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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektromechanischen Bremstechnologien und insbesondere eines Bremspedalgefühlssimulators und eines Bremssystems.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein elektromechanisches Bremssystem (EMB) ist ein wichtiger Bestandteil eines elektronischen Fahrsystems („drive-by-wire“). Ein typisches elektromechanisches Bremssystem wird durch elektrische Energie angetrieben, wobei eine Bremspedaleinheit die Bremsintention des Fahrers in ein elektrisches Signal umwandelt, das in das elektromechanische Bremssystem eingeht. Daraufhin generieren die elektronischen Bremsvorrichtungen, die an Radnaben des Fahrzeugs angeordnet sind, eine Bremskraft, die die Bremsintention des Fahrers erfüllt. Dadurch wird das Fahrzeug abgebremst. Da die Bremspedaleinheit eines elektromechanischen Bremssystems und die radnabengestützte elektronische Bremsvorrichtungen nur elektrisch miteinander verbunden sind, kann eine taktile Rückmeldung ähnlich der eines hydraulischen oder pneumatischen Bremssystem nicht für den Fahrer generiert werden.
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STAND DER TECHNIK
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Ein bekannter Bremspedalgefühlssimulator weist einen kombinierten Federaufbau auf. Dieser wird durch mindestens zwei Schraubenfedern gebildet, die in Serie oder parallel zueinander angeordnet sind. Wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt, wird eine nichtlineare Rückmeldungskraft durch eine segmentierte Kompression des kombinierten Federaufbaus so generiert, dass das Bremspedal eine geeignete Pedalkraft erhält, wodurch das Bremspedalgefühl simuliert wird. Der bekannte Bremspedalgefühlssimulator ist aber nicht in der Lage, alle Federn des kombinierten Federaufbaus axial vorzuspannen, so dass die nicht-vorgespannten Federn auslenken, wodurch Verschleiß an den Schraubenfedern und Vibrationsgeräusche entstehen. Da Schraubenfedern aufgrund von Fertigungstoleranzen in einem freien Zustand vergleichsweise stark unterschiedliche axiale Längen besitzen, kann der bekannte Bremspedalgefühlssimulator die Länge und den Kompressionshub der montierten Schraubenfedern nicht exakt regeln. Daher kann beim Bremsen der Verlauf der nichtlinearen Rückmeldungskraft nicht in Übereinstimmung mit dem Zweck der Konstruktion genau simuliert werden.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pedaleinheit bereitzustellen, die die nichtlineare Rückmeldungskraft eines konventionellen Bremspedals simulieren kann, um den Fahrer von dem Problem zu befreien, sich an die Empfindlichkeit des elektromechanischen Bremssystems gewöhnen zu müssen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Bremspedalgefühlssimulator bereitzustellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet und den strukturellen Aufbau der kombinierten Federn verbessert, wodurch die Länge und der Komprimierungshub der montierten kombinierten Federn exakt geregelt bzw. gesteuert werden kann.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Bremspedalgefühlssimulator, mit:
- einem Gehäuse;
- einem Begrenzungsmechanismus, der relativ zum Gehäuse ortsfest angeordnet ist;
- einem in dem Gehäuse angeordneten Stufe-1-Komprimierungsmechanismus, der einen Stufe-1-Stößel, ein Vorbelastungselement, eine erste Schraubenfeder und eine zweite Schraubenfeder aufweist, wobei die erste Schraubenfeder und die zweite Schraubenfeder parallel zueinander angeordnet sind; und
- einem in dem Gehäuse angeordneten Stufe-2-Komprimierungsmechanismus; wobei
- wenn keine Pedalbetätigung vorliegt, der Stufe-1-Stößel axial durch den Begrenzungsmechanismus begrenzt ist oder der Stufe-1-Stößel und das Vorbelastungselement axial durch den Begrenzungsmechanismus begrenzt sind;
- die erste Schraubenfeder durch den Stufe-1-Stößel und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus vorbelastet ist;
- die zweite Schraubenfeder durch das Vorbelastungselement und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus vorbelastet ist; und
- der Stufe-1-Stößel als Reaktion auf eine Pedalbetätigung sequenziell mit der direkten oder indirekten Komprimierung der ersten Schraubenfeder und der zweiten Schraubenfeder beginnt.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird den oberhalb beschriebenen Problemen begegnet und die Betriebsleistung und der Nutzung des Bremspedalgefühlssimulators verbessert.
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Der dem Bremspedalgefühlssimulator kann der Stufe-1-Stößel einen Flansch aufweisen, der direkt oder indirekt durch den Begrenzungsmechanismus angehalten wird.
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Der Flansch kann unter einem vorbestimmten Intervall axial beabstandet zu dem Vorbelastungselement angeordnet sein. Das vorbestimmte Intervall wird beseitigt, wenn der Stufe-1-Stößel eine axiale Bewegung als Reaktion auf die Pedalbetätigung ausführt. Der Flansch stößt dann an das Vorbelastungselement und treibt dieses an, um dadurch die zweite Schraubenfeder zu komprimieren.
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Der Flansch kann einen hervorstehender Bereich aufweisen, der unter einem vorbestimmten Abstand axial beabstandet zu der zweiten Schraubenfeder angeordnet ist. Der vorbestimmte Abstand kann beseitigt werden, wenn der Stufe-1-Stößel als Reaktion auf die Pedalbetätigung eine axiale Bewegung ausführt. Der hervorstehende Bereich kann durch einen hohlen Bereich des Vorbelastungselements hindurchtreten, um an die zweite Schraubenfeder anzustoßen und diese zu komprimieren.
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Der Begrenzungsmechanismus kann einen Begrenzungsring aufweisen, der direkt oder indirekt den Stufe-1-Stößel anhält. Der Begrenzungsring kann auch den Stufe-1-Stößel und das Vorbelastungselement direkt oder indirekt anhalten.
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Der Begrenzungsring kann eine Stufe in dem Gehäuse sein. Der Begrenzungsring kann auch mittels einer Schnappverbindung mit dem Gehäuse verbunden sein. Der Begrenzungsring kann auch mittels einer Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden sein.
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Das Vorbelastungselement kann an dem Begrenzungsring und der zweiten Schraubenfeder anstoßen. Das Vorbelastungselement kann aber auch an der zweiten Schraubenfeder anstoßen, wobei ein Abstandselement zwischen dem Vorbelastungselement und dem Begrenzungsring angeordnet ist.
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Der Stufe-2-Komprimierungsmechanismus kann einen Stufe-2-Stößel, eine Basis und ein elastisches Element aufweisen. Der Stufe-2-Stößel kann durch den Stufe-1-Stößel gestoßen werden. Die Position der Basis kann relativ zu dem Gehäuse ortsfest sein. Das elastische Element kann durch den Stufe-2-Stößel und die Basis vorbelastet werden.
