugkräften befinden. Die höhere Auflösung im Bereich kleinerer Pedalkräfte verbessert den Signal-Rausch-Abstand in diesem Bereich. Hierdurch wird insbesondere bei hohen Verstärkungsfaktoren für den Bremsdruck in diesem Bereich ein Verstärken des Rauschens im Verhältnis zum Pedalkraftsignal reduziert, was auch entsprechende Schwingungen am Bremspedal reduziert, die bei einem zu geringen Signal-Rausch-Abstand sich störend bemerkbar machen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kennlinie des Sensors zur Erfassung der Pedalkraft aus mindestens zwei linearen Teilabschnitten zusammengesetzt. Die Verwendung linearer Teilabschnitte ist insbesondere für die rechentechnische Umsetzung der Ausgangssignale des Sensors in Stellsignale für die Bremsanlage sehr einfach. Im einfachsten Fall wird dabei die Kennlinie durch genau zwei lineare Abschnitte gebildet, wobei der Abschnitt mit der größeren Steigung im Bereich kleinerer Pedalkräfte ist. Wird die Kennlinie aus mehr als zwei linearen Abschnitten zusammengesetzt, muss nicht der erste Abschnitt die größte Steigung und somit Auflösung aufweisen. Beispielsweise kann die Auflösung zwischen 0-10 N kleiner sein als die zwischen 10-50 N, wobei dann anschließend wieder eine geringere Auflösung verwendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Bremsanlage eine nichtlineare Kennlinie zwischen Pedalkraft und Pedalweg bzw. Bremsdruck auf. Wie bereits zum Stand der Technik erläutert, ist gerade bei nichtlinearen Kennlinien mit großen Verstärkungsfaktoren im Bereich kleiner Pedalkräfte der geringe Signal-Rausch-Abstand ein Problem, so dass hier die erfindungsgemäße Vergrößerung der Auflösung des Sensors wirksam Abhilfe schafft.
Wird die Bremsanlage mit mehreren Sensorelementen gebildet, können diese speziell für Ihre bevorzugten Signalerfassungsbereiche optimiert werden. Eine redundante oder teilredundante Ausführung des Sensors trägt erhöhten Sicherheitsanforderungen Rechnung, da ein Ausfall eines Sensors nicht zwangsweise zum Ausfall oder zum Übergehen zu einer Notstrategie des Systems führt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Bremsdruckes als mindestens ein Hauptbremszylinder mit mindestens einer Bremskraftunterstützungseinrichtung ausgebildet, die vorzugsweise als elektromechanischer Bremskraftverstärker ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft eine elektrische Spannung als Ausgangssignal auf. Dies vereinfacht die Signalaufbereitung, insbesondere wenn ein Elektromotor eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers angesteuert werden soll.
Die Realisierung der nichtlinearen Kennlinie des Sensors zur Erfassung der Pedalkraft ist maßgeblich von der Art des Sensors abhängig. Beispielsweise sind Pedalkraftsensoren mit Hall-Elementen bekannt. Dort kann dann beispielsweise ein nichthomogenes Magnetfeld verwendet werden, so dass die induzierte Spannung nichtlinear bzw. nur abschnittsweise linear steigt.
Prinzipiell kann der Sensor auch Federanordnungen umfassen, die eine nichtlineare Federkennlinie aufweisen. Dies entspricht dann einer indirekten Kraftbestimmung durch eine Wegmessung, wobei dann die Auslenkung der Federanordnung vorzugsweise wieder in ein elektrisches Signal gewandelt wird. Bevorzugt werden dabei mehrere parallel geschaltete Federn mit unterschiedlicher Ausgangslänge verbaut; bei denen mit steigender Pedalkraft eine zunehmende Anzahl an Federn die Kraft mitträgt, und sich damit eine progressive Gesamtkennlinie ergibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 eine Kennlinie eines Sensors zur Erfassung der Pedalkraft und
2 eine Kennlinie zwischen der Pedalkraft und dem Pedalweg bzw. des Bremsdrucks (Stand der Technik).
In der 1 ist die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Sensors zur Erfassung der Pedalkraft dargestellt, wobei eine Spannung U über der Pedalkraft F dargestellt ist. Die Kennlinie ist in zwei lineare Abschnitte a und b aufgeteilt, wobei die Steigung m_a größer als die Steigung m_b ist. Der Abschnitt a erstreckt sich dabei über die beiden Bereiche A und B der Pedalkraft, also auf die Bereiche kleinerer Pedalkräfte, wobei im Bereich B die größte Verstärkung der Pedalkraft auftritt. Kleinere Pedalkräfte sind dabei im Verhältnis zum Gesamtmessbereich der Pedalkräfte zu sehen. Hierdurch werden also die Sensorausgangssignale im Bereich B gestreckt, so dass für die ausreichend hohen Sensorausgangssignale ein guter Signal-Rausch-Abstand erreicht wird, wohingegen die Sensorausgangssignale im Bereich C, D gestaucht sind.

Claims

Bremsanlage in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Bremspedal, mindestens einen Sensor zur Erfassung der Pedalkraft und mindestens eine Einrichtung zur Erzeugung eines Bremsdrucks, wobei in Abhängigkeit der erfassten Pedalkraft ein Bremsdruck aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor zur Erfassung der Pedalkraft eine nichtlineare Kennlinie aufweist, wodurch Bereiche unterschiedlicher Auflösung gebildet werden, wobei die höchste Auflösung im Bereich kleiner Pedalkräfte ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie aus mindestens zwei linearen Teilabschnitten (a, b) unterschiedlicher Steigung zusammengesetzt ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage eine nichtlineare Kennlinie zwischen Pedalkraft und Pedalweg oder Bremsdruck aufweist.
Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft aus mehreren Sensorelementen aufgebaut ist.
Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft redundant oder teilredundant ausgebildet ist.
Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Bremsdruckes als mindestens ein Hauptbremszylinder mit mindestens einer Bremskraftunterstützungseinrichtung ausgebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraftunterstützungseinrichtung als elektromechanischer Bremskraftverstärker ausgebildet ist.
Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Erfassung der Pedalkraft eine elektrische Spannung als Ausgangssignal aufweist.
Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Hall-Element sowie ein nichthomogenes Magnetfeld umfasst.
Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens eine Federanordnung umfasst.
Bremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine Federanordnung umfasst, die aus mehreren einzelnen Federn zusammengesetzt ist, deren Gesamtsteifigkeit mit ansteigender Pedalkraft zunimmt.
Bremsanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung eine nichtlineare Federkennlinie aufweist.
Sensor zur Erfassung einer Pedalkraft, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor eine nichtlineare Kennlinie aufweist, wodurch Bereiche unterschiedlicher Auflösung gebildet werden, wobei die höchste Auflösung im Bereich kleiner Pedalkräfte ist.