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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 Bremspedalemulator 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, emuliert werden.
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Dementsprechend ist es wünschenswert, einen einstellbaren Bremspedalemulator vorzusehen, der das Bremspedal-Haptik von herkömmlicheren Bremssystemen simulieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung verläuft ein Bremspedalemulator entlang einer Mittellinie zwischen einer Stützkonstruktion und einem Bremspedal und ist mit diesen verbunden. Der Bremspedalemulator beinhaltet einen hydraulischen Zylinder, einem Kolbenkopf und einen veränderlichen Strömungskommunikator. Das äußere Gehäuse ist entweder mit der Stützkonstruktion oder dem Bremspedal in Eingriff. Der Kolbenkopf ist mit dem anderen Element aus Stützkonstruktion oder Bremspedal in Eingriff, und der variable Strömungskommunikator wird zwischen dem äußeren Gehäuse und dem Kolbenkopf getragen. Eine erste Kammer wird zumindest teilweise durch das äußere Gehäuse und eine erste Seite des Kolbenkopfs definiert, und eine zweite Kammer wird zumindest teilweise durch das äußere Gehäuse und eine gegenüberliegende zweite Seite des Kolbenkopfs definiert. Der Kolbenkopf ist in abgedichteter und gleitender Beziehung zum äußeren Gehäuse, und der variable Strömungskommunikator ist so konstruiert und angeordnet, dass fließende Kommunikation zwischen der ersten und zweiten Kammer besteht, die sich mit der axialen Verschiebung des Kolbenkopfs verändert.
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In einer anderen exemplarischen Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein BBW-System für ein Fahrzeug ein Bremspedal, das mit einer Stützkonstruktion und einem Bremspedalemulator in Eingriff ist. Der Bremspedalemulator ist so konstruiert und angeordnet, dass er eine Reaktionskraft auf das Bremspedal ausübt, wenn ein Druck beaufschlagt wird, und beinhaltet eine Kraftinduktionsvorrichtung, eine Dämpfungsvorrichtung und eine Reibungsvorrichtung. Die Kraftinduktionsvorrichtung ist so konstruiert und angeordnet, dass sie eine erste Kraft der Reaktionskraft ausübt, die sich als Funktion des Bremspedalwegs ändert. Die Dämpfungsvorrichtung ist so konstruiert und angeordnet, dass sie eine zweite Kraft der Reaktionskraft ausübt, die als Funktion der mindestens Bremspedalverschiebungsrate variiert. Die Reibungsvorrichtung so konstruiert und angeordnet, dass sie eine Hysteresekraft der Reaktionskraft auf das Bremspedal ausübt.
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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 Draufsicht eines Fahrzeugs mit einem BBW-System als ein nicht-beschränkendes Beispiel in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Ansicht des BBW-Systems;
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3 ist eine schematische Ansicht einer Bremspedalbaugruppe des BBW-Systems;
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4 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Bremspedalbaugruppe;
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Bremspedalbaugruppe;
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6 ist ein Querschnitt eines Emulators der Bremspedalbaugruppe aus 5;
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7 ist ein Querschnitt einer Reibungsvorrichtung des Emulators;
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8 ist ein Querschnitt einer Dämpfungsvorrichtung des Emulators, dargestellt in einem ausgefahrenen Zustand;
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9 ist ein Querschnitt der Dämpfungsvorrichtung, dargestellt in einem eingefahrenen Zustand und bei Betätigung eines Bremspedals;
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10 ist ein Querschnitt der Dämpfungsvorrichtung, dargestellt in einem eingefahrenen Zustand und beim Freigeben des Bremspedals;
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11 ist ein Diagramm eines Kraftprofils einer Kraftinduktionsvorrichtung des BBW-Systems als Funktion des Bremspedalwegs;
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12 ist ein Diagramm eines Dämpfungskoeffizientenprofils des BBW-Systems; und