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Der Hub des Stufe-2-Stößels kann kleiner als der mögliche Hub des elastischen Elements sein.
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Die Basis kann durch ein an dem Stufe-2-Stößel angeordnetes Feststellelement angehalten werden. Das Feststellelement kann ein Flansch an dem Stufe-2-Stößel sein. Das Feststellelement kann auch mittels einer Schnappverbindung mit dem Stufe-2-Stößel verbunden sein. Das Feststellelement kann auch mittels einer Schraubverbindung mit dem Stufe-2-Stößel verbunden sein.
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Die Basis kann ein unterer Bereich des Gehäuses sein. Die Basis kann auch an der Stufe in dem Gehäuse gelagert sein.
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Der Stufe-2-Stößel kann eine Ausnehmung für die Aufnahme des Stufe-1-Stößels aufweisen, wobei die Ausnehmung beseitigt wird, wenn der Stufe-1-Stößel als Reaktion auf die Pedalbetätigung eine axiale Bewegung so ausführt, dass der Stufe-1-Stößel an den Stufe-2-Stößel anstößt und diesen so schiebt, dass das elastische Element komprimiert wird.
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Das elastische Element kann eine Tellerfeder, Schraubenfeder, Pagodenfeder, Gummifeder oder eine Kombination dieser Federn sein.
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Das elastische Element kann eine Gummifeder und der Bremspedalgefühlssimulator einen Drucksensor zum Ermitteln des Drucks der Gummifeder aufweisen.
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Der Bremspedalgefühlssimulator kann weiterhin einen Pedalhubsensor, dessen Position ortsfest zu dem Gehäuse ist, und ein Sensorelement, das sich mit dem Stufe-1-Stößel bewegt, aufweisen.
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Eine Halterung kann mit dem Stufe-1-Stößel verbunden sein, wobei das Sensorelement an der Halterung montiert ist. An dem Gehäuse kann eine Führungsnut für eine Bewegung des Sensorelements darin vorgesehen sein.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Bremssystem mit einem Bremspedalgefühlssimulator mit einem Teil oder allen der oberhalb beschriebenen Merkmale.
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Die vorliegende Erfindung besitzt die folgenden vorteilhaften Effekte:
- Bei dem erfindungsgemäßen Bremspedalgefühlssimulator sind die erste Schraubenfeder und die zweite Schraubenfeder parallel zueinander geschaltet angeordnet, um eine kombinierte Federanordnung zu bilden. Durch diese Art der parallelen Verbindung teilen sich die erste Schraubenfeder und die zweite Schraubenfeder gemeinsam die Betriebskraft der Stößel. Dies bedeutet, dass die Summe der durch die erste Schraubenfeder und durch die zweite Schraubenfeder erzeugten elastischen Kräfte gleich der Betriebskraft der Stößel ist. Beim Bremsen komprimiert der Stufe-1-Komprimierungsmechanismus zunächst eine Feder der ersten Schraubenfeder und der zweiten Schraubenfeder. Danach wird die jeweils andere Schraubenfeder komprimiert. Durch die segmentierte Komprimierung der parallel geschalteten kombinierten Federanordnung wird eine nichtlineare und sich graduell verändernde Rückmeldungskraft generiert. Dadurch wird das Bremspedalgefühl eines konventionellen Bremssystems simuliert. Durch die parallel geschaltete kombinierte Federanordnung reduziert die vorliegende Erfindung den Platzbedarf in axialer Richtung, wodurch kompakte Abmaße des Bremspedalgefühlsemulators ermöglicht werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung mit der parallel geschalteten kombinierten Federanordnung und der Zusammenarbeit zwischen dem Begrenzungsmechanismus, dem Vorbelastungselement und dem Stufe-1-Stößel befinden sich sowohl die erste Schraubenfeder als auch die zweite Schraubenfeder in einem vorbelasteten Zustand, wenn sich der Bremspedalgefühlssimulator im inaktiven Zustand befindet. Auf der anderen Seite kann dies ein axiales Spiel der Schraubenfedern verhindern, sodass diese weiterhin einen vorbelasteten Zustand sogar unter einem externen Einfluss aufrechterhalten können. Dadurch wird ein besserer Widerstand gegen äußere Einflüsse und Stöße bereitgestellt und Abrieb und Lärm aufgrund des Auslenkens der Schraubenfedern umgangen. Auf der anderen Seite kann die Vorbelastung Längenfehler der montierten Schraubenfedern in einem freien Zustand eliminieren, sodass die Länge und der Komprimierungshub der montierten Schraubenfedern exakt gesteuert bzw. geregelt werden und die Höhendifferenz zwischen den ursprünglichen Komprimierungspositionen des Stufe-1-Stößels an der ersten Schraubenfeder und der zweiten Schraubenfeder exakt eingestellt werden kann. In dieser Weise kann der Bremspedalgefühlssimulator beim Bremsen sequenziell die erste Schraubenfeder und die zweite Schraubenfeder gemäß einem gewählten Hub komprimieren, sodass das Bremsgefühl exakt simuliert wird. Dadurch wird die Arbeitsleistung und der Nutzeffekt des Bremspedalgefühlsemulators verbessert.
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Die Begriffe „erster“ und „zweiter“ werden in dieser Anmeldung nur aus Zwecken der definierten Bezugnahme verwendet. Sie besitzen keine Bedeutung hinsichtlich der Wichtigkeit oder der Anzahl der technischen Merkmale.
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Die in dieser Anmeldung verwendeten Begriffe wie „montiert“, „verbunden“, „Verbindung“ und „befestigt“ sind weit auszulegen. Sie umfassen beispielsweise eine gesicherte Verbindung, eine lösbare Verbindung oder eine einstückige Verbindung. Es kann sich um eine mechanische Verbindung oder eine elektrische Verbindung handeln. Die Verbindung kann direkt oder indirekt über ein Zwischenmedium erfolgen. Es kann sich auch um eine Kommunikation zwischen den Innenräumen von zwei Elementen handeln. Der Fachmann wird die jeweilige Bedeutung anhand des Zusammenhangs mit der spezifischen Situation erkennen.
