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Die Erfindung betrifft eine Zylindereinheit für ein elektronisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einem Kolben, welcher dazu eingerichtet ist, mit einem Bremspedal gekoppelt zu werden, und einer Erfassungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, die Position des Kolbens zu erfassen, wobei die Erfassungseinrichtung einen an dem Kolben angeordneten Magneten und eine Sensoreinheit zur Erfassung des Magnetfeldes des Magneten aufweist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein elektronisches Bremssystem für ein Fahrzeug, mit einem Bremspedal, einer Zylindereinheit, deren Kolben mit dem Bremspedal gekoppelt ist, zumindest einer Radbremseinheit und einer Betätigungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest eine Radbremseinheit in Abhängigkeit der Position des Kolbens der Zylindereinheit zu betätigen.
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Bei elektronischen Bremssystemen ist es notwendig, dass der Bremswunsch eines Fahrers schnell und präzise erfasst wird, damit ein entsprechendes Steuersignal zur Durchführung des Bremsvorgangs einer Betätigungseinheit zur Verfügung gestellt werden kann, welche auf Grundlage des Steuersignals dann eine oder mehrere Radbremseinheiten betätigt.
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Bekannte elektronische Bremssysteme verwenden zur Bremswunscherfassung Weg- oder Winkelsensoren, welche beispielsweise an dem Bremspedal oder der Schubstange des Bremspedals angeordnet sein können.
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In anderen bekannten elektronischen Bremssystemen ist an einem Kolben der Zylindereinheit ein Magnet angeordnet. Über eine außerhalb der Zylindereinheit angeordnete Sensoreinheit wird dabei das Magnetfeld des Magneten erfasst, sodass auf dieser Grundlage die Kolbenposition und somit ein Bremswunsch des Fahrers erfasst werden kann. Durch die Anordnung des Magneten außerhalb der Zylindereinheit kann die Bremswunscherfassung jedoch lediglich mit einer eingeschränkten Präzision erfolgen, da das Magnetfeld des Magneten aufgrund der vergleichsweise großen Distanz zwischen dem Magneten und der Sensoreinheit sowie dem zwischen dem Magneten und der Sensoreinheit befindlichen Zylindergehäuse geschwächt und/oder verfälscht wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der negative Einfluss des Zylindergehäuses nicht beliebig reduziert werden kann, da die hohen hydraulischen Drücke innerhalb der Zylindereinheit geeignete Wandstärken bedingen.
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Außerdem besteht das Risiko, dass das zu erfassende Magnetfeld im Bereich der außenliegenden Sensoreinheit durch fremde Magnetfelder gestört wird. Dies bedingt regelmäßig eine kosten- und zeitaufwendige Kalibrierung der außerhalb der Zylindereinheit angeordneten Sensoreinheit.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht somit darin, die Präzision bei der Bremswunscherfassung zu steigern, ohne dabei die Systemkomplexität wesentlich zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Zylindereinheit der eingangs genannten Art, wobei die Sensoreinheit der Erfassungseinrichtung innerhalb der Zylindereinheit angeordnet ist.
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Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass durch die Anordnung der Sensoreinheit innerhalb der Zylindereinheit die Messpräzision nicht länger von dem Zylindergehäuse beeinträchtigt wird, da das Magnetfeld des Magneten das Zylindergehäuse nicht länger durchdringen muss, um von der Sensoreinheit erfasst zu werden. Darüber hinaus wird durch die Anordnung der Sensoreinheit innerhalb der Zylindereinheit der Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem an dem Kolben angeordneten Magneten verringert, sodass ein stärkeres Magnetfeld von der Sensoreinheit erfasst und somit der Einfluss von Störgrößen reduziert wird. Ferner kommt es durch die Anordnung der Sensoreinheit innerhalb der Zylindereinheit nicht zu einer wesentlichen Steigerung der Systemkomplexität. Darüber hinaus ist die Sensoreinheit innerhalb der Zylindereinheit vor externer mechanischer Beanspruchung, wie beispielsweise Stoßbeanspruchung, geschützt.
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Bei einer Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs kommt es aufgrund der Kopplung des Bremspedals mit dem Kolben zu einer Kolbenbewegung. Die Kopplung des Bremspedals mit dem Kolben erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Kolbenstange. Dadurch, dass der Magnet an dem Kolben angeordnet ist, resultiert aus der Kolbenbewegung ebenfalls eine Bewegung des Magneten. Die Bewegung des Magneten führt zu einer Abstandsänderung zwischen dem Magneten und der Sensoreinheit, wodurch sich das durch die Sensoreinheit erfassbare Magnetfeld des Magneten verändert. Auf diese Weise kann auf Grundlage der Magnetfelderfassung die Position des Kolbens ermittelt werden, wobei die Kolbenposition zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers dient.
