DE102012203099A1

DE102012203099A1 - Pedalwegsimulator, Betätigungseinheit für eine hydraulische Bremsanlage sowie Bremsanlage

Info

Publication number: DE102012203099A1
Application number: DE102012203099A
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert; Ronald Bayer; Johann Jungbecker; Stefan A. Drumm; Johannes Görlach; Marco Besier; Lothar Schiel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2011-05-02
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2012-11-08
Also published as: CN103502066A; KR20140030227A; EP2704930A1; WO2012150108A1; US20140144732A1

Abstract

Pedalwegsimulator (4, 104) zum hydraulischen Anschließen an einen Druckraum (8) eines Hauptbremszylinders (3) einer hydraulischen Bremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der ein Gehäuse (5, 30, 105) und einen in dem Gehäuse verschiebbar gelagerten Simulatorkolben (18, 118) aufweist, wobei der Simulatorkolben mit dem Gehäuse einen ersten hydraulischen Simulatorraum (16, 116) begrenzt, der Druckmittel aufnehmen kann, wobei der Simulatorkolben (18, 118) von einem elastischen Rückstellmittel (19, 119) beaufschlagt wird, wobei der Pedalwegsimulator (4, 104) einen zweiten hydraulischen Simulatorraum (26, 126) zur Aufnahme von Druckmittel umfasst, welcher von einer elastisch verformbaren Membran (32, 132) begrenzt wird, sowie Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage vom Typ „Brake-by-wire" und hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pedalwegsimulator gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage und eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem solchen Pedalwegsimulator.
Es sind hydraulische Fahrzeugbremsanlagen bekannt, welche als Fremdkraftbremsanlagen ausgebildet sind und neben einem muskelkraftbetätigbaren Hauptbremszylinder, an den Radbremsen hydraulisch angeschlossen sind und der Druck und Volumen zum Betätigen von Radbremsen bereitstellt, eine weitere, elektrisch steuerbare Druck- und Volumenbereitstellungseinrichtung umfassen, die in einer „Brake-by-wire“-Betriebsart die Radbremsen ansteuert. Nur bei Ausfall der elektrisch steuerbaren Druck- und Volumenbereitstellungseinrichtung erfolgt eine Betätigung der Bremsanlage durch die Muskelkraft des Fahrzeugführers (Rückfallbetriebsart). In Fremdkraftbremsanlagen werden Pedalwegsimulatoren verwendet, welche dem Fahrzeugführer in der „Brake-by-wire“-Betriebsart ein gewohntes Bremspedalgefühl vermitteln.
Aus der WO 2011/029812 A1 ist eine elektrohydraulische Bremsanlage mit einem muskelkraftbetätigbaren Hauptbremszylinder bekannt, an dessen ersten Druckraum ein hydraulischer Pedalwegsimulator anschließbar ist. Der Pedalwegsimulator umfasst einen Simulatorkolben, der eine Simulatorkammer von einer Simulatorfederkammer trennt. Die Simulatorkammer ist hydraulisch an den ersten Druckraum des Hauptbremszylinders anschließbar. In der Simulatorfederkammer ist eine Simulatorfeder angeordnet, an welcher sich der Simulatorkolben abstützt. Als nachteilig wird bei der Bremsanlage empfunden, dass die während einer Fahrerbetätigung erzeugte Kraft-Weg-Charakteristik aufgrund von Reibkräften, Stick-Slip-Effekten und/oder Vorspannkräften der einzelnen Elemente von Hauptbremszylinder und Pedalwegsimulator eine oder mehrere Unstetigkeiten, d.h. Kraftsprünge, aufweisen kann. Diese treten insbesondere bei geringen Pedalkräften auf, also in einem Bereich, in welchem Unstetigkeiten im Pedalgefühl vom Fahrer als besonders störend oder unangenehm empfunden werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Pedalwegsimulator, eine Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage bzw. eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit einer solchen Betätigungseinheit bereitzustellen, welcher / welche dem Fahrer, vor allem im Bereich geringer Pedalwege bzw. Pedalkräfte, eine verbesserte, insbesondere als kontinuierlich empfundene, Kraft-Weg-Charakteristik vermittelt. Der Pedalwegsimulator bzw. die Betätigungseinheit soll dem Fahrer ein angenehmes Bremspedalgefühl vermitteln und insbesondere beim „Losbrechen“ des Simulatorkolbens keinen Kraftsprung zeigen, welcher als ein unerwünschter Ruck am Bremspedal spürbar ist. Weiterhin soll der Pedalwegsimulator konstruktiv einfach ausgestaltet und kostengünstig herstellbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Pedalwegsimulator gemäß Anspruch 1, eine Betätigungseinheit gemäß Anspruch 13 und eine Bremsanlage gemäß Anspruch 15 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass der Pedalwegsimulator einen zweiten hydraulischen Simulatorraum zur Aufnahme von Druckmittel umfasst, welcher von einer elastisch verformbaren Membran begrenzt wird. Der zweite Simulatorraum stellt eine zusätzliche, ruckfrei ansprechende Druckmittelvolumenaufnahme dar, durch welche etwaige Kraftsprünge in der durch den von dem mit dem Rückstellmittel beaufschlagten Simulatorkolben begrenzten ersten Simulatorraum bedingten Kraft-Weg-Charakteristik sozusagen verschliffen werden.
