DE102007047547B4 - Device and method for detecting an operating force of a brake pedal - Google Patents

Device and method for detecting an operating force of a brake pedal Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals mit einem mit dem Bremspedal gekoppelten Kraftaufnahmeglied (2) und einem relativ zu dem Kraftaufnahmeglied (2) bewegbaren mit einer Bremsanlage gekoppelten Kraftübertragungsglied (3) und einer Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung einen Hallsensor (6) umfasst, der an dem Kraftaufnahmeglied (2) oder dem Kraftübertragungsglied (3) angeordnet ist, wobei ein dem Hallsensor (6) gegenüberliegender Permanentmagnet (5) oder Elektromagnet an dem Kraftübertragungsglied (3) oder dem Kraftaufnahmeglied (2) angeordnet ist, so dass eine Relativbewegung zwischen Kraftaufnahmeglied (2) und dem Kraftübertragungsglied (3) eine Änderung der Hallspannung verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen zweiten Hallsensor (7) umfasst, wobei das Kraftaufnahmeglied (2) und das Kraftübertragungsglied (3) über eine Federanordnung (4) miteinander gekoppelt sind, wobei die mindestens zwei Hallsensoren (6, 7) an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten (5) oder Elektromagneten angeordnet sind.Device (1) for detecting an actuating force of a brake pedal with a force-receiving member (2) coupled to the brake pedal and a force-transmitting member (3) which is movable relative to the force-absorbing member (2) and connected to a brake system, wherein the sensor device comprises a Hall sensor (6). arranged on the force receiving member (2) or the power transmission member (3), wherein the Hall sensor (6) opposite permanent magnet (5) or electromagnet on the force transmission member (3) or the force receiving member (2) is arranged, so that a Relative movement between force receiving member (2) and the force transmission member (3) causes a change in the Hall voltage, characterized in that the sensor device comprises at least a second Hall sensor (7), wherein the force receiving member (2) and the force transmission member (3) via a spring arrangement (4 ) are coupled together, wherein the at least two halls are arranged on opposite sides of the permanent magnet (5) or electromagnets (6, 7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals.The invention relates to a device and a method for detecting an actuation force of a brake pedal.

Bei vielen Bremssystemen ist es erforderlich, den Bremswunsch des Fahrers eindeutig zu erfassen. Bei gekoppelten Bremssystemen kann der Fahrerwunsch nicht aus dem Weg oder Winkel des Bremspedals errechnet werden. Dies liegt daran, dass bei einer extern angeforderten Bremsung das Bremspedal sich mitbewegt. Der Weg des Pedals ist somit eine Summe aus Fahrerwunsch und externer Anforderung. Daher muss eine Messgröße gefunden werden, die eindeutig nur dem Fahrerwunsch zugeordnet werden kann. Dies ist die Pedalkraft bzw. die vom Bremspedal über die Eingangsstange an den Hauptbremszylinder übertragene Kraft. Dieses Verfahren ist beispielsweise bei einem elektromechanischen Bremskraftverstärker eBKV notwendig.In many brake systems, it is necessary to clearly detect the driver's braking request. In coupled braking systems, the driver's request can not be calculated from the path or angle of the brake pedal. This is because when the brake is requested externally, the brake pedal moves with it. The path of the pedal is thus a sum of driver's request and external requirement. Therefore, a measurement must be found that can be clearly assigned only to the driver's request. This is the pedal force or the force transmitted by the brake pedal via the input rod to the master cylinder. This method is necessary, for example, in an electromechanical brake booster eBKV.