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13 ist ein Querschnitt einer vierten Ausführungsform eines Emulators.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung 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 Differenzial), mehrere drehende Räder 24 (d. h. vier dargestellte) und ein BBW-System 26 beinhalten kann, die eine Bremsanlage 28 für jedes der entsprechenden Räder 24, eine Bremspedalanlage 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 Bremsanlage 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 (nicht dargestellt) beinhalten und jede Art von Bremse sein, einschließlich Scheibenbremse, Trommelbremse und andere. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Stellglied 36 ein elektrohydraulisches Bremsstellglied (EHBA) oder ein anderes Stellglied sein, das die Bremse 34 basierend auf einem elektrischen Eingangssignal betreiben kann, das von der Steuerung 32 empfangen werden kann. 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 von der Bremspedalbaugruppe 30 über einen Pfad (siehe Pfeil 38) erhalten, 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 2 und 6 kann die Bremspedalbaugruppe 30 ein Bremspedal 42 und einen Bremspedalemulator 44 beinhalten. Das Bremspedal 42 kann von einer feststehenden Struktur 46 gestützt werden und sich mit dieser in einer beweglichen Beziehung befinden. Dargestellt als ein nicht-beschränkendes Beispiel kann das Bremspedal 42 drehbar mit der feststehenden Struktur 46 um eine erste Drehachse 48 herum verbunden sein. Der Emulator 44 kann eine kompakte Einzelkoaxialeinheit sein, die vom Bremspedal 42 und der festen Struktur 46 getragen wird und sich zwischen diesen erstreckt. Genauer gesagt kann der Emulator 44 mit dem Bremspedal an der zweiten Drehachse 50 drehbar in Eingriff gebracht werden und kann mit der feststehenden Struktur 46 an einer dritten Drehachse 52 drehbar in Eingriff gebracht werden. Die zweite und dritte Drehachse 50, 52 können von der ersten Drehachse 48 beabstandet sein, und alle drei Drehachsen 48, 50, 52 können im Wesentlichen parallel zueinander sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 kann der Emulator 44 der Bremspedalbaugruppe 30 ein „passiver” Emulator in dem Sinne sein, dass der Emulator 44 nicht direkt oder aktiv von der Steuerung 32 gesteuert werden kann, aber dennoch dafür konfiguriert ist, das Verhalten und/oder das „Gefühl” eines traditionelleren hydraulischen Bremssystems zu simulieren. Der Emulator 44 kann eine Hysteresevorrichtung 53, eine Dämpfungsvorrichtung 54 und eine Kraftinduktionsvorrichtung 56 beinhalten, um zumindest ein während des Betriebs durch den Fahrer gewünschtes oder erwartetes „Gefühl” des Bremspedals 42 zu simulieren. Die Hysteresevorrichtung 53 ist so konstruiert und angeordnet, dass sie im Allgemeinen für eine Verzögerung der Pedalrückzugskraft im Vergleich zu der von einem Fahrer angewendeten Kraft sorgt. Das heißt, wenn man sich die Darstellung einer Kraft vs. dem Pedalweg ansieht, in der je eine Kurve die Pedalrückzugskraft sowie die Pedalbestätigungskraft darstellen, ist die Hysterese die Differenz zwischen der Rückzugs- und der Betätigungskraft an einer beliebigen Stelle des Pedalwegs. Die Dämpfungsvorrichtung 54 ist so konstruiert und angeordnet, dass sie im Allgemeinen eine Dämpfungskraft erzeugt, die eine Funktion der Geschwindigkeit ist, mit der ein Fahrer das Bremspedal 42 betätigt. Die Kraftinduktionsvorrichtung 56 erzeugt eine induzierte Kraft (z. B. Federkraft), die eine Funktion der Bremspedalverschiebung ist.
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Unter Bezugnahme auf 2, 5 und 6 kann der Emulator 44 ferner ein Verbindungselement 58 umfassen, das das Bremspedal 42 mit den Vorrichtungen 53, 54, 56 an der zweiten Drehachse 50 operativ verbindet. Ein Abstandssensor 60 des Emulators 44 kann so konfiguriert sein, dass er eine Verschiebung (z. B. eine lineare oder eine Winkelverschiebung) mindestens eines Bremspedals 42 und dem Verbindungselement 58 misst. Der Emulator 44 kann ferner mindestens einen Drucksensor 62 beinhalten, der im Allgemeinen an einer reaktiven Seite der Vorrichtungen 53, 54, 56 (d. h. nahe der dritten Drehachse 52) orientiert ist, um den angelegten Druck zu messen (siehe 2 und 6). Es ist vorgesehen und davon auszugehen, dass der Drucksensor 62 ein Druckwandler, eine kraftermittelnde Messzelle, die in ein Basiselement 70 des Emulators 44 integriert ist, oder ein anderer geeigneter Drucksensor sein kann, der oder die so konfiguriert oder angepasst ist, dass er/sie einen angelegten Druck oder eine Kraft, die auf das Bremspedal ausgeübt wird, präzise erkennen, messen oder anderweitig bestimmen kann.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann zur Optimierung der Systemzuverlässigkeit der Emulator 44 mehr als einen Verschiebungssensor 60 umfassen, die sich an verschiedenen Stellen der Bremspedalbaugruppe 30 befinden. Desgleichen kann der Emulator 44 mehr als einen Drucksensor 62 (d. h. Kraft) umfassen, der so konfiguriert ist, dass er beispielsweise redundante Signale an mehr als eine Steuerung ausgibt, um Fehlertoleranz für Sensorfehler zu ermöglichen. Im Betrieb ist die Steuerung 32 konfiguriert, um ein Verschiebungssignal (siehe Pfeil 64) und ein Drucksignal (siehe Pfeil 66) über Pfad 38 und von den jeweiligen Sensoren 60, 62 zu empfangen, wenn das Bremspedal 42 durch einen Fahrer betätigt wird. Die Steuerung 32 verarbeitet die Verschiebungs- und Drucksignale 64, 66 und sendet dann über den Pfad 40 ein oder mehrere entsprechende Befehlssignale 68 an die Bremsstellglieder 36.