Bevorzugt sind der erste und der zweite Simulatorraum hydraulisch parallel geschaltet, so dass durch den von dem mit dem Rückstellmittel beaufschlagten Simulatorkolben begrenzten ersten Simulatorraum der hauptsächliche Anteil der Kraft-Weg-Charakteristik des Pedalwegsimulators beigetragen wird, was einfach durch geeignete Auslegung des Rückstellmittels möglich ist, und durch den ansprechkraftfrei Volumen aufnehmdenden zweiten Simulatorraum, welcher entsprechend kleiner ausgelegt sein kann, das Pedalgefühl optimiert wird.
Eine Verformung der Membran wird bevorzugt durch zumindest eine Begrenzungskontur eines Membranstützkörpers räumlich begrenzt. Zur Erzielung einer kompakten Bauweise ist der Membranstützkörper im Simulatorkolben ausgebildet.
Es ist bevorzugt, dass das maximale Aufnahmevolumen des zweiten Simulatorraums durch die Begrenzungskontur des Membranstützkörpers bzw. des Simulatorkolbens definiert wird. Hierdurch kann die Wirkung des zweiten Simulatorraums als Druckmittelaufnahmevolumen auf den Bereich kleiner Drücke, d.h. einen Ansprechbereich der Kraft-Weg-Charakteristik begrenzt werden.
Der Membranstützkörper (bzw. der Simulatorkolben) und die Membran begrenzen vorteilhafterweise einen Aufnahmeraum, welcher durch die Ausdehnung/Verformung der Membran abhängig vom Druck verkleinert wird, bis die Membran zur Anlage an die Begrenzungskontur des Membranstützkörpers gelangt. Vorteilhafterweise ist der Aufnahmeraum mit Atmosphärendruck verbunden. Hierzu kann der Aufnahmeraum selbst direkt mit Atmosphärendruck verbunden sein und/oder über zumindest eine Verbindungsleitung mit einem Raum, z.B. dem Raum, in welchem das Rückstellmittel angeordnet ist, verbunden sein, welcher an Atmosphärendruck angeschlossen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das elastische Rückstellmittel in einem Raum angeordnet, welcher von dem Simulatorkolben und dem Gehäuse begrenzt wird und welcher gegenüber dem ersten Simulatorraum abgedichtet ist, wobei auch dieser Raum mit Atmosphärendruck verbunden ist. Hierzu kann der Raum selbst direkt mit Atmosphärendruck verbunden sein und/oder über zumindest eine Verbindungsleitung mit dem Aufnahmeraum verbunden sein, welcher an Atmosphärendruck angeschlossen ist. Weil die pedalseitige Fläche des Hauptbremszylinders ebenfalls mit Atmosphärendruck beaufschlagt wird, ist so sichergestellt, dass die Funktion der Betätigungseinheit unabhängig vom Wert des herrschenden Atmosphärendruck ist.
Für eine gleichmäßige Kraft-Weg-Charakteristik sind bevorzugt der erste und der zweite Simulatorraum über zumindest eine Verbindungsleitung hydraulisch miteinander verbunden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedalwegsimulators umfasst dieser zwei räumlich getrennte Einheiten, wobei die erste Einheit den ersten Simulatorraum und den Simulatorkolben und die zweite Einheit den zweiten Simulatorraum und die elastisch verformbare Membran umfasst. Für eine kompakte Bauweise sind die beiden Einheit besonders bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Die beiden Einheiten sind bevorzugt hydraulisch parallel geschaltet, um die Verschleifung von Kraftsprüngen bei der Aufnahme von Druckmittel in dem ersten Simulatorraum zu erreichen.
Vorteilhafterweise umfasst die zweite Einheit einen Hohlraum, in welchem die Membran und ein Membranstützkörper mit einer Begrenzungskontur für die Membran angeordnet sind, wobei die Membran den zweiten Simulatorraum von einem Aufnahmeraum trennt, welcher zwischen dem Membranstützkörper und der Membran angeordnet ist.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedalwegsimulators ist der zweite Simulatorraum in einem Hohlraum des Simulatorkolbens angeordnet. So kann der Pedalwegsimulator in einer einzigen Einheit ausgeführt werden. Dabei ist der zweite Simulatorraum besonders bevorzugt in einem dem Rückstellmittel gegenüberliegenden Bereich des Simulatorkolbens angeordnet, wodurch die Anordnung von Verbindungskanälen zwischen Räumen vereinfacht sowie der Bauraumbedarf reduziert wird.
