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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bremspedal für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Kraftsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 und ein Verfahren zum Betrieb eines Bremspedals.
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Derartige Bremspedale für Fahrzeuge, Kraftsensoren und Verfahren zum Betrieb von Bremspedalen sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt.
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Herkömmliche Bremspedale für Fahrzeuge sind üblicherweise mit einem rein mechanischen Durchgriff auf die Bremsen ausgestattet. Aufgrund der damit einhergehenden Nachteile ist es wünschenswert, das Bremspedal und die Bremsen voneinander mechanisch vollständig zu entkoppeln. Derartige Bremspedale werden als sogenannte Brake-by-Wire-Pedale bezeichnet und sind aus dem Stand der Technik in zahlreichen Ausführungsvarianten bereits bekannt. Brake-by-Wire-Pedale sind somit Pedale, bei denen eine direkte Wirkverbindung zwischen dem Bremspedal auf der einen Seite und dem Bremsaktor auf der anderen Seite, wie bei einem konventionellen Bremspedal, nicht mehr vorhanden ist. Bei einem konventionellen Bremspedal ist das Bremspedal beispielsweise mittels eines hydraulischen Systems direkt wirkverbunden mit den Bremsen. Diese direkte Wirkverbindung ist bei einem Brake-by-Wire-Pedal nicht mehr vorhanden. Stattdessen wird beispielsweise eine Drehbewegung eines Pedalhebels um eine Drehachse sensorisch erfasst, in ein Ausgangssignal umgewandelt und zur Ansteuerung eines Bremsaktors des Fahrzeugs verwendet. Ein Pedalemulator, also eine Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer zu einer Betätigung des Bremspedals korrespondierenden Gegenkraft, dient nun dazu, die bei einem konventionellen Bremspedal real existierenden haptischen Eindrücke nachzubilden, so dass ein Benutzer des Brake-by-Wire-Pedals den Eindruck eines konventionellen und für ihn gewohnten Bremspedals vermittelt bekommt.
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Die vorgenannten Brake-by-Wire Pedale umfassen eine Montageplatte, einen um eine Drehachse der Montageplatte drehbar angeordneten Pedalarm, eine an dem Pedalarm angeordnete Pedalplatte zur Betätigung des Pedalarms mit einem Fuß, eine Krafterzeugungseinheit zur Erzeugung einer zu einer Betätigung der Pedalplatte korrespondierenden Gegenkraft, eine Kopplungseinheit zur kraftübertragenden Kopplung des Pedalarms mit der Krafterzeugungseinheit, einen Wegsensor zur Erfassung eines Pedalwegs des Pedalarms bei dessen Drehung um die Drehachse und eine mit dem Wegsensor signalübertragend verbundene Auswerteeinheit zur Auswertung von Ausgangssignalen des Wegsensors.
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Hier setzt die vorliegende Erfindung an.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als sogenanntes Brake-by-Wire-Pedal ausgebildetes Bremspedal zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch ein Bremspedal mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bremspedal einen mit der Auswerteeinheit signalübertragend verbundenen Kraftsensor zur Erfassung einer Betätigungskraft bei der Betätigung der Pedalplatte aufweist, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Auswerteeinheit, in Abhängigkeit von zueinander korrespondierenden Ausgangssignalen des Wegsensors und des Kraftsensors, eine Fehlfunktion des Bremspedals ermittelbar ist. Ferner wird diese Aufgabe durch einen Kraftsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass ein als sogenanntes Brake-by-Wire-Pedal ausgebildetes Bremspedal verbessert ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung ist es beispielsweise möglich, dass eine Fehlfunktion des Bremspedals, insbesondere eine mechanische Fehlfunktion des Bremspedals, automatisch erkennbar ist. Die Auswertung der zueinander korrespondierenden Ausgangssignale des Wegsensors und des Kraftsensors in der Auswerteeinheit kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die zueinander korrespondierenden Ausgangsignale des Wegsensors und des Kraftsensors mittels einer Tabelle oder mittels eines Algorithmus einander zugeordnet sind. Im Normalfall, also wenn keine Fehlfunktion des Bremspedals vorliegt, würden die Ausgangssignale des Wegsensors und des Kraftsensors auf eine ganz bestimmte und in der Auswerteeinheit vorher festgelegte Art und Weise bei der Betätigung des Bremspedals zueinander korrespondieren. Je nach Ausbildung der Krafterzeugungseinheit kann es sein, dass diese Korrelation zwischen den Ausgangssignalen eine gewisse Bandbreite, also eine gewisse Toleranz, aufweist. Beispielsweise kann dies der Fall sein, wenn die Krafterzeugungseinheit eine Dämpfungseinheit aufweist. Im Fehlerfall, also wenn eine Fehlfunktion des Bremspedals vorliegt, würden die Ausgangssignale des Wegsensors und des Kraftsensors bei der Betätigung des Bremspedals nicht mehr in der vorher festgelegten und in der Auswerteeinheit hinterlegten Art und Weise zueinander korrelieren. Die Abweichung würde beispielsweise die vorgenannte Bandbreite der Korrelation, also den Toleranzbereich der Korrelation, übersteigen. Denkbar ist jedoch auch, dass die jeweilige Abweichung auf ein vorher festgelegtes Zeitintervall bezogen wird. Der Begriff „Montageplatte“ ist weit auszulegen und umfasst alle möglichen Geometrien zur Befestigung des Bremspedals an einer Konstruktion des Fahrzeugs. Entsprechend ist die Erfindung sowohl für stehende wie auch für hängende Bremspedale vorteilhaft einsetzbar.