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Unter Bezugnahme auf 3 bis 5 kann der Emulator 44 der Bremspedalbaugruppe 30 ferner ein Basiselement 70 beinhalten, das drehbar direkt mit der festen Struktur 46 um die Drehachse 52 verbunden ist. Die Hysteresevorrichtung 53, die Dämpfungsvorrichtung 54 und die Kraftinduktionsvorrichtung 56 können im Allgemeinen zwischen dem Basiselement 70 und dem Verbindungselement 58 angeordnet sein und diese operativ tragen. Im Betrieb wird, wenn das Bremspedal 42 durch einen Fahrer niedergedrückt wird, das Verbindungselement 58 im Allgemeinen näher an das Basiselement 70 herangeführt, und die Vorrichtungen 53, 54, 56 dazwischen werden zurückgefahren und/oder komprimiert, wodurch das gewünschte „Gefühl” des Bremspedals erzeugt wird.
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Unter Bezugnahme auf 4 bis 7 kann ein Beispiel für eine Hysteresevorrichtung 53 kann ein teleskopisches Gehäuse sein, das die Vorrichtungen 54, 56 umgibt. Das Gehäuse 53 kann erste und zweite Rohrkomponenten 55, 57 (z. B. Zylinder) in teleskopischer Beziehung zueinander entlang Mittellinie C und eine umlaufende, durchgehende Dichtung bzw. O-Ring 59 beinhalten, die bzw. der radial und gleitend zwischen den Komponenten 55, 57 angeordnet ist. Die erste Rohrkomponente 55 kann starr an Basiselement 70 befestigt sein und von diesem axial nach außen und in Richtung der Drehachse 50 ragen. Die zweite Rohrkomponente 57 kann am Verbindungselement 58 befestigt sein und von diesem axial nach außen und in Richtung der Drehachse 52 ragen. Im vorliegenden Beispiel überlappen sich Endteile der Komponenten 55, 57 so, dass sich die erste Rohrkomponente 55 in Bezug von der zweiten Rohrkomponente 57 teils radial nach außen befindet.
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Im Betrieb wird der O-Ring 59 radial zwischen den Rohrkomponenten 55, 57 elastisch komprimiert, wodurch ein Grad von Reibung und/oder Widerstand gegen die Verschiebung des Bremspedals 42 in die eine oder andere Richtung (d. h. Pedalbetätigung und -rückzug) entsteht. In einer Ausführungsform können die Rohrkomponenten 55, 57 unechte Zylinder sein; stattdessen kann mindestens eine der Komponenten 55, 57 einen Durchmesser (nicht dargestellt) aufweisen, der sich in dem Maße verändert, wie sich die Komponente hinsichtlich Mittellinie C axial erstreckt. In dieser Ausführungsform wird, wenn sich die Basis- und Verbindungselemente 70, 58 bei Betätigung des Bremspedals 42 axial aufeinander zu und voneinander weg bewegen, der O-Ring 59 zunehmend komprimiert oder bewegt sich elastisch zurück in einen natürlichen Zustand. Diese variable Kraft (d. h. Vorspannkraft durch O-Ring), die radial zwischen den Komponenten 55, 57 durch den O-Ring 59 ausgeübt wird, ändert sich als Funktion der Bremspedalverschiebung. Dieses Kraftprofil stellt die Hysterese dar.
