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Die Erfindung betrifft eine Simulatoreinrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft weiterhin eine Bremsanlage.
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„Brake-by-Wire“-Bremsanlagen finden in der Kraftfahrzeugtechnik eine immer größere Verbreitung. Derartige Bremsanlagen umfassen oftmals neben einem durch den Fahrzeugführer betätigbaren Hauptbremszylinder eine elektrisch („by-Wire“) ansteuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, mittels welcher in der Betriebsart „Brake-by-Wire“ eine Betätigung der Radbremsen stattfindet.
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Bei diesen Bremsanlagen bzw. Bremssystemen, insbesondere elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“, ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator bzw. eine Simulatoreinrichtung betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Simulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes und komfortables Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
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Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
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In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine hydraulische Rückfallebene vorgesehen, durch die der Fahrer durch Muskelkraft bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug abbremsen bzw. zum Stehen bringen kann, wenn die „By-Wire“-Betriebsart ausfällt oder gestört ist. Während im Normalbetrieb durch eine Pedalentkopplungseinheit die oben beschriebene hydraulische Entkopplung zwischen Bremspedalbetätigung und Bremsdruckaufbau erfolgt, wird in der Rückfallebene diese Entkopplung aufgehoben, so dass der Fahrer direkt Bremsmittel in die Bremskreise verschieben kann. In die Rückfallebene wird geschaltet, wenn mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung kein Druckaufbau mehr möglich ist. Dies ist u.a. dann der Fall, wenn das Rückschlagventil, welches die Druckbereitstellungseinrichtung mit dem Reservoir verbindet, nicht mehr zuverlässig sperrt, so dass ein Druckaufbau nicht mehr zuverlässig möglich ist.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren bzw. Lineareinheiten ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
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Aus der
DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-Wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandemhauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschaltbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist.
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Der Simulator in einer derartigen Bremsanlage simuliert den hydraulischen Gegendruck am Bremspedal des Fahrers beim Bremsen. Die Simulatorkennlinie kann dabei an die Kennlinie eines Bremskraftverstärkers angepasst werden, um dem Fahrer nach wie vor das Bremsgefühl einer konventionellen Bremsanlage zu vermitteln. Diese Kennlinie wird durch den Weg der Kolbenstange und der benötigten Fußkraft charakterisiert.
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Die
DE 101 10 836 beschreibt eine Simulatoreinrichtung für ein Bremssystem, bei dem ein elastisches Element eingesetzt wird, das aus mindestens einer Elastomer-Torsionsfeder besteht, die insbesondere aus Kautschuk besteht.
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Um durch die Kombination von Feder und Elastomer eine Kennlinie darzustellen, wird gewöhnlich baulich eine Vielzahl an Komponenten verwendet, wobei auch ein hydraulischer Kolben und ein Anschlag für den Kolben notwendig sind, um von der Kompression der Feder zur Kompression des Elastomers überzugehen, wodurch eine hohe Montage- und Handlingkomplexität an der Fertigungslinie entstehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Simulatoreinrichtung dahingehend zu verbessern, dass diese kostenoptimiert hergestellt werden kann, montagefreundlich ist, wenige Bauteile umfasst, und eine flexible Modellierung der Kennlinie ermöglicht. Weiterhin soll eine entsprechende Bremsanlage angegeben werden.
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In Bezug auf die Simulatoreinrichtung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der hydraulischen Kammer wenigstens eine Luftkapsel angeordnet ist und dass das elastische Element zumindest teilweise in der hydraulischen Kammer angeordnet ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass konventionelle Simulatoren aufgrund ihrer Konstruktion nur eine vergleichsweise geringe Anpassungsmöglichkeit an eine vorgegebene Kolbenstangenweg-Fußkraft-Kennlinie besitzen. Dies resultiert aus der Limitierung der bisher verwendeten Bauteile. Darüber hinaus werden viele Bauteile benötigt, beispielsweise auch Dichtungen, so dass der Zusammenbau gewöhnlicher Simulatoren recht aufwändig ist.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich eine flexible Kennlinienmodellierung bei gleichzeitiger Reduktion der Bauteile und des Montageaufwandes erreichen, indem die typischerweise verwendete Feder durch wenigstens eine Luftkapsel ersetzt wird. Diese Konstruktion macht die Kombination aus Kolben und Kolbenanschlag entbehrlich und öffnet flexible Möglichkeiten zur Anpassung an ein gewünschtes Kennlinienverhalten, da Anzahl und Ausgestaltung der Luftkapseln auf einfache Weise variiert werden können.
