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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derzeit werden im Automobilbereich fast ausschließlich hydraulisch-mechanisch gekoppelte Bremssysteme eingesetzt, bei denen das Bremspedal mit dem Bremskraftverstärker mechanisch verbunden ist. Der Fahrer stellt mit seiner Beinkraft die mechanische Rückfallebene dar. Der Anschlag des Bremspedals wird über das Ende des Kolbenhubs bei einem Pedalweg zwischen zum Beispiel 140mm bis 200mm dargestellt. Die dem Pedalweg zugeordnete Pedalkraft ergibt sich aus der Steifigkeit der installierten Radbremsen. Die Kraft steigt ist progressiv an, aber ohne einen harten Impuls am Ende des Wegs.
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Demgegenüber weist ein gattungsgemäßes Brake-by-wire-Bremssystem ein Bremspedal auf, das Bestandteil einer Pedalsimulator-Einheit ist. Diese wandelt eine Bremspedal-Bewegung in ein elektrisches Bremspedal-Signal um, das eine fahrerseitige Verzögerungsvorgabe für ein elektronisches Steuergerät bildet. Auf der Grundlage der Verzögerungsvorgabe generiert das Steuergerät Stellsignale, mit denen zumindest eine Druckaufbau-Komponente zur Betätigung einer Fahrzeugbremse ansteuerbar ist. Im Normalbetrieb ist das Bremspedal über einen Stellweg von einer unbetätigten Pedalstellung in eine vom Fahrerfuß durchgedrückte Pedalstellung betätigbar. Dies erfolgt unter Aufbau einer Rückstellkraft, die unabhängig von der Ansteuerung der Druckaufbau-Komponente in der Pedalsimulator-Einheit erzeugt wird.
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Bei einem Frontalcrashfall kann sich die folgende Konstellation ergeben: Der Fahrerfuß befindet sich auf dem Bremspedal. Zum Crashzeitpunkt wird der Fahrzeuginsasse mitsamt Fahrerfuß trägheitsbedingt nach fahrzeugvorne beschleunigt, wodurch der Fahrerfuß das Bremspedal bis in die vollständig durchgedrückte Pedalstellung verstellt. In der vollständig durchgedrückten Pedalstellung ist das Bremspedal in Anlage mit einem nicht verformbaren mechanischen Anschlag, über den Crashenergie in den Fahrerfuß eingeleitet werden kann.
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Im Stand der Technik ist der von der Pedalsimulator-Einheit bereitgestellte Pedal-Stellweg wesentlich kleiner ausgelegt als bei einem konventionellen hydraulisch-mechanisch gekoppelten Bremssystem. Von daher erfolgt der Aufschlag des Bremspedals am nicht verformbaren mechanischen Pedalanschlag unmittelbar nach dem Crashzeitpunkt, so dass gegebenenfalls übermäßig große Kraftspitzen in den Fahrerfuß eingeleitet werden können.
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Aus der
DE 10 2010 000 882 A1 ist ein Brake-by-wire-Bremssystem bekannt. Aus der
US 2018/0118175 A1 und aus der
FR 2 866 130 B1 sind weitere Bremssysteme bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Bremssystem in einem Fahrzeug bereitzustellen, bei dem in konstruktiv einfacher Weise die Crashsicherheit für den Fahrzeuginsassen erhöht werden kann.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Bremssystem mit einem Bremspedal, das Bestandteil einer Pedalsimulator-Einheit ist. Diese wandelt eine Bremspedal-Bewegung in ein elektrisches Bremspedal-Signal um, das eine fahrerseitige Verzögerungsvorgabe für ein elektronisches Steuergerät bildet. Das elektronische Steuergerät generiert auf der Grundlage der Verzögerungsvorgabe Stellsignale, mit denen zumindest eine Druckaufbau-Komponente zur Betätigung einer Fahrzeugbremse angesteuert werden kann. Im Normalbetrieb ist das Bremspedal einer unbetätigten Pedalstellung über einen Stellweg in eine vom Fahrerfuß vollständig durchgedrückte Pedalstellung betätigbar. Dies erfolgt unter Aufbau einer Rückstellkraft, die unabhängig von der Ansteuerung der Druckaufbau-Komponente von der Pedalsimulator-Einheit erzeugt wird.
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Die Erfindung geht von dem Sachverhalt aus, dass in einem Frontalcrashfall der Fahrerfuß trägheitsbedingt mit einer im Vergleich zur normalen Betätigungskraft gesteigerten Crashkraft in der Fahrtrichtung auf das Bremspedal einwirkt. Bei Einwirken der Crashkraft gibt die Pedalsimulator-Einheit gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 einen zusätzlichen Crashweg in der Fahrtrichtung frei. Über den Crashweg kann das Bremspedal mitsamt Fahrerfuß in der Fahrtrichtung verlagert werden.
