DE102014209120A1

DE102014209120A1 - Bremsbetätigungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer im by-wire-Modus betreibbaren Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftübertragung und hydraulischer Rückfallebene

Info

Publication number: DE102014209120A1
Application number: DE102014209120.9A
Authority: DE
Inventors: Jesko Frederik Krüger; Ralf Stroph; Alfred Pruckner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-05-14
Filing date: 2014-05-14
Publication date: 2015-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsbetätigungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer im by-wire-Modus betreibbaren Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftübertragung und hydraulischer Rückfallebene, über welche der Fahrer des Fahrzeugs mittels seines Bremspedals auf einen Kolben in einem Bremszylinder einwirken kann, welcher dementsprechend die hydraulische Bremskraft erzeugt, wobei zwischen dem Bremspedal und dem besagten Kolben ein mechanisches Getriebe mit einem sich über dem Verlagerungsweg des Bremspedals ändernden Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist. Das Getriebe ist ausgelegt, ein mit zunehmendem Verlagerungsweg des Bremspedals ansteigendes Kraft-Übersetzungsverhältnis darzustellen, welches als Quotient von der Kolben-Kraft (Dividend) und der vom Fahrer aufgebrachten Pedalkraft (Divisor) definiert ist, und kann durch ein Koppelgetriebe oder eine Mehrgelenkkinematik gebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsbetätigungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer im by-wire-Modus betreibbaren Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftübertragung und hydraulischer Rückfallebene, über welche der Fahrer des Fahrzeugs mittels seines Bremspedals auf einen Kolben in einem Bremszylinder einwirken kann, welcher dementsprechend den hydraulischen Bremsdruck erzeugt. Bremsanlagen mit diesen Merkmalen werden gemeinhin als elektrohydraulische Bremse bezeichnet, wobei im by-wire-Modus, in welchem der hydraulische Bremsdruck mittels einer elektrisch betriebenen Pumpe insbesondere anhand der elektronisch ausgewerteten Verlagerung des Bremspedals erzeugt wird, die am Bremspedal für den Fahrer spürbare Pedalkraft mittels eines Pedalkraft-Simulators erzeugt wird. Bei einem elektrischen oder elektronischen Systemausfall hingegen wird selbsttätig die besagte Rückfallebene aktiviert, in welcher der Fahrer den hydraulischen Bremsdruck mittels des Bremspedals aufbaut.
Mit einem derzeit verfügbaren elektrohydraulischen Bremssystem sind vorteilhafterweise etwas höhere Bremsdrücke darstellbar als mit den derzeit zumeist noch verbauten Unterdruck-Bremskraftverstärkern. Mit einer hieran angepassten Dimensionierung der weiteren Bestandteile der Fahrzeug-Bremsanlage, so insbesondere der Bremsscheiben hinsichtlich deren Durchmesser, ist es jedoch problematisch, für einen Betrieb in der Rückfallebene, d. h. dann wenn der Fahrer wegen eines Systemausfalls den erforderlichen Hydraulikdruck alleine mittels seines Bremspedals erzeugen muss, ein hinsichtlich der Bremspedal-Betätigung vertretbares Verhältnis zwischen der dann vom Fahrer aufzubringender Pedalkraft und dem dabei zurückzulegendem Pedalweg darzustellen. Letzterer wird ebenso wie die Pedalkraft üblicherweise an der Pedalplatte des weiterhin wie üblich vorgesehen Bremspedals gemessen.
Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Bremsbetätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bremspedal und dem besagten Kolben ein mechanisches Getriebe mit einem sich über dem Verlagerungsweg des Bremspedals selbsttätig ändernden Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist. Vorzugsweise kann das Getriebe ausgelegt sein, ein mit zunehmendem Verlagerungsweg des Bremspedals ansteigendes Kraft-Übersetzungsverhältnis darzustellen, welches als Quotient von der Kolben-Kraft (Dividend) und der vom Fahrer aufgebrachten Pedalkraft (Divisor) definiert ist, bzw. es kann das Getriebe ausgelegt sein, ein mit zunehmendem Verlagerungsweg des Bremspedals ansteigendes Weg-Übersetzungsverhältnis darzustellen, welches als Quotient von Pedalweg (Dividend) und Kolbenweg (Divisor) definiert ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der weiteren Unteransprüche.