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Sofern nichts anderes explizit ausgeführt wird, umfasst die Aussage, dass ein erstes Merkmal „oberhalb“ oder „unterhalb“ eines zweiten Merkmals angeordnet ist, einen direkten Kontakt zwischen dem ersten Merkmal und dem zweiten Merkmal. Umfasst ist aber auch der Fall, bei dem - obwohl sich das erste Merkmal und das zweite Merkmal nicht direkt kontaktieren - sie sich über ein weiteres Merkmal dazwischen kontaktieren. Des Weiteren umfasst die Aussage, dass das erste Merkmal „oberhalb“ oder „über“ oder „auf“ oder „an“ dem zweiten Merkmal angeordnet ist, den Fall, bei dem das erste Merkmal genau oder nur im Wesentlichen über dem zweiten Merkmal angeordnet ist. Umfasst ist auch der Fall, dass die Höhe des ersten Merkmals größer als die des zweiten Merkmals ist. Die Aussage dass das erste Merkmal „unter“ oder „unterhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, umfasst auch den Fall, in dem das erste Merkmal genau oder im Wesentlichen unterhalb des zweiten Merkmals angeordnet ist. Umfasst ist auch der Fall, dass nur die Höhe des ersten Merkmals kleiner als die des zweiten Merkmals ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
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Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem keine Pedalbetätigung vorliegt.
- 2 ist eine örtlich vergrößerte Ansicht des Teils A in 1.
- 3 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem die erste Komprimierungsstufe abgeschlossen wurde.
- 4 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem die zweite Komprimierungsstufe abgeschlossen wurde.
- 5 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, der in die dritte Komprimierungsstufe eintritt.
- 6 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem keine Pedalbetätigung vorliegt.
- 7 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei dem keine Pedalbetätigung vorliegt.
- 8 ist eine schematische Schnittansicht des Bremspedalgefühlssimulators gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem Hubsensor.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 und 2 zeigen einen Bremspedalgefühlssimulator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Bremspedalgefühlssimulator weist ein Gehäuse 100 und einen Begrenzungsmechanismus 400 auf, der relativ zum Gehäuse 100 ortsfest angeordnet ist. Der Bremspedalgefühlssimulator weist weiterhin einen Stufe-1-Komprimierungsmechanismus und einen Stufe-2-Komprimierungsmechanismus auf, die in dem Gehäuse 100 angeordnet sind. Der Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 weist einen Stufe-1-Stößel 210, ein Vorbelastungselement 230, eine erste Schraubenfeder 250 und eine zweite Schraubenfeder 240 auf. Wenn keine Pedalbetätigung vorliegt sind der Stufe-1-Stößel 210 und das Vorbelastungselement 230 axial durch den Begrenzungsmechanismus 400 begrenzt. Die erste Schraubenfeder 250 ist durch den Stufe-1-Stößel 210 und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 vorbelastet. Die zweite Schraubenfeder 240 ist durch das Vorbelastungselement 230 und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 vorbelastet.
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Im Folgenden werden der Begrenzungsmechanismus 400, der Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 und der Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen detailliert beschrieben. Es ist zu beachten, dass alle Richtungsangaben (z. B. oberer, unterer, linker, rechter, vorderer, hinterer) bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen nur zum Erläutern der relativen Lagebeziehungen und von Bewegungszuständen zwischen entsprechenden Komponenten in einer bestimmten Stellung (wie in den Zeichnungen gezeigt) verwendet werden. Wenn sich die jeweilige Stellung verändert, verändern sich auch die Richtungsangaben.
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Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200:
- Bei der Ausführungsform gemäß 1 und 2 bilden die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 einen parallel verbundenen kombinierten Federaufbau. Die erste Schraubenfeder 250 ist eingeschachtelt in der zweiten Schraubenfeder 240 angeordnet, sodass beim Bremsen der Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 zunächst entweder die erste Schraubenfeder 250 oder die zweite Schraubenfeder 240 und danach die jeweils andere komprimiert. Durch eine Segmentierung der Komprimierung gegen den parallel verbundenen kombinierten Federaufbau wird eine nichtlineare Rückmeldungskraft generiert, wodurch das Bremspedalgefühl eines konventionellen Bremssystems simuliert wird. Durch den parallel verbundenen kombinierten Federaufbau reduziert die vorliegende Erfindung den Platzbedarf in axialer Richtung, wodurch kompakte Abmaße des Bremspedalgefühlssimulator ermöglicht werden. Dadurch wird der Platzbedarf in dem Fahrzeugs reduziert. Des Weiteren kann der parallel verbundene kombinierte Federaufbau an verschiedene Montageanordnungen angepasst werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist der Stufe-1-Stößel 210 mit einem Flansch 211 versehen, der direkt an dem Stufe-1-Stößel 210 ausgebildet oder als ein separates Teil damit verbunden ist. An dem Stufe-1-Stößel 210 ist weiterhin ein Schulterbereich 212 vorgesehen, der unterhalb des Flansch 211 angeordnet ist. Zwei Enden der ersten Schraubenfeder 250 stoßen an die Schulter 212 des Stufe-1-Stößels 210 bzw. den Stufe-2-Kompressionsmechanismus 300 an und werden auf eine vorbestimmte Länge und Position komprimiert, wodurch sie vorbelastet werden, wenn keine Pedalbetätigung erfolgt.
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Bei dieser Ausführungsform weist der Begrenzungsmechanismus 400 einen Begrenzungsring 410 auf, der mittels einer Schnappverbindung mit der inneren Wandung des Gehäuses 100 verbunden ist. Bei einer praktischen Anwendung kann der Begrenzungsring 410 ein mechanisches Element zum axialen Anhalten eines Teils sein, wie beispielsweise ein Sicherungsring, ein elastischer Clipring usw. Eine Klemmnut ist in der inneren Wandung des Gehäuses 100 vorgesehen. Der Begrenzungsring 410 ist für die Befestigung teilweise in der Klemmnut aufgenommen.
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Bei dieser Ausführungsform stößt das Vorbelastungselement 230 an die zweite Schraubenfeder 240 an. Ein Abstandselemente 220 ist zwischen dem Vorbelastungselement 230 und dem Begrenzungsring 410 angeordnet. Der Begrenzungsring 410 hält das Vorbelastungselement 230 und den Stufe-1-Stößel 210 über das Abstandselement 220 indirekt an. Dadurch wird ein axialer Anschlag des Vorbelastungselements 230 und des Stufe-1-Stößels 210 realisiert. Beispielsweise kann das Vorbelastungselement 230 einen ringförmigen Bereich 231, einen oberen Anhaltebereich 232, der sich von dem oberen Ende des ringförmigen Bereichs 231 nach innen erstreckt, und einen unteren Anhaltebereich 233 aufweisen, der sich von dem unteren Ende des ringförmigen Bereichs 231 nach außen erstreckt. Dabei stößt der obere Anhaltebereich 232 an der zweiten Schraubenfeder 240 und der untere Anhaltebereich 233 an dem unteren Ende des Abstandselements 220 an. Das obere Ende des Abstandselements 220 erstreckt sich nach innen, um einen Anstoßbereich 221 zu bilden, und die untere Oberfläche des Anstoßbereichs 221 stößt an dem Flansch 211 des Stufe-1-Stößels 210 an. In dieser Weise bildet die Anordnung des Abstandselements 220 ein vorbestimmtes Intervall s zwischen dem Flansch 211 und dem oberen Anhaltebereich 232 des Vorbelastungselements 230. Da die Lage des Begrenzungsring 410 relativ zu dem Gehäuse 100 fest ist, kann das vorbestimmte Intervall s durch eine Änderung der axialen Richtung des Abstandselements 200 (d. h. die axiale Richtung des ringförmigen Bereichs 231) variiert werden. Die obere Oberfläche des Anstoßbereichs 221 des Abstandselements 220 wird direkt oder indirekt durch den Begrenzungsring 410 angehalten. Da die untere Oberfläche des Anstoßbereichs 221 an dem Flansch 211 des Stufe-1-Stößels 210 anstößt, stößt der untere Anhaltebereich 233 des Vorbelastungselement230 an dem unteren Ende des Abstandselements 220 an. Des Weiteren hält der Begrenzungsring 410 über das Abstandselement 220 den Flansch 211 des Stufe-1-Stößels 210 und das Vorbelastungselement 230 indirekt an. In dieser Weise ist eine axiale Begrenzung des Vorbelastungselements 230 und des Stufe-1-Stößels 210 realisiert.
