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Die Erfindung betrifft einen Simulator für ein Brake-by-Wire-Bremssystem, umfassend einen Kolben, ein Druckstück und ein elastisches Element, das in einer Simulatorkammer angeordnet ist. Sie betrifft weiterhin ein Bremssystem.
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In modernen Brake-by-Wire-Bremssystemen wird zum aktiven Druckaufbau in einer Normalbetriebsart eine Druckbereitstellungseinrichtung verwendet. Der Fahrerbremswunsch wird dabei elektronisch („by-wire“) erfasst und das Bremsmoment bereitgestellt. Der Fahrer baut also in dieser Normalbetriebsart nicht durch Muskelkraft Bremsdruck auf. Um dem Fahrer ein konventionelles Bremsgefühl zu vermitteln, wird ein hydraulischer Simulator eingesetzt, der beispielsweise mit der Primärkammer eines Tandemhauptbremszylinders hydraulisch verbunden ist. In einer hydraulischen Rückfallebene werden die Kammern des Hauptbremszylinders mit den Bremskreisen verbunden, so dass der Fahrer durch Muskelkraft Bremsflüssigkeit in die Radbremsen verschieben kann.
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Der Simulator bzw. Pedalgefühlsimulator ist eine fahrzeug- und anforderungsspezifische Ausführung. Durch eine gezielte Wahl von einem Federelement und einem Druckstück kann das gewünschte Kraft-Weg-Verhalten am Bremspedal abgebildet werden. Eine wichtige Eigenschaft des Simulators ist ein linearer Bereich, welcher die Pedalkraft/Weg-Kurve beeinflusst und dessen Dimension hauptsächlich von dem Design eines im Simulator verwendeten Druckstückes abhängt.
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Die Feinabstimmung der Pedalkraft/Weg-Charakteristik hängt von der Feineinstellung von zwei Komponenten des Simulators ab, nämlich dem Federelement und dem Druckstück. Bei vorgegebenem Federelement kann diese Charakteristik nur angepasst werden durch Austausch des Druckstückes. Dieses muss individuell nach berechneten Vorgaben angefertigt werden, was gewöhnlich ein zeitaufwändiger und ressourcenintensiver Prozess ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Simulator bereitzustellen, welcher sich flexibel an Anforderungen an die Pedalweg/Kraft-Charakteristik anpassen lässt. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem bereitgestellt werden.
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In Bezug auf den Simulator wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Druckstück wenigstens zwei Teile umfasst, wobei zwischen einem ersten Teil und einem zweiten Teil ein Raum ausgebildet ist, welcher mit wenigstens einem Füllelement gefüllt werden kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass es wünschenswert wäre, wenn die Kraft/Weg-Charakteristik eines Simulators konfigurierbar wäre, ohne dass in aufwändiger Weise Komponenten des Simulators neu designt und ausgetauscht werden müssen.
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Wie nunmehr erkannt wurde, kann ein Simulator mit anpassbarer Kraft/Weg-Charakteristik bereitgestellt werden, indem das Druckstück gewissermaßen modular ausgebildet wird und auf diese Weise in seiner Dimension verändert werden kann.
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Vorteilhafterweise ist zumindest bereichsweise zwischen Kolben und Druckstück, insbesondere in einem Hohlraum, der innerhalb von Druckstück und/oder Kolben geformt ist, eine Feder angeordnet.
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Vorteilhafterweise ist das wenigstens eine Füllelement als Füllscheibe ausgebildet. Die jeweilige Füllscheibe ist bevorzugt als Ringscheibe ausgebildet, so dass sie im radial inneren Bereich einen Bereich eines Teils aufnehmen kann und auf diese Weise auch positioniert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Druckstück ein Stirnteil mit einem T-förmigen Querschnitt und einer Stirnseite, welche dem elastischen Element gegenüberliegt, wobei das Druckstück ein Hülsenteil umfasst, welches im zusammengesetzten Zustand zumindest teilweise das Stirnteil umgibt.
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Das Hülsenteil umfasst vorteilhafterweise einen Kragenbereich, der in radialer Richtung einen Kragenbereich des Stirnteils überragt.
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Die wenigstens eine Füllscheibe ist vorteilhafterweise axial zwischen den beiden Kragenbereichen angeordnet.
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Das Druckstück umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ein Einsetzstück, welches im zusammengesetzten Zustand zumindest teilweise von dem Hülsenteil umgeben wird.
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Bevorzugt ist wenigstens eine Füllscheibe axial zwischen einem Randbereich des Hülsenteils und einem Randbereich des Einsetzstückes angeordnet.
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Die, insbesondere drei, Teile sind bevorzugt ausgebildet, zumindest teilweise ein gemeinsames Fixierungselement aufzunehmen.
