DE102017222524A1

DE102017222524A1 - Druckübertragungsanordnung und Verfahren zur Druckübertragung

Info

Publication number: DE102017222524A1
Application number: DE102017222524.6A
Authority: DE
Inventors: Jens Habig; Christian Burgdorf
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-06-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Druckübertragungsanordnung für ein elektronisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit:- einem Zylinder (36),- einem Kolben (35), welcher dazu eingerichtet ist, mit einem Bremspedal gekoppelt zu werden und- einer Druckstange (32), welche zwischen dem Kolben (35) und dem Bremspedal angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, einen Fahrerbremsdruck vom Bremspedal zum Kolben (35) zu übertragen,wobei die Druckübertragungsanordnung (100) eine einzige Feder (33) aufweist, welche an der Druckstange (32) oder an einem an der Druckstange befestigten Bauteil angeordnet ist und welche zur Bestimmung der Fahrerbremskraft (10) heranziehbar ist.Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Druckübertragung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckübertragungsanordnung für ein elektronisches Bremssystem eines Fahrzeugs nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Druckübertragung nach Anspruch 7.
In derzeitigen Bremssystemen mit Haupt- oder Tandemhauptzylindern (HZ / THZ) sind Federn in der hydraulischen Betätigungseinheit verbaut, die maßgeblich die Pedalkennlinie charakterisieren - also eine Gegenkraft bzw. ein Pedalgefühl erzeugen. Dabei handelt es sich um Kombinationen von einer oder mehreren innenliegenden (in der Hydraulikeinheit liegenden) Federn und einer außenliegenden (an der Pedalstange befindlichen) Feder. Die Bremskraft des Fahrers, die über das Pedal eingeleitet wird, verteilt sich über die verschiedenen inneren und/oder äußeren Federn unterschiedlich auf die Bremssystemkonstruktion (Gehäuse, Anschraubelemente, usw.).
Die Fahrerbremskraft ist eine für die Ermittlung des Fahrerbremswunsches sehr nützliche Größe. Derzeit wird die Betätigungskraft über das Pedal gemessen. Dafür wird beispielsweise ein Kraftsensor im Hydraulikkolben oder in der Anlenkungsstange des Hydraulikkolbens integriert. Der Kraftsensor wird dadurch entsprechend des Kolbenwegs mitbewegt. Eine derartige technische Realisierung ist notwendig, da die unterschiedlichen verwendeten Federn eine Federkraftmessung - also wenn der Sensor nicht in den Kolben integriert wäre - aufgrund ihrer Toleranzen und unterschiedlichen Kennwerte unmöglich machen. Zudem besteht der Nachteil, dass durch die Mitbewegung des Sensors mit dem Kolben eine aufwendige Kontaktierung der elektrischen Signale erfolgen muss, welche den Bewegungen und externen Beanspruchungen widersteht.
Die DE102012205432A1 zeigt eine Lösung, bei welcher die vom Fahrer ausgeübte Kraft direkt an oder in der Gehäuseeinrichtung des Bremssystems gemessen wird. Daher ist zwar keine Relativbewegung des Sensors mehr vorhanden, aber dennoch erfährt der Sensor die komplette vom Fahrer aufgebrachte Kraft und ist dadurch z.B. nicht gegen Überlast geschützt.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, bekannte Bremssysteme, insbesondere die darin eingesetzten Druckübertragungsanordnungen, zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Druckübertragungsanordnung mit einem Zylinder, einem Kolben, welcher dazu eingerichtet ist, mit einem Bremspedal gekoppelt zu werden, und einer Druckstange, welche zwischen dem Kolben und dem Bremspedal angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, einen Fahrerbremsdruck vom Bremspedal zum Kolben zu übertragen, wobei die Druckübertragungsanordnung eine einzige Feder aufweist, welche an der Druckstange oder an einem an der Druckstange befestigten Bauteil angeordnet ist und welche zur Bestimmung der Fahrerbremskraft heranziehbar ist.