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Das Abstandselement 220 hat die Form einer Hülse. Die äußere Seitenwandung des Abstandselements 220 und die innere Seitenwandung des Gehäuses 100 bilden eine Gleitpassung. Der Flansch 211 und der ringförmige Bereich 231 bilden eine Gleitpassung mit der inneren Seitenwandung des Abstandselemente 220. Das Abstandselemente 220 spielt eine Rolle beim Führen der axialen Bewegung des Stufe-1-Stößels 210 und des Vorbelastungselements 230. Hierdurch wird die Bewegungsgenauigkeit des Stufe-1-Stößels 210 und des Vorbelastungselements 230 verbessert, sodass ihre axiale Bewegung fließender ist. Aufgrund eines relativ hohen koaxialen Grads zwischen dem Vorbelastungselement 230 und dem Stufe-1-Stößel 210 kann gleichzeitig die durch die sequenzielle Komprimierung gegen die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 generierte Gegenkraft gleichmäßig auf den Stufe-1-Stößel 210 angewendet werden.
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Wenn beim Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen keine Pedalbetätigung vorliegt, ist der Flansch 211 durch ein vorbestimmtes Intervall s in der Komprimierungsrichtung gegen den Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 axial von dem oberen Anhaltebereich 232 des Vorbelastungselements 230 beabstandet. Da die erste Schraubenfeder 250 durch den Schulterbereich 212 des Stufe-1-Stößels 210 und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 und die zweite Schraubenfeder 240 durch das Vorbelastungselement 230 und den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 vorbelastet wird, kann das axiale Spiel der ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 verhindert werden. Dadurch können sie einen vorbelasteten Zustand sogar bei einer externen Einwirkung beibehalten, wodurch ein verbesserter Widerstand gegen Einwirkungen und Stöße bereitgestellt wird und Abrieb und Lärm vermieden werden, die durch eine Auslenkung der Schraubenfedern hervorgerufen werden. Noch wichtiger ist es, dass die Vorbelastung den Längenfehler der montierten Schraubenfedern in einem freien Zustand beseitigen können, sodass die Länge und der Kompressionshub der montierten ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 genau wie ausgelegt eingestellt werden können. Des Weiteren kann die Höhendifferenz (d. h. das vorbestimmte Intervall s) zwischen der ursprünglichen Komprimierungsstellung des Stufe-1-Stößels 210 gegen die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 exakt ausgelegt werden. In dieser Weise kann der Bremspedalgefühlssimulator beim Bremsen sequenziell die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 gemäß den ausgelegten Hub komprimieren, um das Bremsgefühl exakt zu simulieren. Hierdurch werden die Arbeitsleistung und der Nutzeffekt des Bremspedalgefühlssimulator erhöht.
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Das Vorbelastungselement 230 und das Abstandselemente 220 gemäß den erfindungsgemäßen Ausführungsformen können nicht nur die Vorbelastung der ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 realisieren, sondern auch die Vorbelastungskräfte gegen und das vorbestimmte Intervall s zwischen der ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 basierend auf tatsächlichen Auslegungsanforderungen verändern. Hierfür kann z. B. die Dicke des Anstoßbereichs 211 erhöht oder eine geeignete Anzahl von Dichtungen zwischen den Anstoßbereich 221 und den Flansch 211 angeordnet werden. Dadurch wird die Lage zum Anhalten des Fleisches 211 abgesenkt, wodurch die durch den Stufe-1-Stößel 210 gegen die erste Schraubenfeder 250 aufgebrachte Vorbelastungskraft erhöht wird. Durch Anordnung einer geeigneten Anzahl von Dichtungen zwischen dem Anstoßbereich 121 und dem Begrenzungsring 410 werden die Positionen zum Anhalten des Vorbelastungselements 230 und des Stufe-1-Stößels 210 synchron abgesenkt. Dadurch wird die durch den Stufe-1-Stößel 210 gegen die erste Schraubenfeder 250 und die durch das Vorbelastungselement 230 gegen die zweite Schraubenfeder 240 aufgebrachte Vorbelastungskraft erhöht. Die axiale Länge des Vorbelastungselements 230 kann variiert werden, um das vorbestimmte Intervall s einzustellen.
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Basierend auf der erfinderischen Idee dieser Ausführungsform können einige andere erfindungsgemäße Ausführungsformen in Erwägung gezogen werden. Basierend auf einem tatsächlichen Bedarf, z. B. Montageraum, Betriebsstabilität usw., können die Anordnungspositionen und die gegenseitigen positionsmäßigen Beziehungen zwischen drei, vier oder mehr Schraubenfedern sinnvoll ausgelegt werden. Wenn z. B. eine dritte Schraubenfeder hinzugefügt wird, komprimiert der Stufe-1-Stößel die erste Schraubenfeder als Reaktion auf eine Pedalbetätigung. Gleichzeitig komprimiert er dann die zweite Schraubenfeder und die dritte Schraubenfeder. Auch möglich ist, dass der Stufe-1-Stößel sequenziell die erste Schraubenfeder, die zweite Schraubenfeder und die dritte Schraubenfeder als Reaktion auf die Pedalbetätigung komprimiert. Daher gehört jede andere Art einer Anordnung mehrerer Schraubenfedern zur Erfindung, solange sie eine Vorbelastung der Mehrzahl von Schraubenfedern und eine sequenzielle Komprimierung der Mehrzahl von Schraubenfedern gemäß einer vorbestimmten Sequenz über das Vorbelastungselement 230 und den Stufe-1-Stößel 210 gemäß der vorliegenden Offenbarung realisieren.
