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Die Erfindung betrifft ein Bremspedalmodul für ein „Brake-by-wire“-Bremssystem eines Fahrzeugs.
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Bei „Brake-by-wire“-Bremssystemen wird ein Bremswunsch eines Fahrers elektronisch erfasst und die Bremsen des Fahrzeugs mittels eines oder mehrerer rein elektrischer Aktuatoren betätigt. Dazu kann vorgesehen sein, dass den Bremsen der einzelnen Räder jeweils ein elektromotorischer Aktuator zugeordnet ist, wie es beispielsweise bei einer „EMB“ (Elektro-Motorische Bremse) bekannt ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein elektrohydraulischer Aktuator zentral angesteuert wird, um die Bremsen in konventioneller Weise hydraulisch zu betätigen, wie es beispielsweise bei einem „IBS“ (Integrated Brake System) bekannt ist. Des Weiteren kann ein „Brake-by-wire“-Bremssystem als Mischsystem ausgeführt sein, indem die Bremsen einer Fahrzeugachse, beispielsweise die der Vorderräder, einem „IBS“ zugeordnet sind und die Bremsen einer anderen Fahrzeugachse, beispielsweise die der Hinterräder, jeweils als „EMB“ ausgestaltet sind.
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Da bei „Brake-by-wire“-Bremssystemen in der Regel keine mechanische Verbindung zwischen einem Bremspedal und den Bremsen vorhanden ist, wird für den Fahrer ein Rückwirkverhalten des Bremspedals simuliert, beispielsweise hydraulisch. Genauer gesagt wirkt bei der Betätigung des Bremspedals mit zunehmendem Hub ein größerer Widerstand.
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Zur elektronischen Erfassung des Bremswunsches ist üblicherweise eine Sensoreinheit vorgesehen, die zum Beispiel die Bewegung eines Kolbens erfasst.
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Es ist eine Ausgabe der Erfindung, eine besonders zuverlässige Erfassung eines Bremswunsches bei gleichzeitig kompakter Bauweise des Bremspedalmoduls zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bremspedalmodul für ein Brake-by-wire-Bremssystem eines Fahrzeugs, mit einem schwenkbar gelagerten Bremspedal und mit einer Dämpfungseinheit, die zum Erzeugen eines Widerstands bei einer Betätigung des Bremspedals mit dem Bremspedal mechanisch gekoppelt ist, wobei das Bremspedalmodul eine Sensoreinheit zum Detektieren eines Bremswunsches eines Fahrers umfasst. Die Sensoreinheit umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen eines Betätigungswegs, der an einem Schwenklager des Bremspedals angeordnet ist, und mindestens einen weiteren Sensor zum Erfassen einer Betätigungskraft, der in Draufsicht auf eine Betätigungsfläche des Bremspedals betrachtet an einer Rückseite des Bremspedals angeordnet ist.
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Durch das Erfassen des Betätigungswegs und der Betätigungskraft wird ein Bremswunsch eines Fahrers redundant erfasst, wodurch sich ein Bremswunsch besonders genau und zuverlässig feststellen lässt.
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Indem die Sensoren am Schwenklager des Bremspedals und an der Rückseite des Bremspedals angeordnet sind, ist ein kompakter Aufbau des Bremspedals gegeben. Insbesondere ist kein Sensor an einem Gehäuse der Dämpfungseinheit notwendig.
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Des Weiteren kann auf einen Kraftsensor an der Vorderseite des Bremspedals verzichtet werden.
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Der Sensor zum Erfassen des Betätigungswegs ist beispielsweise ein Winkelsensor. Mit einem Winkelsensor lässt sich ein Schwenkwinkel messen, um den das Bremspedal bei einer Betätigung verschwenkt wird. Anhand der Länge des Bremspedals und des Schwenkwinkels lässt sich ein Betätigungsweg und auch die Geschwindigkeit der Betätigung berechnen, mit der ein Fahrer das Bremspedal mit seinem Fuß durchdrückt.
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Zur Berechnung des Betätigungswegs und der Bremsgeschwindigkeit anhand eines gemessenen Schwenkwinkels kann eine dafür geeignete Auswerteeinheit vorhanden sein.
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Vorzugsweise ist an dem Bremspedal ein Gelenkbolzen angeformt und der Winkelsensor ist auf den Gelenkbolzen aufgesteckt. Dadurch lässt sich der Winkelsensor besonders einfach montieren. Sobald das Bremspedal montiert ist, zum Beispiel an einem Trägerbauteil, ist der Winkelsensor fest fixiert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Bremspedal durch eine Strebe gebildet, die an einem ersten Ende die Betätigungsfläche hat, welche von einem Fahrer zum Signalisieren eines Bremswunsches betätigt werden kann, und an einem zum ersten Ende entgegengesetzten Ende schwenkbar gelagert ist, wobei der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft zwischen den Enden angeordnet ist. Dies trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise des Bremspedalmoduls bei.