Vorzugsweise ist das an der Druckstange befestigte Bauteil ein Federlager.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung entfallen somit alle innenliegenden Federn (innerhalb der Zylinderkammer) , so dass nur eine außenliegende Feder (außerhalb der Zylinderkammer) verbleibt. Vorteilhafterweise ist somit nur eine Feder bzw. Rückstellfeder mit nur einem einzigen Kennwert und Toleranz vorhanden, so dass nur die zu dieser Feder gehörenden Werte zur Bestimmung der Fahrerbremskraft herangezogen werden.
Dies ermöglicht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung in welcher die Druckübertragungsanordnung eine Sensoreinheit umfasst, mittels der die Bestimmung der Fahrerbremskraft durchführbar ist. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Sensoreinheit als Kraftsensor ausgebildet und insbesondere zwischen der Gehäuseeinrichtung der hydraulischen Steuereinheit des Bremssystems und der Feder angeordnet. Durch die zuvor beschriebene Verwendung von nur einer außenliegenden Feder und den damit verbundenen Vorteilen von nur einem Federkennwert sowie einer Toleranz ist eine präzisere Kalibrierung der Sensoreinheit in der Produktion darstellbar.
Ebenfalls kann dadurch auch eine Sensoreinheit in die Druckübertragungsanordnung eingesetzt werden, die nicht aufwendig am oder im Kolben befestigt ist, so dass der Nachteil aufwendiger Kontaktierung entfällt. Bevorzugt wird eine elektrische Kontaktierung zwischen Sensoreinheit und Steuereinheit, die konstruktiv so ausgeführt ist, dass sie ihre Form und Gestalt nicht während der Betätigung des Pedals, der Druckstange und des Kolbens verändern muss. Somit ist eine kostengünstige Sensoreinheit verwendbar, welche geeignete Ergebnisse für die Ermittlung der gewünschten Bremskraft bietet.
Weiterhin wird vorteilhaft eine komplizierte Montage während der Produktion vermieden, da keine Integration der Sensoreinheit in die Bremssystemkomponenten (Anlenkungsstange, Kolben, Druckstück, Gehäuseeinrichtungen, etc.) notwendig ist.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Komponenten der Druckübertragungsanordnung so konstruktiv aufeinander ausgelegt, dass eine auftretende Überlast ohne Beschädigung der Anordnung abgeleitet wird. Als Überlast werden in diesem Zusammenhang Kräfte verstanden, die oberhalb des zur Ermittlung des Fahrerbremswunsches notwendigen Kraftbereiches liegen, und somit zu einer Zerstörung der Sensoreinheit oder anderer konstruktiven Teile der Druckübertragungsanordnung oder des Bremssystems führen. Vorteilhafter Bestandteil der Erfindung ist es daher, dass die außenliegende Feder im Falle einer Überlast nie komplett „auf Block gefahren“, d.h. derart gestaucht werden kann, dass nur die Blocklänge der Länge der Feder entspricht. Die einzelnen Windungen der Feder liegen somit nie vollständig aufeinander. Eine Überlast wird in diesem Fall über den Kolben und den Boden der Zylinderkammer an die Gehäuseeinrichtung abgegeben, da sich Kolben und Zylinderboden berühren. Somit wird vorteilhaft erreicht, dass die Überlast um den Kraftsensor abgeleitet werden kann.