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Der erfindungsgemäße Begrenzungsmechanismus ist nicht auf die oberhalb beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Begrenzungsring mittels einer Gewindeverbindung mit dem Gehäuse verbunden. Die Gewindeverbindung kann die feste Position des Begrenzungsrings relativ zu dem Gehäuse einstellen. Dies bedeutet, dass die Positionen für ein axiales Anhalten des Stufe-1-Stößels und des Vorbelastungselements verändert werden. Dadurch werden die Montagepositionen des Stufe-1-Komprimierungsmechanismus und des Stufe-2-Komprimierungsmechanismus in dem Gehäuse eingestellt. Neben einer separaten Montage kann der Begrenzungsring auch direkt an dem Gehäuse ausgebildet sein. Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine ringförmige Stufe durch Fräsen, Stanzen oder Bördeln an der inneren Wandung des Gehäuses hergestellt. Dadurch wird die selbe axiale Begrenzungsfunktion wie bei dem Begrenzungsring in der oberhalb beschriebenen Ausführungsform erreicht.
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Das erfindungsgemäße Abstandselement ist nicht auf die oberhalb beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Gemäß einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Anstoßbereich an dem Abstandselement wegfallen, sodass der Begrenzungsring den Flansch des Stufe-1-Stößels direkt anhält.
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Das erfindungsgemäße Vorbelastungselement ist nicht auf die oberhalb beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Gemäß einer weiteren in 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung weist das Vorbelastungselement 230 einen ringförmigen Bereich 231, einen axialen Anhaltebereich 234 und einen radialen Anhaltebereich 235 auf. Der axiale Anhaltebereich 234 ist durch das sich nach oben Erstrecken des ringförmigen Bereich 231 gebildet. Der radiale Anhaltebereich 235 ist durch das sich zur Seite Erstrecken des ringförmigen Bereich 131 gebildet. Das obere Ende des axialen Anhaltebereichs 234 stößt an den Begrenzungsring 410 an. Der radiale Anhaltebereich 235 stößt an die zweite Schraubenfeder 240 an. Ein vorbestimmtes Intervall s ist zwischen dem radialen Anhaltebereich 235 und dem Flansch 211 des Stufe-1-Stößels 210 gebildet. Dieser Ausführungsform entspricht dem Ausbilden des Abstandselements in integraler Weise an dem Vorbelastungselement 230. Der ringförmige Bereich 231 ist mittels einer Gleitpassung mit der inneren Seitenwandung des Gehäuses 100 verbunden. Der Flansch 211 des Stufe-1-Stößels 210 ist mittels einer Gleitpassung mit dem axialen Anhaltebereich 234 verbunden. Das Vorbelastungselement 230 dient der Führung der axialen Bewegung des Stufe-1-Stößels 210.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform gilt basierend auf der Lösung irgendeiner der oberhalb angeführten Ausführungsformen das Folgende: der Stufe-1-Stößel beginnt das sequenzielle Komprimieren der ersten Schraubenfeder und der zweiten Schraubenfeder als Reaktion auf eine Pedalbetätigung. Z. B. kann sich die untere Oberfläche des Flanschs des Stufe-1-Stößels nach unten erstrecken, um einen hervorstehenden Bereich bilden, wobei dieser um das vorbestimmte Intervall axial beabstandet zu der zweiten Schraubenfeder ist. Der obere Anhaltebereich des Vorbelastungselements kann einen holen Bereich aufweisen, um den hervorstehenden Bereich auszunehmen (z. B. durch Bereitstellen von Durchgangsbohrungen in dem oberen Anhaltebereich). Wenn der Stufe-1-Stößel eine axiale Bewegung als Reaktion auf eine Pedalbetätigung ausführt, komprimiert er zunächst die erste Schraubenfeder. Wenn der hervorstehende Bereich durch den hohlen Bereich hindurchtritt und an der zweiten Schraubenfeder anstößt, beginnt er dann das Komprimieren der zweiten Schraubenfeder. Bei dieser Ausführungsform ist die Position des Vorbelastungselements relativ zu dem Gehäuse fest.
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Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300:
- Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform weist der Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 einen Stufe-2-Stößel 310, der durch den Stufe-1-Stößel gedrückt wird, eine Basis 330, deren Position relativ zu dem Gehäuse 100 fest ist, und ein elastisches Element 320 auf, das durch den Stufe-2-Stößel 310 und die Basis 330 vorbelastet wird. Da die erste Schraubenfeder 250 in dem Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 durch den Stufe-1-Stößel 210 und den Stufe-2-Stößel 310 vorbelastet wird, wird die zweite Schraubenfeder 240 durch das Vorbelastungselement 230 und den Stufe-2 Komprimierungsmechanismus 300 vorbelastet. Die Vorbelastungskräfte der ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 wirken ebenfalls auf den Stufe-2-Stößel 310 des Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300, sodass der Begrenzungsring 410 indirekt einen axialen Anschlag für den Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 über den Stufe-1-Komprimierungsmechanismus 200 bilden kann. Dadurch wird der Widerstand des Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 gegen Einwirkungen und Stöße verbessert.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Basis 330 eine runde Scheibe mit einer Bohrung in der Mitte, die auf der Stufe 110 in dem Gehäuse 100 abgestützt ist. Der Stufe-2-Stößel 310 tritt durch die Basis 330 hindurch. Das elastische Element 320 ist eine Tellerfeder. Grundsätzlich ist eine Mehrzahl von Tellerfedern zwischen dem Stufe-2-Stößel 310 und der Basis 330 angeordnet. In Abhängigkeit von den Auslegungserfordernissen ist die Mehrzahl von Tellerfedern in verschiedenen Stapelweisen miteinander kombiniert. In Abhängigkeit von den Auslegungserfordernissen kann die Mehrzahl von Tellerfedern in verschiedenen Weisen miteinander kombiniert werden. Z. B. kann eine Mehrzahl von Tellerfedern durch Zusammenlegen oder Aufeinanderlegen miteinander kombiniert werden. Es kann auch eine Mehrzahl von Tellerfedern mit unterschiedlichen Dicken miteinander kombiniert werden. Es kann auch eine Mehrzahl von Tellerfedern mit unterschiedlichen Anzahlen von Schichten miteinander kombiniert werden. Dadurch werden Rückmeldungskräfte mit verschiedenen Eigenschaften erzeugt, wenn der Stufe-2-Komprimierungsmechanismus 300 agiert.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Basis 300 durch das Feststellungselement 340 an dem Stufe-2-Stößel 310 angehalten. Beispielsweise ist das Feststellungselement 340 mittels einer Schraubverbindung mit dem Stufe-2-Stößel 310 verbunden. Der obere Bereich des Stufe-2-Stößels 310 erstreckt sich radial nach außen, um einen Stößelflansch 313 zu bilden. Das durch einen Tellerfedersatz gebildete elastische Element 320 ist durch den Stößelflansch 313 des Stufe-2-Stößels 310 und die Basis 330 vorbelastet. Es kann insbesondere gelten, dass der Stufe-2-Stößel 310 und die Basis 330 nicht mechanisch fest miteinander verbunden und daher stattdessen frei in der axialen Richtung beweglich sind. Das Feststellungselement 340 und der Stufe-2-Stößel 310 sind fest miteinander verbunden. Zwei Enden des durch den Tellerfedersatz gebildeten elastischen Elements 320 stoßen an den Stößelflansch 313 des Stufe-2-Stößels 310 bzw. die Basis 310 an, sodass die von dem komprimierten elastischen Element 320 generierte elastische Kraft auf die Basis 330 und den Stößelflansch 313 des Stufe-2-Stößels 330 einwirkt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Basis 330 auf der Stufe 110 gelagert und ortsfest relativ zu dem Gehäuse 100. Der Stufe-2-Stößel 310 wird durch die von dem elastischen Element 320 erzeugte Kraft nach oben gedrückt. Da das Feststellungselement 340 aufgrund des Anschlagens an der Basis 330 festgesetzt ist, ist der gesamte Stufe-2-Komprimierungsmechanismus vorbelastet.