Aus der DE 103 15 073 B4 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals bekannt, mit einem mit dem Bremspedal gekoppelten Kraftaufnahmeglied und einem relativ zu dem Kraftaufnahmeglied bewegbaren mit einer Bremsanlage gekoppelten Kraftübertragungsglied und mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung wenigstens eines die Betätigungskraft charakterisierenden Parameters, wobei die Sensoreinrichtung zwischen dem Kraftaufnahmeglied und dem Kraftübertragungsglied angeordnet ist, wobei das Kraftaufnahmeglied und das Kraftübertragungsglied teleskopisch zueinander verlagerbar sind. Die Sensoreinrichtung ist durch das Kraftaufnahmeglied und das Kraftübertragungsglied gekapselt. Weiter ist eine Federanordnung vorgesehen, die das Kraftaufnahmeglied und das Kraftübertragungsglied auseinander drängt. Die Sensoreinrichtung umfasst einen Näherungssensor, der als Hallsensor ausgebildet ist.From the DE 103 15 073 B4 a generic device for detecting an actuating force of a brake pedal is known, with a coupled to the brake pedal force receiving member and a movable relative to the force receiving member coupled to a brake power transmission member and with a sensor device for detecting at least one operating force characterizing parameter, wherein the sensor device between the force receiving member and the force transmission member is arranged, wherein the force receiving member and the force transmission member are telescopically displaceable. The sensor device is encapsulated by the force receiving member and the force transmitting member. Further, a spring arrangement is provided which urges the force receiving member and the force transmission member apart. The sensor device comprises a proximity sensor, which is designed as a Hall sensor.

Aus der US 6 564 694 B2 sowie der US 6 586 927 B2 sind jeweils Vorrichtungen zur Erfassung des Pedalweges eines Bremspedals bekannt, wobei die Sensoreinrichtung mehrere Hallsensoren umfasst, die einem Permanentmagneten gegenüber liegen.From the US Pat. No. 6,564,694 B2 as well as the US Pat. No. 6,586,927 B2 In each case devices for detecting the pedal travel of a brake pedal are known, wherein the sensor device comprises a plurality of Hall sensors, which are opposite to a permanent magnet.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals zu schaffen, die eine höhere Zuverlässigkeit aufweisen.The invention is based on the technical problem of providing an apparatus and a method for detecting an actuating force of a brake pedal, which have a higher reliability.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 3. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 3. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Vorrichtung zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals umfasst ein mit dem Bremspedal gekoppeltes Kraftaufnahmeglied und ein relativ zu dem Kraftaufnahmeglied bewegbares mit einer Bremsanlage gekoppeltes Kraftübertragungsglied und eine Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung einen Hallsensor umfasst, der an dem Kraftaufnahmeglied oder dem Kraftübertragungsglied angeordnet ist, wobei ein dem Hallsensor gegenüberliegender Permanentmagnet oder Elektromagnet an dem Kraftübertragungsglied oder dem Kraftaufnahmeglied angeordnet ist, so dass eine Relativbewegung zwischen Kraftaufnahmeglied und dem Kraftübertragungsglied eine Änderung der Hallspannung verursacht, wobei die Sensoreinrichtung mindestens einen zweiten Hallsensor umfasst. Hierdurch wird mit einfachen Mitteln ein teilredundanter Kraftsensor bereitgestellt, der den gesetzlichen Vorschriften genügt. Teilredundant deswegen, da die mechanischen Teile, die vorzugsweise aus Metall sind, einfach ausgeführt sind, wohingegen die elektrischen Komponenten doppelt ausgeführt sind.The device for detecting an actuation force of a brake pedal comprises a force-absorbing member coupled to the brake pedal and a force transmitting member coupled to a braking force transmission member and a sensor device, wherein the sensor means comprises a Hall sensor which is arranged on the force receiving member or the force transmission member, wherein a the permanent magnet or electromagnet opposite the Hall sensor is arranged on the force transmission member or the force receiving member, so that a relative movement between the force receiving member and the force transmission member causes a change in the Hall voltage, wherein the sensor device comprises at least one second Hall sensor. As a result, a partially redundant force sensor is provided by simple means that satisfies the legal requirements. Partial redundant because the mechanical parts, which are preferably made of metal, are simple, whereas the electrical components are made double.