In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung weist die Druckübertragungsanordnung eine Überlastschutzeinrichtung auf, welche zur Ableitung von Überlasten geeignet ist.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Federkonstante bzw. Federhärte konstant ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die Federkonstante jedoch degressiv ausgebildet. Eine degressive Federkonstante verbessert die Ergebnisse der sensorischen Messung bei kleinen Pedalbewegungen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Druckübertragungsanordnung so konstruktiv gestaltet, dass die außenliegende Feder auch bei nicht betätigtem Bremspedal immer einer Vorspannung ausgesetzt ist. Somit ist gewährleistet, dass die mechanischen Kontaktflächen zwischen Feder und Sensoreinheit oder Feder und pedalseitigem Federlager immer vollflächig anliegen und damit störende Zustände an diesen Flächen (z.B. Querkräfte, undefinierte Kraftansatzpunkte,...), welche die Messergebnisse verfälschen können, vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht zwischen dem Bremspedal und dem Kolben eine feste Verbindung. Somit wird der Kolben immer einer Bewegung ausgesetzt, wenn das Bremspedal vom Fahrer betätigt wird.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Sensoreinheit aus halbleitertechnisch gefertigten Siliziumeinheiten oder durch Dünnschicht- oder durch Dickschichttechnik erzeugte Strukturen ausgebildet. Diese Strukturen sind bevorzugt auf Metallkörpern, auf Metallfolie basierenden Grundkörpern, durch ein Glaslotverfahren oder als einfach isolierende Beschichtungen zwischen mindestens zwei Metallkörpern aufgebracht. Die Strukturen sind insbesondere auf Verformungselementen aufgebracht, so dass man den Sensor ebenfalls als Stresssensor oder Sensor für mechanische Spannungen bezeichnen könnte.
Die Erfindung betrifft zudem ein korrespondierendes Verfahren. Das Verfahren ist als Verfahren zur Datenübertragung einer Fahrerbremskraft ausgebildet, wobei das Verfahren insbesondere in einer oben beschriebenen Druckübertragungsanordnung in einem Bremssystem Einsatz findet. Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Fahrerbremsdruck von dem Kolben über die Druckstange übertragen, wobei die Fahrerbremskraft unter Heranziehung einer Kraft auf die einzige Feder bestimmt wird. In einer bevorzugten Weiterbildung ermittelt insbesondere eine Sensoreinheit die Fahrerbremskraft unter Heranziehung der Kraft auf die Feder.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die Feder während der Durchführung des Verfahrens zu keinem Zeitpunkt auf ihre Blocklänge gestaucht. Die Druckübertragungsanordnung ist dafür entsprechend ausgelegt. Die einzelnen Bauteile der Druckübertragungsanordnung sind weiterhin derart ausgebildet, dass es möglich ist, dass sich Kolben und Zylinderboden berühren können, um somit Überlast über den Kolben und den Zylinderboden abzuleiten.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand von Figuren.
In schematischer Darstellung zeigen beispielhaft:

1 eine erfindungsgemäße schematische Seitenansicht einer Druckübertragungsanordnung im Zustand „Pedal nicht betätigt“,
2 eine erfindungsgemäße schematische Seitenansicht einer Druckübertragungsanordnung im Zustand „Pedal betätigt“ sowie
3 erfindungsgemäße Sensoreinheiten bzw. Messaufnehmer.

1 zeigt eine Seitenansicht einer Druckübertragungsanordnung 100. Dabei ist das Pedal (nicht gezeigt) des Bremssystems nicht betätigt - es liegt also keine Fahrerbremskraft an. Die hypothetische Bewegungsrichtung zum Aufbringen der Fahrerbremskraft ist mit 10 bezeichnet. Die Druckübertragungsanordnung 100 weist eine Zylinderkammer 36 mit einem Hydraulikkolben 35 auf, wobei die Zylinderkammer 36 innerhalb einer hydraulischen Steuereinheit 40 angeordnet ist. Der Hydraulikkolben 35 ist mit einer Druckstange 32 über ein Kugelgelenk 34 verbunden. Am anderen Ende der Druckstange ist ein Kopplungselement 30 für ein Pedal angeordnet. Das Kopplungselement 30 verbindet somit die Druckübertragungsanordnung 100 mit dem Pedal. Pedalseitig ist weiterhin ein Federlager 31 angeordnet, welches die Kraft des Pedals auf die Feder 33 überträgt.