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Grundsätzlich ist der Kraftsensor nach Art, Funktionsweise, Material, Dimensionierung, Anordnung und Anzahl in weiten geeigneten Grenzen frei wählbar. Beispielsweise kann der Kraftsensor als ein Kraftaufnehmer, eine Kraftmessdose, eine Wägezelle oder ein einen Federweg sensierender Hallsensor oder dergleichen ausgebildet sein. Der Kraftsensor kann ferner als ein für eine Mehrzahl von Bremspedaltypen geeignetes Modul ausgebildet sein, wobei das Modul eine für die Mehrzahl von Bremspedaltypen einheitlich ausgebildete Montageschnittstelle und eine für die Mehrzahl von Bremspedaltypen einheitlich ausgebildete Signalaustauschschnittstelle aufweist. Hierdurch ist es möglich, den Kraftsensor baugleich für eine Vielzahl von voneinander verschiedenen Fahrzeugtypen, auch für Fahrzeugtypen unterschiedlicher Fahrzeughersteller, zu verwenden. Gleiches gilt grundsätzlich auch für den weiteren Kraftsensor gemäß der dritten Variante.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bremspedals sieht vor, dass der Kraftsensor zwischen der Pedalplatte und dem Pedalarm angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, Fehlfunktionen des Bremspedals, insbesondere mechanische Fehlfunktionen des Bremspedals, in umfassender Art zu ermitteln. So ist es dadurch möglich, Fehlfunktionen in der Krafterzeugungseinheit, an der Kopplungseinheit, an dem Pedalarm und an der Drehachse des Pedalarms zu erkennen.
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Eine dazu alternative vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bremspedals sieht vor, dass der Kraftsensor zwischen dem Pedalarm und der Krafterzeugungseinheit, bevorzugt zwischen dem Pedalarm und der Kopplungseinheit oder der Kopplungseinheit und der Krafterzeugungseinheit, angeordnet ist. Hierdurch ist eine konstruktiv einfachere Realisierung des erfindungsgemäßen Bremspedals ermöglicht. Im Unterschied zu der vorhergehenden Ausführungsform ist hier beispielsweise keine fliegende Kabelverbindung für die Signalübertragungsverbindung zwischen dem Kraftsensor und der Auswerteeinheit erforderlich. Ferner ist es hierdurch möglich, den Kraftsensor an einer vor Umwelteinflüssen geschützten Stelle, beispielsweise in einem Inneren der Krafterzeugungseinheit, zu positionieren. Mittels der vorgeschlagenen Ausführungsform ist es möglich, Fehlfunktionen in der Krafterzeugungseinheit und, je nach Platzierung des Kraftsensors, an der Kopplungseinheit zu erkennen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der letztgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremspedals, wonach der Kraftsensor zwischen dem Pedalarm und der Krafterzeugungseinheit, bevorzugt zwischen dem Pedalarm und der Kopplungseinheit oder der Kopplungseinheit und der Krafterzeugungseinheit, angeordnet ist, sieht vor, dass das Bremspedal einen mit der Auswerteeinheit signalübertragend verbundenen weiteren Kraftsensor aufweist, wobei der weitere Kraftsensor zwischen der Pedalplatte und dem Pedalarm angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass mittels des weiteren Kraftsensors eine Überschreitung eines vorher festgelegten Kraftschwellwerts ermittelbar ist. Auf diese Weise ist eine weitgehende Verbindung der Vorteile der beiden vorgenannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremspedals ermöglicht. Der weitere Kraftsensor dient in Ergänzung zu dem Kraftsensor beispielsweise lediglich dazu, um eine mechanische Blockade des Pedalarms oder der Drehachse zu erfassen. Entsprechend ist es ausreichend, dass mittels des weiteren Kraftsensors eine Überschreitung eines vorher festgelegten Kraftschwellwerts ermittelbar ist. Der weitere Kraftsensor kann somit sehr einfach und damit robust und kompakt ausgebildet sein.
