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Die Erfindung betrifft eine Pedalbetätigungseinheit nach Anspruch 1.
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Im Stand der Technik bekannte Pedalbetätigungseinheiten sind häufig mit einem Bremspedal-Simulator hydraulisch verbunden, wobei der Bremspedal-Simulator das von einem Fahrzeugführer erwartete Pedalgefühl bei einer Betätigung eines Bremspedals nachbildet. Im Normalbetrieb einer Bremsanlage mit einer solchen Pedalbetätigungseinheit besteht dabei keine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Radbremsen an sich. Vielmehr wird der aus einer Betätigung der Pedalbetätigungseinheit abgeleitete Bremsdruck in den Radbremsen durch eine häufig elektromechanische Druckbereitstellungseinrichtung in Kombination mit einer entsprechenden hydraulischen Ventilschaltung erzeugt.
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In einer hydraulischen Rückfallebene kann durch entsprechende Ansteuerung des hydraulischen Bremssystems, bzw. einer entsprechenden Ventilschaltung, eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der Pedaleinheit und den Radbremsen hergestellt werden, sodass ein Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung zumindest teilweise kompensiert werden kann.
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Für moderne Fahrzeugarchitekturen wird jedoch zunehmend eine reine „drive-by-wire“ Lösung relevant, bei der keine hydraulische Verbindung mehr zwischen der Pedalbetätigungseinheit und dem hydraulischen Bremssystem besteht. Dabei soll eine solche Pedalbetätigungseinheit einem Fahrzeugführer jedoch nach wie vor das Gefühl eine hydraulischen Bremsanlage vermitteln.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Pedalbetätigungseinheit zu schaffen, die ohne hydraulische Verbindung zu dem Bremssystem bei einer Pedalbetätigung einem Fahrzeugführer ein gewohntes Bremsbetätigungsgefühl bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird mit der Pedalbetätigungseinheit nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Pedalbetätigungseinheit sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Pedalbetätigungseinheit mit einem um eine Schwenkachse schwenkbar gelagerten Bremspedal und einem Rückstellmechanismus mit wenigstens einem elastischen Element, wobei der Rückstellmechanismus dazu ausgebildet ist, bei Auslenkung des Bremspedals aus dessen Ruhelage eine Rückstellkraft auf das Bremspedal in Richtung seiner Ruhelage zu bewirken. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Rückstellmechanismus ein entlang der Schwenkachse verschiebbar gelagertes Kompressionselement aufweist, wobei das Kompressionselement so mit dem Bremspedal verbunden ist, dass bei einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse das Kompressionselement entlang der Schwenkachse verschoben wird und das elastische Element komprimiert.
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Dabei ist der Rückstellmechanismus vorzugsweise so ausgeführt, dass die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft mit der Betätigung des Bremspedals stetig zunimmt.
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Die vorstehend beschriebene Pedalbetätigungseinheit hat dabei den Vorteil, dass sie vollständig ohne hydraulische Komponenten funktioniert. Folglich ist die Pedalbetätigungseinheit wartungsfrei und nahezu verschleißfrei. Überdies ist keine hydraulische Verbindung von der Pedalbetätigungseinheit zu der eigentlichen Bremsanlage eines Fahrzeugs vonnöten, sodass die Pedalbetätigungseinheit frei in einem Fußraum des Fahrzeugs positioniert werden kann. Die Übermittlung einer Bremsanforderung von der Pedalbetätigungseinheit an die Bremsanlage erfolgt dabei bevorzugt auf rein elektronischem Weg, beispielsweise über ein Bus-System des Fahrzeugs.
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Die Übertragung einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse in eine Kompression des elastischen Element wird nach einer bevorzugten Ausführungsform realisiert, indem das Kompressionselement eine relativ zur Schwenkachse umlaufende Rampenkontur aufweist. Die Rampenkontur wirkt dabei mit weiteren Elementen der Pedalbetätigungseinheit so zusammen, dass bei einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse das Kompressionselement entlang der Schwenkachse verschoben wird und das elastische Element komprimiert.