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Unter Bezugnahme auf 3, 4 und 6 kann ein Beispiel für die Kraftinduktionsvorrichtung 56 eine elastisch zusammendrückbare, gewickelte Feder mit entgegengesetzten Enden sein, die auf den gegenüberliegenden Basis- und Verbindungselementen 70, 58 aufliegen. Im Betrieb kann die Kraftinduktionsvorrichtung 56 eine Kraft ausüben, die der Betätigung des Bremspedals 42 widersteht und zudem das Zurückkehren des Bremspedals nach dem Lösen durch einen Fahrer ermöglicht. Andere, nicht beschränkende Beispiele für eine Kraftinduktionsvorrichtung 56 beinhalten einen elastomeren Schaum, eine Wellenfeder und jede andere Vorrichtung zur Erzeugung einer Kraft im Allgemeinen, als Funktion der Bremspedalverschiebung.
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Unter Bezugnahme auf 4, 6 und 8 kann die Dämpfungsvorrichtung 54 so konstruiert sein, dass sie eine konstante Kraft ausübt, wenn über den gesamten Bremspedalweg eine konstante Geschwindigkeits- oder Verschiebungsrate auf das Bremspedal ausgeübt wird. Ein Beispiel für eine solche Dämpfungsvorrichtung mit „konstanter Kraft” 54 kann ein Hydraulikzylinder mit einer Blende oder Öffnung 69 (d. h. einem Strömungskommunikator, siehe 4) für strömende Hydraulikflüssigkeit und/oder Luft sein. Ein weiteres nicht-beschränkendes Beispiel für eine Dämpfungsvorrichtung 54 kann eine Vorrichtung beinhalten, die ausgelegt ist, um eine Kraft bei zunehmendem Pedalweg sowie dann zu erhöhen, wenn das Bremspedal 42 bei einer konstanten Geschwindigkeit betätigt wird (siehe 8). Derartige Dämpfungsvorrichtungen mit „variabler Kraft” können passiv sein und allein von der Position und/oder Verschiebung des Bremspedals abhängen. Ein Beispiel für eine Dämpfungsvorrichtung mit „passiver variabler Kraft” kann einen Hydraulikzylinder mit mehreren Öffnungen 69 beinhalten, die je nach Bremspedalposition einzeln freiliegen. Andere nicht einschränkende Beispiele einer Dämpfungsvorrichtung 54 können einen Reibungsdämpfer und jede andere Vorrichtung umfassen, die in der Lage ist, eine Kraft allgemein als eine Funktion der Pedalbetätigungsgeschwindigkeit zu erzeugen. Obwohl parallel zueinander (d. h. nebeneinander) dargestellt (siehe 3) und in einer konzentrischen Beziehung zueinander dargestellt (siehe 4), ist weiter denkbar und davon auszugehen, dass die Ausrichtung der Vorrichtungen zueinander vielerlei Formen annehmen kann.
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Unter Bezugnahme auf 8 wird der exemplarische Hydraulikzylinder der Dämpfungsvorrichtung 54 in einem axial erweiterten/ausgefahrenen Zustand dargestellt. In 9 wird die Dämpfungsvorrichtung 54 in einem komprimierten Zustand dargestellt. Die Dämpfungsvorrichtung 54 kann eine erste Wand 72, eine zweite Wand 74, ein äußeres Gehäuse 76, einen Strömungskommunikator 78 und einen Hubkolbenkopf 80 beinhalten. Das äußere Gehäuse 76 kann sich umfänglich kontinuierlich um eine Mittellinie C befinden und kann ferner im Wesentlichen zylindrisch sein. Die ersten und zweiten Wände 72, 74 sind axial voneinander getrennt und können sich im Allgemeinen radial nach innen befinden und in Eingriff mit dem äußeren Gehäuse 76 sein. Der Kolbenkopf 80 ist verschiebbar an das äußere Gehäuse 76 abgedichtet und so angepasst, dass er sich axial zwischen den Wänden 72, 74 hin- und herbewegt.
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Eine variable erste Kammer 82 der Dämpfungsvorrichtung 54 beinhaltet Begrenzungen, die im Allgemeinen radial durch einen axialen Teil des äußeren Gehäuses 76 und axial zwischen der ersten Wand 72 und einer ersten Seite des Kolbenkopfs 80 definiert werden. Eine variable zweite Kammer 84 (siehe 9) beinhaltet Begrenzungen, die im Allgemeinen radial durch einen anderen axialen Teil des äußeren Gehäuses 76 und axial zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Kolbenkopfs 80 und der zweiten Wand 74 definiert werden.