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Erfindungsgemäß ist daher der Gesamtpedalweg des Bremspedals aufgeteilt in einen Bremspedal-Stellweg, der im Normalbetrieb verfügbar ist, und in einen zusätzlichen Crashweg, der bei einem Frontalcrashfall zusätzlich verfügbar ist. Beispielhaft kann im Bereich des Crashwegs ein Elastomer oder ein vorgespanntes Feder-Element als ein Dämpfungselement eingebaut sein.
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In einer technischen Umsetzung kann die Pedalsimulator-Einheit ein Federpaket mit einer Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen. Die Kraft-Weg-Kennlinie kann derart ausgelegt sein, dass bei einer Pedal-Bewegung von der unbetätigten Pedalstellung über den Stellweg in die durchgedrückte Pedalstellung die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft linear oder progressiv ansteigt. Die Rückstellkraft kann bei Erreichen der durchgedrückten Pedalstellung einen Maximalwert einnehmen.
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In der durchgedrückten Pedalstellung kann das Bremspedal gegen einen Pedalanschlag verstellt sein. Bevorzugt ist es, wenn der Pedalanschlag oder eine bremspedalseitige Gegenkontur als ein Dämpfungselement realisiert ist. Das Dämpfungselement kann sich bei Einwirken der vom Fahrerfuß erzeugten Crashkraft unter Freigabe des Crashwegs verformen. Durch die vom Dämpfungselement geleistete Verformungsarbeit kann bevorzugt zumindest teilweise Crashenergie abgebaut werden, wodurch die Crashsicherheit des Fahrers erhöht ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Dämpfungselement eine Kraft/Weg-Kennlinie aufweisen. Diese kann so ausgelegt sein, dass bei einer (in der Fahrtrichtung ausgerichteten) Pedal-Bewegung von der vollständig durchgedrückten Pedalstellung über den Crashweg die auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft ansteigt, und zwar bis Erreichen eines Maximalwerts. Dieser kann bevorzugt kleiner bemessen sein als ein vordefinierter Grenzwert (Tibia-Grenzwert), der einem maximal erlaubbaren, auf den Fahrerfuß wirkenden, crashbedingten Kraftimpuls entspricht.
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Die Kraft/Weg-Kennlinie des Dämpfungselements kann so ausgelegt sein, dass erst ab Erreichen eines unteren Kraft-Grenzwerts die Crashkraft den zusätzlichen Crashweg freigibt. Um ein einwandfreies Zusammenspiel des Dämpfungselements und des Federpakets zu gewährleisten, können deren Kraft/Weg-Kennlinien wie folgt aufeinander abgestimmt sein: So kann der Maximalwert der Kraft/Weg-Kennlinie des Federpakets um eine Kraft-Differenz kleiner bemessen sein als der untere Kraft-Grenzwert der Kraft/Weg-Kennlinie des Dämpfungselements.
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In einer technischen Realisierung kann die Pedalsimulator-Einheit eine Kolben-/Zylinder-Anordnung aufweisen. In der Kolben-/Zylinder-Anordnung ist das Federpaket in einem Zylinder positioniert. Ein erster Fußpunkt des Federpakets kann sich unmittelbar oder mittelbar an einem Zylinderboden des Zylinders abstützen, während sich der zweite Fußpunkt des Federpakets an einem hubverstellbaren Hubkolben abstützen kann, der im Zylinder geführt ist. Der Hubkolben kann über eine Koppelstange mit dem Bremspedal bewegungsgekoppelt sein.
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In einer ersten Ausführungsvariante kann der erste Fußpunkt des Federpakets unter Zwischenlage des Dämpfungselements auf dem Zylinderboden des Zylinders der Pedalsimulator-Einheit abgestützt sein. In diesem Fall ist das Dämpfungselement daher unmittelbar in der Kolben-/Zylinder-Anordnung integriert. In diesem Fall kann in der vollständig durchgedrückten Pedalstellung das Federpaket bis auf ein Blockmaß zusammengepresst sein und gegen das als Pedalanschlag wirkende Dämpfungselement drücken.