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Insbesondere sind der Kolben und/oder das Zylindergehäuse aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wie beispielsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet. Ferner ist es bevorzugt, dass die Erfassungseinrichtung eine Auswerteeinheit umfasst, welche signalleitend mit der Sensoreinheit verbunden und dazu eingerichtet ist, die Signale der Sensoreinheit zur Erfassung der Position des Kolbens auszuwerten. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit außerhalb der Zylindereinheit angeordnet. Die Sensoreinheit kann beispielsweise einen magnetoinduktiven Sensor, einen magnetoresistiven Sensor, einen Hall-Sensor, einen Sensor mit einem magnetisch codierbaren Maßkörper oder einen magnetostriktiven Sensor umfassen. Insbesondere umfasst die Sensoreinheit einen Wegsensor. Die Sensoreinheit kann außerdem einen 3D-Magnetfeldsensor umfassen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindereinheit umfasst diese eine Fluidkammer, welche sich entlang einer Längsachse erstreckt, wobei der Kolben entlang der Längsachse der Fluidkammer bewegbar ist. Dabei ist die Sensoreinheit innerhalb der Fluidkammer angeordnet. Dadurch, dass die Sensoreinheit innerhalb der Fluidkammer angeordnet ist, wird der Abstand zwischen der Sensoreinheit und dem Magneten weiter verringert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindereinheit weist der Kolben einen der Fluidkammer zugewandten Ringabschnitt auf. Vorzugsweise bildet der von dem Ringabschnitt umgebende Raum einen Teil der Fluidkammer aus. Insbesondere ist die Sensoreinheit länglich ausgebildet und erstreckt sich entlang der Längsachse der Fluidkammer, wobei der Kolben derart entlang der Längsachse bewegbar ist, dass der Ringabschnitt des Kolbens die Sensoreinheit zumindest abschnittsweise umgeben kann. Hierzu ist es notwendig, dass der von dem Ringabschnitt umschlossene Raum einen größeren Querschnitt als die Sensoreinheit aufweist.
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Bevorzugt ist außerdem eine erfindungsgemäße Zylindereinheit, bei welcher der Magnet an einer der Fluidkammer zugewandten Stirnseite des Kolbens angeordnet ist. Durch die Anordnung des Magneten an der Stirnseite des Kolbens kann eine bauraumsparende Konstruktion der Zylindereinheit realisiert werden. Außerdem erfordert die Befestigung des Magneten an der Stirnseite des Kolbens keine kosten- und/oder zeitaufwendige Bearbeitung des Kolbens, um eine belastbare Verbindung zwischen dem Kolben und dem Magneten gewährleisten zu können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindereinheit ist der Magnet als Ringmagnet ausgebildet. Insbesondere sind der Magnet und die Sensoreinheit derart zueinander angeordnet, dass der als Ringmagnet ausgebildete Magnet in einigen oder sämtlichen Zuständen der Zylindereinheit die Sensoreinheit umgibt. Vorzugsweise erstreckt sich die Sensoreinheit in einigen oder sämtlichen Zuständen der Zylindereinheit durch den als Ringmagnet ausgebildeten Magneten. Alternativ kann der Magnet auch als Stabmagnet ausgebildet sein.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindereinheit weist der Kolben eine der Fluidkammer zugewandte Ausnehmung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Sensoreinheit beim Bewegen des Kolbens entlang der Längsachse der Fluidkammer zumindest teilweise aufzunehmen. Das Aufnehmen des Kolbens erfolgt dabei durch ein Umschließen des Kolbens durch die die Ausnehmung definierende Bewandung des Kolbens. Vorzugsweise wird die der Fluidkammer zugewandte Ausnehmung des Kolbens durch einen Ringabschnitt des Kolbens definiert.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zylindereinheit ist die Sensoreinheit mittels einer Schutzeinrichtung vor dem Fluiddruck innerhalb der Fluidkammer geschützt. Insbesondere während der Ausführung von Bremsvorgängen herrscht innerhalb der Fluidkammer ein vergleichsweise hoher Hydraulikdruck, welcher die empfindliche Messelektronik der Sensoreinheit beschädigen kann. Die Schutzeinrichtung nimmt den innerhalb der Fluidkammer herrschenden Fluiddruck auf, sodass das Beschädigungsrisiko der Sensoreinheit erheblich verringert wird.