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Die Bezeichnung „Luftkapsel“ umfasst hierbei auch Kapseln, in denen ein Gas oder eine Gaskombination eingeschlossen ist, die von der Zusammensetzung von Luft abweicht.
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Vorteilhafterweise ist die Luftkapsel frei schwimmend in der hydraulischen Kammer angeordnet, wodurch Befestigungsmittel eingespart werden können.
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Bevorzugt sind zwei oder mehr Luftkapseln, d.h. mindestens eine Luftkapsel oder mehr, vorgesehen. Auch bei mehreren Luftkapseln sind diese bevorzugt frei schwimmend in der hydraulischen Kammer angeordnet. Die Luftkapseln können sich in Größe und/oder Formgebung und/oder Druck der eingeschlossenen Luft voneinander unterscheiden, wodurch eine sehr flexible und präzise Modellierung einer vorgegebenen Kennlinie ermöglicht wird.
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Die jeweilige Luftkapsel ist vorzugsweise mit komprimierter Luft gefüllt. Der Innendruck der jeweiligen Luftkapsel liegt bevorzugt zwischen 1 bar und 50 bar. Die Einstellung des Innendruckes ermöglicht eine Einstellung/Anpassung der gewünschten Kennlinie.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Luftkapseln vorgesehen, von denen sich wenigstens zwei Luftkapseln durch den Luftdruck der eingesperrten Luft unterscheiden.
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Die Luftkapsel umfasst bevorzugt zwei miteinander fest verbundene, insbesondere verschweißte, Halbschalen. Die beiden Halbschalen können auch miteinander verklebt oder verlötet sein. Die beiden Halbschalen sind miteinander fest verbunden derart, dass sie sich bei den auf sie wirkenden Drücken nicht voneinander lösen und die Luft zuverlässig einschließen.
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Die jeweilige Halbschale weist dabei bevorzugt ein welliges Profil auf, wodurch die bei einer Kompression relevante Wirkfläche gegenüber einem geraden Profil vergrößert werden kann. Auch über das Profil der jeweiligen Halbschale kann die Druck-Weg Kennlinie der Kapsel eingestellt werden.
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Neben dem elastischen Element ist bevorzugt eine Kavität angeordnet, in die sich das elastische Element unter Druck ausweiten kann. Dies ermöglicht die Darstellung eines Bereiches der Kennlinie, der steiler ist als der anfängliche Bereich, der mit Hilfe der Luftkapseln dargestellt werden kann und der in den sehr steilen Bereich übergeht, der zu großen Kolbenstangenwegen korrespondiert. Das elastische Element benötigt mehr Kraft um verformt zu werden, als die Druckkapsel bzw. Luftkapsel. Daher ist die Druckkapsel für kleine Kräfte/Drücke verformbar. Das elastische Element verformt sich erst bei höheren Kräften/Drücken. Beide Elemente gehen nach der Druckbeaufschlagung in die ihre Ausgangslage zurück.
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Das elastische Element separiert vorteilhafterweise zumindest teilweise die Kavität, die bevorzugt mit Luft gefüllt ist, von der hydraulischen Kammer, wodurch zusätzliche Dichtungen bzw. Abdichtmaßnahmen nicht benötigt werden.
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Die Kavität ist in einer bevorzugten Ausführungsform als Hohlkugelsegment ausgebildet. Über die Form der Kavität kann ebenfalls die Kennlinie bzw. die Verformung des elastischen Elementes eingestellt werden.
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Das elastische Element ist ein Kompaktdämpfer und ist bevorzugt als Elastomer ausgebildet.
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Das elastische Element ist bevorzugt mittels Presspassung in einen Clinchbolzen eingelegt. Durch diese Konstruktion kann eine Abdichtung zwischen Hydraulikraum bzw. hydraulischer Kammer und Kavität erfolgen, so dass keine zusätzlichen Dichtelemente benötigt werden.
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Die hydraulische Kammer weist bevorzugt eine hydraulische Zufuhrleitung auf. Bei Betätigung des Bremspedals schiebt der Fahrer bevorzugt Druckmittel durch die Zufuhrleitung in die hydraulische Kammer.