Dabei sind das Kraftaufnahmeglied und das Kraftübertragungsglied über eine Federanordnung miteinander gekoppelt.In this case, the force receiving member and the force transmission member are coupled together via a spring arrangement.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen daher die mindestens zwei Hallsensoren voneinander unabhängige Spannungsversorgungen auf. Alternativ werden die mindestens zwei Hallsensoren zwar von der gleichen Spannungsversorgung gespeist, diese ist jedoch spannungsstabilisiert, beispielsweise mittels eines DC/DC-Wandlers. Allerdings bedeutet sowohl eine zweite Spannungsversorgung als auch eine Spannungsstabilisierung einen konstruktiven Mehraufwand.In a preferred embodiment, therefore, the at least two Hall sensors have mutually independent power supplies. Alternatively, although the at least two Hall sensors are supplied by the same power supply, this is voltage stabilized, for example by means of a DC / DC converter. However, both a second voltage supply and a voltage stabilization means additional design effort.

Weiter sind die mindestens zwei Hallsensoren an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten oder Elektromagneten angeordnet, so dass dieser also zwischen den mindestens zwei Hallsensoren liegt. Hierdurch arbeiten die beiden Hallsensoren gegenphasig. Bei Auftreten einer Kraft wird also der Abstand des einen Hallsensors zum Permanentmagneten verkürzt und für den anderen Hallsensor verlängert. Einen linearen Zusammenhang unterstellt, sind die Signaländerungen an den beiden Hallsensoren betragsmäßig gleich groß und weisen aber unterschiedliche Vorzeichen auf. Änderungen der Bordnetzspannung führen bei beiden Hallsensoren hingegen zu einer Signaländerung in die gleiche Richtung und sind somit eindeutig von der kraftbedingten Signaländerung zu unterscheiden. Daher sind getrennte Spannungsversorgungen oder Spannungsstabilisierungen nicht notwendig.Furthermore, the at least two Hall sensors are arranged on opposite sides of the permanent magnet or electromagnet so that it is thus located between the at least two Hall sensors. As a result, the two Hall sensors work in antiphase. When a force occurs so the distance of a Hall sensor to the permanent magnet is shortened and extended for the other Hall sensor. Assuming a linear relationship, the signal changes at the two Hall sensors are equal in magnitude and have different signs. On the other hand, changes in the vehicle electrical system voltage lead to a signal change in the same direction in both Hall sensors and can therefore be clearly distinguished from the force-induced signal change. Therefore, separate power supplies or voltage stabilizations are not necessary.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals.The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment. The single figure shows a schematic representation of a device for detecting an operating force of a brake pedal.

