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GEBIET DER ERFINDUNG
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Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Brake-by-Wire-System (BBW) und insbesondere einen Bremsemulator des BBW-Systems.
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HINTERGRUND
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Konventionelle KFZ-Bremsanlagen sind normalerweise auf Hydrauliköl-basierte Systeme, die aktiviert werden, wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, das im Allgemeinen einen Hauptzylinder betätigt. Der Hauptzylinder wiederum beaufschlagt das Hydrauliköl in verschiedenen Hydraulikölleitungen mit Druck, die zu entsprechenden Stellgliedern an den jeweils neben den Rädern angebrachten Bremsen führen. Eine Hydraulikbremsanlage dieser Art kann durch eine Hydraulik-Modulatoranlage ergänzt werden, die Antiblockiersystem, Antischlupfregelung und Systeme für eine verbesserte Fahrzeugstabilität unterstützt. Die Radbremsen können hauptsächlich durch den manuell betätigten Hauptbremszylinder mit ergänzenden Ansprechdruckgradienten betrieben werden, die durch die Hydraulik-Modulatoranlage während des Antischlupfs, der Antischlupfregelung und der Stabilitätsverbesserungs-Betriebsmodi zugeführt werden.
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Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, wodurch wiederum ein Kolben des Hauptzylinders betätigt wird, um die Radbremsen zu aktivieren, stößt er auf Pedalwiderstand. Ursache für diesen Widerstand ist eine Kombination verschiedener Faktoren wie der tatsächlichen Bremskräfte an den Rädern, Hydrauliköldruck, mechanischer Widerstände im Bremskraftverstärker/ Hauptbremszylinder, der Kraft einer Rückstellfeder, die auf das Bremspedal einwirkt und anderer. Somit ist ein Fahrer an dieses Gefühl des Widerstands als einem normalen Vorkommnis beim Fahren gewöhnt. Leider kann das „Gefühl“ herkömmlicher Bremspedale nicht an die Wünsche eines Fahrers angepasst werden.
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Jüngere Fortschritte in der Bremstechnik beinhalten BBW-Systeme, die die Fahrzeugbremsanlage über ein elektrisches Signal betätigen, das üblicherweise mittels einer eingebauten Steuerung ausgelöst wird. Bremsmoment kann ohne direkte hydraulische Verbindung zum Bremspedal auf die Radbremsen angewendet werden. Das BBW-System kann als zusätzliches System verwendet werden (d. h. einen Teil der konventionelleren hydraulischen Bremssysteme ersetzen) oder eine hydraulische Bremsanlage vollständig ersetzen (d. h. ein reines BBW-System). In beiden Fällen muss das „Bremsgefühl“, an das der Fahrer gewöhnt ist, nachgeahmt oder simuliert werden.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, einen Bremsemulator bereitzustellen, der das „Bremsgefühl“ einer konventionelleren Bremsanlage nachahmen und gleichzeitig fehlertolerant sein kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet eine Bremspedalanordnung eines Bremsemulators einen elastisch flexiblen Arm, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er eine Flexibilität beinhaltet, die zumindest teilweise ein vorgegebenes Bremskraftprofil nachbildet. Der flexible Arm beinhaltet erste und zweite Endabschnitte und einen dazwischen angeordneten Drehpunkt.
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Bei einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung wird ein Fahrzeugbremsemulator von einem Fahrer betätigt und beinhaltet eine feste Struktur und einen elastisch flexiblen Arm. Der Arm ist an die feste Struktur an einer Schwenkachse verbunden und beinhaltet einen Endabschnitt, der so konstruiert und angeordnet ist, dass er einen angelegten Bremsdruck durch den Fahrer empfängt.
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Die vorstehend genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht:
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem BBW-System als ein nicht-beschränkendes Beispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine schematische Darstellung des BBW-Systems mit einem Bremsemulator;
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3 ist eine perspektivische Ansicht einer Bremspedalanordnung des Bremsemulators;
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4 ist eine Seitenansicht des gebogen und ungebogen dargestellten Bremsemulators; und
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5 ist eine grafische Darstellung eines Bremskraftprofils des Bremsemulators.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Die hier verwendeten Begriffe „Modul“ und „Steuerung“ beziehen sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten, beinhalten kann.