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Um zu vermeiden, dass sich das Kompressionselement mit einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse ebenfalls um die Schwenkachse verdreht, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Kompressionselement drehfest auf der Schwenkachse angeordnet ist. Dies kann durch eine entsprechende Führung des Kompressionselement in der Pedalbetätigungseinheit gewährleistet werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass das Kompressionselement zumindest abschnittsweise ringförmig ausgebildet ist. Dabei ist die Ringform vorzugsweise konzentrisch mit der Schwenkachse in der Pedalbetätigungseinheit angeordnet.
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Wie zuvor beschrieben wurde, erfolgt nach einer Ausführungsform die Übersetzung der Rotation des Bremspedals in eine Kompression des elastischen Elements mittels einer in dem Kompressionselement ausgebildeten Rampenkontur. Um zu gewährleisten, dass durch die Rampenkontur eine Verschiebung des Kompressionselements in Richtung des elastischen Elements erzeugt werden kann, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Rampenkontur mit der Schwenkachse zumindest abschnittweise einen Winkel kleiner als 90° einschließt. Dies ist gleichbedeutend damit, dass die Flächennormale der Rampenkontur zumindest an einigen Punkten der Rampenkontur nicht parallel zu der Schwenkachse ausgerichtet ist.
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Dabei ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der von Rampenkontur und Schwenkachse eingeschlossene Winkel für unterschiedliche Winkelpositionen senkrecht zur Schwenkachse unterschiedlich ist. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen der Schwenkachse und der Rampenkontur entlang eines Rotationsumlaufs stetig abnimmt. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einer anfänglichen Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse zunächst nur eine geringe Kompression des elastischen Elements erfolgt. Mit zunehmender Betätigung des Bremspedals und mithin weiterer Rotation um die Schwenkachse wird die mit einer weiteren Rotation des Bremspedals verursachte Kompression des elastischen Elements immer stärker. Folglich nimmt die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft anfänglich bei einer Betätigung des Bremspedals nur langsam zu. Ab einem bestimmten Betätigungswinkel wird jedoch die Rampenkontur steiler, sodass die Rückstellkraft auf das Bremspedal bei einer weiteren Betätigung stark zunimmt. Dies entspricht grade dem von einer klassischen, hydraulischen Bremse zu erwartenden Verhalten.
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Das Bremspedal ist dabei nach einer bevorzugten Ausführungsform auf einem Hebelarm angeordnet, wobei der Hebelarm schwenkbar um die Schwenkachse gelagert ist. Dabei ist der Hebelarm vorzugsweise in seiner axialen Position entlang der Schwenkachse in der Pedalbetätigungseinheit festgelegt. Der einzige Freiheitsgrad des Hebelarms besteht dabei in einer Rotation um die Schwenkachse.
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Zur Übertragung der Rotation des Bremspedals, bzw. des Hebelarms auf die Rampenkontur des Kompressionselements, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass an dem Hebelarm ein Nocken angeordnet ist, der sich parallel zu der Schwenkachse erstreckt und auf der Rampenkontur aufliegt. Folglich gleitet der Nocken bei einer Rotation des Hebelarms um die Schwenkachse auf der Rampenkontur entlang. Je nach Steigung der Rampenkontur wird dabei das Kompressionselement von dem Nocken entlang der Schwenkachse von dem Hebelarm weg getrieben, was zu einer Kompression des elastischen Elements und mithin einer auf das Bremspedal wirkenden Rückstellkraft führt.
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Dabei weist der Nocken nach einer bevorzugten Ausführungsform in Richtung der Rampenkontur einen abgerundeten Kopfbereich auf. Auf diese Weise kann die Reibung zwischen dem Nocken und der Rampenkontur und entsprechend der Verschleiß der Pedalbetätigungseinheit auf Minimum reduziert werden.
