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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem Bremspedal, das aus einer Ausgangsstellung auslenkbar ist, einem Bremszylinder und einem elektrischen Bremskraftverstärker, welcher dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer Auslenkung des Bremspedals eine auf einen Kolben des Bremszylinders wirkende Verstärkungskraft zu erzeugen, wobei eine Rückstelleinrichtung vorgesehen ist, um einer Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung entgegenzuwirken.
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Elektrische Bremskraftverstärker setzen einen elektromechanischen Energiewandler wie zum Beispiel einen elektrischen Antriebsmotor ein, um die auf den Kolben des Bremszylinders ausgeübte mechanische Kraft zu verstärken. Während Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren üblicherweise hydraulische Bremskraftverstärker umfassen, werden elektrische Bremskraftverstärker insbesondere in Fahrzeugen ohne Verbrennungsmotor, das heißt beispielsweise in Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, verwendet. Von Vorteil ist hierbei insbesondere, dass das separate Vorsehen einer Unterdruckpumpe als Zusatzbauteil zum Erzeugen des für ein Hydraulikbremssystem erforderlichen Unterdrucks vermieden werden kann. Bei dem Bremszylinder kann es sich um den Hauptzylinder oder Tandemhauptzylinder der Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs handeln. Insbesondere kann der Bremszylinder hydraulisch oder pneumatisch arbeiten. Der Bremskraftverstärker ermöglicht es, mit einer relativ geringen Pedalkraft eine hohe Kolbenkraft und somit eine hohe Bremswirkung zu erzielen. Aufgrund einer direkten mechanischen Verbindung zwischen dem auslenkbaren Bremspedal und dem Kolben des Bremszylinders ist jedoch auch bei einem Ausfall des elektrischen Bremskraftverstärkers bei entsprechend erhöhter Pedalkraft ein Bremsen möglich. Ein Bremssystem mit einem elektrischen Bremskraftverstärker der vorstehend beschriebenen Art ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 031 918 A1 offenbart.
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Die Rückstelleinrichtung sorgt dafür, dass das Bremspedal stets eine Vorspannung in Richtung der Ausgangsstellung aufweist, um so ein ”Hängenbleiben” der Bremse zu vermeiden. Aufgrund der Reibung zwischen den mechanischen Komponenten des Bremssystems kann es jedoch sein, dass das Bremspedal bei einem Zurücknehmen der Pedalkraft nicht mehr vollständig in die Ausgangsstellung zurückkehrt und somit ein unerwünschter hydraulischer Restdruck im Bremssystem verbleibt. Dieses Problem könnte grundsätzlich durch eine insgesamt stärker wirkende Rückstelleinrichtung behoben werden. Dies erhöht jedoch in unerwünschter Weise die beim Bremsen zu überwindende Gegenkraft.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, bei einem Bremssystem mit elektrischem Bremskraftverstärker ein effektiveres Rückstellen des Bremspedals in die Ausgangsstellung zu ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist die Rückstelleinrichtung dazu ausgebildet, eine Rückstellkraft zu erzeugen, die mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung zunimmt. Dies bedeutet, dass die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft in der Nähe der Ausgangsstellung relativ hoch ist und somit dafür sorgt, dass das losgelassene Bremspedal zuverlässig in die Ausgangsstellung zurückgedrückt wird. Beim Bremsen, also bei ausgelenktem Bremspedal, ist die Rückstellkraft und somit die zu überwindende Gegenkraft hingegen relativ gering. Gleichfalls ist auch die von dem Bremskraftverstärker zu erzeugende Verstärkungskraft entsprechend geringer. Durch das Bereitstellen einer mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals zunehmenden Rückstellkraft kann somit der Wirkungsgrad eines elektrischen Bremskraftverstärkers verbessert werden, sodass der Bremskraftverstärker im Ergebnis mit einem vergleichsweise gering dimensionierten Elektromotor ausgestattet werden kann.
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Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen angegeben.
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Vorzugsweise wirkt die Rückstelleinrichtung zwischen dem Bremspedal und einem ortsfesten Gegenlager. Im einfachsten Fall wird eine Feder zwischen das Bremspedal und einem Fixpunkt der Fahrgastzelle eingesetzt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Konstruktion, bei der nur wenige zusätzliche Teile erforderlich sind. Die Rückstelleinrichtung kann insbesondere direkt oder über einen Pedalstößel mit dem Bremspedal zusammenwirken.
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Weiterhin kann die Rückstelleinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Rückstellkraft zu erzeugen, die bei nicht ausgelenktem Bremspedal einen Maximalwert annimmt. Dadurch wird ein Hängenbleiben des Bremspedals kurz vor der Ausgangsstellung sicher vermieden.