In der Erkenntnis, dass mit aktiver Rückfallebene für eine geforderte Abbremsung des Fahrzeugs aus einer vorgegebenen Geschwindigkeit mit einer bestimmten geforderten Verzögerung vom Fahrer eine bestimmte Arbeit an seinem Bremspedal verrichtet werden muss, und dass die am Bremspedal verrichtete Arbeit physikalisch als Produkt von Pedalweg und aufgebrachter Pedalkraft definiert ist, wird erfindungsgemäß zur Erzielung einer realistisch aufbringbaren maximalen Pedalkraft bei vernünftig festgelegtem maximalen Pedalweg ein sich über dem Pedalweg (= Verlagerungsweg des Bremspedals) selbsttätig, d. h. ohne Fremdeinwirkung veränderndes Übersetzungsverhältnis zwischen dem wie üblich um einen Drehpunkt verschwenkbaren Bremspedal und dem zumindest in der Rückfallebene durch dieses verlagerten Kolben des Bremszylinders vorgeschlagen. Dieses Hilfsmittel eines selbsttätig ändernden Übersetzungsverhältnis kann bzw. konnte bei den bislang üblichen Fahrzeug-Bremsanlagen mit (oder ohne) Unterdruck-Bremskraftverstärkern nicht genutzt werden, da sich damit für den Fahrer kein vernünftiges, die tatsächlichen Kraftverhältnisse wiedergebendes Pedalgefühl einstellt. Für eine im by-wire-Modus betreibbare Bremsanlage ist dieser Nachteil jedoch von extrem untergeordneter Bedeutung; an einer solchen Bremsanlage ist vielmehr wesentlich, für den Systemausfall eine den Sicherheits-Anforderungen und Betätigungs-Anforderungen genügende Rückfallebene bereit zu stellen und für den regulären Betriebszustand des Systems dessen systemimmanenten Vorteile bestmöglich zu nutzen.
Die weitere Erläuterung der vorliegenden Erfindung sowie der Unteransprüche erfolgt anhand der beigefügten Figuren, wobei
1 auf das wesentliche abstrahiert ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungseinrichtung zeigt, während in
2 ein beispielhafter Verlauf für ein sich über dem Pedalweg änderndes Übersetzungsverhältnis dargestellt ist.
3a–3c zeigen prinzipiell weitere mögliche Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Bremsbetätigungseinrichtung.
Zunächst auf 1 Bezug nehmend ist mit der Bezugsziffer 1 ein Bremspedal eines Kraftfahrzeugs gekennzeichnet, welches in einem fahrzeugfesten Aufhängungspunkt 2 (= Drehpunkt; der Begriff Aufhängungspunkt gilt ausdrücklich auch für ein stehend angeordnetes Bremspedal 1) um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Drehachse verschwenkbar aufgehängt ist. Am dem Aufhängungspunkt 2 gegenüber liegenden Ende des Bremspedals 1 ist eine Pedalplatte 1a vorgesehen, auf welche der Fahrer des Kraftfahrzeugs gemäß Pfeil F mit seinem Fuß einwirkt. Über ein in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 3 gekennzeichnetes mechanisches Getriebe ist das Bremspedal 1 mit einem in einem Bremszylinder 4 verlagerbaren Kolben 5 verbunden, welcher mit seiner dem Getriebe 3 abgewandten Seite auf hier nicht dargestellte Weise in einer hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage entsprechend einer vom Fahrer initiierten Betätigung des Bremspedals 1 Bremsdruck aufbauen kann.
Das mechanische Getriebe 3 ist durch eine Mehrgelenkkinematik gebildet und besitzt einen Dreipunkthebel 3a, der mit seinem ersten Punkt A um eine senkrecht zur Zeichenebene stehende Drehachse verschwenkbar am Fahrzeug aufgehängt ist, während in dessen zweiten Punkt B eine mit dem Bremspedal 1 verbundene Strebe 3b angreift und an dessen drittem Punkt C eine gelenkig zum Kolben 5 führende Kolbenstange 3c befestigt ist.
Mit dem Buchstaben F sei weiterhin auch diejenige Kraft bezeichnet, mit welcher der Fahrer auf die Pedalplatte 1a des Bremspedals 1 einwirkt. Mit dem Buchstaben K ist diejenige Kraft bezeichnet, die als Folge der vom Fahrer aufgebrachten Kraft F in der Kolbenstange 3c vom Dreipunkthebel 3a zum Kolben 5 übertragen wird. Mit „i_Ped” ist die durch den fixen Anlenkpunkt der Strebe 3b am Bremspedal 1, d. h. durch den Abstand dieses besagten Anlenkpunkts vom Aufhängungspunkt 2 vorgegebene eigene Übersetzung des Bremspedals 1 bezeichnet. Das Übersetzungsverhältnis i_ges der gesamten figürlich dargestellten Bremsbetätigungseinrichtung ergibt sich dann wie folgt: i_ges = K/F = (h_b/h_c)·i_Ped wobei ”/” für eine algebraische Division und ”·” für eine algebraische Multiplikation steht. Mit „h_b”, „h_c” sind die 1 dargestellten und entsprechend gekennzeichneten Strecken bezeichnet, welche den bei einer Betätigung des Bremspedals 1 (in Pfeilrichtung F) jeweils relevanten Hebelarm bezüglich des Drehpunkt A für die Punkte B bzw. C des Dreipunkthebels 3a bilden. Offensichtlich verändert sich die Länge dieser Strecken h_b, h_c mit einer sich aus einer Betätigung des Bremspedals 1 ergebenden Verschwenkbewegung des Dreipunkthebels 3a um den Punkt A.