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Vorzugsweise sind dabei die Oberfläche der Rampenkontur und/oder der Kopfbereich des Nockens mit einer hochfesten und die Gleiteigenschaften verbessernden Beschichtung versehen.
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Zur Festlegung der Elemente der Pedalbetätigungseinheit auf einer gemeinsamen Schwenkachse ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Pedalbetätigungseinheit einen Lagerbolzen aufweist, wobei das elastische Element und/oder das Kompressionselement und/oder das Bremspedal auf dem Lagerbolzen gelagert sind. Vorzugsweise legt dabei der Lagerbolzen die Schwenkachse fest. Die Anordnung der einzelnen Elemente auf einem gemeinsamen Lagerbolzen hat dabei den Vorteil, dass bei einer Montage zunächst die Elemente in der gewünschten Anordnung auf dem Lagerbolzen positioniert und anschließend der Lagerbolzen in der Pedalbetätigungseinheit festgelegt werden kann. Dies erleichtert den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Pedalbetätigungseinheit.
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Der Lagerbolzen erfüllt dabei nach einer weiteren Ausführungsform eine Doppelfunktion, indem der Lagerbolzen ein Widerlager für das elastische Element ausbildet, das eine Verschiebung des elastischen Elements entlang der Schwenkachse begrenzt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Lagerbolzen endseitig so aufgeweitet ist, dass das elastische Element nur von einer Seite auf den Lagerbolzen geführt werden kann und bei einer Verschiebung entlang des Lagerbolzens durch das aufgeweitete Ende endseitig fixiert wird.
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Zur Positionierung des elastischen Elements auf dem Lagerbolzen ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das elastische Element ringförmig ausgebildet ist. Dabei ist das elastische Element nach einer weiteren Ausführungsform konzentrisch mit der Schwenkachse angeordnet, was bei einer Anordnung des elastischen Elements auf dem Lagerbolzen nach einer Ausführungsform automatisch gegeben ist.
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Dabei besteht das elastische Element nach einer ersten Ausführungsform aus einem Elastomer. Nach einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem elastischen Element um eine Tellerfeder.
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Um eine Blockade des Rückstellmechanismus durch Fremdkörper zu vermeiden, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass wenigstens das elastische Element und das Kompressionselement in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Dabei ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Gehäuse auf dem Lagerbolzen angeordnet ist, wodurch ein kompakter Gesamtaufbau erreicht werden kann, da keine weiteren Lagerungen für das Gehäuse benötigt werden.
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Der Lagerbolzen ist wiederum nach einer weiteren Ausführungsform in einer Tragstruktur befestigt. Bei der Tragstruktur handelt es sich vorzugsweise um ein einteiliges Bauteil, das vorzugsweise aus einem Metall besteht. Die Tragstruktur dient dabei einerseits zur Festlegung der Positionen der Elemente der Pedalbetätigungseinheit zueinander und andererseits zur Festlegung der Pedalbetätigungseinheit in einem Fahrzeug. Zur Festlegung des Pedalbetätigungseinheit in einem Fahrzeug ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Tragstruktur Befestigungslöcher zur Befestigung der Tragstruktur in einem Fahrzeug aufweist.
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Zuvor wurde bereits ausgeführt, dass das Kompressionselement nach einer Ausführungsform drehfest auf der Schwenkachse angeordnet ist. Hierzu ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Kompressionselement einen radial von der Schwenkachse weg gerichteten Führungsarm aufweist, wobei die Tragstruktur eine sich parallel zu der Schwenkachse erstreckende Führung aufweist, in die der Führungsarm eingreift. Folglich verhindert die Führung des Führungsarms eine Rotation des Kompressionselements um die Schwenkachse, sodass bei einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse die Rotationsbewegung mittels der Rampenkontur in eine Translation des Kompressionselements entlang der Schwenkachse umgesetzt wird.