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Gemäß einer exemplarische Ausführungsform der Erfindung zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 20, das einen Antriebsstrang 22 (d. h. Motor, Getriebe und Differential), mehrere drehende Räder 24 (d. h. vier dargestellte) und ein BBW-System 26 beinhalten kann, das eine Bremsanordnung 28 für jedes der entsprechenden Räder 24, einen Bremsemulator 30 und eine Steuerung 32 beinhalten kann. Antriebsstrang 22 ist so eingestellt, dass mindestens eines der Räder 24 angetrieben wird, so dass das Fahrzeug 20 auf einer Oberfläche (z. B. Straße) bewegt wird. Das BBW-System 26 ist so konfiguriert, dass es im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 verlangsamt und/oder die Bewegung des Fahrzeugs stoppt. Das Fahrzeug 20 kann ein PKW, ein LKW, ein Transporter, ein Geländewagen oder ein beliebiges anders selbstfahrendes oder geschlepptes Fördermittel sein, das geeignet ist, eine Last zu transportieren.
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Jede Bremsenbaugruppe 28 des BBW-Systems 26 kann eine Bremse 34 und ein Stellglied 36 beinhalten, konfiguriert zur Betätigung der Bremse. Die Bremse 34 kann einen Bremssattel beinhalten und jede Art von Bremse sein, einschließlich Scheibenbremse, Trommelbremse und andere. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Stellglied 36 ein elektrohydraulisches Bremsstellglied (EHBA) oder ein anderes Stellglied sein, das die Bremse 34 anhand eines elektrischen Eingangssignals betätigen kann, das es von der Steuerung 32 erhält. Genauer gesagt kann das Stellglied 36 jede Art von Motor sein oder beinhalten, der auf ein empfangenes elektrisches Signal reagiert und Energie in Bewegung umwandelt, die die Bremse 34 steuert. Somit kann das Stellglied 36 ein Gleichstrommotor sein, der so konfiguriert ist, dass er elektrohydraulischen Druck erzeugt, der beispielsweise zu den Bremszangen der Bremse 34 geleitet wird.
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Die Steuerung 32 kann einen computerbasierten Prozessor (z. B. einen Mikroprozessor) und ein computerlesbares und beschreibbares Speichermedium beinhalten. Im Betrieb kann die Steuerung 32 ein oder mehrere elektrische Signale vom Bremsemulator 30 über einen Pfad (siehe Pfeil 38) empfangen, aus denen die Bremsabsicht des Fahrers hervorgeht. Die Steuerung 32 ihrerseits kann derartige Signale verarbeiten, und mindestens teilweise basierend auf diesen Signalen ein elektrisches Steuersignal über einen Pfad (siehe Pfeil 40) an die Stellglieder 36 ausgeben. Je nach unterschiedlichen Fahrzeugbedingungen können die Befehlssignale für jedes Rad 24 die gleichen sein, oder es können für jedes Rad 24 unterschiedliche Signale ausgegeben werden. Die Pfade 38, 40 können verdrahtete oder drahtlose Pfade oder eine Kombination von beiden sein. Nichtbeschränkende Beispiele für die Steuerung 32 können eine arithmetische Recheneinheit und logische Operationen beinhalten, ein elektronisches Steuergerät, das Anweisungen aus einem Speicher abfragt, dekodiert und ausführt; und eine Baugruppeneinheit, die mehrere parallele Rechenelemente verwendet. Andere Beispiele für die Steuerung 32 können ein Motorsteuergerät und eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung beinhalten. Es ist weiterhin vorgesehen und davon auszugehen, dass die Steuerung 32 redundante Steuerungen beinhalten kann, und/oder dass das System andere Redundanzen beinhalten kann, um die Zuverlässigkeit des BBW-Systems 26 zu verbessern.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 kann der Bremsemulator 30 eine Bremspedalanordnung 42, einen ersten Kontaktanschlag 44, einen zweiten Kontaktanschlag 46, einen Kraftsensor 48 und einen Verschiebungssensor 50 beinhalten. Die Bremspedalanordnung 42 kann eine Vielzahl von Armen 52 (d. h. zwei in 3 veranschaulicht), einen auf dem Arm 52 integrierten belastungsbasiert Sensor 54 (z. B. Dehnungsmessstreifen) und einen Bremsbelag 55 beinhalten. Jeder Arm 52 kann langgestreckt, elastisch flexibel und nebeneinander ausgerichtet sein. Das Einführen von Mehrfacharmen 52 führt im Gegensatz zu nur einem, zu einem hohen Grad an Fehlertoleranz. Wenn beispielsweise ein Arm ermüdet oder anderweitig versagen sollte, reichen die übrigen Arme 52 aus, um die Bremswirkung des Fahrzeugs 20 zu erreichen.