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In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindereinheit umfasst die Schutzeinrichtung eine druckfeste Hülse, innerhalb welcher die Sensoreinheit zumindest teilweise angeordnet ist. Insbesondere ist die Hülse aus einem nicht-ferromagnetischen Material ausgebildet, sodass das durch die Sensoreinheit zu erfassende Magnetfeld des Magneten nicht durch die Hülse geschwächt und/oder verfälscht wird. Insbesondere kann die Hülse teilweise oder vollständig aus einem nicht-ferromagnetischen Metall und/oder einer nicht-ferromagnetischen Metalllegierung ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Hülse teilweise oder vollständig aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Edelstahl und/oder Kunststoff ausgebildet.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch ein Bremssystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei die Zylindereinheit des Bremssystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Bremssystems wird zunächst auf die Vorteile und Modifikationen der erfindungsgemäßen Zylindereinheit verwiesen.
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Die Betätigungseinheit des erfindungsgemäßen Bremssystems ist vorzugsweise signalleitend mit der Auswerteeinheit verbunden, welche dazu eingerichtet ist, die Signale der Sensoreinheit zur Erfassung der Position des Kolbens auszuwerten. Auf Grundlage der erfassten Kolbenposition kann somit der Bremswunsch des Fahrers abgeleitet und mittels der Betätigungseinheit umgesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Bremssystem wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Betätigungseinheit einen elektromotorisch betriebenen Hydraulikkolben umfasst. Vorzugsweise ist die zumindest eine Radbremseinheit hydraulisch betätigbar und die Betätigungseinheit ist dazu eingerichtet, der zumindest einen Radbremseinheit einen von der Position des Kolbens abhängigen Hydraulikdruck bereitzustellen. Hierzu kann die Betätigungseinheit einen Elektromotor aufweisen, welcher dazu eingerichtet ist, einen Hydraulikkolben anzutreiben. Der Hydraulikkolben kann dazu eingerichtet sein, der zumindest einen Radbremseinheit einen Hydraulikdruck bereitzustellen. Zur Bereitstellung des Hydraulikdrucks kann die Betätigungseinheit über eine Hydraulikleitung mit der zumindest einen Radbremseinheit verbunden sein.
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Alternativ kann die zumindest eine Radbremseinheit elektromechanisch betätigbar sein, sodass die Betätigungseinheit dazu eingerichtet ist, einen Stellmotor der zumindest einen Radbremseinheit in Abhängigkeit der Position des Kolbens zu steuern.
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Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bremssystems in einer schematischen Darstellung.
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Die 1 zeigt ein Bremssystem 100 für ein Fahrzeug. Das Bremssystem 100 umfasst ein Bremspedal 102, eine Zylindereinheit 10, eine Betätigungseinheit 120 und eine Radbremseinheit 112.
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Die Zylindereinheit 10 ist weder als Tandem-Zylinder ausgebildet noch weist diese einen Schwimmkolben auf.
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Ein Kolben 14 der Zylindereinheit 10 ist über eine Kolbenstange 104 mit dem Bremspedal 102 gekoppelt. Der Kolben 14 der Zylindereinheit 10 ist innerhalb eines Zylindergehäuses 12 angeordnet. Das Zylindergehäuse 12 und der Kolben 14 sind aus einem nicht-ferromagnetischen Material ausgebildet. Die Zylindereinheit 10 umfasst außerdem eine Erfassungseinrichtung 16, welche dazu eingerichtet ist, die Position des Kolbens 14 zu erfassen.
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Die Erfassungseinrichtung 16 weist einen an dem Kolben 14 angeordneten Magneten 18 und eine Sensoreinheit 20 auf, wobei die Sensoreinheit 20 dazu eingerichtet ist, das Magnetfeld des Magneten 18 zu erfassen. Die Sensoreinheit 20 ist dabei innerhalb einer Fluidkammer 24 der Zylindereinheit 10 angeordnet. Die Fluidkammer 24 erstreckt sich entlang einer Längsachse 26. Der Kolben 14 wird bei der Betätigung des Bremspedals 102 entlang der Längsachse 26 der Fluidkammer 24 bewegt. Zwischen der äußeren Mantelfläche des Kolbens 14 und dem Zylindergehäuse 12 sind Dichtungen 38, 40 angeordnet, welche die Fluidkammer 24 gegenüber der Umgebung abdichten.
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Der Magnet 18 ist als Ringmagnet ausgebildet und an einer der Fluidkammer 24 zugewandten Stirnseite 32 des Kolbens 14 angeordnet. Die Sensoreinheit 20 ist mittels einer als druckfeste Hülse ausgebildeten Schutzeinrichtung 34 vor dem Fluiddruck innerhalb der Fluidkammer 24 geschützt, wobei die Sensoreinheit 20 in der als Hülse ausgebildeten Schutzeinrichtung 34 angeordnet ist. Die als Hülse ausgebildete Schutzeinrichtung 34 ist aus einem nicht-ferromagnetischen Metall ausgebildet.