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Bevorzugt umfasst die Simulatoreinrichtung das Bremspedal, das über einen Übertragungsmechanismus zur Erzeugung einer über den Pedalweg progressiv wachsenden Rückstellkraft mit einem elastischen Element der Simulatoreinrichtung (3) zusammenwirkt.
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In Bezug auf die Bremsanlage wird die oben genannte Aufgabe gelöst mit einer oben beschriebenen Simulatoreinrichtung.
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Vorteilhafterweise ist eine hydraulische Zufuhrleitung der Simulatoreinrichtung mit einer Druckkammer eines Hauptbremszylinders der Bremsanlage hydraulisch verbunden. Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, verschiebt er einen Kolben im Hauptbremszylinder, der Druckmittel aus einem Druckraum des Hauptbremszylinders in den Simulator verschiebt. Auf diese Weise kann bei einer Brake-by-Wire-Bremsanlage dem Fahrer ein vertrautes und komfortables Pedalgefühl vermittelt werden.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Simulatoreinrichtung weniger Bauraum benötigt als herkömmliche Simulatoreinrichtungen. In der Ventilaufnahme kann zudem der Bedarf an Aluminimum reduziert werden. Darüber hinaus kann die Schnittstelle des Simulators kleiner ausgebildet werden.
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Da weniger Bauteile im Vergleich zu bekannten Lösungen benötigt werden, werden das Handling und die Montage vereinfacht. Durch die Wahl der Luftkapsel und der Kompaktdämpfergeometrie und der Größe der Kavität ist eine präzise und leichte Anpassung an eine geforderte Kennlinie möglich.
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Auch in ihrem Verlauf komplexe Kennlinien können durch die Erhöhung der Anzahl der Luftkapseln abgebildet werden. Weiterhin können durch den Luftdruck der in der jeweiligen Luftkapsel eingesperrten Luft und Verpressung bzw. Werkstoffauswahl weitere Anpassungen an die gewünschte Kennlinie durchgeführt werden. Durch die fehlende und nicht benötigte Anbindung der Betätigungseinheit zur Atmosphäre ist keine Leckageabführung notwendig.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
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1 eine Bremsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform;
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2 ein Diagramm mit drei Fußkraft-Kolbenstangenweg-Kennlinien einer konventionellen Bremsanlage;
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3 die drei Kennlinien mit gekennzeichneten Bereichen; und
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4 eine Simulatoreinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 1 dargestellt. Die Bremsanlage 1 umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1a betätigbaren Hauptbremszylinder 2, eine mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammen wirkende Simulationseinrichtung bzw. Simulatoreinrichtung 3, einen dem Hauptbremszylinder 2 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum 37 gebildet wird, deren Kolben 36 durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12.
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Die nicht näher bezeichnete Druckmodulationseinrichtung umfasst beispielsgemäß hydraulisch betätigbare Radbremsen 8, 9, 10, 11 und je betätigbarer Radbremse 8, 9, 10, 11 ein Einlassventil 6a–6d und ein Auslassventil 7a–7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremsen 8, 9, 10, 11 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a–6d werden mittels Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b mit Drücken versorgt, die in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aus einem Systemdruck abgeleitet werden, der in einer an den Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 angeschlossenen Systemdruckleitung 38 vorliegt. Die Bremsen 8, 9 sind dabei an einen ersten Bremskreis 27, die Bremsen 10, 11 an einen zweiten Bremskreis 33 hydraulisch angeschlossen.
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Den Einlassventilen 6a–6d ist jeweils ein zu den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b hin öffnendes Rückschlagventil 50a–50d parallel geschaltet. In einer Rückfallbetriebsart werden die Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b über hydraulische Leitungen 22a, 22b mit den Drücken der Druckräume 17, 18 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a–7d sind über eine Rücklaufleitung 14b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden.
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Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 21 zwei hintereinander angeordnete Kolben 15, 16 auf, die die hydraulischen Druckräume 17, 18 begrenzen. Die Druckräume 17, 18 stehen einerseits über in den Kolben 15, 16 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 41a, 41b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei die Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 17, 18 im Gehäuse 21 absperrbar sind. Die Druckräume 17, 18 stehen andererseits mittels der hydraulischen Leitungen 22a, 22b mit den bereits genannten Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b in Verbindung.