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Eine Kolbenstange 86 der Dämpfungsvorrichtung 54 mit dem Kolbenkopf 80 und dem Verbindungselement 58 verbunden sein und sich zwischen ihnen erstrecken. Der Strömungskommunikator 78 kann Teil einer Dämpfungsvorrichtung mit „passiver variabler Kraft” sein, die ein sich axial erstreckendes, hohles Rohr 88 beinhaltet, das einen inneren Kanal 90 und mehrere Öffnungen 69 definiert, die durch eine Wand 94 des Rohrs kommunizieren. Die Öffnungen 69 können entlang des Rohrs 88 so axial verteilt sein, dass sich eine variable Anzahl der Öffnungen 69 zwischen der ersten Kammer 82 und dem Kanal 90 in fließender Kommunikation befindet. Die Kolbenstange 86 und das Rohr 88 des Strömungskommunikators 78 können sich axial mit der Stange 86 überlappen, die vom Rohr 88 radial nach außen absteht. Es ist weiterhin vorgesehen und davon auszugehen, dass die Öffnungen 69 in einer Vielzahl von Richtungen verteilt sein können, die sich im Strömungsquerschnitt mit axialer Bewegung des Kolbenkopfs 80 ändern können. In einer Ausführungsform kann die Öffnung 69 aus einer axial verlängerten Öffnung bestehen.
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Die Kolbenstange 86 ist so konstruiert und angeordnet, dass sie eine abgedichtete Beziehung zur zweiten Wand 74, welche ringförmig sein kann, aufweist und durch die Wand axial verschiebbar ist. Die Kolbenstange 86 kann eine beliebige Vielzahl von Bauformen beinhalten, um den Kolbenkopf 80 mit dem Verbindungselement 58 zu verbinden, während die fließende Kommunikation zwischen der zweiten Kammer 84 und dem Kanal 90 aufrechterhalten wird. Beispielsweise und wie dargestellt, kann die Stange 86 ein hohles Rohr sein, das sich konzentrisch um einen axialen Teil des Rohrs 88 befindet und mindestens einen Anschluss oder eine Öffnung 96 aufweist, um eine fließende Kommunikation zwischen dem Kanal 90 und der zweiten Kammer 84 zu ermöglichen. Ähnlich der ringförmigen zweiten Wand 74 kann der Kolbenkopf 80 ringförmig sein. Das Rohr 88 des Strömungskommunikators 78 kann so konstruiert und angeordnet sein, dass es eine abgedichtete Beziehung zum Kolbenkopf 80 aufweist und im Allgemeinen axial durch diesen gleitet.
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Unter Bezugnahme auf 9 und bei Betrieb der Dämpfungsvorrichtung 54 bewegt sich der Kolbenkopf 80, wenn das Bremspedal 42 durch einen Fahrer betätigt wird (siehe Pfeil 98), nach links (d. h. aus der Perspektive der Darstellung), nimmt die Überlappung zwischen dem Rohr 88 und der Kolbenstange 86 zu und verkleinert sich die erste Kammer 82, während die zweite Kammer 84 größer wird. Während dieser volumetrischen Änderung strömt eine Flüssigkeit (z. B. Hydraulikflüssigkeit) (siehe Pfeile 100 in 9) aus der ersten Kammer 82 durch eine Anzahl von Öffnungen 69 des Strömungskommunikators 78 in den Kanal 90. Aus dem Kanal 90 strömt die Flüssigkeit durch die Öffnung 96 in oder nahe zur Kolbenstange 86 und in die sich vergrößernde zweite Kammer 84. Unter weiterer Betätigung des Bremspedals 42 agiert der Kolbenkopf 80, um eine zunehmende Anzahl von Öffnungen 69 zu verdecken und abzudichten, sodass eine Dämpfungswirkung entsteht, die eine größere Krafteinwirkung erfordern kann, damit der Kolbenkopf 80 weiter nach links bewegt wird (d. h. in die erste Kammer 82).