Um die Öffnung der Zylinderkammer 36 herum bzw. an der hydraulischen Steuereinheit 40 ist eine Sensoreinheit 60 angeordnet. Um die Druckstange 32 herum ist eine außenliegende Feder 33 angeordnet bzw. befestigt, welche sich vom Federlager 31 bis zu der Sensoreinheit 60 erstreckt. An der hydraulischen Steuereinheit 40 ist an einer Seite, insbesondere Gehäuseseite, eine elektronische Steuereinheit 50 angeordnet. Die elektronische Steuereinheit 50 ist über eine Kabelführung mit der Sensoreinheit 60 verbunden.
2 zeigt die Situation, wenn das Pedal (nicht gezeigt) betätigt ist. Dabei wird eine Fahrerbremskraft 10 in Richtung der hydraulischen Steuereinheit 40 aufgebracht, so dass die Feder 33 zusammengedrückt wird. Die dabei entstehende Federkraft 11 wirkt auf die Sensoreinheit 60 und wird so durch die Sensoreinheit 60 erfasst. Die Kraft 11 ist gegeben durch den Differenzweg der Feder 33, welcher sich durch die Betätigung des Bremspedals ergibt, und die Federkonstante, sowie zusätzlich durch den Betrag der Vorspannkraft. Die Kraft 11, welche von der Feder 33 auf das Bremssystemgehäuse und damit auf die Sensoreinheit 60 geleitet wird, entspricht der Messgröße der Sensoreinheit 60. Die durch die Sensoreinheit 60 ermittelten Werte werden über die Kabelführung 51 an die elektronische Steuereinheit 50 übermittelt, wo beispielsweise (weitere) Berechnungen stattfinden können. Bei Aufbringen einer Fahrerbremskraft 10 wird außerdem der Kolben 35 in der Zylinderkammer 36 in der Bewegungsrichtung 1 betätigt. Eine Überlast wird als Kolbenkraft 12 an den Zylinderboden abgeleitet.
3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Sensoreinheit 60. Die Sensoreinheit 60 kann als Kraftsensor ausgebildet sein. Beispielhaft ist in 3 eine Sensoreinheit 60 aus verschiedenen Perspektiven dargestellt, wobei die Sensoreinheit einen Verformungskörper 62, einen Messaufnehmer 61 und eine Signaltreiber- & Vorverstärkungseinheit 63 aufweist. Mittig in dem ringförmig gestalteten Verformungskörper - also in der Ausnehmung des Verformungskörpers - wird bevorzugt der Kolben angeordnet. Über den Messaufnehmer 61 wird eine Dehnung oder Stauchung erfasst. Dafür ist eine spezielle Zone unmittelbar an der Position des Messaufnehmers 61 am Verformungskörper so ausgelegt, dass sie sich bei entsprechender Dehnung oder Stauchung verformt. Die Signaltreiber- und Vorverstärkungseinheit 63 verstärkt die Widerstandsänderung und nimmt ggf. eine Korrektur der Werte vor, z.B. hinsichtlich der Temperatur. Die Signaltreiber- und Vorverstärkungseinheit 63 ist daher bevorzugt als elektrisches Interface bzw. Logik ausgebildet.
Die Messaufnehmer 61 können aus halbleitertechnisch gefertigten Siliziumeinheiten oder durch Dünnschicht- oder durch Dickschichttechnik erzeugten Strukturen bestehen. Dabei können sie als auf einer Metallfolie basierenden Grundkörpern oder als einfache, isolierende Beschichtungen zwischen zwei Metallkörpern ausgebildet sein. Die Sensoreinheiten 60 weisen vorzugsweise ein oder mehrere Messaufnehmer 61 sowie ein oder mehrere Signaltreiber- und Vorverstärkereinheiten 63 auf.