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Jeder Arm 52 kann eine Vorderseite 56, eine entgegengesetzte Rückseite 58, einen ersten Endabschnitt 60 und einen entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 62 beinhalten. Jeder Arm 52 kann schwenkbar mit einer Tragkonstruktion 64, die an einem Drehpunkt 66 fixiert werden kann (siehe 2) und entlang einer gemeinsamen Schwenkachse 68 ausgerichtet ist, eingerastet werden. Die Drehpunkte 66 können zwischen den Endabschnitten 60, 62 der jeweiligen Arme 52 beabstandet sein. Der Arm 52 kann aus jedem beliebigen Material hergestellt sein, das zyklischen Beanspruchungen standhalten kann und kann Kunststoff, Federstahl und andere beinhalten. Es wird in Betracht gezogen und verstanden, dass eine lineare Dämpfung in den flexiblen Arm 52 einkonstruiert werden kann, indem der Arm mit mehreren Laminierungen hergestellt wird, sodass eine Relativbewegung zwischen den Laminierungen bei der Auslenkung des Arms 52 eine Dämpfungskraft erzeugen kann.
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Der Bremsbelag 55 der Bremspedalanordnung 42 kann ein Fußbremsbelag sein und kann in einem Beispiel direkt einen Druck aufnehmen, der durch den Fuß eines Fahrers, der das Fahrzeug 20 verlangsamen oder stoppen möchte, aufgebracht wird. Die ersten Endabschnitte 60 jedes Armes 52 können mit dem Bremsbelag 55 in Eingriff gebracht werden. Der Bremsbelag 55 kann ferner mit der Vorderseite 56 jedes Armes 52 in Eingriff gebracht oder anderweitig positioniert sein. Anders als der Eingriff des Bremsbelags 55 mit den Armen 52 können die Arme nicht auf andere Weise in Eingriff gebracht und/oder miteinander verbunden werden, wodurch bei einem Ausfall eines Arms eine unabhängige Bedienung bereitgestellt wird.
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Der spannungsbasierte Sensor oder der Dehnungsmessstreifen 54 der Bremspedalanordnung 42 kann ein Sensortyp sein, der zum Messen einer Belastung oder Kraft in Verbindung mit einem vom Fahrer ausgeübten Druck auf den Bremsbelag 55 verwendet wird. Jeder Dehnungsmesser 54 jedes Armes 52 kann zwischen den jeweiligen Drehpunkten 66 und dem Endabschnitt 60 jedes Armes 52 und kann ferner zur Stirnseite 56 angeordnet sein. Im Betrieb ist der Dehnungsmesser 54 konfiguriert, um ein Signal (siehe Pfeil 70 in 2) über den Weg 38 zur Steuerung 32 zum Verarbeiten zu senden.
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Zur einfacheren Erklärung wird im Weiteren ein Arm 52 beschrieben, es ist aber auch zu verstehen, dass alle Arme einzeln entsprechende Schnittstellenkomponenten beinhalten können, die dem BBW-System 26 ein gewisses Maß an Redundanz und Fehlertoleranz hinzufügen. Der erste Kontaktanschlag 44 kann im Allgemeinen zwischen der festen Struktur 64 und der Rückseite 58 des Arms 52 getragen werden und kann zwischen dem Drehpunkt 66 und dem ersten Endabschnitt 60 beabstandet sein. Der zweite Kontaktanschlag 46 kann im Allgemeinen zwischen der festen Struktur 64 und der Vorderseite 56 des Arms 52 getragen werden und kann benachbart zum Endabschnitt 62 sein. Einer oder beide Anschläge 44, 46 kann im Allgemeinen beispielsweise ein Belag sein, der elastisch biegsam sein kann und an einer der Strukturen 64 oder dem Arm 52 anhaftet oder anderweitig in Eingriff gebracht wird. Die Anschläge 44, 46 können ausreichend weich sein, um ein gewisses Maß an Bewegung des Arms 52 (d. h. eine Schwenkbewegung) zu ermöglichen, bevor der Arm mit der Biegung beginnt. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines Anschlagmaterials kann EPDM-Kautschuk sein.