In obiger Gleichung ist das Übersetzungsverhältnis i_ges als Quotient von der Kolben-Kraft K (Dividend) und der vom Fahrer aufgebrachten Pedalkraft F (Divisor) definiert; alternativ kann das Übersetzungsverhältnis i_ges dieser Bremsbetätigungseinrichtung mit dem gleichen Ergebnis aber auch als Quotient von Pedalweg (Dividend) und Kolbenweg (Divisor) definiert werden, wobei der Pedalweg s (vgl. 1) die Verlagerung des Angriffspunkts der Kraft F an der Pedalplatte 1 bei Betätigung des Bremspedals 1 darstellt, während der Kolbenweg die daraus resultierende Verlagerung des Kolbens 5 im Bremszylinder 4 ist.
Wie bereits erwähnt stellt sich mittels des zwischen dem Bremspedal 1 und dem Kolben 5 vorgesehenen mechanischen Getriebes 3 ein sich über dem Verlagerungsweg s des Bremspedals 1 selbsttätig änderndes Übersetzungsverhältnis i_ges ein, was – wie weiter oben erläutert wurde, ohne dies an dieser Stelle ausführlich zu wiederholen – vorteilhaft ist, wenn die mit dieser Betätigungseinrichtung ausgerüstete by-wire-Bremsanlage, welche vorzusgweise als elektrohydraulische Bremsanlage ausgeführt ist, bei Systemausfall in der sog. Rückfallebene arbeitet.
2 zeigt einen möglichen Verlauf für das sich über dem Pedalweg s (= Verlagerungsweg des Bremspedals 1), welcher auf der Abszisse aufgetragen ist, ändernde Übersetzungsverhältnis i_ges, welches auf der Ordinate aufgetragen ist. Wie ersichtlich nimmt das Übersetzungsverhältnis i_ges mit zunehmendem Pedalweg s kontinuierlich zu, wobei das zwischen dem Bremspedal 1 und dem Kolben 5 vorgesehene Getriebe 3 (vgl. 1) mit einem sich über dem Verlagerungsweg des Bremspedals 1 ändernden Übersetzungsverhältnis i_ges hier (gemäß 2) ausgelegt ist, eine mit zunehmendem Verlagerungsweg des Bremspedals (1) bis in die Größenordnung des halben möglichen Pedalwegs positive zweite Ableitung des Graphen des Übersetzungsverhältnisses darzustellen.
Im weiteren auf die 3a–3c eingehend sind dort beispielhaft sowie stark abstrahiert Varianten für das Getriebe 3 zwischen dem Bremspedal 1 und dem Kolben 5 dargestellt. Die Ausführungsform nach 3a ist ähnlich dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei jedoch der Dreipunkthebel 3a direkt am Bremspedal 1 angelenkt ist und seinerseits gelenkig über eine gelenkig aufgehängte Strebe 3d am Fahrzeug aufgehängt ist, d. h. die in diesen Figuren gezeigten Kreise stellen Dreh-Gelenke vergleichbar den in 1 mit den Buchstaben A, B, C gekennzeichneten Drehgelenken mit einer senkrecht zur Zeichenebene stehenden Drehachse dar.
Beim Ausführungsbeispiel nach 3b weist das mechanische Getriebe 3 ein am Bremspedal 1 bezüglich dessen Drehpunkt bzw. Aufhängungspunkt 2 verlagerbares Koppelelement 3k auf, mit welchem über eine Gelenkstange 3e der Kolben 5 des Bremszylinders 4 verbunden ist, wobei sich der Abstand des am Koppelelement 3k vorgesehenen Dreh-Gelenkpunktes für die Gelenkstange 3e zum fahrzeugfestem Drehpunkt bzw. Aufhängungspunkt 2 des Bremspedals 1 im Verlauf einer Betätigung oder Verlagerung des Bremspedals 1 selbsttätig ändert. Hierfür ist eine weitere Koppelstange 3f zwischen dem Koppelelement 3k und einem geeignet angeordneten fahrzeugfesten Gelenkpunkt vorgesehen.