Der zweite Simulatorraum wird bevorzugt von der in dem Simulatorkolben angeordneten Membran und einem Kolbenstirndeckel des Simulatorkolbens begrenzt. Durch einen Kolbenstirndeckel wird die Herstellung des Pedalwegsimulators vereinfacht. Die Montage der Membran und des Kolbenstirndeckels im Simulatorkolben erfolgt besonders bevorzugt durch Einpressen in den Simulatorkolben.
Die bereits erwähnte hydraulische Verbindung zwischen den Simulatorräumen ist hier bevorzugt mittels eines im Kolbenstirndeckel angeordneten Verbindungskanals realisiert.
An dem Kolbenstirndeckel ist bevorzugt eine Begrenzungskontur ausgebildet, an welcher die Membran in einem unbetätigten Zustand des Pedalwegsimulators im Wesentlichen anliegt. Durch die Ausformung der Begrenzungskontur kann die Kraft-Weg-Charakteristik des Pedalwegsimulators beeinflusst werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung befindet sich im Hohlraum des Simulatorkolbens ein Aufnahmeraum, welcher von der Membran und einer im Simulatorkolben ausgebildeten Begrenzungskontur begrenzt wird. Die Membran kann sich somit verformen, indem der Aufnahmeraum verkleinert und der zweite Simulatorraum vergrößert wird, bis bei Anlage der Membran an die Begrenzungskontur das maximale Aufnahmevolumen des zweiten Simulatorraums erreicht ist.
In dem Simulatorkolben ist bevorzugt zumindest ein weiterer Verbindungskanal angeordnet, über welchen der Aufnahmeraum mit einem das elastische Rückstellmittel aufnehmenden Raum verbunden ist, um einen Druckausgleich zwischen Aufnahmeraum und Rückstellmittel aufnehmenden Raum sowie dem für die Funktion notwendigen Anschluss an den Atmosphärendruck zu gewährleisten.
Die Erfindung betrifft auch eine Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage vom Typ „Brake-by-wire" mit einem mittels eines Bremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder mit zumindest einem Druckraum, an den Radbremsen hydraulisch anschließbar sind, und einem erfindungsgemäßen Pedalwegsimulator sowie eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit einer solchen Betätigungseinheit.
Gemäß einer Weiterbildung der Betätigungseinheit bzw. der Kraftfahrzeugbremsanlage ist in der hydraulischen Verbindung zwischen dem, z.B. ersten, Druckraum des Hauptbremszylinders und dem Pedalwegsimulator eine Schalteinrichtung vorgesehen, welche in der „Brake-by-wire"-Betriebsart durch ihre Aktivierung dem Druckraum des Hauptbremszylinders den ersten und zweiten Simulatorraum zuschaltet und außerhalb der „Brake-by-wire“-Betriebsart durch ein Beenden der Aktivierung abtrennt.
Um ein ungedämpftes Lösen des Bremspedals in der „Brake-by-wire"-Betriebsart sowie ein Entleeren der Simulatorräume im unbetätigten Zustand des Bremspedals zu ermöglichen, wird die Schalteinrichtung bevorzugt durch ein elektrisch ansteuerbares Zuschaltventil und ein dem Zuschaltventil parallel geschaltetes, in Richtung des Hauptbremszylinders öffnendes Rückschlagventil gebildet. Damit in der stromlosen Rückfallebene der Pedalwegsimulator unwirksam ist, ist das Zuschaltventil vorteilhafterweise stromlos geschlossen ausgeführt.
Ein Vorteil der Erfindung liegt in einer kostengünstigen Verbesserung der Bremspedalcharakteristik einer Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage. Die oft von Fahrern bei kleinen Pedalwegen als unstetig kritisierte Kraft-Weg-Charakteristik bekannter Betätigungseinheiten wird harmonisiert.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Weitere Merkmale, Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
Es zeigen schematisch
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pedalwegsimulators,
2 ein Teil des Pedalwegsimulators des ersten Ausführungsbeispiels in Explosionsdarstellung,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Pedalwegsimulators in einem unbetätigten Zustand, und
4 den beispielgemäßen Pedalwegsimulator der 3 in verschiedenen Betätigungszuständen.