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Wenn beispielsweise das Feststellungselement 340 und der Stufe-2-Stößel 310 mittels eines Gewindes miteinander verbunden sind, kann die axiale Position des Stufe-2-Stößels 310 (d.h. der Abstand zwischen dem Stößel 313 und der Basis 330) durch eine Drehung des Feststellungselement 340 eingestellt werden. Dadurch wird die auf das elastische Element 320 wirkende Vorbelastungskraft eingestellt. Das Feststellungselement 340 und der Stufe-2-Stößel 310 können auch mittels einer Schnappverbindung miteinander verbunden sein. Z. B. kann eine Mehrzahl von Schnappverbindungsorten axial an dem Stufe-2-Stößel 310 vorhanden sein. Durch die Schnappverbindung zwischen dem Feststellungselement 340 an unterschiedlichen Schnappverbindungsorten kann die auf das elastische Element wirkende Vorbelastungskraft ebenfalls eingestellt werden. Es ist aber auch möglich, dass das Feststellungselement 340 ein Flanschelement ist, das fest mit dem Stufe-2-Stößel 310 verbunden ist. Dann können die Vorbelastungsanforderungen durch verschiedene Kombinationen einer Mehrzahl von Tellerfedern erfüllt werden.
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Bei dieser Ausführungsform besitzt ein oberer Bereich des Stufe-2-Stößels 310 einer Ausnehmung 311 zur Aufnahme des Stufe-1-Stößels 210. Die Ausnehmung 311 wird beseitigt, wenn der Stufe-1-Stößel 210 eine axiale Bewegung als Reaktion auf eine Pedalbetätigung ausführt. Dann stößt der Stufe-1-Stößel 210 an dem Stufe-2-Stößel 310 an und drückt diesen, sodass das elastische Element 320 komprimiert wird. Genauer gesagt tritt der Stufe-1-Stößel 210 in die Ausnehmung 311 des Stufe-2-Stößels 310 ein, wenn eine axiale Bewegung als Antwort auf die Pedalbetätigung ausgeführt wird. Wenn das untere Ende des Stufe-1-Stößels 210 an der unteren Oberfläche der Ausnehmung 311 anstößt, drückt es den Stufe-2-Stößel 310, sodass sie sich gemeinsam nach unten bewegen, wodurch das elastische Element 320 komprimiert wird. Der äußere Umfang des Stufe-2-Stößels 310 ist mittels einer Gleitpassung mit der inneren Seitenwandung des Gehäuses 100 verbunden. Das Gehäuse 100 spielt eine Rolle beim Führen sowohl des Stufe-1-Stößels 210 als auch des Stufe-2-Stößels 310, sodass der Stufe-1-Stößel 210 exakt zu der Ausnehmung 311 des Stufe-2-Stößels 310 ausgerichtet werden kann, wenn eine axiale Bewegung als Antwort auf eine Pedalbetätigung erfolgt.
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Im Folgenden wird nun auf 7 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Stufe-2-Stößel 310 weist eine sich nach oben erstreckende Stütze 312 auf. Die Stütze 312 steht in einer axialen Beziehung mit dem Stufe-1-Stößel 210 und ist um einen vorbestimmten Zwischenraum beabstandet zu dem Stufe-1-Stößel 210. Wenn eine axiale Bewegung als Antwort auf eine Pedalbetätigung erfolgt, beseitigt der Stufe-1-Stößel 210 den Zwischenraum, stößt an die Stütze 312 an und drückt diese, sodass das elastische Element 320 komprimiert wird.
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Bei einer Ausführungsform wird der Hub des Stufe-2-Stößels 310 durch den Abstand zwischen der unteren Oberfläche des nicht-gedrückten Stufe-2-Stößels 310 und dem Boden des Gehäuses 100 bestimmt. Der Abstand ist so ausgebildet, dass er kleiner als der zulässige Hub des elastischen Elements 320 ist. Wenn das elastische Element 320 mehr komprimiert würde, als es dem zulässigen Hub entspricht, könnte dies zu einer Reduzierung der Lebensdauer und mechanischen Beschädigungen führen. Daher kann die Konfiguration, dass der Hub des Stufe-2-Stößels 310 kleiner ist als der zulässige Hub des elastischen Elements 320, das elastische Element 320 schützen, indem der Stufe-2-Stößel 310 durch das Gehäuse 100 angehalten wird, bevor das elastische Element über seinen zulässigen Hub komprimiert wird.
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Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet der Boden des Gehäuses 100 die Basis. Das elastische Element 320 ist zwischen dem Boden des Gehäuses 100 und dem Stufe-2-Stößel 310 vorbelastet. Der Boden des Gehäuses 100 weist weiterhin eine Durchgangsbohrung auf, um den Stufe-2-Stößel 310 zu vermeiden, wobei der Stufe-2-Stößel 310 durch die Durchgangsbohrung hindurchtritt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Bremspedalgefühlsemulators beginnt bei der Betätigung des Pedals durch den Fahrer der Stufe-1-Stößel 210 mit der Komprimierung der ersten Schraubenfeder 250 als Antwort auf die Pedalbetätigung, bis der Flansch 211 an dem Stufe-1-Stößel 210 das vorbestimmte Intervall s beseitigt und an dem oberen Anhaltebereich 232 des Vorbelastungselements 230 anstößt. Dadurch wird die erste Komprimierungsphase (der in 1 bis 3 gezeigte Vorgang) abgeschlossen. In der ersten Komprimierungsphase wird nur die erste Schraubenfeder 250 komprimiert. Daher wird die Rückmeldungskraft in dieser Phase durch die erste Schraubenfeder 250 bereitgestellt.