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Das Stirnteil ist bevorzugt auf seiner Stirnseite ausgebildet, ein Vorsprungelement aufzunehmen, welches im zusammengesetzten Zustand von dieser Stirnseite absteht. Das Vorsprungelement ist bevorzugt in Form eines Knopfes ausgebildet, der vom Stirnteil an seiner Stirnseite aufgenommen wird.
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In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe gelöst mit einem hydraulischen Hauptbremszylinder, welcher zumindest eine hydraulische Kammer umfasst, die hydraulisch mit einem Simulator nach einem der vorherigen Ansprüche trennbar verbunden ist.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Entwicklung von Prototyp-Simulatoren stark optimiert wird, da während der Testphasen zu verschiedenen Pedalkraft/Weg-Charakteristiken kein neues Druckstück hergestellt werden muss. Es werden weniger Ressourcen benötigt. Die Feineinstellung des Simulators kann erzielt werden durch die Feinabstimmung der Dimensionen des Simulators, insbesondere des modularen Druckstückes. Verschiedene Ausführungen der Kraft/Weg-Charakteristik können während der Entwicklungsarbeiten ausgewertet werden. Weiterhin wird in diesem Zuge auch die Feinabstimmung der Bremspedalcharakteristik ermöglicht.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- 1 Komponenten eines Brake-by-Wire-Bremssystems;
- 2 ein Druckstück eines Simulators in einer bevorzugten Ausführungsform;
- 3 ein einstückiges Druckstück mit den Dimensionen des Druckstückes aus 2; und
- 4 zwei verschiedene Pedalkraft/Weg-Charakteristiken, die zu zwei unterschiedlichen Ausprägungen des Druckstückes korrespondieren.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Brake-by-Wire-Bremssystem 2 dargestellt, welches einen Bremsflüssigkeitsbehälter 6 und einen hydraulisch damit trennbar verbindbaren Hauptbremszylinder 10 aufweist, der eine Primärkammer 20 aufweist, in der ein Primärkolben 16 verschiebbar ist sowie eine Sekundärkammer 22, in der ein Sekundärkolben 18 verschiebbar ist. Der Primärkolben 16 ist über ein Bremspedal 34 und eine Koppelstange 30 betätigbar. Die beiden Kammern 20, 22 des Hauptbremszylinders 10 sind hydraulisch durch Trennventile trennbar mit Radbremsen (nicht dargestellt) verbindbar, wobei ein Trennventil 40 dargestellt ist, durch welches die Sekundärkammer 22 von Radbremsen hydraulisch abgetrennt werden kann. In der Normalbetriebsart, dem Brake-by-Wire-Modus, werden die Trennventile geschlossen und Radbremsdruck wird aktiv mittels einer Druckbereitstellungseinrichtung 80 aufgebaut.
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In diesem Brake-by-Wire-Modus wird der Fahrerbremswunsch erfasst, indem beispielsweise der Pedalweg oder Kolbenweg mittels eines, vorzugsweise redundant ausgebildeten, Wegsensors gemessen wird. Um dem Fahrer ein gewohntes bzw. konventionelles Pedalgefühl bereitzustellen, ist ein Pedalgefühlsimulator bzw. Simulator 50 vorgesehen, mit einem Simulatorgehäuse 58. Der Simulator 50 umfasst ein elastisches Element 60, ein Druckstück 54 und einen Simulatorkolben 62, wobei das Druckstück 54 im Rahmen der folgenden Figuren ausführlich beschrieben wird. Der Simulator 50 ist hydraulisch trennbar über ein Simulatorventil 44 mit der Primärkammer 20 verbunden.
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In 2 ist ein Druckstück 54 eines Simulators 50 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Das Druckstück 54 umfasst ein erstes Teil 92 und ein zweites Teil 94 sowie ein drittes Teil 96. Die Erfindung sieht somit ein modulares Druckstück 54 vor, welches aus wenigstens zwei Komponenten bzw. Teilen 92, 94, 96 aufgebaut ist, wobei der Raum zwischen jeweils zwei Teilen 92, 94 und 94, 96 zumindest bereichsweise mit Füllelementen 100, die im bevorzugten Ausführungsbeispiel als Füllscheiben, die als Ringscheiben ausgebildet sind, ausgefüllt werden kann, so dass effektiv die Dimensionen des Druckstückes 54 verändert werden.