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Unter Bezugnahme auf 4 erstreckt sich der Arm, wenn der Arm 52 nicht gebogen ist, entlang einer Mittellinie C, die linear sein kann oder nicht (d. h. im vorliegenden Beispiel im Wesentlichen linear). Wenn er gebogen ist, können sich die beiden Abschnitte des Arms 52 elastisch biegen, wobei jeder Abschnitt im Allgemeinen von der Mittellinie C versetzt wird. Der erste Abschnitt kann sich im Allgemeinen zwischen dem Kontaktanschlag 44 und dem ersten Endabschnitt 60 befinden und der zweite Abschnitt 62 kann im Wesentlichen zwischen dem Drehpunkt 66 und dem Kontaktanschlag 46 angeordnet sein. Es wird ferner in Betracht gezogen und verstanden, dass die strukturelle Steifigkeit des Arms 52 so gestaltet sein kann, dass einer der beiden Abschnitte sich nicht biegen kann oder einer der beiden Abschnitte so gestaltet ist, dass er sich mehr als der andere Abschnitt biegt.
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Unter Bezugnahme auf die 2 und 4 erfasst und misst der Kraftsensor 48 des Bremsemulators 30 eine Kraft, die mit dem Druck verbunden ist, der am Bremsbelag 55 durch den Fahrer aufgebracht wird. Der Kraftsensor 48 kann der Dehnungsmessstreifen 54 sein, kann zusätzlich zum Dehnungsmessstreifen sein oder kann im Allgemeinen an der Stelle des Dehnungsmessstreifens angeordnet sein. Wenn der Kraftsensor 48 nicht der zuvor beschriebene Dehnungsmessstreifen ist, kann sich der Sensor 48 im Allgemeinen am zweiten Anschlag 46 befinden. Im Betrieb ist der Kraftsensor 48 konfiguriert, um ein Signal (siehe Pfeil 72 in 2) über den Weg 38 zur Steuerung 32 zum Verarbeiten zu senden. Es wird in Betracht gezogen und verstanden, dass der Kraftsensor 48 am Kontaktanschlag 44 oder an anderen Stellen angeordnet sein kann, die ausreichend sind, um einen Parameter zu messen, der mit einem am Bremsbelag 55 aufgebrachten Druck verbunden ist. Es versteht sich ferner, dass der Emulator 30 mehr als einen Kraftsensor 48 (d. h. Druck) beinhalten kann, der beispielsweise so konfiguriert ist, um beispielsweise redundante Signale an mehr als eine Steuerung zum Erleichtern der Fehlertoleranz für Sensorfehler auszugeben.
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Der Wegsensor 50 des Bremsemulators 30 erfasst und misst eine Verschiebung zwischen der festen Struktur 64 und dem Arm 52 der Bremspedalanordnung 42. Der Wegsensor 50 kann mit dem Arm 52 oder der festen Struktur 64 in Eingriff gebracht und von diesen getragen werden und kann im Allgemeinen zwischen dem Dehnungsmessstreifen 54 und dem ersten Endabschnitt 60 des Arms 52 angeordnet sein. Der Wegsensor 50 kann eine beliebige Anzahl von Arten sein, einschließlich Ultraschall-, optische und magnetische Sensoren. Die tatsächliche Position des Sensors 50 kann teilweise von der Verpackung des Bremsemulators 30 und/oder teilweise von Genauigkeitsforderungen (d. h. je größer die Verschiebung umso größer die Genauigkeit) abhängig sein. Im Betrieb ist der Wegsensor 50 konfiguriert, um ein Signal (siehe Pfeil 74 in 2) über den Weg 38 zur Steuerung 32 zum Verarbeiten zu senden. Um die Systemzuverlässigkeit zu optimieren und/oder einen systematischen Systemausfall zu reduzieren, kann der Bremsemulator 30 mehr als einen Verschiebungssensor 50 beinhalten, der an verschiedenen Stellen angeordnet ist.