Die Vorrichtung 1 zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals umfasst ein Kraftaufnahmeglied 2, das mit dem nicht dargestellten Bremspedal gekoppelt ist. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 1 ein Kraftübertragungsglied 3, das mit einer nicht dargestellten Bremsanlage gekoppelt ist. Über eine Federanordnung 4 sind das Kraftaufnahmeglied 2 und das Kraftübertragungsglied 3 zueinander relativ bewegbar. An dem Kraftübertragungsglied 3 ist ein Permanentmagnet 5 angeordnet und an dem Kraftaufnahmeglied 2 sind zwei Hallsensoren 6, 7 angeordnet. Dabei sind die beiden Hallsensoren 6, 7 an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten 5 angeordnet. Über die Federanordnung 4 sind die Hallsensoren 6, 7 und der Permanentmagnet 5 gekapselt. Nicht dargestellt sind die Spannungsversorgungsleitungen für die Hallsensoren 6, 7 und die Signalleitungen der Hallsensoren 6, 7, an denen die Spannungsänderungen aufgrund der Relativbewegung erfassbar sind. Der Abstand S1 zwischen dem Hallsensor 6 und dem Permanentmagneten 5 und der Abstand S2 zwischen dem Hallsensor 7 und dem Permanentmagneten 5 können im Ruhezustand gleich groß sein, was aber nicht zwingend ist. Wenn durch die Krafteinwirkung an dem Kraftaufnahmeglied 2 die Federanordnung 4 gestaucht wird, dann verändern sich die Abstände S1 und S2 unterschiedlich. Der Abstand S1 vergrößert sich, während der Abstand S2 sich um den gleichen Betrag verringert. Wird der Hallsensor 6, 7 jeweils in einem linearen Bereich betrieben, so ist die Abstandsänderung ΔS proportional zu einer Spannungsänderung an den Signalleitungen, wobei die Spannung am Hallsensor 7 steigt und am Hallsensor 6 sich erniedrigt. Änderungen der Versorgungsspannung hingegen werden als Gleichtaktstörsignal detektiert und nicht berücksichtigt. Somit kann auch eine einzige, nicht stabilisierte Spannungsversorgung für die Hallsensoren 6, 7 zur Anwendung kommen. Abschließend sei angemerkt, dass prinzipiell der Permanentmagnet 5 auch durch einen Elektromagneten ersetzt werden kann, was aber den Verdrahtungsaufwand erhöht.The device 1 for detecting an operating force of a brake pedal includes a force receiving member 2 that is coupled to the brake pedal, not shown. Furthermore, the device comprises 1 a power transmission member 3 , which is coupled to a brake system, not shown. About a spring arrangement 4 are the force-absorbing member 2 and the transmission member 3 relatively movable to each other. On the power transmission member 3 is a permanent magnet 5 arranged and on the force receiving member 2 are two Hall sensors 6 . 7 arranged. Here are the two Hall sensors 6 . 7 on opposite sides of the permanent magnet 5 arranged. About the spring arrangement 4 are the Hall sensors 6 . 7 and the permanent magnet 5 capsuled. Not shown are the power supply lines for the Hall sensors 6 . 7 and the signal lines of the Hall sensors 6 . 7 in which the voltage changes due to the relative movement can be detected. The distance S1 between the Hall sensor 6 and the permanent magnet 5 and the distance S2 between the Hall sensor 7 and the permanent magnet 5 can be the same size at rest, but this is not mandatory. If by the force on the force receiving member 2 the spring arrangement 4 is compressed, then change the distances S1 and S2 differently. The distance S1 increases, while the distance S2 decreases by the same amount. Will the Hall sensor 6 . 7 each operated in a linear range, the distance change .DELTA.S is proportional to a voltage change on the signal lines, wherein the voltage at the Hall sensor 7 rises and at the Hall sensor 6 humiliated. Changes in the supply voltage, however, are detected as common mode noise and not taken into account. Thus, even a single, non-stabilized power supply for the Hall sensors 6 . 7 come into use. Finally, it should be noted that, in principle, the permanent magnet 5 can also be replaced by an electromagnet, but this increases the wiring costs.

Claims (4)