Beim Ausführungsbeispiel nach 3c ist das mechanische Getriebe 3 durch eine mit dem Bremspedal 1 verbundene bzw. hier in dessen die Pedalplatte 1a mit dem Aufhängungspunkt 2 verbindenden Pedalarm vorgesehene erste nicht geradlinig verlaufende Führungsbahn 3g sowie eine zweite nicht geradlinig verlaufende und nahe des Bremspedals 1 ortsfest (= fahrzeugfest) vorgesehene Führungsbahn 3h gebildet, wobei in diesen sich in Richtung der (durch den Aufhängugspunkt 2 verlaufende) Verschwenkachse des Bremspedals 1 betrachtet über dem gesamten möglichen Pedalweg kreuzende Führungsbahnen 3g, 3h, ein gemeinsames geführtes Verbindungselement 3v vorgesehen ist, welches im Verlauf des Verschwenkens des Bremspedals 1 in diesen Führungsbahnen 3g, 3h verlagert wird, d. h. dieses Verbindungselement 3v befindet sich stets im jeweiligen Kreuzungspunkt. An diesem Verbindungselement 3v ist das erste Ende einer bereits genannten Gelenkstange 3e befestigt, die mit ihrem anderen Ende direkt oder indirekt mit dem Kolben 5 des Bremszylinders 4 verbunden ist.
Im übrigen sei darauf hingewiesen, dass in diesen Prinzipdarstellungen die bei Grundlagendarstellungen der Technischen Mechanik übliche Symbolik für ortsfest vorgesehene Drehlager oder Lagerungen verwendet ist, nämlich mehrere zueinander parallele Schrägstriche. In vergleichbarer Weise ist die Lagerungen des Kolbens 5 im Bremszylinder 4 dargestellt und was die relative Längsverschiebbarkeit gegeneinander betrifft auch die Verlagerbarkeit des Koppelelements 3k auf dem Pedalarm des Bremspedals 1.

Claims

Bremsbetätigungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer im by-wire-Modus betreibbaren Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftübertragung und hydraulischer Rückfallebene, über welche der Fahrer des Fahrzeugs mittels seines Bremspedals (1) auf einen Kolben (5) in einem Bremszylinder (4) einwirken kann, welcher dementsprechend die hydraulische Bremskraft erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Bremspedal (1) und dem besagten Kolben (5) ein mechanisches Getriebe (3) mit einem sich über dem Verlagerungsweg des Bremspedals (1) ändernden Übersetzungsverhältnis vorgesehen ist.
Bremsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Getriebe (3) ausgelegt ist, ein mit zunehmendem Verlagerungsweg (s) des Bremspedals (1) ansteigendes Kraft-Übersetzungsverhältnis darzustellen, welches als Quotient von der Kolben-Kraft (K) (Dividend) und der vom Fahrer aufgebrachten Pedalkraft (F) (Divisor) definiert ist.
Bremsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Getriebe ausgelegt ist, ein mit zunehmendem Verlagerungsweg (s) des Bremspedals (1) ansteigendes Weg-Übersetzungsverhältnis darzustellen, welches als Quotient von Pedalweg (Dividend) und Kolbenweg (Divisor) definiert ist.
Bremsbetätigungseinrichtung nach Anspruch 3, wobei das Getriebe (3) ausgelegt ist, eine mit zunehmendem Verlagerungsweg (s) des Bremspedals (1) bis in die Größenordnung des halben möglichen Pedalwegs positive zweite Ableitung des Graphen des Übersetzungsverhältnisses darzustellen.
Bremsbetätigungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das mechanische Getriebe (3) durch ein Koppelgetriebe oder eine Mehrgelenkkinematik gebildet ist.
Bremsbetätigungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das mechanische Getriebe (3) ein am Bremspedal (1) bezüglich dessen Aufhängungspunkt (2) verlagerbares Koppelelement (3k) aufweist.
Bremsbetätigungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das mechanische Getriebe (3) durch eine mit dem Bremspedal (1) verbundene erste nicht geradlinig verlaufende Führungsbahn (3g) sowie eine zweite nicht geradlinig verlaufende Führungsbahn ortsfeste Führungsbahn (3h) sowie eine in diesen Führungsbahnen geführte und andernends letztlich mit dem Kolben (5) verbundenen Gelenkstange (3e) gebildet ist.