Insbesondere bevorzugt sind die Signaltreiber- und Vorverstärkungseinheiten 63 bzw. Messaufnehmer 61 stirnseitig oder am Umfang auf dem Verformungskörper bzw. Träger 62 der Sensoreinheit 60 angeordnet, insbesondere befestigt. Vorzugsweise sind die Sensoreinheiten 60 aus einem Metall oder einer Metalllegierung gefertigt.
Bezugszeichenliste

1: Bewegungsrichtung des Kolbens, wenn Bremspedal betätigt wird
10: Fahrerbremskraft
11: Federkraft auf Sensoreinheit
12: Kolbenkraft auf Zylinderboden
30: Kopplungslement zwischen Pedal und Druckübertragungsanordnung
31: Federlager, pedalseitig
32: Druckstange
33: Feder
34: Kugelgelenk der Druckstange
35: Kolben
36: Zylinder bzw. Zylinderkammer
40: hydraulische Steuereinheit
50: elektronische Steuereinheit
51: Kabelführung
60: Sensoreinheit
61: Messaufnehmer zur Erfassung mech. Dehnung und Stauchung
62: Verformungskörper
63: Signaltreiber- und Vorverstärkungseinheit
64: Sensoreinheit
100: Druckübertragungsanordnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012205432 A1 [0004]

Claims

Druckübertragungsanordnung für ein elektronisches Bremssystem eines Fahrzeugs, mit: - einem Zylinder (36), - einem Kolben (35), welcher dazu eingerichtet ist, mit einem Bremspedal gekoppelt zu werden und - einer Druckstange (32), welche zwischen dem Kolben (35) und dem Bremspedal angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, einen Fahrerbremsdruck vom Bremspedal zum Kolben (35) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragungsanordnung (100) eine einzige Feder (33) aufweist, welche an der Druckstange (32) oder an einem an der Druckstange befestigten Bauteil angeordnet ist und welche zur Bestimmung der Fahrerbremskraft (10) heranziehbar ist.
Druckübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragungsanordnung (100) eine Sensoreinheit (60) umfasst, mittels welcher die Bestimmung der Fahrerbremskraft (10) durchführbar ist.
Druckübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (60) als Kraftsensor ausgebildet ist und zwischen der hydraulischen Steuereinheit (40) und der Feder (33) angeordnet ist.
Druckübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragungsanordnung (100) eine Überlastschutzeinrichtung aufweist, welche auf die Feder (33) aufgebrachte Überlasten ableitet.
Druckübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstante der Feder (33) konstant ausgebildet ist, insbesondere degressiv.
Druckübertragungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (33) eine Vorspannkraft aufweist.
Verfahren zur Druckübertragung einer Fahrerbremskraft, insbesondere in einer Druckübertragungsanordnung (100) in einem Bremssystem, wobei die Druckübertragungsanordnung (100) einen Zylinder (36), einen Kolben (35) und eine Druckstange (32) aufweist, wobei die Druckstange (32) zwischen dem Kolben (35) und dem Bremspedal angeordnet ist und wobei folgende Schritte durchgeführt werden: - Übertragen eines Fahrerbremsdrucks von einem Bremspedal zu dem Kolben (35) über die Druckstange (32) dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragungsanordnung (100) eine einzige Feder (33) aufweist, welche an der Druckstange (32) angeordnet ist, wobei folgender weiterer Schritt durchgeführt wird: - Heranziehen einer Kraft auf die Feder (33) zur Bestimmung der Fahrerbremskraft (10).
Verfahren zur Druckübertragung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckübertragungsanordnung (100) eine Sensoreinheit (60) aufweist und folgender Schritt durchgeführt wird: - Bestimmen der Fahrerbremskraft mittels der Sensoreinheit (60) unter Heranziehung der Kraft auf die Feder (33).
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (33) während der Durchführung des Verfahrens zu keinem Zeitpunkt auf ihre Blocklänge gestaucht wird.