In 1 ist stark schematisch eine beispielhafte Betätigungseinheit 2 für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage vom Typ „Brake-by-wire" bzw. hydraulische Fremdkraftbremsanlage dargestellt. Betätigungseinheit 2 umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren zweikreisigen Hauptbremszylinder bzw. Tandemhauptzylinder 3 und einen mit dem Hauptbremszylinder 3 zusammen wirkenden Pedalwegsimulator 4. Hauptbremszylinder 3 umfasst zwei in einem Gehäuse 5 hintereinander angeordnete Kolben 6, 7, welche zwei hydraulische Druckräume 8, 9 begrenzen. In einer beispielhaften Kraftfahrzeugbremsanlage stehen die Druckräume 8, 9 einerseits über in den Kolben 6, 7 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 10, 11 mit einem nicht dargestellten Druckmittelvorratsbehälter in Verbindung, wobei diese durch eine Relativbewegung der Kolben 8, 9 im Gehäuse 5 absperrbar sind. Andererseits stehen die Druckräume 8, 9 mittels hydraulischer Leitungen I, II, vorteilhafterweise unter Zwischenschaltung eines, z.B. stromlos offenen, Trennventils je Bremskreis und/oder radindividuellen elektrisch steuerbaren Druckmodulationsventilen (z.B. ein Einlass- und ein Auslassventil je Radbremse), mit den nicht dargestellten Radbremsen der Bremsanlage in Verbindung. Bevorzugt sind jedem Bremskreis I, II zwei hydraulisch betätigbare Radbremsen zugeordnet. Weiterhin nehmen die Druckräume 8, 9 nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 6, 7 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 3 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 12 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten (Hauptzylinder-)Kolbens 6, dessen Betätigungsweg von einem vorzugsweise redundant ausgeführten Wegsensor 13 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch eines Fahrzeugführers.
Die beispielhafte, nicht dargestellte Kraftfahrzeugbremsanlage umfasst weiter eine elektrisch steuerbare Druckquelle, welche mit den Bremskreisen bzw. Radbremsen der Bremsanlage hydraulisch verbindbar ist. Bevorzugt ist die elektrisch steuerbare Druckquelle als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. als ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, dessen Kolben von einem Elektromotor unter Zwischenschaltung eines Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. In einer Normalbremsfunktion der Bremsanlage („Brake-by-wire“-Betriebsart) wird der Hauptbremszylinder 3, und damit der Fahrzeugführer, von den Radbremsen durch Schließen der Trennventile entkoppelt und ein Simulatorfreigabeventil 15 wird aktiviert, welches dem Hauptbremszylinder 3 den Pedalwegsimulator 4 zuschaltet. Der mit dem Hauptbremszylinder 3 zusammen wirkende Pedalwegsimulator 4 vermittelt dann dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl. Die Bremskreise werden mit der Druckquelle verbunden, welche den Bremsdruck zur Betätigung der Radbremsen bereitstellt.
Beispielsgemäß ist der Pedalwegsimulator 4 über das elektrisch betätigbare Simulatorfreigabeventil 15 hydraulisch an den ersten Druckraum 8 des Hauptbremszylinders 3 ankoppelbar. Es ist aber auch möglich, dass die beiden Druckräume 8, 9 des Hauptbremszylinders mit dem Pedalwegsimulator hydraulisch verbindbar gestaltet werden oder dass jeweils ein Pedalwegsimulator an jeden der beiden Druckräume angeschlossen ist. Mittels des Simulatorfreigabeventils 15 kann der Pedalwegsimulator 4 zu- bzw. abgeschaltet werden. Bei einer Bremspedalbetätigung und aktiviertem (geöffnetem) Simulatorfreigabeventil 15 (z.B. in der („Brake-by-wire“-Betriebsart) strömt Druckmittel vom Hauptzylinder-Druckraum 8 in zumindest einen der im Folgenden beschriebenen hydraulischen Simulatorräume 16, 26 des Pedalwegsimulators 4. Das dabei generierte Pedalgefühl hängt von dem im Simulator 4 aufgebauten Gegendruck und von den Drosseleigenschaften des aktivierten Simulatorfreigabeventils 15 ab.
Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorfreigabeventil 15 angeordnetes Rückschlagventil 25 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorfreigabeventils 15 und unabhängig von dessen Drosselwirkung ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von den Simulatorräumen 16, 26 zum Hauptzylinder-Druckraum 8. Das daraus resultierende ungedämpfte Lösen des Bremspedals 1 wird als angenehm empfunden. Ohne diese Funktion könnte der Eindruck so genannter „klebender“ Bremsen entstehen.
Gemäß dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eines Pedalwegsimulators ist der Pedalwegsimulator 4 zweiteilig ausgeführt. Eine erste Einheit 14 besteht im Wesentlichen aus einem Simulatorraum 16, einem Simulatorfederraum 17 sowie einem die beiden Räume 16, 17 voneinander trennenden Simulatorkolben 18, wobei Simulatorraum 16 mittels des Simulatorfreigabeventils 15 mit dem Druckraum 8 verbindbar ist. Beispielsgemäß wird Simulatorkolben 18 in Gehäuse 5 geführt und begrenzt mit Gehäuse 5 Simulatorraum 16 und Simulatorfederraum 17. Simulatorkolben 18 stützt sich durch ein in Simulatorfederraum 17 angeordnetes elastisches Element 19 (z.B. eine Feder), welches vorteilhafterweise vorgespannt ist, am Gehäuse 5 ab. Bei der Simulatoreinheit 14 wird die erzeugte Kraft-Weg-Charakteristik (vom Fahrer gefühlte Pedalcharakteristik, Pedalkraft als Funktion des Pedalweges) im Wesentlichen durch die Federcharakteristik des elastischen Elements 19, aber auch z.B. durch Reibkräfte des Simulatorkolbens 18 oder der Kolben 6, 7, bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass sich im für den Fahrer hochsensibel empfundenen Anfangsbereich der Pedalcharakteristik, d.h. bei kleinen Pedalkräften, bei alleiniger Verwendung der Einheit 14 gewisse Unstetigkeiten (Kraftsprünge) infolge des Ansprechverhaltens der Simulatorfeder 19 (z.B. zu hoch eingestellte Federvorspannung), der Reibung des Simulatorkolbens 18 im Gehäuse 5 sowie Stick-Slip-Effekten des Kolbendichtrings 20 ergeben.