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Der Bremsemulator 30 kann ein „passiver“ Emulator in dem Sinne sein, dass der Emulator 30 nicht direkt oder aktiv von der Steuerung 32 gesteuert werden kann, aber dennoch konfiguriert ist, um das Verhalten und/oder das „Gefühl“ eines traditionelleren hydraulischen Bremssystems zu simulieren (z. B. vakuumverstärkte Pedaleigenschaften). Im Betrieb, wenn ein Fahrer einen Anfangsdruck auf den Bremsbelag 55 ausübt, kann der Arm 52 beginnen, sich durch Schwenken um den Drehpunkt 66 zu verschieben. Bei dieser Verschiebung können sich die Kontaktanschläge 44, 46 zwischen dem Arm 52 und der festen Struktur 64 zusammendrücken. Ebenso sendet der Wegsensor 50 bei dieser Verschiebung das Signal 74, welches die Armverschiebung an die Steuerung 32 anzeigt, und einer oder beide der Kraftsensoren 48 und der Dehnungsmessstreifen 54 senden entsprechende Signale 72, 70, die den Druck oder die Kraft anzeigen, die auf den Bremsbelag 55 an die Steuerung 32 ausgeübt wird. Die Steuerung 32 verarbeitet die Signale 70, 72, 74 und sendet dann über den Pfad 40 ein entsprechendes Befehlssignal (siehe Pfeil 76 in 2) an die Bremsstellglieder 36.
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Unter Bezugnahme auf 4 können die Kontaktanschläge 44, 46 mit einer Erhöhung des Drucks oder der Kraft, die durch den Fahrer auf den Bremsbelag 55 ausgeübt wird, im Wesentlichen vollständig zusammengedrückt werden, und der Arm 52 kann sich biegen. Bei dieser zusätzlichen Verschiebung (d. h. gemessen von einem Bezugspunkt der vom Drehpunkt 66 und an oder zum ersten Endabschnitt 60 beabstandet ist) sendet der Wegsensor 50 das Signal 74, das die zusätzliche Armverschiebung an die Steuerung 32 anzeigt, und einer oder beide der Kraftsensoren 48 und der Dehnungsmessstreifen 54 senden entsprechende Signale 72, 70, die den zusätzlichen Druck oder die Kraft anzeigen, die auf den Bremsbelag 55 an die Steuerung 32 ausgeübt wird. Die Steuerung 32 verarbeitet die Signale 70, 72, 74 und sendet dann über den Pfad 40 ein entsprechendes Befehlssignal (siehe Pfeil 76 in 2) an die Bremsstellglieder 36, um die Bremsbetätigung/den Bremsdruck zu erhöhen.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Bremskraft-Profildiagramm des Pedalwegs T (d. h. der Arm 52 Verschiebung) gegenüber der angetriebenen Pedalkraft F (d. h. dem Druck) dargestellt. Das Profil oder die Kurve 90 reflektiert den normalen Betrieb der Bremspedalanordnung 42, wobei die elastische Biegsamkeit der Kontaktanschläge 44, 46 und die elastische Flexibilität des Arms 52 zum Erreichen des Profils 90 durch ein Design bestimmt wird. Wie zuvor beschrieben, kann die Bremspedalanordnung 42 mehrere Arme 52 beinhalten. In einem Szenario, bei dem beispielsweise einer der Arme 52 beschädigt wird, kann das Bremskraftprofil der Kurve 92 ähneln, wobei zum Erreichen eines größeren Pedalwegs weniger Kraft erforderlich ist. Die Steuerung 32 kann programmiert werden, um eine derartige Änderung des Bremskraftprofils zu erfassen und somit eine geeignete Maßnahme zu ergreifen.
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Vorteile und Nutzen der vorliegenden Offenbarung beinhalten einen kostengünstigen, passiven Bremsemulator 30, der in der Lage ist, das Gefühl eines konventionellen Bremssystems, wie zum Beispiel eines vakuumverstärkten Systems, ohne die Verwendung einer externen Feder nachzuahmen. Da die Bremssteifigkeit oder die Gefühlscharakteristik physisch in den/die Bremsarm(e) 52 und die Bremsanschläge 44, 46 integriert sind, benötigt der Bremsemulator 30 keine zusätzliche Hardware. Weiterhin beinhaltet der Bremsemulator 30 bestimmte Redundanzen, um einen Ausfall zu begrenzen oder zu verhindern.
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Während die Erfindung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen, und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsformen beschränkt wird, sondern dass sie außerdem alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.
