DE102006054094A1

DE102006054094A1 - Pedalsimulator mit Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102006054094A1
Application number: DE200610054094
Authority: DE
Inventors: Rainer Venus
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-11-16
Filing date: 2006-11-16
Publication date: 2008-06-12

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pedalsimulator für ein Fußpedal, insbesondere einer Kfz-Bremsanlage, zum Ausüben einer Gegenkraft beim Betätigen des Pedals. Der Pedalsimulator umfasst einen Mechanismus (11), der die vom Fahrer ausgeübte lineare Bewegung in eine rotierende Bewegung umsetzt und ein drehbares Teil (3) umfasst, sowie eine Bremseinrichtung (12) zum Abbremsen des drehbaren Teils (3). Der Pedalsimulator ist besonders einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus kann eine gewünschte Pedalcharakteristik sehr einfach realisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pedalsimulator für ein Fußpedal eines Kfz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Gegensatz zu bekannten hydraulischen Bremsanlagen besteht bei elektromechanischen Bremsanlagen kein direkter mechanischer Durchgriff zwischen dem Bremspedal und der eigentlichen Radbremse. Bei elektromechanischen Bremsanlagen wird die Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer von einem Pedalwertgeber aufgenommen und an ein Steuergerät übertragen, das einen Bremsaktuator in entsprechender Weise ansteuert. Die Pedalkraft, die der Fahrer beim Betätigen des Bremspedals erfährt, ist daher völlig entkoppelt von der tatsächlichen Bremskraft. Um dem Fahrer dennoch ein gewohntes Pedal-Gefühl zu vermitteln, werden im Stand der Technik Einrichtungen eingesetzt, die bei Betätigung des Bremspedals eine bestimmte Gegenkraft ausüben. Diese Einrichtungen werden auch als „Pedalsimulator" bezeichnet.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Feder-Dämpfer-Kombinationen als Pedalsimulatoren bekannt, die meist hydraulische oder Gasdämpfer-Elemente umfassen. Derartige Pedalsimulatoren sind jedoch relativ teuer und wartungsintensiv.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen rein mechanisch aufgebauten Pedalsimulator zu schaffen, der ohne Hydraulik und ohne Gasdämpfer-Elemente auskommt. Darüber hinaus sollte der Pedalsimulator eine Pedalcharakteristik aufweisen, die etwa der einer herkömmlichen hydraulischen Bremsanlage entspricht.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen Pedalsimulator mit einem Mechanismus zu schaffen, der die vom Fahrer ausgeführte lineare Bewegung in eine rotierende Bewegung umsetzt, und die rotierende Bewegung mittels einer Bremseinrichtung zu bremsen. Ein solcher Pedalsimulator ist besonders einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar. Darüber hinaus kann eine gewünschte Pedalcharakteristik relativ einfach umgesetzt werden.
Der Mechanismus umfasst vorzugsweise ein erstes Teil, das mit dem Fuß-Pedal verkoppelt ist, und ein koaxial angeordnetes zweites Teil, die relativ zueinander drehbar angeordnet sind. Die beiden Teile sind vorzugsweise über ein Gewinde oder ein anderes gleichwirkendes Mittel miteinander verbunden.
Die beiden Teile sind außerdem vorzugsweise in einer Längsrichtung relativ zueinander bewegbar.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das erste Teil des Mechanismus drehfest angeordnet und das zweite Teil drehbar gelagert. Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Teil drehfest angeordnet und das erste Teil drehbar gelagert. Wahlweise können auch beide Teile drehbar sein.
Eine spezielle Ausführungsform des Mechanismus umfasst ein stabförmiges erstes Teil, z.B. in Form einer Druckstange, die z.B. als Spindel ausgebildet ist, und ein zweites Teil in Form einer Mutter, die am Außenumfang des ersten Teils angeordnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann wiederum entweder das erste oder das zweite Teil oder beide Teile drehbar gelagert sein.
Die beiden Teile könnten wahlweise auch als Kurvenscheiben bzw. als Rohrsegmente ausgebildet sein, die an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten einen vorgegebenen Kurvenverlauf haben. Wenn die beiden Scheiben bzw. Rohrsegmente axial be lastet werden, wird sich je nach Steigung der Kurvenform wenigstens eines der Teile radial verdrehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ei nes der Teile mit einer Feder belastet, die gegen die vom Fahrer ausgeübte Pedalkraft wirkt. Die Feder ist vorzugsweise in einem Gehäuse montiert.
Bei einer Betätigung des Bremspedals wird das drehbare Bau teil, wie vorstehend erwähnt, mittels einer Bremse abgebremst. Die Bremse umfasst ein Reibglied, das entweder auf dem Bauteil selbst oder auf einem gegenüber liegenden Bauteil befestigt sein kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Reibglied auf einer Vorderseite des drehbaren Teils angeordnet.
An einer Rückseite des drehbaren Bauteils ist vorzugsweise ein Lager vorgesehen, das wenigstens einen Wälzkörper umfasst. Das Lager dient dabei im Wesentlichen zur Verringerung der Reibung, wenn die Bremse gelöst wird und sich das rotierende Teil zurück bewegt.
Das rotierende Bauteil ist vorzugsweise zwischen einer vorderen und einer rückseitigen Anschlagsfläche mit Spiel angeordnet und kann somit geringfügig in einer Vorwärtsrichtung (beim Betätigen der Bremse) und in einer Rückwärtsrichtung (beim Lösen der Bremse) bewegt werden. Das Spiel des rotierenden Teils ist dabei geringer als der Weg, den das andere Bauteil (z. B. die Druckstange) bei einer Betätigung des Bremspedals zurücklegt.