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Entsprechend sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mittels des weiteren Kraftsensors eine Überschreitung eines Kraftschwellwerts ermittelt wird, wobei das Überschreiten des Kraftschwellwerts als eine Fehlfunktion des Bremspedals ausgewertet wird.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei Vorliegen einer Fehlfunktion des Bremspedals mittels der Auswerteeinheit ein Fehlersignal erzeugt und zur weiteren Verarbeitung an ein übergeordnetes Steuergerät des Fahrzeugs übermittelt wird. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine mittels des erfindungsgemäßen Bremspedals erkannte Fehlfunktion des Bremspedals für die Ansteuerung von anderen Fahrzeugkomponenten des Fahrzeugs nutzbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass mittels einer Ausgabeeinheit eine Fehlermeldung an den Fahrzeugführer ausgegeben wird. Auch ist es möglich, dass aufgrund der erkannten Fehlfunktion des Bremspedals die Funktion eines Gaspedals des Fahrzeugs eingeschränkt wird.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Ausgangssignale des Kraftsensors in der Auswerteeinheit auch zur Ansteuerung eines Bremsaktors für einen Bremseingriff verwendet werden. Auf diese Weise ist der Funktionsumfang, also die Funktionalität, des Kraftsensors erweitert. Entsprechend ist es beispielsweise nicht erforderlich, einen zweiten Kraftsensor zur Ansteuerung des Bremsaktors für einen Bremseingriff vorzusehen. Ferner ist durch die kombinierte Verwendung eines Wegsensors und eines Kraftsensors zur Ansteuerung des Bremsaktors für einen Bremseingriff eine Steigerung der Qualität des Bremseingriffs ermöglicht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass der Bremseingriff als ein Notbremseingriff ausgebildet ist. So ist es beispielsweise möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Ausführung des Bremseingriffs mittels der zusätzlichen Verwendung des Kraftsensors zur Ansteuerung eines Bremsaktors für den Bremseingriff zu reduzieren.
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Anhand der beigefügten, grob schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bremspedals in einer Seitenansicht.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Bremspedals für ein Fahrzeug exemplarisch dargestellt. Das Fahrzeug ist nicht dargestellt. Das Bremspedal 2 umfasst eine ebenfalls nicht dargestellte Montageplatte, einen um eine Drehachse 4 der Montageplatte drehbar angeordneten Pedalarm 6, eine an dem Pedalarm 6 angeordnete Pedalplatte 8 zur Betätigung des Pedalarms 6 mit einem nicht dargestellten Fuß, eine Krafterzeugungseinheit 10 zur Erzeugung einer zu einer Betätigung der Pedalplatte 8 korrespondierenden Gegenkraft, eine Kopplungseinheit 12 zur kraftübertragenden Kopplung des Pedalarms 6 mit der Krafterzeugungseinheit 10, einen nicht dargestellten Wegsensor zur Erfassung eines Pedalwegs des Pedalarms 6 bei dessen Drehung um die Drehachse 4 und eine mit dem Wegsensor signalübertragend verbundene, nicht dargestellte Auswerteeinheit zur Auswertung von Ausgangssignalen des Wegsensors.
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Das Bremspedal 2 weist ferner einen mit der Auswerteeinheit signalübertragend verbundenen, nicht dargestellten Kraftsensor zur Erfassung einer Betätigungskraft bei der Betätigung der Pedalplatte 8 auf, wobei die Auswerteeinheit derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass mittels der Auswerteeinheit in Abhängigkeit von zueinander korrespondierenden Ausgangssignalen des Wegsensors und des Kraftsensors eine Fehlfunktion des Bremspedals 2 ermittelbar ist.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sieht eine erste Variante vor, dass der Kraftsensor zwischen der Pedalplatte 8 und dem Pedalarm 6 angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, Fehlfunktionen des Bremspedals 2, insbesondere mechanische Fehlfunktionen des Bremspedals 2, in umfassender Art zu ermitteln. So ist es dadurch möglich, Fehlfunktionen in der Krafterzeugungseinheit 10, an der Kopplungseinheit 12, an dem Pedalarm 6 und an der Drehachse 4 des Pedalarms 6 zu erkennen.