Pedalwegsimulator 4 umfasst daher gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine zweite Einheit 24. Einheit 24 stellt einen ruckfrei ansprechenden Volumenverbraucher dar, der an den Simulatorkreis 21 angeschlossen ist. Einheit 24 führt zu einer Verschleifung der Kraftsprünge und damit zu einer vom Fahrer als kontinuierlich empfundenen Kraft-Weg-Charakteristik. Einheit 24 umfasst einen zweiten hydraulischen Simulatorraum 26 zur Aufnahme von Druckmittel, welcher von einer verformbaren Membran 32 begrenzt wird.
Wie der 1 zu entnehmen ist, umfasst die Simulatoreinheit 24 im Wesentlichen ein Gehäuse 30, welches auch einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgeführt sein kann, mit einem, z.B. zylindrischen, Hohlraum, welcher durch die elastisch verformbare Membran 32 in zwei Räume 26, 27 getrennt wird. Der hydraulische Simulatorraum 26 ist über Leitung 22 mit Simulatorkreis 21, und somit auch mit Simulatorraum 16 der Einheit 14, hydraulisch verbunden. Die Simulatoreinheit 24 ist als ruckfrei ansprechender Volumenverbraucher der Simulatoreinheit 14 hydraulisch parallel geschaltet und in den über das Simulatorfreigabeventil 15 in der „Brake-by-wire“-Betriebsart dem Hauptbremszylinder 3 zugeschalteten Simulatorkreis 21 integriert. Schluckvolumen-Aufnahmeraum 27 steht beispielsgemäß über Leitung 23 mit dem Simulatorfederraum 17 der Einheit 14 und dessen (in 1 nicht dargestellten) Belüftungsanschluss mit der Atmosphäre in Verbindung. Ein den Simulatorraum 26 einseitig begrenzender Deckel 33 ermöglicht die Montage der Einheit 24. In Aufnahmeraum 27 ist ein Membranstützkörper 31 angeordnet, dessen Innenkontur 34 zur zumindest teilweisen Anlage der Membran 32 geeignet ist. Membran 32 und Innenkontur 34 des Membranstützkörpers 31 sind derart gestaltet, dass sich das Aufnahmevolumen des Simulatorraums 26 und der zugehörige Simulatordruck entsprechend der gewünschten Kraft-Weg-Charakteristik verhalten. Dieses Verhalten wird durch die formgebende Gestaltung der Membran 32 und der Innenkontur 34 erzielt.
Zu Beginn einer Bremsung in der „Brake-by-wire“-Betriebsart wird aus dem Druckraum 8 verdrängtes Druckmittel zunächst in dem hydraulischen Simulatorraum 26 der Simulatoreinheit 24 aufgenommen, wobei sich die verformbare Membran 32 immer weiter ausdehnt. Im Weiteren wird Druckmittel von erstem und zweitem Simulatorraum 16, 26 aufgenommen. Wenn die Außenkontur der Membran 32 zur Anlage an die Innenkontur 34 des Membranstützkörpers 31 gelangt, so ist das maximal vom Volumenverbraucher 24 aufnehmbare Druckmittelvolumen erreicht. Es ist keine weitere Volumenaufnahme durch die Einheit 24 mehr möglich. Das verdrängte Druckmittel wird dann nur noch von dem ersten Simulatorraum 16 der Simulatoreinheit 14 aufgenommen. Die Kraft-Weg-Charakteristik wird dann im Weiteren für größer werdende Pedalwege durch die Simulatorfeder 19 der Einheit 14 bestimmt. Durch die Integration eines ruckfrei ansprechenden Volumenverbrauchers 24 mit einem durch eine elastische Membran 32 begrenzten Simulatorraum 26 in den Pedalwegsimulator 4 wird die oft von Fahrern kritisierte unstetige Kraft-Weg-Charakteristik der Betätigungseinheit 2 im Anfangsbereich (kleinen Pedalwegen) harmonisiert und dadurch verbessert. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind einfach und kostengünstig herzustellen.
Die verformbare Membran wird bevorzugt durch eine elastomere Membran gebildet. Andere Membranlösungen, z.B. eine Metallmembran, sind jedoch ebenso denkbar.
Pedalwegsimulator 4 kann auch als eine eigenständige Baugruppe ausgebildet sein.