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Bei Anordnung des elastischen Elements und des Kompressionselements ist dabei nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das Gehäuse in Richtung der Schwenkachse einen Längsschlitz aufweist. Auf diese Weise wird eine Translation des Kompressionselements entlang der Schwenkachse bei einer Rotation des Bremspedals um die Schwenkachse nicht durch das Gehäuse behindert.
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Entsprechend einer zuvor beschriebenen Ausführungsform sollen das elastische Element, das Kompressionselement und der Hebelarm des Bremspedals gemeinsam auf einem Lagerbolzen angeordnet werden, der wiederum an der Tragstruktur befestigt ist. Dabei ist an einem Ende des Lagerbolzens ein Widerlager für das elastische Element vorgesehen. An dem hierzu gegenüberliegenden Ende des Lagerbolzens ist der Hebelarm direkt gegen die Tragstruktur abgestützt. Bei einer Betätigung des Bremspedals wird dann eine Kraft von dem Kompressionselement zum einen auf das elastische Element und zum anderen auf den Hebelarm, bzw. dessen Lagerung auf der Lagerbolzen in Richtung der Schwenkachse bewirkt. Aufgrund der gleichzeitigen Rotation des Hebelarms um die Schwenkachse kann es zwischen dem Hebelarm und der Tragstruktur an dieser Stelle zu hohen Reibungskräften kommen, die einen erhöhten Verschleiß des Mechanismus verursachen können. Dem wird jedoch nach einer weiteren Ausführungsform dadurch vorgebeugt, dass zwischen dem Hebelarm und der Tragstruktur wenigstens eine Axiallagerscheibe angeordnet ist. Die Axiallagerscheibe besteht dabei vorzugsweise aus einem reibungsmindernden Material, oder ist mit einem solchen Material beschichtet.
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Die erfindungsgemäße Pedalbetätigungseinheit ist, wie bereits ausgeführt wurde, hydraulisch von der eigentlichen Bremsanlage entkoppelt. Eine Ansteuerung der Bremsanlage zur Erzeugung eines Bremsdrucks erfolgt demnach ausschließlich auf der Grundlage elektrischer Signale, die einen Bremswunsch eines Fahrers abbilden. Zur Ermittlung solcher Steuersignale für die Bremsanlage ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Pedalbetätigungseinheit wenigstens eine Sensorvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist einen Rotationswinkel des Bremspedals, insbesondere dessen Hebelarms, um die Schwenkachse zu detektieren. Aus dem Rotationswinkel des Bremspedals bzw. des Hebelarms um die Schwenkachse kann direkt auf einen Bremswunsch eines Fahrers geschlossen werden, sodass aus den Signalen der Sensorvorrichtung ein Betätigungssignal für die Bremsanlage abgeleitet werden kann.
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Zusammenfassend beruht die Idee der Erfindung auf der Gestaltung der Pedalbetätigungseinheit als ein rein „mechanisches“ Pedal-Modul. Die ausschließlich elektrische Einbindung in das System der Bremsanlage ermöglich ein vollständig „trockenes“ Pedal-Modul ohne hydraulische Komponenten.
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Bei einer durch den Fahrer initiierten Pedalbetätigung wird die Pedalwinkelrotation dabei vorzugsweise über einen Nocken auf die Steuerscheibe bzw. das Kompressionselement mit einer umlaufende Rampenkontur in einen definierbaren Weg in Richtung der Pedalachse bzw. Schwenkachse übersetzt. Dieser Weg wird durch Einwirken der Steuerscheibe auf entsprechende elastische Elemente wie z. B. Gummifeder, Tellerfedern oder ähnliches zur Erzeugung des entsprechenden Pedalgefühls genutzt.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine Explosionsdarstellung einer Pedalbetätigungseinheit,
- 2 eine Ansicht der Unterseite der Pedalbetätigungseinheit und
- 3 eine perspektivische Darstellung der Pedalbetätigungseinheit.