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Eine dazu alternative zweite Variante sieht vor, dass der Kraftsensor zwischen dem Pedalarm 6 und der Krafterzeugungseinheit 10, bevorzugt zwischen dem Pedalarm 6 und der Kopplungseinheit 12 oder der Kopplungseinheit 12 und der Krafterzeugungseinheit 10, angeordnet ist. Hierdurch ist eine konstruktiv einfachere Realisierung des erfindungsgemäßen Bremspedals ermöglicht. Im Unterschied zu der ersten Variante ist hier beispielsweise keine fliegende Kabelverbindung für die Signalübertragungsverbindung zwischen dem Kraftsensor und der Auswerteeinheit erforderlich. Ferner ist es hierdurch möglich, den Kraftsensor an einer vor Umwelteinflüssen geschützten Stelle, beispielsweise in einem Inneren der Krafterzeugungseinheit 10, zu positionieren. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass diese oder andere Signalübertragungsverbindungen bezüglich des erfindungsgemäßen Bremspedals drahtlos erfolgen. Mittels dieser Variante ist es möglich, Fehlfunktionen in der Krafterzeugungseinheit 10 und, bei einer Platzierung des Kraftsensors zwischen dem Pedalarm 6 und der Kopplungseinheit 12, an der Kopplungseinheit 12 zu erkennen.
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Gemäß einer dritten Variante kann es vorgesehen sein, dass der Kraftsensor zwischen dem Pedalarm 6 und der Krafterzeugungseinheit 10, bevorzugt zwischen dem Pedalarm 6 und der Kopplungseinheit 12 oder der Kopplungseinheit 12 und der Krafterzeugungseinheit 10, angeordnet ist, und, dass das Bremspedal 2 einen mit der Auswerteeinheit signalübertragend verbundenen weiteren, ebenfalls nicht dargestellten Kraftsensor aufweist, wobei der weitere Kraftsensor zwischen der Pedalplatte 8 und dem Pedalarm 6 angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass mittels des weiteren Kraftsensors eine Überschreitung eines vorher festgelegten Kraftschwellwerts ermittelbar ist. Auf diese Weise ist eine weitgehende Verbindung der Vorteile der ersten und der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Bremspedals ermöglicht. Der weitere Kraftsensor dient in Ergänzung zu dem Kraftsensor beispielsweise lediglich dazu, um eine mechanische Blockade des Pedalarms 6 oder der Drehachse 4 zu erfassen. Entsprechend ist es ausreichend, dass mittels des weiteren Kraftsensors eine Überschreitung eines vorher festgelegten Kraftschwellwerts ermittelbar ist. Der weitere Kraftsensor kann somit sehr einfach und damit robust und kompakt ausgebildet sein.
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Der Kraftsensor des vorliegenden Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Bremspedals ist als ein für eine Mehrzahl von Bremspedaltypen geeignetes Modul ausgebildet, wobei das Modul eine für die Mehrzahl von Bremspedaltypen einheitlich ausgebildete Montageschnittstelle und eine für die Mehrzahl von Bremspedaltypen einheitlich ausgebildete Signalaustauschschnittstelle aufweist. Hierdurch ist es möglich, den Kraftsensor baugleich für eine Vielzahl von voneinander verschiedenen Fahrzeugtypen, auch für Fahrzeugtypen unterschiedlicher Fahrzeughersteller, zu verwenden. Gleiches gilt grundsätzlich auch für den weiteren Kraftsensor gemäß der dritten Variante.
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Im Nachfolgenden wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremspedals sowie das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und anhand der 1 näher erläutert.