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Alternativ dazu kann der Pedalanschlag unabhängig von der Kolben-/Zylinder-Anordnung mit dem Bremspedal zusammenwirken. Beispielhaft kann der Pedalanschlag an einem Bremspedal-Gehäuse angebunden sein, das wiederum an der Fahrzeug-Karosserie befestigt ist. Alternativ dazukann der Pedalanschlag auch unmittelbar an der Fahrzeug-Karosserie angebunden sein.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 bis 5 ein Bremssystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 6 bis 8 ein Bremssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
- 9 und 10 jeweils weitere Ausführungsbeispiele des Bremssystems.
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In der 1 ist ein Brake-by-wire-Bremssystem mit einem Bremspedal 1 gezeigt, das Bestandteil einer Pedalsimulator-Einheit 3 ist. Die Pedalsimulator-Einheit 3 weist eine Sensoreinrichtung 5 auf, mittels der eine mechanische Bremspedal-Bewegung in ein elektrisches Bremspedal-Signal umgewandelt wird, das als eine fahrerseitige Verzögerungsvorgabe V zu einem elektronischen Steuergerät 7 übertragen werden kann. Das elektronische Steuergerät 7 generiert auf der Grundlage der Verzögerungsvorgabe Stellsignale y, mit denen zumindest eine Druckaufbau-Komponente 9 ansteuerbar ist, mit deren Hilfe ein mit einer Bremsscheibe 11 zusammenwirkender Bremssattel 13 einer Fahrzeugbremse 15 druckbetätigbar ist.
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In der 1 weist die Pedalsimulator-Einheit 3 eine Kolben-/Zylinder-Anordnung 17 auf, bei der ein Federpaket 19 in einem Zylinder 21 positioniert ist. Das Federpaket 19 ist mit einem Fußpunkt unmittelbar am Zylinderboden 23 des Zylinders 21 abgestützt, während der andere Fußpunkt an einem Hubkolben 25 abgestützt ist. Der Hubkolben 25 ist wiederum über eine Koppelstange 27 mit dem Bremspedal 1 bewegungsgekoppelt.
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Der Pedalsimulator-Einheit 3 ist ein später beschriebener Pedalanschlag 29 zugeordnet. Dieser ist in der 1 unabhängig von der Kolben-/ZylinderAnordnung 17 an einer Fahrzeugkarosserie 31 angebunden.
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Im Normalbetrieb kann das an einer Anlenkstelle 33 schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie 31 angelenkte Bremspedal 1 über einen Stellweg s1 von einer unbetätigten Pedalstellung I (1 oder 2) in eine vom Fahrerfuß vollständig durchgedrückte Pedalstellung II (3) betätigt werden. Dies erfolgt unter Aufbau einer Rückstellkraft FR, die unabhängig von der Ansteuerung der Druckaufbau-Komponente 9 in der Kolben-/Zylinder-Anordnung 17 erzeugt wird. In der vollständig durchgedrückten Pedalstellung II (3) ist der Stellweg s1 aufgebraucht, wobei das Bremspedal 1 in Anlage ist mit dem Pedalanschlag 29.
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Das Federpaket 19 in der Kolben-/Zylinder-Anordnung 17 weist eine in der 5 angedeutete Kraft/Weg-Kennlinie KF auf. Demnach kann bei normaler Betätigungskraft FB eine Pedal-Bewegung von der unbetätigten Pedalstellung I über den Stellweg s1 bis in die durchgedrückte Pedalstellung II durchgeführt werden. Gemäß der Kraft/Weg-Kennlinie KF steigt dabei die entgegen der Fahrtrichtung FR auf das Bremspedal 1 wirkende Rückstellkraft FR linear an, und zwar bis Erreichen eines Maximalwerts FFmax in der vollständig durchgedrückten Pedalstellung II.
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In einem Frontalcrashfall wirkt der Fahrerfuß trägheitsbedingt mit einer im Vergleich zur normalen Betätigungskraft FB gesteigerten Crashkraft FC ( 4) in der Fahrtrichtung FR auf das Bremspedal 1. Der Kern der Erfindung besteht darin, dass bei Einwirken der Crashkraft FC auf das Bremspedal 1 die Pedalsimulator-Einheit 3 einen zusätzlichen Crashweg s2 in der Fahrtrichtung FR freigibt. Über den zusätzlichen Crashweg s2 kann das Bremspedal 1 mitsamt Fahrerfuß in der Fahrtrichtung FR nach fahrzeugvorne verlagert werden. Gemäß den 1 bis 5 ist hierfür der Pedalanschlag 29 nicht bauteilsteif, sondern vielmehr über ein Dämpfungselement 30 an der Karosserie 31 angebunden. Das Dämpfungselement 30 verformt sich bei Einwirken der Crashkraft FC unter Freigabe des Crashwegs s2. Durch die vom Dämpfungselement 30 geleistete Verformungsarbeit kann teilweise Crashenergie abgebaut werden, wodurch die Crashsicherheit des Fahrzeuginsassen erhöht wird.