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Bei einer Vergrößerung des Pedalhubs treibt der Flansch 211 an dem Stufe-1-Stößel 210 das Vorbelastungselement 230 an, um die zweite Schraubenfeder 240 zu komprimieren, bis das untere Ende des Stufe-1-Stößels 210 an der Bodenstirnseite der Ausnehmung 311 anstößt.
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Dadurch wird die zweite Komprimierungsphase (der in 3 und 4 gezeigte Vorgang) abgeschlossen. In der zweiten Komprimierungsphase werden die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 synchron komprimiert. Die Rückmeldungskraft dieser Phase wird sowohl durch die erste Schraubenfeder 250 als auch die zweite Schraubenfeder 240 bereitgestellt. Dabei steigt die Rückmeldungskraft mit dem Pedalhub an. Bei einer praktischen Anwendung dann eine geeignete Anzahl von Dichtungen in der Ausnehmung 311 angeordnet sein, um die Tiefe der Ausnehmung 311 zu verändern, den Betrag des axialen Versatzes des Stufe-1-Stößels 210 in der zweiten Komprimierungsphase einzustellen und den Grad der Komprimierung der ersten Schraubenfeder 250 und den Grad der Komprimierung der zweiten Schraubenfeder 240 zu verändern. Dadurch werden unterschiedliche Rückmeldungskräfte in der zweiten Komprimierungsphase bereitgestellt.
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Bei einer fortgesetzten Vergrößerung des Pedalhubs drückt der Stufe-1-Stößel 210 den Stufe-2-Stößel 310, sodass das elastische Element 320 komprimiert wird. Dadurch wird die dritte Komprimierungsphase (der in 4 und 5 gezeigte Vorgang) abgeschlossen. In der dritten Komprimierungsphase kommt eine Komprimierung des elastischen Elements 320 durch den Stufe-2-Stößel 310 hinzu, was auf einer synchronen Komprimierung der ersten Schraubenfeder 250 und der zweiten Schraubenfeder 240 basiert. Die Rückmeldungskraft in dieser Phase wird gemeinsam durch die erste Schraubenfeder 250, zweite Schraubenfeder 240 und das elastische Element 320 bereitgestellt. In dieser Weise erhöht sich die Rückmeldungskraft signifikant. Wenn der Boden des Stufe-2-Stößels 310 an dem Boden des Gehäuses 100 anstößt, wird eine weitere Komprimierung verhindert. Bei einer praktischen Anwendung kann eine geeignete Anzahl von Dichtungen an dem Boden des Gehäuses 100 angeordnet sein. Mit den Dichtungen kann der Betrag des axialen Versatzes des Stufe-2-Stößels 310 in der dritten Komprimierungsphase eingestellt werden, wodurch der Grad der Komprimierung des elastischen Elements 320 verändert wird. Eine Gummifeder kann zwischen dem Stufe-2-Stößel 310 und dem Boden des Gehäuses 100 angeordnet sein. Dadurch wird der Grad der Komprimierung des elastischen Elements 320 verändert und das Gefühl eines abrupten Ende des Pedalhubs verhindert.
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Es ist Folgendes zu beachten: Wenn die auf das elastische Element 320 wirkende Vorbelastungskraft nicht größer als die durch den Stufe-2-Stößel 310 auf die erste Schraubenfeder 250 und die zweite Schraubenfeder 240 am Ende der zweiten Komprimierungsphase (das untere Ende des Stufe-1-Stößels 210 stößt an die Bodenoberfläche der Ausnehmung 311 an) einwirkende Gegenkraft ist, kann das elastische Element 320 den ursprünglichen Vorbelastungszustand sowohl in der ersten Komprimierungsphase als auch in der zweiten Komprimierungsphase beibehalten. Dadurch ist es möglich, eine Rückmeldungskraft eines Grads bereitzustellen, die dem vorbestimmten Komprimierungshub entspricht.
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Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist das elastische Element 320 nicht auf einen Tellerfeder beschränkt. Basierend auf praktischen Bedürfnissen kann auch eine andere Art einer Feder ausgewählt werden. Es kann sich beispielsweise um eine Schraubenfeder, eine Pagodenfeder oder Kombinationen daraus handeln. Beispielsweise kann eine Gummifeder parallel geschaltet in der Schraubenfeder angeordnet sein. Die Gummifeder kann verbesserte Stoßempfindlichkeitseigenschaften besitzen und widerstandsfähiger gegen mechanische Beschädigungen sein. Daneben weist eine Gummifeder auch ein kleines E-Modul auf und besitzt eine relativ große elastische Verformung bei einer Vorbelastung. Daher wird beim Betätigen des Bremspedals kein abruptes Fußgefühl erzeugt.
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Es ist bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen erkennbar, dass der Bremspedalgefühlssimulator eine Rückmeldungskraft mit einer graduellen Erhöhung einer nichtlinearen Festigkeit basierend auf der Veränderung des Pedalhubs von der ersten Komprimierungsphase bis durch die dritte Komprimierungsphase bereitstellen kann. Während des Bremsvorgangs kann der Fahrer die Veränderung des Fußgefühls deutlich feststellen. In dieser Weise kann das Pedalgefühl hydraulischer und pneumatischer Bremssysteme simuliert werden.
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Abgesehen von der Simulierung des Bremspedalgefühls kann der Bremspedalgefühlssimulator also auch den Pedalhub und/oder die Pedalkraft ermitteln und diese in ein elektrisches Signal umwandeln. Der Pedalhub wird dem Bremssystem bereitgestellt, um die Bremsabsicht des Fahrers festzustellen und dann das Bremsen auszuführen.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 8 weist der Bremspedalgefühlssimulator weiterhin einen Hubsensor 700 und ein Sensorelement 600 auf. Bei dieser Ausführungsform weist der Bremspedalgefühlssimulator ein oberes Gehäuse 120 und ein unteres Gehäuse 130 auf, die separat ausgebildet sind. Das obere Gehäuse 120 und das untere Gehäuse 130 sind fest miteinander verbunden. Der Stufe-1-Komprimierungsmechanismus und der Stufe-2-Komprimierungsmechanismus sind bei den oberhalb beschriebenen Ausführungsformen in dem unteren Gehäuse 130 angeordnet, während der Sensor 700 in dem oberen Gehäuse 120 angeordnet ist. Das Sensorelement 600 bewegt sich mit dem Stufe-1-Stößel 210. Beispielsweise ist das Sensorelement 600 direkt oder indirekt an dem Stufe-1-Stößel 210 montiert. Alternativ weist der Bremspedalgefühlssimulator eine Getriebestange zum Übertragen der Pedalkraft auf, wobei die Getriebestange mit dem Stufe-1-Stößel 210 verbunden und das Sensorelement 600 direkt oder indirekt an der Getriebestange montiert ist.