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Das erste Teil 92 ist in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform als Stirnteil 104 mit einer Stirnseite 106 ausgebildet. Es weist einen Kragen 108 auf und hat im Wesentlichen in axialer Richtung gesehen einen T-förmigen Querschnitt. Das zweite Teil 94 ist als Hülsenteil 202 ausgebildet, welches einen Kragen 112 aufweist, der den Kragen 108 des Stirnteils 104 zumindest teilweise in axialer Richtung mit einem in axialer Richtung verlaufenden Bereich 120 überragt bzw. in axialer Richtung gesehen überlappt, sofern der axiale Abstand der beiden Teile 92, 94 nicht einen Schwellenabstand überschreitet.
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Das dritte Teil 96 ist als Einsetzstück 204 ausgebildet, welches im zusammengesetzten Zustand zumindest teilweise von dem Hülsenteil aufgenommen wird. Das Einsetzstück weist auf seiner dem Stirnteil 104 abgewandten Seite einen Hohlraum 132 auf, der im zusammengesetzten Zustand des Simulators 50 eine Feder 154 (siehe 1) zumindest teilweise aufnimmt.
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Zwischen Teil 92 und Teil 94 ist im Bereich zwischen den beiden Kragen ein Bereich bzw. Raum s1 gebildet, der als Ringraum ausgebildet ist. Zwischen dem zweiten Teil 94 (Hülsenteil) und dem dritten Teil 96 (Einsetzstück) ist ein weiterer, als Ringraum ausgebildeter, Bereich bzw. Raum s2 ausgebildet.
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Die Räume s1 und s2 bzw. Abstände des Druckstückes 54 werden angepasst, indem kalibrierte Füllscheiben eingebracht werden. Diese haben bevorzugt eine minimale Dicke von 0.05 mm. Auf diese Weise werden die Dimensionen h0, h1 und h2 angepasst, welche Einfluss auf die Länge der linearen Lösung der Kraft/Weg-Charakteristik haben. Weiterhin können Füllschieben vorgesehen sein, die das Hülsenteil benachbart zu seinem Kragen 112 umgeben. Die Dimension h0 bezeichnet hierbei die Gesamtlänge des Druckstückes 54, die Dimension h1 eine Verschiebung der Teile 92, 94 gegeneinander und die Dimension h2 die Länge eines Bereiches des Druckstückes 54, das radial eine größere Ausdehnung hat als das Hülsenstück 94.
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Die Teile 92, 94, 96 werden von einem gemeinsamem Fixierelement 124, welches in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform als Bolzen ausgebildet ist, zusammengehalten und miteinander fixiert.
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Das modulare Druckstück 54 weist einen entfernbaren Knopf 162 auf, der an der Stirnseite 106 des Stirnteils 104 eingesetzt ist und der in unterschiedlichen Dimensionen und Formen ausgebildet sein kann, wodurch die Feinabstimmung der Pedalkraft/Weg-Charakteristik noch flexibler durchgeführt werden kann. Die Hauptaufgabe des Knopfes 162 ist, einen weichen Übergang zwischen dem linearen Bereich und dem ansteigenden Bereich in der Pedalkraft/Weg-Charakteristik zu ermöglichen.
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Das modulare Druckstück 54 ist besonders gut geeignet für prototypische Entwicklungen, in denen die Pedalkraft/Weg-Charakteristik variiert werden soll. Das Druckstück 54 kann mit Hilfe von unterschiedlichen Bestückungen mit Füllelemente unterschiedlich dimensioniert werden, bis eine gewünschte Charakteristik gefunden ist. Erst dann muss das finale Druckstück hergestellt, insbesondere gegossen, werden.
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In 3 ist ein Druckstück 170 dargestellt, welches der Ausführung gemäß 2 entspricht und welches aufgrund der Dimensionierungen des Druckstückes 54 gemäß 2 gefertigt, insbesondere gegossen, wurde.
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In 4 sind beispielsgemäß zwei Pedalkraft/Weg-Kurven 180, 182 dargestellt, die zu zwei unterschiedlichen Konfigurationen des Simulators 2 bzw. des Druckstückes 54 korrespondieren. Die Kurve 182 korrespondiert zu dem auch in 3 dargestellten Druckstück 170; die Kurve 180 korrespondiert zu dem Druckstück 172, welches im Gegensatz zu Druckstück 170 keinen Knopf 162 aufweist. Auf der x-Achse 184 ist der Kolbenweg, auf der y-Achse 186 ist die Kraft aufgetragen. Beide Kurven 180, 182 weisen, mit steigendem Kolbenweg, jeweils einen im Wesentlichen linearen Bereich 190, 192 auf, an den sich jeweils ein steilerer Übergangsbereich 194, 196 anschließt, bevor die Kurve in einem Endbereich 190, 200 jeweils sehr steil wird. Wie erkennbar ist wirkt sich das Vorhandensein des Knopfes auf die Länge des linearen Bereiches aus.