Der Pedalsimulator umfasst vorzugsweise wenigstens einen Sensor zum Messen einer Längs- und/oder Drehbewegung des Mechanismus. Die Sensordaten können z.B. an eine Steuereinheit geliefert werden, die sich in der Pedaleinheit befinden kann. Neben den aus dem Stand der Technik bekannten Weg – oder Kraftsensoren können z.B. auch Drehzahlsensoren, Hall-Sensoren, etc. eingesetzt werden. Mittels der genannten Sen soren können z.B. der Drehwinkel und/oder die Drehzahl und/oder die Winkelbeschleunigung des rotierenden Teils gemessen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine seitliche Schnittansicht eines Pedalsimulators gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung; und
2 eine Explosionsansicht des Pedalsimulators von 1.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines Pedalsimulators für ein Fuß-Bremspedal, wie er in Fahrzeugen mit elektromechanischer Bremsanlage verbaut werden kann. Der Pedalsimulator dient dazu, beim Betätigen des Pedals eine vorgegebene Gegenkraft auszuüben, um dem Fahrer ein gewünschtes Pedal-Gefühl zu vermitteln.
Der Pedalsimulator umfasst eine mit dem Bremspedal verkoppelte Druckstange 2, die die vom Fahrer ausgeübte Bremskraft F aufnimmt. Die Bewegungsrichtung der Druckstange 2 (Längsrichtung) ist mit einem Pfeil A gekennzeichnet.
Die Druckstange 2 ist Bestandteil eines Mechanismus 11, der die vom Fahrer ausgeführte lineare Bewegung in eine rotierende Bewegung umsetzt. Der Mechanismus 11 umfasst neben der Druckstange 2 eine koaxial angeordnete Mutter 3, die in eine Profilierung 10 der Druckstange 2 eingreift und drehbar am Außenumfang der Druckstange 2 angeordnet ist.
Die Mutter 3 ist im Innenraum eines Gehäuses 8 zwischen zwei Anschlagflächen 14, 15 mit Spiel angeordnet. Das Spiel (Luftspalt 5) ist dabei geringer als der Weg, den die Druckstange 2 bei Betätigung des Fuß-Bremspedals zurücklegen kann.
Die Druckstange 2 ist mittels einer Feder 1 in Richtung der neutralen Position vorgespannt.
Wenn das Fuß-Bremspedal betätigt wird, bewegt sich die Druckstange 2 in einer Vorwärtsrichtung gegen die Kraft der am vorderen Ende angeordneten Feder 1. Die Mutter 3 wird dabei zunächst in Bewegungsrichtung mitgenommen. Wenn der Luftspalt 5 überwunden ist, stößt die Mutter gegen die vordere Anschlagsfläche 14 und wird dadurch in eine rotierende Bewegung gezwungen. Die Mutter 3 hat einen umfangsseitig umlaufenden Flansch, an dem ein Bremsbelag 4 angeordnet ist. Der Bremsbelag 4 bildet zusammen mit der Anschlagsfläche 14 eine Bremseinrichtung 12, die die rotierende Bewegung der Mutter 3 abbremst. Dabei stellt sich ein Bremsmoment M_B = F_N·μ·r ein, das dem Produkt aus der resultierenden Normalkraft F_N auf den Bremsbelag 4, dem Reibwert μ und dem Radius r der Reibkraft entspricht. Dieses Bremsmoment hat eine dämpfende Wirkung auf die Bremsbetätigung.
Bei einer quasi statischen Betätigung der Bremse, bei der der Fahrer das Bremspedal sehr langsam betätigt, spürt der Fahrer vornehmlich die Federkraft der Feder 1 plus einen kleinen Beitrag des Bremsmoments der Bremseinrichtung 12. Bei einer dynamischen Betätigung des Bremspedals (v ≥ 0,5 m/s) wird die Bremsbetätigung dagegen relativ früh relativ stark von der Bremseinrichtung 12 gebremst. Dies hat zur Folge, dass der Fahrer bei einer schnellen Betätigung der Bremse einen hohen Druckpunkt mit starker Gegenkraft verspürt, während er bei einer langsamen Betätigung der Bremse einen eher niedrigen Druckpunkt mit geringerer Gegenkraft verspürt. Die entspricht im Wesentlichen der Pedalcharakteristik bei einer herkömmlichen hydraulischen Bremsanlage.
Die Pedalcharakteristik des Pedalsimulators lässt sich insbesondere durch die Auslegung der Profilierung (Steigung des Gewindes sowie deren Wirkungsgrad), den Reibradius und die Art des Reibbelags einstellen. Der Bremsbelag kann beispielsweise auch kegelförmig ausgebildet sein, wodurch sich die Bremsleistung erhöhen ließe.
Zum Messen der Bewegung des Pedalsimulators ist ein Sensor 7 vorgesehen. Als Sensorelement kann neben den bekannten Weg- oder Kraftsensoren z.B. auch ein Drehzahlsensor oder ein Hall-Sensor, etc. eingesetzt werden. Mittels dieser Sensoren kann z.B. der Verdrehwinkel der Mutter 3, die Drehzahl, die Winkelbeschleunigung oder jede andere gewünschte Größe gemessen werden. Zur Messung der Drehzahl der Mutter 3 kann sie beispielsweise Rillen 16 aufweisen (siehe 2), die als Geber fungieren.
2 zeigt eine Explosionsansicht des Pedalsimulators von 1. Dabei ist z.B. das an der Rückseite der Mutter 3 angeordnete Lager 6 mit mehreren Wälzkörpern 13 gut zu erkennen. Das Gehäuse 8 ist mit einem Deckel 9 verschlossen. Der Pedalsimulator wird vorzugsweise am Pedalbock montiert und befindet sich vorzugsweise im PKW-Innenraum. Durch die Möglichkeit der Montage am Pedalbock kann zu einem späteren Zeitpunkt der gesamte Pedalbock – mit drei Pedalen – in der Längsachse bzw. Höhe verstellt werden was zukünftige Autos zum Schutz der Fahrer erfüllen sollen. Somit kann zukünftig der Fahrer in einer zu den Rückhaltesystemen optimalen Position sitzen und bringt die erforderlichen Fahrzeugbedienelemente zu sich heran.