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Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt eine Pedalbetätigungseinheit 100 in einer Explosionsdarstellung. Die Pedalbetätigungseinheit 100 weist dabei ein Bremspedal 102 mit einem Hebelarm 104, ein Kompressionselement 106, ein ringförmiges elastisches Element 108, einen Lagerbolzen 110, ein Gehäuse 112 und eine Axiallagerscheibe 114 auf. Dabei sind das elastische Element 108, das Kompressionselement 106, der Hebelarm 104 und die Axiallagerscheibe 114 auf einer durch den Lagerbolzen 110 festgelegten Schwenkachse angeordnet. Die Schwenkachse wird dabei durch einen länglichen Bereich 116 des Lagerbolzens 110 definiert. Der Lagerbolzen 110 ist wiederum in einer entsprechenden Ausnehmung 118 einer Tragstruktur 120 festgelegt. Hierzu weist die Tragstruktur 120 eine Lasche 128 auf, in der die Ausnehmung 118 ausgebildet ist. Die Tragstruktur 120 weist Befestigungslöcher 122 auf, mit denen die Tragstruktur 120 und mithin die Pedalbetätigungseinheit 100 in einem Fahrzeug befestigt werden kann.
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Das elastische Element 108, der Hebelarm 104 und die Axiallagerscheibe 114 sind um die durch den Lagerbolzen 110 definierte Schwenkachse schwenkbar auf dem Lagerbolzen 110 angeordnet. Das Kompressionselement 106 ist hingegen lediglich entlang der Schwenkachse verschiebbar gelagert und gegen eine Rotation gesichert. Hierzu weist das Kompressionselement 106 einen radial von der Schwenkachse weg gerichteten Führungsarm 124 auf (siehe 2), der in einer in der Tragstruktur 120 ausgebildeten Führung 126 eingreift. Die Führung 126 erstreckt sich dabei parallel zu der Schwenkachse. Vorzugsweise ist die Führung 126 aus der vorzugsweise einteiligen Tragstruktur 120 herausgearbeitet, bspw. gefräst.
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Das Gehäuse 112, das im montierten Zustand der Pedalbetätigungseinheit 100 das elastische Element 108 und das Kompressionselement 106 umschließt, weist dabei ebenfalls einen Längsschlitz 140 auf, der bei montierter Pedalbetätigungseinheit in Deckung mit der Führung 126 ist und eine Bewegung des Kompressionselements 106 innerhalb des Gehäuses 112 ermöglicht.
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Der Lagerbolzen 110 weist an seinem der Lasche 128 abgewandten Endbereich eine tellerförmige Erweiterung 132 auf, die eine Bewegung des elastischen Elements 108 entlang der Schwenkachse begrenzt. Bei dem elastischen Element 108 kann es sich dabei beispielsweise um ein ringförmiges Elastomer oder eine Tellerfeder handeln.
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Schließlich ist auf der Schwenkachse im Bereich der Lasche 128 eine Sensorvorrichtung 130 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, ein Verschwenken des Hebelarms 104 um die Schwenkachse zu detektieren. Aus einem so detektierten Verschwenken des Hebelarms 104 und mithin des Bremspedals 102 kann ein Fahrerwunsch abgeleitet werden, der durch die Pedalbetätigungseinheit 100 über eine entsprechende elektronische Schnittstelle ausgegeben und von einer Bremsanlage des Fahrzeugs entsprechend umgesetzt werden kann.
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Die Funktionsweise des Pedalbetätigungseinheit wird im Folgenden mit Bezug auf 2 beschrieben.