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Das Bremspedal ist vorzugsweise bis zu einer Vollbremsstellung auslenkbar, wobei die Rückstelleinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Rückstellkraft zu erzeugen, die bei in der Vollbremsstellung befindlichem Bremspedal einen Minimalwert annimmt. Dieser Minimalwert kann insbesondere etwa Null betragen. Bei einer Vollbremsung muss der elektrische Bremskraftverstärker somit keine oder nur eine geringe Gegenkraft überwinden, die gegen die Rückstelleinrichtung wirkt, sodass der Bremskraftverstärker mit relativ geringer Leistung ausgelegt werden kann. Dies spart Bauraum und Kosten.
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Die Rückstelleinrichtung kann weiterhin dazu ausgebildet sein, eine Rückstellkraft zu erzeugen, deren Abhängigkeit von der Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung durch einen kontinuierlich fallenden Funktionszusammenhang gegeben ist. Das heißt die durch die Rückstelleinrichtung erzeugte Rückstellkraft nimmt immer weiter ab, je weiter das Bremspedal aus der Ausgangsstellung ausgelenkt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rückstelleinrichtung wenigstens eine Feder mit einer degressiven Kennlinie. Die Spannkraft einer derartigen degressiven Feder ändert sich automatisch derart, dass die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung zunimmt. Somit ermöglicht der Einsatz einer Feder mit einer degressiven Kennlinie eine besonders einfache Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems.
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Die Rückstelleinrichtung kann auch eine Feder und ein Umlenkgetriebe umfassen, welches dazu ausgebildet ist, die Spannkraft der Feder derart auf das Bremspedal zu übertragen, dass eine entgegen der Auslenkrichtung des Bremspedals weisende Komponente der Spannkraft mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung zunimmt, wobei das Umlenkgetriebe vorzugsweise mit dem Bremspedal in mechanischer Verbindung steht. Bei Einsatz eines derartigen Umlenkgetriebes kann auf die Verwendung einer Feder mit degressiver Kennlinie verzichtet werden, da die auslenkungsabhängige Veränderung der Rückstellkraft durch die unterschiedliche Verteilung der Gesamtkraft auf die einzelnen Richtungskomponenten erzielt wird. Es kann jedoch auch bei Einsatz eines Umlenkgetriebes eine Feder mit einer degressiven Kennlinie verwendet werden, um z. B. den Verlauf der Rückstellkraft genauer anzupassen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Rückstelleinrichtung eine Schenkelfeder mit einem tordierbaren Federkörper und zwei sich von dem Federkörper erstreckenden, gegeneinander verschwenkbaren Schenkelabschnitten, wobei sich einer der Schenkelabschnitte vorzugsweise an einem mit dem Bremspedal gekoppelten schwenkbaren Umlenkhebel und der andere Schenkelabschnitt vorzugsweise an einem ortsfesten Gegenlager abstützt. Eine derartige Schenkelfeder kann besonders einfach in ein bestehendes Bremssystem integriert werden. Die Kopplung zwischen dem Bremspedal und dem Umlenkhebel kann durch eine Mitnehmereinrichtung erfolgen. Zum Beispiel könnte ein an einer Kolbenstange des Bremszylinders vorgesehener Zapfen in ein Langloch oder in eine Nut des Umlenkhebels eingreifen. Der Umlenkhebel kann hierbei das vorgenannte Umlenkgetriebe bilden.
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Der betreffende Schenkelabschnitt der Schenkelfeder kann sich an einer an dem Umlenkhebel vorgesehenen drehbaren Rolle abstützen, wobei der Umlenkhebel und die Schenkelfeder vorzugsweise derart zusammenwirken, dass die Rolle des Umlenkhebels während einer Auslenkbewegung des Bremspedals entlang des Schenkelabschnitts der Schenkelfeder abwälzt. Die drehbare Rolle ermöglicht ein besonders reibungsarmes Zusammenwirken zwischen der Schenkelfeder und dem Umlenkhebel. Durch das Abwälzen der Rolle entlang des Schenkelabschnitts kann ferner eine Änderung der Hebelwirkung des Schenkelabschnitts erzielt werden. Das Abwälzen während der Auslenkbewegung des Bremspedals erfolgt bevorzugt in Richtung des äußeren Endes des Schenkelabschnitts, sodass also die Hebellänge während der Auslenkbewegung zunimmt. Hierdurch ergibt sich im ausgelenkten Zustand des Bremspedals bei gegebenem Drehmoment eine relativ geringe Kraft.