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Beim Betätigen des Bremspedals 102 des Bremssystems 100 wird die Kolbenstange 104 in Richtung der Zylindereinheit 10 bewegt und eine auf das Bremspedal 102 wirkende äußere Rückstellfeder 106 gestaucht. Die Kolbenstange 104 weist einen Kugelkopf 110 auf, welcher in einem Druckstück 108 angeordnet ist. Das Druckstück 108 ist innerhalb einer der Fluidkammer 24 abgewandten Ausnehmung 44 des Kolbens 14 angeordnet und befestigt. Die Ausnehmung 44 wird durch einen Ringabschnitt 42 des Kolbens 14 definiert. Die Bewegung der Kolbenstange 104 wird über das Druckstück 108 auf den Kolben 14 übertragen.
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Die Bewegung des Kolbens 14 verursacht eine Stauchung einer innerhalb der Fluidkammer 24 angeordneten inneren Rückstellfeder 36. Die innere Rückstellfeder 36 ist teilweise innerhalb einer Ausnehmung 30 auf der der Fluidkammer 24 zugewandten Seite des Kolbens 14 angeordnet und wird in diesem Bereich von einem Ringabschnitt 28 des Kolbens 14 umgeben. In einer alternativen Ausführungsform kann die innere Rückstellfeder 36 entfallen, wenn die äußere Rückstellfeder 106 entsprechend ausgelegt ist. Durch einen Verzicht auf die innere Rückstellfeder 36 wird die Beeinflussung des Magnetfeldes durch die Komprimierung der inneren Rückstellfeder 36 überwunden, wodurch die Erfassung der Kolbenposition mit einer höheren Präzision erfolgen kann.
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Die Bewegung des Kolbens 14 verursacht auch eine Bewegung des an der Stirnseite 32 des Kolbens 14 angeordneten Magneten 18, woraus eine Relativbewegung des Magneten 18 und der Sensoreinheit 20 resultiert.
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Durch die Relativbewegung des Magneten 18 und der Sensoreinheit 20 verändert sich im Bereich der Sensoreinheit 20 das von dem Magneten 18 erzeugte Magnetfeld. Die Magnetfeldänderung wird von der Sensoreinheit 20 erfasst, wobei die entsprechenden Sensordaten einer Auswerteeinheit 22 bereitgestellt werden. Die Auswerteeinheit 22 wertet die empfangenen Sensordaten aus und leitet aus den Sensordaten die Position des Kolbens 14 und somit Informationen zu dem Bremswunsch des Fahrers ab.
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Die Informationen zu dem Bremswunsch des Fahrers werden über die Datenleitung 118 der Betätigungseinheit 120 zur Verfügung gestellt. Alternativ können die Auswerteeinheit 22 und die Betätigungseinheit 120 in einem Modul zusammengefasst sein, sodass die Datenleitung 118 entfällt.
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Die Betätigungseinheit 120 ist dazu eingerichtet, die Radbremseinheit 112 zu betätigen. Hierzu weist die Betätigungseinheit 120 beispielsweise einen Elektromotor auf, welcher einen Hydraulikkolben antreibt, wobei der Hydraulikkolben dazu eingerichtet ist, der Radbremseinheit 112 einen Hydraulikdruck bereitzustellen. Zur Bereitstellung des Hydraulikdrucks ist die Betätigungseinheit 120 über die Hydraulikleitung 114 mit der Radbremseinheit 112 verbunden.
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Während der Betätigung des Bremspedals 102 erfolgt ein Druckaufbau innerhalb der Fluidkammer 24. Der aufgebaute Hydraulikdruck wird jedoch nicht zur Betätigung der Radbremseinheit 112 genutzt, sondern dient vielmehr der Bereitstellung eines authentischen Bremsgefühls für den Fahrer.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Zylindereinheit
- 12
- Zylindergehäuse
- 14
- Kolben
- 16
- Erfassungseinrichtung
- 18
- Magnet
- 20
- Sensoreinheit
- 22
- Auswerteeinheit
- 24
- Fluidkammer
- 26
- Längsachse
- 28
- Ringabschnitt
- 30
- Ausnehmung
- 32
- Stirnseite
- 34
- Schutzeinrichtung
- 36
- innere Rückstellfeder
- 38
- Dichtung
- 40
- Dichtung
- 42
- Ringabschnitt
- 44
- Ausnehmung
- 100
- Bremssystem
- 102
- Bremspedal
- 104
- Kolbenstange
- 106
- äußere Rückstellfeder
- 108
- Druckstück
- 110
- Kugelkopf
- 112
- Radbremseinheit
- 114
- Hydraulikleitung
- 118
- Datenleitung
- 120
- Betätigungseinheit