1: Feder
2: Druckstange
3: Mutter
4: Bremsbelag
5: Luftspalt
6: Lager
7: Sensor
8: Gehäuse
9: Deckel
10: Führungsnut
11: Mechanismus
12: Bremseinrichtung
13: Wälzkörper
14: vordere Anschlagsfläche
15: hintere Anschlagsfläche
16: Rillen

Claims

Pedalsimulator für ein Fußpedal, insbesondere einer Kfz-Bremsanlage, zum Ausüben einer Gegenkraft beim Betätigen des Pedals, gekennzeichnet durch, – einen Mechanismus (11), der die vom Fahrer ausgeführte lineare Bewegung in eine rotierende Bewegung umsetzt und ein drehbares Teil (3) umfasst, und – eine Bremseinrichtung (12) zum Abbremsen des drehbaren Teils (3).
Pedalsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus (11) ein erstes Teil (2) und ein koaxial angeordnetes zweites Teil (3) umfasst, die relativ zueinander drehbar sind.
Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Teile (2) drehfest und das andere (3) drehbar angeordnet ist.
Pedalsimulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil (2) stabförmig und das zweite Teil (3) in Form einer Mutter am Außenumfang des ersten Teils (2) angeordnet ist.
Pedalsimulator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste (2) und/oder zweite Teil (3) in Richtung der Pedalkraft (F) bewegbar ist.
Pedalsimulator nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das drehfest angeordnete Teil (2) mit einer Feder (1) belastet ist, die gegen die vom Fahrer ausgeübte Pedalkraft (F) wirkt.
Pedalsimulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (1) in einem Gehäuse (8) montiert ist.
Pedalsimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (12) wenigstens einen Bremsbelag umfasst, dessen Reibfläche in Richtung der Pedalkraft (F) zeigt.
Pedalsimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des drehbaren Teils (3) ein Lager (6) mit wenigstens einem Wälzkörper (13) vorgesehen ist.
Pedalsimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (7) zum Messen einer Längs- und/oder Drehbewegung vorgesehen ist.
Pedalsimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Teil (2, 3) in einer Längsrichtung (A) relativ zueinander bewegbar sind.
Pedalsimulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das drehbare Teil (3) zwischen zwei Anschlagflächen (13, 14) mit Spiel angeordnet ist.
Pedalsimulator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel des rotierenden Teils (3) kleiner ist als der Weg, den das andere Teil (2) bei Betätigung des Bremspedals zurücklegt.