Vorrichtung (1) zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals mit einem mit dem Bremspedal gekoppelten Kraftaufnahmeglied (2) und einem relativ zu dem Kraftaufnahmeglied (2) bewegbaren mit einer Bremsanlage gekoppelten Kraftübertragungsglied (3) und einer Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung einen Hallsensor (6) umfasst, der an dem Kraftaufnahmeglied (2) oder dem Kraftübertragungsglied (3) angeordnet ist, wobei ein dem Hallsensor (6) gegenüberliegender Permanentmagnet (5) oder Elektromagnet an dem Kraftübertragungsglied (3) oder dem Kraftaufnahmeglied (2) angeordnet ist, so dass eine Relativbewegung zwischen Kraftaufnahmeglied (2) und dem Kraftübertragungsglied (3) eine Änderung der Hallspannung verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen zweiten Hallsensor (7) umfasst, wobei das Kraftaufnahmeglied (2) und das Kraftübertragungsglied (3) über eine Federanordnung (4) miteinander gekoppelt sind, wobei die mindestens zwei Hallsensoren (6, 7) an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten (5) oder Elektromagneten angeordnet sind.Contraption ( 1 ) for detecting an actuation force of a brake pedal with a force-receiving member coupled to the brake pedal (US Pat. 2 ) and one relative to the force receiving member ( 2 ) movable with a brake system coupled power transmission member ( 3 ) and a sensor device, wherein the sensor device is a Hall sensor ( 6 ) connected to the force receiving member ( 2 ) or the force transmission member ( 3 ), wherein one of the Hall sensor ( 6 ) opposite permanent magnet ( 5 ) or electromagnet on the power transmission member ( 3 ) or the force receiving member ( 2 ) is arranged, so that a relative movement between the force receiving member ( 2 ) and the force transmitting member ( 3 ) causes a change in the Hall voltage, characterized in that the sensor device at least one second Hall sensor ( 7 ), wherein the force receiving member ( 2 ) and the force transmission member ( 3 ) via a spring arrangement ( 4 ), wherein the at least two Hall sensors ( 6 . 7 ) on opposite sides of the permanent magnet ( 5 ) or electromagnets are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Hallsensoren (6, 7) voneinander unabhängige Spannungsversorgungen aufweisen.Apparatus according to claim 1, characterized in that the at least two Hall sensors ( 6 . 7 ) have independent power supplies. Verfahren zum Erfassen einer Betätigungskraft eines Bremspedals, mittels einem mit dem Bremspedal gekoppelten Kraftaufnahmeglied (2) und einem relativ zu dem Kraftaufnahmeglied (2) bewegbaren mit einer Bremsanlage gekoppelten Kraftübertragungsglied (3) und einer Sensoreinrichtung, wobei die Sensoreinrichtung einen Hallsensor (6) umfasst, der an dem Kraftaufnahmeglied (2) oder dem Kraftübertragungsglied (3) angeordnet ist, wobei ein dem Hallsensor (6) gegenüberliegender Permanentmagnet (5) oder Elektromagnet an dem Kraftübertragungsglied (3) oder dem Kraftaufnahmeglied (2) angeordnet ist, so dass eine Relativbewegung zwischen Kraftaufnahmeglied (2) und dem Kraftübertragungsglied (3) eine Änderung der Hallspannung verursacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung mindestens einen zweiten Hallsensor (7) umfasst, dessen Spannungsänderung als redundante Messgröße erfasst wird, wobei das Kraftaufnahmeglied (2) und das Kraftübertragungsglied (3) über eine Federanordnung (4) miteinander gekoppelt werden, wobei die mindestens zwei Hallsensoren (6, 7) an gegenüberliegenden Seiten des Permanentmagneten (5) oder Elektromagneten angeordnet sind.Method for detecting an actuating force of a brake pedal, by means of a force-absorbing member coupled to the brake pedal ( 2 ) and one relative to the force receiving member ( 2 ) movable with a brake system coupled power transmission member ( 3 ) and a sensor device, wherein the sensor device is a Hall sensor ( 6 ) connected to the force receiving member ( 2 ) or the force transmission member ( 3 ), wherein one of the Hall sensor ( 6 ) opposite permanent magnet ( 5 ) or electromagnet on the power transmission member ( 3 ) or the force receiving member ( 2 ) is arranged, so that a relative movement between the force receiving member ( 2 ) and the force transmitting member ( 3 ) causes a change in the Hall voltage, characterized in that the sensor device at least one second Hall sensor ( 7 ), whose voltage change is detected as a redundant measured variable, wherein the force receiving member ( 2 ) and the force transmission member ( 3 ) via a spring arrangement ( 4 ), wherein the at least two Hall sensors ( 6 . 7 ) on opposite sides of the permanent magnet ( 5 ) or electromagnets are arranged. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Hallsensoren (6, 7) voneinander unabhängige Spannungsversorgungen aufweisen.Method according to claim 3, characterized in that the at least two Hall sensors ( 6 . 7 ) have independent power supplies.
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