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In der 5 ist die Kraft/Weg-Kennlinie KD des Dämpfungselements 30 veranschaulicht. Demnach steigt bei einer Pedal-Bewegung von der durchgedrückten Pedalstellung II über den Crashweg s2 die auf das Bremspedal 1 wirkende Rückstellkraft FR linear an, und zwar bis Erreichen eines Maximalwerts FDmax. Der Maximalwert FDmax ist dabei kleiner bemessen als ein vordefinierter Grenzwert FT (Tibia-Grenzwert), der einem maximal erlaubbaren, auf den Fahrerfuß wirkenden, crashbedingten Kraftimpuls entspricht. Die Kraft/Weg-Kennlinie KD des Dämpfungselements 30 ist so ausgelegt, dass der zusätzliche Crashweg s2 erst freigegeben wird, wenn die Crashkraft FC eines unteren Kraft-Grenzwerts FDmin überschreitet.
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Wie aus der 5 hervorgeht, ist der Maximalwert FFmax der Kraft/Weg-Kennlinie KF des Federpakets 19 um eine Kraft-Differenz ΔF kleiner bemessen als der untere Kraft-Grenzwert FDmin der Kraft/Weg-Kennlinie KD des Dämpfungselements 30. Damit ist gewährleistet, dass für den Fahrer im Normalbetrieb die erfindungsgemäße Crash-Funktion nicht wahrnehmbar ist.
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In den 6 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, deren grundsätzlicher Aufbau und Funktionsweise identisch mit dem Ausführungsbeispiel der vorangegangenen Figuren ist. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist in den 6 bis 8 das Dämpfungselement 29 unmittelbar in der Kolben-/Zylinder-Anordnung 17 integriert. Der erste Federfußpunkt des Federpakets 19 ist nämlich nicht unmittelbar auf dem Zylinderboden 23 des Zylinders 21 abgestützt, sondern vielmehr unter Zwischenlage des Dämpfungselements 30. Bei Erreichen der durchgedrückten Pedalstellung II ist das Federpaket 19 bis auf ein Blockmaß m (7) zusammengepresst. Das auf das Blockmaß m zusammengepresste Federpaket 19 drückt im Frontalcrashfall gegen das als Pedalanschlag wirkende Dämpfungselement 30 und verformt dieses um den Crashweg s2 (8).
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In dem in der 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Pedalanschlag 29 nicht unmittelbar an der Fahrzeugkarosserie 31 montiert, sondern vielmehr an einem Bremspedal-Gehäuse 35. Alternativ dazu ist in der 10 nicht der Pedalanschlag 29 mit einem Dämpfungselement 30 realisiert, sondern vielmehr die bremspedalseitige Gegenkontur 37 mit einem Dämpfungselement 30 im Sinne der Erfindung realisiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremspedal
- 3
- Pedalsimulator-Einheit
- 5
- Sensoreinrichtung
- 7
- elektronisches Steuergerät
- 9
- Druckaufbau-Komponente
- 11
- Bremsscheibe
- 13
- Bremssattel
- 15
- Fahrzeugbremse
- 17
- Kolben-/Zylinder-Anordnung
- 19
- Federpaket
- 21
- Zylinder
- 23
- Zylinderboden
- 25
- Hubkolben
- 27
- Koppelstange
- 29
- Pedalanschlag
- 30
- Dämpfungselement
- 31
- Fahrzeugkarosserie
- 33
- Anlenkstelle
- 35
- Bremspedal-Gehäuse
- 37
- bremspedalseitige Gegenkontur
- V
- Verzögerungsvorgabe
- y
- Stellsignale
- FR
- Fahrtrichtung
- FC
- Crashkraft
- FB
- normale Betätigungskraft
- s1
- Stellweg
- s2
- Crashweg
- FR
- Rückstellkraft
- KF
- Kraft/Weg-Kennlinie des Federpakets
- KD
- Kraft/Weg-Kennlinie des Dämpfungselements
- m
- Blockmaß
- FFmax
- Maximalwert in der Kraft/Weg-Kennlinie des Federpakets
- FDmax
- Maximalwert in der Kraft/Weg-Kennlinie des Dämpfungselements
- FT
- vordefinierter Grenzwert
- ΔF
- Kraftdifferenz
- I
- unbetätigte Pedalstellung
- II
- vollständig durchgedrückte Pedalstellung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010000882 A1 [0006]
- US 2018/0118175 A1 [0006]
- FR 2866130 B1 [0006]