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Wie in 2 gut erkennbar ist, ist an dem Hebelarm 104 des Bremspedals 102 ein Nocken 134 angeordnet. Der Nocken 134 weist dabei einen abgerundeten Kopfbereich 136 auf, mit dem er auf einer in dem Kompressionselement 106 ausgebildeten Rampenkontur 138 aufliegt. Die Oberfläche der Rampenkontur 138 schließt dabei mit der Schwenkachse einen Winkel kleiner 90° ein. Ferner ist die Rampenkontur in dem Kompressionselement 106 nur über einen Teilbereich des Umfangs des Kompressionselements 106 ausgebildet. Neben der hier dargestellten Rampenkontur 138 mit gleichbleibender Steigung kann ferner auch vorgesehen sein, dass sich die Steigung der Rampenkontur 138 entlang der Umfangsrichtung ändert. Durch die konkrete Ausgestaltung der Rampenkontur 138 kann dabei die durch die Pedalbetätigungseinheit 100 bereitgestellte Kraft-Weg-Kennlinie bei einer Betätigung des Bremspedals 102 festgelegt werden.
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Wird nun das Bremspedal 102 betätigt, wird der Hebelarm 104 in Richtung der Betätigung (in 2 nach unten) verschwenkt. Dabei wandert der Nocken 134 mit dem Hebelarm 104 und wird folglich entlang der Rampenkontur 138 verschoben. Eine Rotation des Kompressionselements 106 wird dabei durch das Zusammenspiel von Führungsarm 124 und Führung 126 unterdrückt, sodass die Rampenkontur nicht mit dem Nocken 134 rotieren kann. Gleichzeitig stützt sich der Hebelarm 104 im Bereich der Schwenkachse an der Lasche 128 ab. Folglich wird das Kompressionselement 106 von dem Hebelarm 104 weg (in der 2 nach links) gedrückt und trifft auf das elastische Element 108. Die Bewegung des elastischen Elements 108 entlang der Schwenkachse wird wiederum durch den tellerförmigen Abschnitt 132 des Lagerbolzen 110 blockiert, sodass das elastische Element 108 zwischen dem tellerförmigen Abschnitt 132 und dem Kompressionselement 106 komprimiert wird. Hierdurch bewirkt das elastische Element 108 eine mit zunehmendem Betätigungswinkel des Hebelarms 104 zunehmende Rückstellkraft entlang der Schwenkachse auf das Kompressionselement 106. Diese Rückstellkraft wird wiederum durch die Kombination aus Rampenkontur 138 und Nocken 134 in ein Drehmoment umgesetzt, das auf den Hebelarm 104 und mithin das Bremspedal 102 wirkt.
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Dabei wird durch die Axiallagerscheibe 114 eine übermäßige Abnutzung des Materials der Lasche 128 bzw. des Hebelarms 104 vermieden.
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In der 3 ist die Pedalbetätigungseinheit 100 in einer perspektivischen Ansicht mit montiertem Gehäuse 112 dargestellt. Dabei umschließt das Gehäuse 112 das elastische Element 108 und das Kompressionselement 106.
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Die vorstehend beschriebene der Pedalbetätigungseinheit 100 kann dabei die folgenden bauartbedingten Vorteile bieten:
- • Die Pedalbetätigungseinheit 100 ist frei platzierbar und erlaubt insbesondere eine stehende oder liegende Position der Pedalbetätigungseinheit 100,
- • Die Pedalbetätigungseinheit 100 weist ein kostengünstiges Design durch die Verwendung weniger einfacher Bauteile auf,
- • Die Pedalbetätigungseinheit 100 als Baugruppe ist durch ihre geringe Größe einfach zu integrieren,
- • Aufgrund der geschlossenen Bauweise der Pedalbetätigungseinheit 100 ist keine Wartung derselben erforderlich,
- • Die Pedalbetätigung 100 ist bei einer Montage in einem Fahrzeug einfach zu handhaben,
- • Das Kompressionselement 106 kann durch Anpassung des Profils der Rampenkontur 138 unterschiedliche Kraft-Weg Kennlinien darstellen.