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Die Dämpfungseinheit ist beispielsweise mittels eines Betätigungsstößels mit dem Bremspedal gekoppelt, wobei der Betätigungsstößel gelenkig am Bremspedal gelagert ist, und wobei der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft an einem Anlenkpunkt des Betätigungsstößels am Bremspedal angeordnet ist. Der Anlenkpunkt ist der Punkt, an dem der Betätigungsstößel gegen das Bremspedal drückt, wobei der Betätigungsstößel direkt oder indirekt am Bremspedal angeordnet sein kann. Der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft ist somit in eine mechanische Wirkkette zwischen dem Bremspedal und der Dämpfungseinheit eingebunden und kann eine Kraft besonders gut erfassen. Konkret wird der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft zwischen dem Bremspedal und dem Betätigungsstößel zusammengedrückt.
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Beispielsweise ist die gelenkige Lagerung mittels eines Drehgelenks oder eines Kugelgelenks realisiert. Durch die gelenkige Verbindung zwischen Betätigungsstößel und Bremspedal lässt sich eine Schwenkbewegung des Bremspedals in eine rein lineare Bewegung des Betätigungsstößels übersetzen.
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In der Strebe kann eine Vertiefung geformt sein, in welcher der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft aufgenommen ist, wobei der Sensor durch ein Halteelement in der Vertiefung befestigt ist. Das Halteelement kann dabei ebenfalls in der Vertiefung angeordnet sein. Auf diese Weise ist der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft besonders gut vor Beschädigung geschützt. Genauer gesagt ist der Sensor an allen Seiten von Material umgeben, insbesondere durch das Bremspedal und durch das Halteelement. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft mittels des Halteelements am Bremspedal vormontieren lässt, wodurch eine weitere Montage des Bremspedalmoduls vereinfacht ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Betätigungsstößel an dem Halteelement gelenkig gelagert. Genauer gesagt kann der Betätigungsstößel mit einem Ende am Halteelement verclipst sein. Das Halteelement hält somit sowohl den Sensor als auch den Betätigungsstößel am Bremspedal fest.
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Das Bremspedal kann zwei relativ zueinander bewegliche, aneinander angekoppelte Abschnitte haben, wobei die beiden Abschnitte in Längsrichtung überlappen, und wobei im Bereich der Überlappung zwischen den beiden Abschnitten ein Mikroschalter angeordnet ist. Durch den Mikroschalter wird detektiert, wenn der Fahrer bremst, ohne dass weitere Informationen über eine gewünschte Fahrzeugverzögerung erfasst werden; diese Informationen werden mittels der Sensoren zum Erfassen des Betätigungswegs und der Betätigungskraft erfasst. Der Mikroschalter bildet einen sogenannten Bremslichtschalter. Mittels des Mikroschalters lässt sich insbesondere besonders schnell detektieren, dass ein Fahrer einen Bremsvorgang starten möchte, woraufhin die Bremslichter des Fahrzeugs ohne Verzögerung eingeschaltet werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform hat das Bremspedal zwei relativ zueinander bewegliche, aneinander angekoppelte Abschnitte, wobei die beiden Abschnitte in Längsrichtung überlappen, und wobei im Bereich der Überlappung zwischen den beiden Abschnitten der Sensor zum Erfassen einer Betätigungskraft angeordnet ist. Der Sensor zum Erfassen einer Betätigungskraft am Anlenkpunkt des Betätigungsstößels am Bremspedal kann in diesem Fall entfallen.
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Die beiden Abschnitte des Bremspedals sind beispielsweise relativ zueinander um maximal 5° verschwenkbar. Dadurch können die beiden Abschnitte besonders einfach aneinander angekoppelt sein, ohne dass ein aufwendiges Gelenk erforderlich ist. Zum Beispiel sind die beiden Abschnitte einteilig miteinander verbunden, wobei die Beweglichkeit zwischen den beiden Abschnitten durch eine reduzierte Materialstärke realisiert ist. Eine Verschwenkung um maximal 5° ist ausreichend, um dem Mikroschalter bzw. den Sensor zum Erfassen der Betätigungskraft zuverlässig zu betätigen.
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Das erfindungsgemäße Bremspedalmodul eignet sich zur Verwendung in einem „Brake-by-wire“-Bremssystem, das vorzugsweise mit „EMB“-Bremsen ausgerüstet ist und/oder als „IBS“-System ausgestaltet ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Teilschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bremspedalmoduls perspektivischen Ansicht,
- - 2 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Bremspedalmoduls aus 1,
- - 3 eine Explosionsdarstellung eines Teils des erfindungsgemäßen Bremspedalmoduls aus 1,
- - 4 einen Teil des Bremspedalmoduls aus 1 in einer Schnittdarstellung, und
- - 5 schematisch ein Bremspedal für ein erfindungsgemäßes Bremspedalmodul.
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Die 1 und 2 zeigen ein Bremspedalmodul 10 für ein „Brake-by-wire“-Bremssystem eines Fahrzeugs, wobei 1 eine Teilschnittdarstellung in einer perspektivischen Ansicht und 2 eine Explosionsdarstellung des Bremspedalmoduls 10 zeigt.