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Die Rückstelleinrichtung kann generell eine Feder und einen Abstützabschnitt umfassen, der mit dem Bremspedal mechanisch gekoppelt ist, wobei die Feder wenigstens einen verschwenkbaren Schenkelabschnitt umfasst, der sich an dem Abstützabschnitt abstützt, wobei der Abstützabschnitt sich während einer Auslenkbewegung des Bremspedals entlang des Schenkelabschnitts der Feder bewegt. Die Bewegung des Abstützabschnitts entlang des Schenkelabschnitts kann gleitend oder vorzugsweise rollend erfolgen. Durch das ”Wandern” des Abstützpunkts kann eine Änderung der Hebelwirkung des Schenkelabschnitts während der Auslenkbewegung des Bremspedals erreicht werden. Der Schenkelabschnitt der Feder kann gerade oder gekrümmt, d. h. kurvenförmig sein. Bei einem gekrümmten Schenkelabschnitt hat der Krümmungsverlauf ebenfalls einen Einfluss auf die Modulation der Rückstellkraft. Der Abstützabschnitt, bei welchem es sich vorzugsweise um eine drehbare Rolle oder um einen drehbaren Zapfen handelt, kann direkt an dem Bremspedal vorgesehen sein oder an einer Kolbenstange oder dem bereits genannten Umlenkhebel angreifen.
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Bei dieser Ausführungsform kann die Rückstelleinrichtung generell einen Umlenkhebel umfassen, der über eine mit dem Bremspedal gekoppelte Mitnehmereinrichtung angetrieben wird, wobei der Umlenkhebel an einem Ende um eine ortsfeste Lagerstelle verschwenkbar gelagert ist und an einem anderen Ende den genannten Abstützabschnitt für den Schenkelabschnitt der Feder aufweist, wobei der Schenkelabschnitt der Feder mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals aus der Ausgangsstellung einen in Richtung einer 90°-Stellung zunehmenden Winkel zu der Bewegungsbahn der Mitnehmereinrichtung einnimmt. Bei der Mitnehmereinrichtung kann es sich insbesondere um einen an einer Kolbenstange des Bremszylinders vorgesehenen Zapfen, eine Mitnehmeröse oder dergleichen handeln. Die Bewegungsbahn der Mitnehmereinrichtung entspricht in diesem Fall der Bewegungsbahn des Kolbens oder der Kolbenstange. Die Änderung des Winkels zwischen dem betreffenden Schenkelabschnitt der Feder und der Bewegungsbahn der Mitnehmereinrichtung bewirkt, dass die entgegen der Auslenkrichtung des Bremspedals weisende Komponente der Federkraft, welche letztlich die Rückstellkraft bildet, mit abnehmender Auslenkung des Bremspedals in der gewünschten Weise zunimmt.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegungsbahn der Mitnehmereinrichtung während einer Auslenkbewegung des Bremspedals kann auch mit der Verbindungslinie zwischen der ortsfesten Lagerstelle und dem Abstützabschnitt des Umlenkhebels einen spitzen Winkel einnehmen, der sich mit zunehmender Auslenkung des Bremspedals aus seiner Ausgangsstellung in Richtung einer 90°-Stellung vergrößert. Mit einem spitzen Winkel wird ein Winkel mit einem Betrag von weniger als 90° bezeichnet. Ein derartiger spitzer Winkel bewirkt eine Bewegung des Abstützabschnitts des Umlenkhebels auf die Feder zu, wenn die Auslenkung des Bremspedals zunimmt. Das heißt der Hebel stellt sich mit einer Komponente senkrecht zu der Bewegungsbahn der Mitnehmereinrichtung auf, womit eine Verstärkung des Effekts der Änderung der Hebelwirkung durch eine Bewegung des Abstützabschnitts entlang des Schenkelabschnitts erreicht wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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1 ist eine vereinfachte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
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Gemäß 1 weist ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug einen hydraulischen Hauptbremszylinder 11 auf, in welchem eine Kolbenstange 13 verschiebbar gelagert ist. Dabei kann an dem innerhalb des Hauptbremszylinders 11 angeordneten Ende der Kolbenstange 13 ein Kolben des Hauptbremszylinders oder, im Falle der Ausbildung als Tandembremszylinder, dessen Primärkolben angeordnet und über die Kolbenstange 13 betätigbar sein.