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Unter Bezugnahme auf 10 und bei Betrieb der Dämpfungsvorrichtung 54 bewegt sich der Kolbenkopf 80 nach Freigabe des Bremspedals 42 und während des Pedalrückzugs (siehe Pfeil 102) nach rechts (d. h. aus der Perspektive der Darstellung), nimmt die Überlappung zwischen dem Rohr 88 und dem Kolbenkopf 86 ab und wird die erste Kammer 82 größer, während sich die zweite Kammer 84 verkleinert. Während dieser volumetrischen Änderung strömt die Flüssigkeit (z. B. Hydraulikflüssigkeit) (siehe Pfeile 104 in 10) aus der zweiten Kammer 84 durch die Öffnung 96 in den Kanal 90. Vom Kanal 90 strömt die Flüssigkeit durch eine unterschiedliche Anzahl von Öffnungen 69 und in die sich vergrößernde erste Kammer 82. Bei weiterem Rückzug des Bremspedals 42 agiert der Kolbenkopf 80, um eine steigende Anzahl von Öffnungen 69 aufzudecken und freizulegen, sodass der Rückzug des Bremspedals 42 weiter gefördert wird.
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Wie am besten in 8 und 10 dargestellt kann der Kolbenkopf 80 einen Zwischenscheibenstapel 108 beinhalten, der ringförmig sein, um direkten Gleitkontakt mit dem äußeren Gehäuse 76 zu ermöglichen. Der Zwischenscheibenstapel 108 kann ein integraler Teil eines Sperrventils sein oder anderweitig ein Sperrventil beinhalten, das mit mindestens einer axial verlaufenden Öffnung 110 zur intermittierenden fließenden Kommunikation zwischen der ersten und zweiten Kammer 82, 84 verbunden ist. Genauer gesagt kann sich der Zwischenscheibenstapel 108 beim Rückzug des Bremspedals 42 aufgrund eines positiven Differenzdrucks im Kolbenkopf 80 öffnen. Mit dem geöffneten Zwischenscheibenstapel 108 kann zusätzliche Flüssigkeit (siehe Pfeile 112 in 10) aus der zweiten Kammer 84 und in die erste Kammer 82 strömen. Unter Bezugnahme auf 9 und bei Betätigung des Bremspedals kann der Differenzdruck im Kolbenkopf 80 negativ sein, was dazu führt, dass sich der Zwischenscheibenstapel 108 schließt.
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Unter Bezugnahme auf 9 kann die Dämpfungsvorrichtung 54 eine Hilfskammerbaugruppe 114 beinhalten, die ein Element 116 beinhaltet, bei dem es sich um eine Endkappe, einen Schwimmkopf 118 und eine Feder 120 handeln kann, die eine Kompressions- und/oder Spiralfeder sein kann. Eine Hilfskammer 122, deren Volumen variiert, kann axial zwischen dem Schwimmkopf 118 und der ersten Wand 72 sowie radial durch das äußere Gehäuse 76 definiert werden. Die Feder 120 kann sich axial zwischen dem Element 116 und dem Schwimmkopf 118 befinden. Der Schwimmkopf 118 kann an das äußere Gehäuse 76 abgedichtet sein und sich mit diesem in gleitender Beziehung befinden. Im Betrieb und bei einer hohen Kraftrate, die schnell auf das Bremspedal 42 ausgeübt wird, kann sich das Volumen der Hilfskammer 122 durch ein Einströmen von Flüssigkeit (siehe Pfeil 124) gegen eine Vorspannkraft der Feder 120 erhöhen.
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Unter Bezugnahme auf 12 wird ein Beispiel eines Kraftprofils der Kraftinduktionsvorrichtung 56 im Allgemeinen als Funktion des Bremspedalwegs T dargestellt, veranschaulicht in der Grafik als vom Fahrer angewendete Bremspedalkraft F versus den Bremspedalweg T. Die durchgezogene bogenförmige oder gebogene Linie 71 stellt das Sollprofil dar, und die gestrichelten Linien 73 stellen die äußeren Begrenzungen (d. h. die Toleranz) des Sollprofils dar. Die Kraftinduktionsvorrichtung 56 kann für dieses Sollprofil ausgelegt sein.