In 2 ist die Einheit 24 des Pedalwegsimulators 6 der 1 in Explosionsdarstellung abgebildet. In einer Bohrung in Gehäuse 30 sind nacheinander der Membranstützkörper 31, die elastisch verformbare Membran 32 und der Deckel 33 angeordnet.
In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Pedalwegsimulators schematisch dargestellt. Der Pedalwegsimulator befindet sich in einem unbetätigten Zustand. Pedalwegsimulator 104 umfasst ein Gehäuse 105, das in einer, z.B. gestuften, Bohrung einen Simulatorkolben 118 aufnimmt. Simulatorkolben 118 hat beispielsgemäß eine glatte Zylinderoberfläche, die mit einem gehäusefesten Dichtring 120 zusammenwirkt. Dichtring 120 unterteilt die Bohrung in einen ersten Simulatorraum 116 und einen Simulatorfederraum 117, wobei der Simulatorfederraum 117 eine der gewünschten, vorteilhafterweise progressiven, Kraft-Weg-Charakteristik (Simulatorkennlinie) entsprechende nichtlineare Simulatorfeder 119 aufnimmt. Simulatorfederraum 117 ist über einen Belüftungsanschluss 140 mit Atmosphärendruck verbunden und entweder mit Luft oder mit Druckmittel (unter Atmosphärendruck = „drucklos“) gefüllt. Simulatorraum 116 ist über einen hydraulischen Anschluss 141 mit z.B. einem nicht dargestellten Bremspedal-betätigbaren Hauptbremszylinder verbindbar, so dass Simulatorraum 116 Druckmittel aus einem Druckraum des Hauptbremszylinders aufnehmen kann. Dabei ändert sich das Volumen des ersten Simulatorraums 116 durch ein Verschieben des Simulatorkolbens 118 relativ zum Gehäuse 105. In seiner drucklosen Ruhestellung (Druck im hydraulischen Anschluss 141 ist gleich dem Druck im Belüftungsanschluss 140) wird Simulatorkolben 118 von Simulatorfeder 119 stirnseitig an einen Anschlag im Gehäuse 105 gedrückt. Um ein „schlaffes“ Pedalgefühl beim Lösen des Bremspedals zu vermeiden, wird die Vorspannkraft der Simulatorfeder 119 üblicherweise ausreichend groß gewählt. Dies hat zur Folge, dass beim Betätigen des Bremspedals zunächst ein Druck aufgebaut werden muss, dessen Kraftwirkung auf den Simulatorkolben 118 die Vorspannkraft der Simulatorfeder 119 und die Haftreibungskraft des Dichtrings 120 überwindet, bevor der Pedalwegsimulator 104 Druckmittelvolumen in dem Simulatorraum 116 aufnimmt. Dieses „Losbrechen“ des Simulatorkolbens 118 ist bei bekannten Simulator-Bremsanlagen als ein unerwünschter Ruck im Bremspedal spürbar.
Zur Verbesserung des Ansprechverhaltens des Pedalwegsimulators 104 und zur Vermeidung des oben beschriebenen Losbrech-Effekts ist in Simulatorkolben 118 eine zusätzliche, ruckfrei ansprechende Volumenaufnahme angeordnet. Diese ist als ein zweiter Simulatorraum 126 ausgebildet, dessen Volumen durch die Deformation einer aus einem elastischen Material hergestellten Membran 132 änderbar ist. Die Deformation einer elastischen Membran 132 erfolgt praktisch hysteresefrei, d.h. ohne den unerwünschten Ruck im Bremspedal zu verursachen. Die verformbare Membran ist also gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in den Simulatorkolben integriert.
Membran 132 trennt in dem Simulatorkolben 118 den Simulatorraum 126 von einem Schluckvolumen-Aufnahmeraum 127. Aufnahmeraum 127 ist drucklos, da er über ein oder mehrere Belüftungskanäle 145 mit dem Simulatorfederraum 117 verbunden ist. Der zweite Simulatorraum 126 ist über mindestens einen Verbindungskanal 146 mit dem ersten Simulatorraum 116 verbunden.
Beispielsgemäß erfolgt die Befestigung der Membran 132 im Simulatorkolben 118 durch einen in die Stirnseite des Simulatorkolbens 118 eingepressten Kolbenstirndeckel 133, welcher zusammen mit der Membran 132 den Simulatorraum 126 begrenzt. Durch das Einpressen ist die Membran 132 an ihrem äußeren Umfang ringförmig druckdicht fixiert. In Kolbenstirndeckel 133 sind eine mit dem Gehäuse 105 zusammenwirkende Anschlagfläche 148 und der Verbindungskanal 146 vom ersten Simulatorraum 116 zum zweiten Simulatorraum 126 ausgebildet. Weiterhin weist der Kolbenstirndeckel 133 zum zweiten Simulatorraum 126 hin eine zapfenförmige Drehkontur 147 auf, auf welcher die Membran 132 im drucklosen (unbetätigten) Zustand des Simulators 104 zumindest teilweise aufliegt, so dass das Volumen des zweiten Simulatorraums 126 in diesem Zustand den Wert Null oder beinahe Null annimmt.