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In der Druckausgleichsleitung 41a ist ein stromlos offenes Ventil 28 enthalten. Die Druckräume 17, 18 nehmen nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 15, 16 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1a infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem, vorzugsweise redundant ausgeführten, Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch des Fahrzeugführers.
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In den an die Druckräume 17, 18 angeschlossenen Leitungsabschnitten 22a, 22b ist je ein Trennventil 23a, 23b angeordnet, welches als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch die Trennventile 23a, 23b kann die hydraulische Verbindung zwischen den Druckräumen 17, 18 des Hauptbremszylinders und den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b abgesperrt werden. Ein an den Leitungsabschnitt 22b angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den im Druckraum 18 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 16 aufgebauten Druck.
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Die in der 1 nur schematisch dargestellte Simulationseinrichtung 3 ist hydraulisch an den Druckraum 17 des Hauptbremszylinders 2 ankoppelbar. Bei Vorgabe einer Pedalkraft und geöffnetem Simulatorventil 32 strömt Druckmittel vom Hauptbremszylinder-Druckraum 17 in die Simulatorkammer 29. Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorventil 32 angeordnetes Rückschlagventil 34 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorventils 32 ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von der Simulatorkammer 29 zum Hauptbremszylinder-Druckraum 17. Andere Ausführungen und Anbindungen der Simulationseinrichtung an den Hauptbremszylinder 2 sind denkbar. Die Simulationseinrichtung 3 ist bevorzugt aufgebaut wie im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
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Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, deren/ dessen Druckkolben 36, welcher den Druckraum 37 begrenzt, von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor zum Sensieren der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
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Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das in dem Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die Systemdruckleitung 38 eingespeist und mit einem vorzugsweise redundant ausgeführten Drucksensor 19 erfasst. Bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b gelangt das Druckmittel in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 zu deren Betätigung. Durch Vor- und Zurückschieben des Kolbens 36 erfolgt so bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b bei einer Normalbremsung in der „Brake-by-Wire“-Betriebsart ein Radbremsdruckaufbau und -abbau für alle Radbremsen 8, 9, 10, 11. Beim Druckabbau strömt dabei das vorher aus dem Druckraum 37 in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück.
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Dagegen strömt bei einer Bremsung mit radindividuell unterschiedlichen, mit Hilfe der Einlass- und Auslassventile 6a–6d, 7a–7d geregelten Radbremsdrücken (z. B. bei einer Antiblockierregelung (ABS-Regelung)) der über die Auslassventile 7a–7d abgelassene Druckmittelanteil in den Druckmittelvorratsbehälter 4 und steht somit zunächst der Druckbereitstellungseinrichtung 5 zur Betätigung der Radbremsen 8, 9, 10, 11 nicht mehr zur Verfügung. Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenen Zuschaltventilen 26a, 26b über eine Nachsaugleitung 56 möglich, in die ein Rückschlagventil 58 geschaltet ist, welches den Rückfluss von Druckmittel aus dem Druckraum in den Druckmittelvorratsbehälter 4 verhindert.
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In 2 sind drei Kennlinien 60, 62, 64 dargestellt, die drei verschiedenen Auslegungen eines Simulators bzw. einer Simulatoreinrichtung entsprechen. Auf der x-Achse 68 ist der Kolbenstangenweg s in Millimetern (mm) aufgetragen, auf der y-Achse 72 ist die Fußkraft F in Newton (N) aufgetragen. Die Fußkraft entspricht der Kraft, die bei dem eingestellten Kolbenstangenweg auf den Fuß des Fahrers wirkt und entspricht damit auch der Kraft, die der Fahrer aufwenden muss, um den entsprechenden Kolbenstangenweg einzustellen. Die entsprechende Kennlinie 60, 62, 64 wird somit durch den Weg der Kolbenstange und der benötigten Fußkraft charakterisiert.
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Der Verlauf der Kennlinie 60, 62, 64 ist zunächst flach und wird mit steigendem Kolbenstangenweg steiler, dies lässt sich mathematisch vergleichen mit einem exponentiellen Wachstum gemäß der Funktion y = f(x) = 2x, wobei x den Kolbenstangenweg und y die Fußkraft bezeichnen. Um diese Kennlinie 60, 62, 64 zu realisieren, wird zunächst ein Bauteil benötigt, welches über einen längeren Kolbenstangenweg leicht komprimierbar ist bzw. wenig Gegenkraft auf die Kolbenstange ausübt. Dieses Bauteil kann beispielsweise mit einer Feder realisiert sein. Für den anfänglich steilen Kennlinienanstieg bei weiterer Erhöhung des Kolbenstangenweges wird ein Bauteil benötigt, das schwieriger komprimierbar ist. Mit anderen Worten muss dieses Bauteil bei kleiner elastischer Verformung eine größere Gegenkraft ausüben als vergleichsweise die Feder. Dazu können Elastomere verwendet werden.