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Die Kolbenstange 13 kann zum Auslösen eines Bremsvorgangs über ein Bremspedal 15 und einen an diesem angelenkten Pedalstößel 17 in dem Hauptbremszylinder 11 verschoben werden. Für einen derartigen Bremsvorgang kann das Bremspedal 15 aus der in 1 dargestellten Ausgangsstellung bis zu einer im Bild rechts gelegenen Vollbremsstellung ausgelenkt werden. Die jeweilige momentane Stellung des Bremspedals 15 kann über einen nicht dargestellten Pedalwegsensor erfasst werden, dessen Ausgangssignal an eine Steuervorrichtung übertragen und von dieser ausgewertet wird. Je nach erfasster Pedalposition des Bremspedals 15 wird ein in den Hauptbremszylinder 11 integrierter elektrischer Bremskraftverstärker 19 aktiviert, um mittels eines elektrischen Antriebsmotors die Kolbenstange 13 gegenüber dem Hauptbremszylinder 11 zu verschieben. Weiterhin kann zum Erzeugen eines gewünschten Bremsgefühls ein ebenfalls nicht dargestellter Bremspedalsimulator vorhanden sein.
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Eine Rückstelleinrichtung 21 wirkt einer Auslenkung des Bremspedals 15 aus der Ausgangsstellung entgegen, sodass also das Bremspedal 15 bei fehlender Krafteinwirkung auf dieses stets in der Ausgangsstellung gehalten wird. Die Rückstelleinrichtung 21 umfasst eine Schenkelfeder 20, die mit einem Umlenkhebel 23 zusammenwirkt, wie nachfolgend näher erläutert wird. Der Umlenkhebel 23 ist um eine Schwenkachse S schwenkbar in einem ortsfesten Lager gelagert und steht über eine nicht im Einzelnen dargestellte Kombination aus Zapfen und Langloch mit einem Ende 18 des Pedalstößels 17 in mechanischer Verbindung. Ein Auslenken des Bremspedals 15 aus der Ausgangsstellung bewirkt eine Verschiebung des Pedalstößels 17 nach rechts und somit einerseits eine Verschiebung der Kolbenstange 13 des Hauptbremszylinders 11 und andererseits ein Verschwenken des Umlenkhebels 23 im Uhrzeigersinn. Umgekehrt kann durch ein Verschwenken des Umlenkhebels 23 nach links das Bremspedal 15 wieder in die Ausgangsstellung gedrückt werden.
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Die Schenkelfeder 20 umfasst einen tordierbaren Federkörper 25 und zwei sich von dem Federkörper 25 erstreckende, gegeneinander verschwenkbare Schenkelabschnitte 27, 29. Der erste Schenkelabschnitt 27 stützt sich an einer drehbaren Abstützrolle 33 ab, welche an dem der Schwenkachse S entgegengesetzten Ende des Umlenkhebels 23 vorgesehen ist, während sich der zweite Schenkelabschnitt 29 an einem ortsfesten Gegenlager 31 abstützt. Die Abstützrolle 33 des Umlenkhebels 23 wälzt also während einer Auslenkbewegung des Bremspedals 15 entlang des ersten Schenkelabschnitts 27 ab. Während der erste Schenkelabschnitt 27 bei Nichtbetätigung des Bremspedals 15 wie in 1 dargestellt schräg steht und somit eine Komponente der Spannkraft der Schenkelfeder 20 parallel zu dem Pedalstößel 17 entgegen der Auslenkrichtung des Bremspedals 15 weist, ist der erste Schenkelabschnitt 27 bei einer Vollbremsung nahezu parallel zu dem Pedalstößel 17 ausgerichtet, weshalb die Spannkraft der Schenkelfeder 20 in diesem Fall nur eine sehr geringe Komponente in Richtung des Pedalstößels 17 aufweist. Die durch die Rückstelleinrichtung 21 erzeugte Rückstellkraft beträgt in diesem Fall nahezu Null.
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Die durch die Rückstelleinrichtung 21 erzeugte Rückstellkraft ist somit insgesamt umso größer, je geringer die Auslenkung des Bremspedals 15 aus der Ausgangsstellung ist. Um diesen Effekt zu verstärken, kann die Schenkelfeder 20 zusätzlich auch eine degressive Kennlinie aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Hauptbremszylinder
- 13
- Kolbenstange
- 15
- Bremspedal
- 17
- Pedalstößel
- 18
- Ende des Pedalstößels
- 19
- Bremskraftverstärker
- 20
- Schenkelfeder
- 21
- Rückstelleinrichtung
- 23
- Umlenkhebel
- 25
- Federkörper
- 27
- erster Schenkelabschnitt
- 29
- zweiter Schenkelabschnitt
- 31
- ortsfestes Gegenlager
- 33
- Abstützrolle
- S
- Schwenkachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009031918 A1 [0002]