4 zeigt den beispielgemäßen Pedalwegsimulator 104 in verschiedenen Betätigungszuständen. Wird Pedalwegsimulator 104 betätigt, so verformt sich zunächst, wie in 4a dargestellt, die Membran 132, d.h. Druckmittel wird in dem zweiten Simulatorraum 126 aufgenommen. Membran 132 bewegt sich in den drucklosen Aufnahmeraum 127 hinein, dessen Befüllvolumen (Luft oder Druckmittel) dabei durch die zum Simulatorfederraum 117 führenden Belüftungskanäle 145 verdrängt wird. 4a zeigt also den Pedalwegsimulator 104 in der Übergangsphase des sanften Beginns der Volumenaufnahme zum Loslaufen des Simulatorkolbens 118.
Bei einer weiteren Betätigung des Bremspedals nehmen sowohl der erste als auch der zweite Simulatorraum 116, 126 Druckmittel auf. Entsprechend zeigt 4b den Pedalwegsimulator 104 mit verfahrenem Simulatorkolben 118 bei noch nicht vollständig an eine Hohlkontur 134 im Simulatorkolben 118 angelegter Membrane 132.
Wenn das Volumen des Aufnahmeraums 127 den Wert Null erreicht bzw. der Simulatoraum 126 sein maximal mögliches Aufnahmevolumen erreicht hat, ist die Membrane 132 an die entsprechende Hohlkontur 134 im Simulatorkolben 118 angelegt. Der Simulatorkolben 118 wirkt in diesem Ausführungsbeispiel also als Membranstützkörper. Eine Volumenaufnahme findet dann ausschließlich im ersten Simulatorraum 116 durch Verfahren des Simulatorkolbens 118 statt. Dieser Zustand des Pedalwegsimulators 104 bei höherem Druck ist in 4c dargestellt.
Der erwünschte Effekt des sanften Übergangs vom drucklosen Zustand des Simulators 104 zu einem Betriebszustand, in dem die Anschlagfläche 148 des Simulatorkolbens 118 sich vom Gehäuse 105 gelöst hat, ist durch die Formgebung der Bewegungs-Begrenzungskonturen 147, 134 für die Membran 132 vorgebbar.
Durch die Anordnung des zweiten Simulatorraums 126 zur Darstellung der ruckfrei ansprechenden Zusatzvolumenaufnahme im Simulatorkolben 118 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse 105 keine weitere Bohrung zur Verbindung der beiden Simulatorräume benötigt.
Durch die Kombination der Drehteile Simulatorkolben 118, Schmiegekonturen 134, 147 und Einspannung der Ansprechmembran 132 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Bauteil wird außerdem der konstruktive Aufwand minimiert.
Auch der Pedalwegsimulator 104 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird bevorzugt in einer Betätigungseinheit oder einer hydraulischen Bremsanlage vom Typ „Brake-by-wire" eingesetzt, wie sie in Zusammenhang mit der 1 erläutert wurden. Dabei ist Pedalwegsimulator 104 vorteilhafterweise über ein elektromagnetisch betätigbares, insbesondere stromlos geschlossenes, Simulatorfreigabeventil zuschaltbar, welches in einer hydraulischen Verbindung zwischen einem Druckraum des Hauptbremszylinders und dem hydraulischen Anschluss 141 des Pedalwegsimulators 104 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/029812 A1 [0003]

Claims

Pedalwegsimulator (4, 104) zum hydraulischen Anschließen an einen Druckraum (8) eines Hauptbremszylinders (3) einer hydraulischen Bremsanlage, insbesondere für Kraftfahrzeuge, der ein Gehäuse (5, 30, 105) und einen in dem Gehäuse verschiebbar gelagerten Simulatorkolben (18, 118) aufweist, wobei der Simulatorkolben mit dem Gehäuse einen ersten hydraulischen Simulatorraum (16, 116) begrenzt, der Druckmittel aufnehmen kann, wobei der Simulatorkolben (18, 118) von einem elastischen Rückstellmittel (19, 119) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pedalwegsimulator (4, 104) einen zweiten hydraulischen Simulatorraum (26, 126) zur Aufnahme von Druckmittel umfasst, welcher von einer elastisch verformbaren Membran (32, 132) begrenzt wird.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verformung der Membran (32, 132) durch zumindest eine Begrenzungskontur (34, 134, 147) eines Membranstützkörpers (31, 118, 133) insbesondere des Simulatorkolbens (118), räumlich begrenzt wird.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Membranstützkörper (31, 118), insbesondere der Simulatorkolben (118), und die Membran (32, 132) einen Aufnahmeraum (27, 127) begrenzen, welcher insbesondere mit Atmosphärendruck verbunden ist.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Rückstellmittel (19, 119) in einem Raum (17, 117) angeordnet ist, welcher von dem Simulatorkolben (18, 118) und dem Gehäuse (5, 105) begrenzt wird und welcher gegenüber dem ersten Simulatorraum (16, 116) abgedichtet (20, 120) ist, wobei der Raum (17, 117) mit Atmosphärendruck verbunden ist und/oder über zumindest eine Verbindungsleitung (23, 145) mit dem Aufnahmeraum (27, 127) verbunden ist, welcher an Atmosphärendruck angeschlossen ist.
Pedalwegsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest eine Verbindungsleitung (22, 146) umfasst, durch welche der erste und der zweite Simulatorraum (16, 26; 116, 126) hydraulisch miteinander verbunden sind.
Pedalwegsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pedalwegsimulator (4) zwei, insbesondere in einem gemeinsamen Gehäuse (5) angeordnete, räumlich getrennte Einheiten (14, 24) umfasst, wobei die erste Einheit (14) den ersten Simulatorraum (16) und den Simulatorkolben (18) und die zweite Einheit (24) den zweiten Simulatorraum (26) und die elastisch verformbare Membran (32) umfasst.
Pedalwegsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Simulatorraum (126) in einem Hohlraum des Simulatorkolbens (118), insbesondere in einem dem Rückstellmittel (119) gegenüberliegenden Bereich des Simulatorkolbens (118), angeordnet ist.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Simulatorraum (126) von der in dem Simulatorkolben (118) angeordneten Membran (132) und einem, insbesondere eingepressten, Kolbenstirndeckel (133) des Simulatorkolbens (118) begrenzt wird.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kolbenstirndeckel (133) ein Verbindungskanal (146) angeordnet ist, über welchen der zweite Simulatorraum (126) mit dem ersten Simulatorraum (116) hydraulisch verbunden ist.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolbenstirndeckel eine Begrenzungskontur ausgebildet ist, an welcher die Membran in einem unbetätigten Zustand des Pedalwegsimulators im Wesentlichen anliegt.
Pedalwegsimulator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Hohlraum des Simulatorkolbens (118) ein Aufnahmeraum (127) befindet, welcher von der Membran (132) und einer in dem Simulatorkolben (118) ausgebildeten Begrenzungskontur (134) begrenzt wird.
Pedalwegsimulator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (127) über zumindest einen in dem Simulatorkolben (118) angeordneten Verbindungskanal (145) mit einem das elastische Rückstellmittel (119) aufnehmenden Raum (117) verbunden ist.
Betätigungseinheit für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage vom Typ „Brake-by-wire" mit • einem mittels eines Bremspedals (1) betätigbaren Hauptbremszylinder (3) mit zumindest einem Druckraum (8, 9), an den Radbremsen hydraulisch anschließbar (I, II) sind, und • einem Pedalwegsimulator (4, 104) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, durch welchen in einer „Brake-by-wire"-Betriebsart, in welcher der erste und der zweite Simulatorraum (16, 26; 116, 126) mit dem Druckraum (8) des Hauptbremszylinders (3) hydraulisch verbunden sind, eine auf das Bremspedal (1) wirkende Rückstellkraft simuliert wird.
Betätigungseinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Druckraum (8) und dem Pedalwegsimulator (4, 104), insbesondere dem ersten und zweiten Simulatorraum (16, 26; 116, 126), eine Schalteinrichtung (15, 25) vorgesehen ist, welche in der „Brake-by-wire"-Betriebsart dem Hauptbremszylinder (3) den ersten und zweiten Simulatorraum zuschaltet und außerhalb der „Brake-by-wire“-Betriebsart die Verbindung trennt, wobei insbesondere die Schalteinrichtung durch ein elektrisch ansteuerbares, insbesondere stromlos geschlossenes, Zuschaltventil (15) und ein dem Zuschaltventil parallel geschaltetes, in Richtung des Hauptbremszylinders (3) öffnendes Rückschlagventil (25) gebildet wird.
Hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, die in einer sog. „Brake-by-wire“-Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, vorzugsweise in der „Brake-by-wire“-Betriebsart betrieben wird und in mindestens einer Rückfallbetriebsart vom Fahrzeugführer betrieben werden kann, mit • einem mittels eines Bremspedals (1) betätigbaren Hauptbremszylinder (3) mit zumindest einem Druckraum (8, 9), an den Radbremsen hydraulisch angeschlossen sind, • einer elektrisch steuerbaren Druckquelle, mittels welcher die Radbremsen mit Druck beaufschlagbar sind, und welche insbesondere mit jeder der Radbremsen hydraulisch verbindbar ist, und • einem Pedalwegsimulator (4, 104) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, durch welchen in der „Brake-by-wire"-Betriebsart, in welcher der erste und der zweite Simulatorraum (16, 26; 116, 126) mit dem Druckraum (8) des Hauptbremszylinders (3) hydraulisch verbunden sind, dem Fahrzeugführer ein angenehmes Bremspedalgefühl vermittelt wird.