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Die geometrische Form und die Werkstoffeigenschaften des verwendeten Elastomers sind ausschlaggebend für den weiteren Verlauf und Anstieg der Kennlinie 60, 62, 64. Die drei dargestellten Kennlinien 60, 62, 64 entsprechen jeweils unterschiedlich ausgelegten Simulatoreinrichtungen, bei denen beispielsweise die Federkonstanten und die Eigenschaften des jeweils gewählten Elastomers unterschiedlich gewählt sind.
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In 3 sind die drei Kennlinien 60, 62, 64 ähnlich wie in 2 erneut dargestellt, während in 4 eine Simulatoreinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist. Die jeweilige Kolbenstangenweg-Fußkraft-Kennlinie 60, 62, 64 weist zunächst, also beginnend mit einem Kolbenstangenweg von 0 mm und wachsendem Kolbenstangenweg, einen flachen Anstieg auf, der als ein erster Bereich 106 rechteckförmig eingezeichnet ist. Diesem schließt sich mit steigendem Kolbenstangenweg ein etwas steilerer und im Wesentlichen linear verlaufender Anstieg in einem zweiten Bereich 110 an. Darauf folgt ein dritter Bereich 114 mit einem immer steiler werdenden Anstieg, der am Ende fast senkrecht zur Abszisse bzw. x-Achse 68 verläuft. Im Folgenden wird anhand dieser Kennlinien 60, 62, 64 bzw. den unterschiedlichen Bereichen 106, 110, 114 die in 4 schematisch dargestellte Simulatoreinrichtung 3 erläutert. In der 3 sind weiterhin beispielsgemäß parallel zur Abszisse bzw. x-Achse 68 die Volumenaufnahme der Simulatoreinrichtung und parallel zur Ordinate bzw. y-Achse 72 der von dem Fahrer erzeugte Druck dargestellt.
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Zur Realisierung der Kennlinie 60, 62, 64, 66 im ersten Bereich 106 weist die Simulatoreinrichtung 3 eine Luftkapsel 120 auf, insbesondere eine Dehnzelle. Die Luftkapsel 120 weist zwei miteinander verschweißte Halbschalen 126, 128 auf, die miteinander verschweißt sind und zwischen sich einen Luftraum 130 für Luft bilden. Die auf diese Weise umschlossene Luft lässt sich durch Druck komprimieren, so dass die Luftkapsel 120 bei auf sie ausgeübtem Druck elastisch nachgibt. Da Luft mit wenig Druck leicht komprimierbar ist und der Widerstand, d. h. die Gegenkraft, nur leicht ansteigt, kann die Luftkapsel 120 als eine vorteilhafte Alternative zu einer Feder eingesetzt werden. Die beiden Halbschalen 126, 128 haben bevorzugt wie dargestellt jeweils ein wellenförmiges und zueinander formkongruentes Profil, wodurch die Wirkfläche vergrößert werden kann. In dieser Ausbildung können die beiden Halbschalen können in optimierter Weise aufeinander zugehen. Wären diese Halbschalen beispielsweise nur platt ausgeführt, könnte man sie nicht zusammendrücken, ohne Beschädigungen zu riskieren.
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Eine gewünschte Kennlinie im flachen ersten Bereich 106 kann durch Geometrieanpassungen der Luftkapsel und/oder durch die Erhöhung der Anzahl der Luftkapseln 120 und/oder durch den Druck des jeweils eingeschlossenen Luftvolumens und/oder über die Größe der Luftkapseln oder der Luftkapsel erzielt werden. Die Betätigungseinheit 3 kann eine oder auch mehrere Luftkapseln 120 umfassen, die jeweils unterschiedliche Geometrie und/oder Größe ausweisen können.