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Bei dieser Ausführungsform weist der Bremspedalgefühlssimulator weiterhin eine Halterung 500 auf. An einem Ende der Halterung 500 ist der Stufe-1-Stößel 210 angeordnet. Das andere Ende der Halterung 500, das an dem Sensorelement 600 montiert ist, erstreckt sich bis zu der Seitenwandung des oberen Gehäuses 120. Eine Führungsnut 121 für das Sensorelement 600 und dessen Bewegung darin ist in der Seitenwandung des oberen Gehäuses 120 vorgesehen. Der Stufe-1-Stößel 210 erzeugt eine axiale Bewegung als Reaktion auf die Pedalbetätigung, die das Sensorelement 600 über die Halterung 500 antreibt, sodass sich dieses axial entlang der Führungsnut 121 bewegt. So wie der durch das obere Gehäuse 120 für das Sensorelement 600 bereitgestellte Montageraum, ermöglicht die Führungsnut 121 die Montage des Sensorelements 600. Daneben kann das Sensorelement 600 in der Seitenwandung des oberen Gehäuses 120 eingebettet sein. Dadurch wird verhindert, dass das Sensorelement 600 zu viel Raum in dem oberen Gehäuse 120 einnimmt. Des Weiteren wird das Sensorelement 600 von Beschädigungsrisiken aufgrund einer Exponierung nach außen geschützt. Anders gesagt kann die Führungsnut 121 - neben der Führung einer axialen Bewegung des Sensorelements 600 zum Gewährleisten der Synchronität zwischen den axialen Bewegungen des Sensorelements 600 und dem Stufe-1-Stößel 210 - weiterhin einen sicheren Bewegungsraum für das Sensorelement 600 bereitstellen. Zum Feststellen der Position des Sensorelements 600 ist ein Hubsensor 700 in einer kontaktlosen Weise bereitgestellt. Z. B. kann der Sensor 700 an der Seitenwandung des oberen Gehäuses 120 befestigt sein und die Führungsnut 121 abdecken. Dadurch wird das obere Gehäuse 120 umschlossen, wodurch verhindert wird, dass Fremdkörper über die Führungsnut 121 in das Innere des oberen Gehäuses 120 gelangen.
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Das Sensorelement 600 und der Sensor 700 setzen bei dieser Ausführungsform eine kontaktlose Sensierung um. Z. B. kann der Hubsensor 700 ein magnetisch sensitiver Sensor oder eine Holl-Vorrichtung sein. Das Sensorelement 600 ist ein Magnet oder ein eingebauter Magnet. Eine Langzeitbenutzung von kontakthaften Sensorvorrichtungen würde Abrieb hervorrufen, während eine kontaktlose Sensierung dieses Problem vermeidet.
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Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen der Erfindung das Sensorelement und der Hubsensor auch derzeit bekannte andere Detektionsarten umsetzen können, um den Pedalhub zu detektieren. Dabei kann es sich z. B. um einen fotosensitiven Sensor, einen Ultraschallsensor usw. handeln.
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Bei einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Bremspedalgefühlssimulator weiterhin einen Drucksensor zum Feststellen eines auf das elastische Element wirkenden Drucks aufweisen. Im Folgenden wird nun auf 1 Bezug genommen, die als Beispiel eine vorhergehende Ausführungsform zeigt. Wenn das elastische Element 320 eine Gummifeder ist, ist ein Drucksensor zwischen der Gummifeder und dem Boden des Gehäuses 100 montiert. Es ist aber auch möglich, den Drucksensor in einem anderen Bereich in dem Gehäuse 100 anzuordnen, wo der auf die Gummifeder wirkende Druck direkt oder indirekt festgestellt werden kann. Wenn der Bremspedalgefühlssimulator in die dritte Komprimierungsphase eintritt, wird die Gummifeder aufgrund der Aktion des Stufe-2-Stößels 310 komprimiert. Die durch die komprimierte Gummifeder generierte Gegenkraft wirkt auf den Drucksensor ein. Das von dem Drucksensor ausgegebene Drucksignal gibt die Gegenkraft der Gummifeder an. Basierend auf dem Drucksignal kann die Pedalkraft festgestellt werden. In dieser Weise kann ebenfalls ein Pedalhubsignal durch das Bremssystem bereitgestellt werden.
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Es ist auch zu beachten, dass der Bremspedalgefühlssimulator sowohl den Drucksensor als auch den Hubsensor aufweisen kann, sodass die Pedalhubdetektion und die Pedalkraftdetektion miteinander kalibriert werden können. Des Weiteren gilt, dass, wenn ein Sensor ausfällt, der andere Sensor seine Detektionsfunktion weiter erfüllen kann, wodurch die Verlässlichkeit des Bremspedalgefühlssimulator erhöht wird.
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Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Bremssystem bereitgestellt, das den Bremspedalgefühlssimulator gemäß einer beliebigen der oberhalb beschriebenen Ausführungsformen aufweist. Das Bremssystem weist weiterhin eine Regeleinheit und eine elektronische Bremsvorrichtung auf, die an einer Radnabe des Fahrzeugs angeordnet ist und durch einen Elektromotor betätigt wird. Wenn der Fahrer das Pedal zum Bremsen betätigt (= drückt), erzeugt der Bremspedalgefühlssimulator eine nichtlineare taktile Rückmeldung und erfasst gleichzeitig den Pedalhub und/oder die Pedalkraft. Gleichzeitig überträgt er ein Pedalhubsignal an die Regeleinheit. Die Regeleinheit analysiert das Pedalhubsignal, identifiziert die Bremsabsicht des Fahrers und regelt die elektronische Bremsvorrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Bremskraft, wodurch das Bremsen ausgeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Gehäuse
- 110
- Stufe
- 120
- Oberes Gehäuse
- 121
- Führungsnut
- 130
- Unteres Gehäuse
- 200
- Stufe-1-Komprimierungsmechanismus
- 210
- Stufe-1-Stößel
- 211
- Flansch
- 212
- Schulterbereich
- 220
- Abstandselement
- 221
- Anstoßteil
- 230
- Vorbelastungselement
- 231
- Ringförmiger Bereich
- 232
- Oberer Anhaltebereich
- 233
- Unterer Anhaltebereich
- 234
- Axialer Anhaltebereich
- 235
- Radialer Anhaltebereich
- 240
- Zweite Schraubenfeder
- 250
- Erste Schraubenfeder
- 300
- Stufe-2-Komprimierungsmechanismus
- 310
- Stufe-2-Stößel
- 311
- Ausnehmung
- 312
- Stütze
- 313
- Stößelflansch
- 320
- Elastisches Element
- 330
- Basis
- 340
- Feststellungselement
- 400
- Begrenzungsmechanismus
- 410
- Begrenzungsring
- 500
- Halterung
- 600
- Sensorelement
- 700
- Hubsensor