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Unter Bezugnahme auf 11 wird ein Beispiel eines Dämpfungskoeffizientenprofils im Allgemeinen als Funktion des Bremspedalwegs T dargestellt, veranschaulicht in der Grafik als der Bremspedalweg T versus einen Dämpfungskoeffizienten D. Die durchgezogene bogenförmige oder gebogene Linie 75 stellt das Sollprofil dar, während die gestrichelten Linien 77 die äußeren Begrenzungen (d. h. die Toleranz) des Sollprofils darstellen. Ähnlich wie bei der Kraftinduktionsvorrichtung 56 kann die Dämpfungsvorrichtung 54 für alle Sollprofile ausgelegt werden. Es ist vorgesehen und davon auszugehen, dass die Daten der Sollkraft- und der Dämpfungsprofile zusammen mit den vordefinierten Solltoleranzen (d. h. Grenzwerten) für verschiedene Verarbeitungsfunktionen in die Steuerung 32 einprogrammiert werden können. Es ist weiter vorgesehen und davon auszugehen, dass die Dämpfungsvorrichtung 54 bis zu einem gewissen Grad einstellbar sein kann, wobei diese Einstellbarkeit von der Steuerung 32 so vorgenommen wird, dass beispielsweise die vorprogrammierten Profile der 11 und 12 eingehalten werden. Weiterhin kann die Dämpfungskoeffizientenkurve von 12 eine von einer Vielzahl von Dämpfungskoeffizientenkurven sein, die jeweils einem Aspekt der Fahrzeugmodellierung zugeordnet sind. Ergänzend wird bemerkt, dass der Dämpfungskoeffizient D eine Funktion der Pedalposition ist und dass die Dämpfungskraft eine Funktion der Pedalbetätigungsquote und der Pedalposition ist.
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Unter Bezugnahme auf 13 ist eine zweite Ausführungsform einer Kraftinduktionsvorrichtung dargestellt, bei der gleiche Elemente der ersten Ausführungsform identische Bezugszeichen haben, mit Ausnahme der Hinzufügung eines Hochkommasuffixes. Die Kraftinduktionsvorrichtung 56' der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Vielzahl von Schraubenfedern (d. h. drei dargestellt als 130, 132, 134), die axial entlang der Mittellinie C gestapelt sind, und mindestens einen Schieber (d. h. zwei dargestellt als 136, 138). Jeder Schieber 136, 138 kann im Allgemeinen ringförmig sein sowie so konstruiert und angeordnet sein, dass er sich axial zur Mittellinie C bewegt. Nach dem Zusammenbau liegen die ersten und zweiten Federn 130, 132 auf dem ersten Schieber 136 auf, während die zweiten und dritten Federn 132, 134 auf dem zweiten Schieber 138 aufliegen. Jede Feder 130, 132, 134 kann eine eigene oder unterschiedliche Federkonstante aufweisen, die ausgewählt werden kann, um basierend auf der Bremspedalverschiebung eine Sollkraftprofilkurve zu erzielen.
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Vorzüge und Vorteile der vorliegenden Erfindung beinhalten eine passive Position in Abhängigkeit vom Dämpfungsdesign, eine Hysteresevorrichtung, die außerdem sowohl der Kraftinduktionsvorrichtung als auch der Dämpfungsvorrichtung als Gehäuse Schutz bietet, eine Rückzugsdämpfungsentlastungsfunktion, die einen Pedalrückzug ähnlich wie bei einem vakuumverstärkten Bremssystem ermöglicht, sowie ein kompaktes koaxiales Design für eine bessere Verpackung. Andere Vorteile können eine simulierte Bremspedalsteifigkeit, Dämpfung und Hysterese ähnlich der eines Vakuum-verstärkten Systems umfassen. Ein weiterer Vorteil beinhaltet ein Bremssystem, das in der Lage ist, die Bremspedaldämpfung in Echtzeit zu steuern, und eine Dämpfungsvorrichtung, die nicht nur die Größe einer Dämpfkraft in Abhängigkeit von der Pedalgeschwindigkeit steuert, sondern auch die Dämpfungskraft (d. h. den Dämpfungskoeffizienten) als Funktion des Bremspedalwegs steuern kann, um einer gewünschten Dämpfungskoeffizientenkurve zu entsprechen.
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Der Emulator 44 wurde bisher zwar als „passiv” (d. h. nicht durch die Steuerung 32 gesteuert) beschrieben, in anderen Ausführungsformen kann der Emulator 44 jedoch mindestens teilweise „aktiv” sein. Beispielsweise können eine oder mehrere der Vorrichtungen 53, 54, 56 aktiv sein und somit im Allgemeinen einzeln oder in Kombination durch die Steuerung 32 gesteuert werden, um mindestens das gewünschte „Pedalgefühl” zu simulieren.
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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 vom 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.