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Der zweite Bereich 110 wird mittels eines Kompaktdämpfers 136 dargestellt, der als Elastomer 140 ausgebildet ist. Das Elastomer ist neben einer Kavität 142 angeordnet, in die es sich zunächst ausdehnen bzw. ausweiten kann, wenn Druck auf es ausgeübt wird. Dies ist vorteilhaft, da sich das Volumen von Elastomeren unter Druck kaum bzw. nur geringfügig ändert. Die Kavität 142 ist vorliegend ausgebildet als Segment einer Hohlkugel. Durch die Ausweitung des Elastomers 140 in die Kavität 142 können der leichte Anstieg der Kennlinie 60, 62, 64 von dem ersten Bereich 106 zu Bereich 110 und der weiterverlaufende lineare Anstieg in Bereich 110 dargestellt werden.
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Wenn die Kavität 142 aufgefüllt ist, kann sich das Elastomer 140 bei weiter steigendem Druck nur noch elastisch verformen. Das Elastomer 140 ist zumindest teilweise in einem Hydraulikraum 150 angeordnet, in dem auch die jeweilige Luftkapsel 150 angeordnet ist. So kann hydraulisch Druck auf das Elastomer ausgeübt werden. Für die elastische Verformung des Elastomers 140 wird eine größere Kraft benötigt als die, die zu seiner Ausweitung in die Kavität 142 benötigt wird. Diese Eigenschaft des Elastomers 140 wird genutzt, um den Übergang von dem zweiten Bereich 110 zu dem dritten Bereich 114 und den steilen Anstieg der jeweiligen Kennlinie 60, 62, 64 in Bereich 114 darzustellen.
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Der Druck auf Luftkapsel 120 und Kontaktdämpfer 136 bzw. Elastomer 140 wird dadurch hervorgerufen, dass beide in einem Hydraulikraum 150 angeordnet sind, der in einem Gehäuse 156 gebildet ist. Über eine hydraulische Zufuhrleitung 162, die als hydraulischer Anschluss wirkt und die mit dem Hydraulikraum 150 hydraulisch verbunden ist, drückt der Fahrer bei Betätigung des Bremspedals 1a Druckmittel in den Hydraulikraum 150, wodurch sich der Druck im mit Druckmittel gefüllten Hydraulikraum erhöht.
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Da bei der gezeigten Simulatoreinrichtung 3 der von der Luftkapsel umschlossene Luftraum 130 durch die Luftkapsel 120 selbst bereits von der Bremsflüssigkeit bzw. dem Druckmittel getrennt ist, werden bei der Simulatoreinrichtung 3 keine Dichtungen benötigt. Die jeweilige Dämpferkapsel bzw. Luftkapsel 120 kann in dem Simulatorraum bzw. Hydraulikraum 150 frei eingelegt werden, wodurch Handling und Montage stark vereinfacht und erleichtert werden.
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Bei der in 4 Betätigungseinheit 3 dargestellten Betätigungseinheit werden nicht, wie bei bekannten Betätigungseinheiten, ein zusätzlicher Kolben und ein zusätzliches Druckstück benötigt, da die elastische Nachgiebigkeit der Dämpferkapsel bzw. Luftkapsel 120 höher ist als die des Kompaktdämpfers 136. Somit wird bei steigendem Druck zunächst die Dämpferkapsel platt gedrückt, bevor der Kontaktdämpfer 136 sich in die Kavität 142 ausweiten kann.
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Ein gewünschter bzw. vorgegebener Verlauf der Kennlinie, insbesondere in dem zweiten Bereich 110 und dritten Bereich 114, lässt sich darstellen durch unterschiedliche Größe und/oder Formgebung von Elastomer 140 und/oder unterschiedliche Größe und/oder Formgebung der Kavität 142 bzw. durch Wahl des Materials des Elastomers 140. Hierbei kann insbesondere der Härtewert des Materials geeignet gewählt werden.
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Der Kontaktdämpfer 136 ist in einen Clinchbolzen 170 eingelegt. Durch eine Presspassung zwischen Kontaktdämpfer 136 und Clinchbolzen 170 wird bereits zwischen dem Hydraulikraum 150 und der Kavität 142 abgedichtet. Somit werden keine Dichtungen zwischen diesen beiden Räumen benötigt. Hydraulikraum 150, Kavität 142, Clinchbolzen 170 und Zufuhrleitung 162 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 190 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204778 A1 [0007]
- DE 10110836 [0009]