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Das Bremspedal 2 befindet sich zunächst in einer in der 1 dargestellten Ruhelage, in der das Bremspedal 2 nicht betätigt wird. Zwecks Bremseingriff tritt ein nicht dargestellter Fahrzeugführer mit seinem Fuß auf die Pedalplatte 8, so dass die Pedalplatte 8 mit einer Betätigungskraft beaufschlagt wird, die den Pedalarm 6 in der Bildebene von 1 im Uhrzeigersinn um die Drehachse 4 dreht. Diese Drehung des Pedalarms 6 um die Drehachse 4 wird mittels des Wegsensors erfasst und ein dazu korrespondierendes Ausgangssignal des Wegsensors wird zur Auswertung an die Auswerteeinheit weitergeleitet. Das Ausgangssignal führt im Normalfall, also wenn keine Fehlfunktion des Bremspedals 2 vorliegt, auf dem Fachmann bekannte Weise zur Ansteuerung eines nicht dargestellten Bremsaktors des Fahrzeugs, also zu einem Bremseingriff. Die Ausgangssignale des Kraftsensors werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch nicht nur zur Erkennung einer Fehlfunktion des Bremspedals 2 verwendet, sondern werden in der Auswerteeinheit auch zur Ansteuerung des nicht dargestellten Bremsaktors für einen Bremseingriff, nämlich einen Notbremseingriff, verwendet. Bei anderen Ausführungsformen ist es denkbar, dass für den normalen Bremseingriff, also wenn keine Notbremsung vorliegt, ebenfalls der Wegsensor und der Kraftsensor verwendet werden. Möglich ist jedoch auch, dass für den normalen Bremseingriff lediglich der Wegsensor verwendet wird.
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Eine Fehlfunktion des Bremspedals 2, insbesondere eine mechanische Fehlfunktion des Bremspedals 2, ist in der Praxis nicht auszuschließen. Beispielsweise kann es sein, dass aufgrund von Umwelteinflüssen die Drehachse 4, der Pedalarm 6, die Krafterzeugungseinheit 10 oder die Kopplungseinheit 12 mechanisch blockiert. Schmutz, Rost oder Alltagsgegenstände, die sich in der Mechanik des Bremspedals 2 verklemmt haben, können hierfür verantwortlich sein.
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Sofern eine Fehlfunktion des Bremspedals 2 vorliegt, wird diese mittels der Auswerteeinheit in Abhängigkeit von zueinander korrespondierenden Ausgangssignalen des Wegsensors und des Kraftsensors ermittelt. Im Fehlerfall würden die Ausgangssignale des Wegsensors und des Kraftsensors bei der Betätigung des Bremspedals nicht mehr in einer vorher festgelegten und in der Auswerteeinheit hinterlegten Art und Weise zueinander korrelieren. Die Abweichung würde beispielsweise eine vorher festgelegte Bandbreite der Korrelation, also den Toleranzbereich der Korrelation, übersteigen. Denkbar ist jedoch auch, dass die jeweilige Abweichung auf ein vorher festgelegtes Zeitintervall bezogen wird. Dies gilt für alle der drei oben genannten Varianten des vorliegenden Ausführungsbeispiels.
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Im Unterschied zu der ersten und der zweiten Variante weist die dritte Variante zusätzlich den weiteren Kraftsensor auf. Der weitere Kraftsensor dient bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich dazu, um eine mechanische Blockade des Pedalarms 6 oder der Drehachse 4 zu erfassen. Mittels des weiteren Kraftsensors wird eine Überschreitung des vorher festgelegten Kraftschwellwerts ermittelt, wobei das Überschreiten des Kraftschwellwerts in der Auswerteeinheit als eine Fehlfunktion des Bremspedals 2 ausgewertet wird.
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Aufgrund der Erkennung der Fehlfunktion des Bremspedals 2 wird mittels der Auswerteeinheit ein Fehlersignal erzeugt und zur weiteren Verarbeitung an ein übergeordnetes Steuergerät des Fahrzeugs übermittelt. Beispielsweise wird mittels einer nicht dargestellten Ausgabeeinheit eine Fehlermeldung an den Fahrzeugführer ausgegeben. Auch ist es möglich, dass aufgrund der erkannten Fehlfunktion des Bremspedals die Funktion eines nicht dargestellten Gaspedals des Fahrzeugs eingeschränkt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt. Beispielsweise ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Bremspedal nicht zusätzlich über einen weiteren Kraftsensor verfügt. Auch ist es nicht zwingend erforderlich, dass der Kraftsensor oder der weitere Kraftsensor, falls vorhanden, jeweils als ein Modul ausgebildet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Bremspedal
- 4
- Drehachse
- 6
- Pedalarm
- 8
- Pedalplatte
- 10
- Krafterzeugungseinheit
- 12
- Kopplungseinheit