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Das Bremspedalmodul 10 dient insbesondere dazu, einen Bremswunsch eines Fahrers elektronisch zu detektieren.
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Das Bremspedalmodul 10 umfasst ein schwenkbar gelagertes Bremspedal 12 und eine Dämpfungseinheit 14, die mit dem Bremspedal 12 mechanisch gekoppelt ist. Genauer gesagt ist die Dämpfungseinheit 14 zwischen den Enden des Bremspedals 12 mit diesem gekoppelt.
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Die Dämpfungseinheit 14 dient zum Erzeugen eines Widerstands bei einer Betätigung des Bremspedals 12.
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Beim Betätigen des Bremspedals 12 wird die Dämpfungseinheit 14 auf Druck belastet.
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Das Bremspedal 12 ist durch eine Strebe 16 gebildet.
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An einem ersten Ende 18 hat die Strebe 16 eine Betätigungsfläche 20, die von einem Fahrer zum Signalisieren eines Bremswunsches gedrückt werden kann. Anders ausgedrückt kann ein Fahrer zum Signalisieren eines Bremswunsches mit dem Fuß einen Druck auf die Betätigungsfläche 20 ausüben.
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Die Dämpfungseinheit 14 ist mittels eines Betätigungsstößels 22 mit dem Bremspedal 12 gekoppelt, wobei der Betätigungsstößel 22 gelenkig am Bremspedal 12 gelagert ist.
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Das Bremspedalmodul 10 hat zudem ein Trägerbauteil 24, das zum fahrzeugseitigen Befestigen des Bremspedalmoduls 10 dient.
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Die übrigen Bestandteile des Bremspedalmoduls 10 sind an dem Trägerbauteil 24 vormontiert. Das bedeutet, dass bei einer Montage des Bremspedalmoduls 10 in einer Bauraumumgebung lediglich das Trägerbauteil 24 fahrzeugseitig befestigt werden muss.
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Das Bremspedal 12 ist am Trägerbauteil 24 schwenkbar gelagert, und zwar mit einem zum ersten Ende 18 entgegengesetzten Ende 26.
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Genauer gesagt ist das Bremspedal 12 in einem Schwenklager 28, insbesondere in einem Drehgelenk, am Trägerbauteil 24 gelagert.
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Das Trägerbauteil 24 ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, zum Beispiel als Kunststoffspritzgussteil. Es ist jedoch auch eine mehrteilige Ausbildung denkbar.
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Das Bremspedalmodul 10 ist eine in sich kräftemäßig geschlossene, vormontierte Baueinheit. Das bedeutet, das Bremspedalmodul 10 stellt eine eigenständige, funktionsfähige Einheit dar, die als Ganzes am Fahrzeug moniert wird, und zwar über das Trägerbauteil 24. Wenn das Bremspedal im unmontierten Zustand außerhalb des Fahrzeugs bewegt wird, lassen sich alle seine Bewegungen ausführen, die auch im eingebauten Zustand möglich sind, weil die Baueinheit kräftemäßig vorab schon geschlossen ausgeführt ist. Folglich lässt sich das Bremspedalmodul 10 besonders einfach und flexibel in einer Bauraumumgebung anordnen.
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Zur einfachen Befestigung sind an dem Trägerbauteil 24 Schraublaschen 30 angeformt (siehe 2).
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Das Bremspedalmodul 10 umfasst außerdem eine Sensoreinheit 32 zum Detektieren eines Bremswunsches eines Fahrers.
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Die Sensoreinheit 32 umfasst einen Sensor 34 zum Erfassen eines Betätigungswegs und einen Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigungskraft.
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Der Sensor 34 zum Erfassen des Betätigungswegs ist am Schwenklager 28 am Ende 26 des Bremspedals 12 angeordnet.
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Genauer gesagt ist der Sensor 34 zum Erfassen des Betätigungswegs auf einen Gelenkbolzen 38 aufgesteckt, der an dem Ende 26 des Bremspedals 12 angeformt ist.
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Der Sensor 34 zum Erfassen des Betätigungswegs ist im Ausführungsbeispiel ein Winkelsensor.
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Der Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigungskraft ist in Draufsicht auf die Betätigungsfläche 20 des Bremspedals 12 betrachtet an einer Rückseite des Bremspedals 12 angeordnet.
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Dabei ist der Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigungskraft zwischen den Enden 18, 26 angeordnet.
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Genauer gesagt ist der Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigungskraft an einem Anlenkpunkt 40 des Betätigungsstößels 22 am Bremspedal 12 angeordnet.
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Um den Sensor 36 zum Erfassen einer Betätigungskraft zuverlässig am Bremspedal 12 zu halten, ist in der Strebe 16 eine Vertiefung 42 geformt, in welcher der Sensor 36 zum Erfassen der Betätigungskraft aufgenommen ist.
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In die Vertiefung 42 ist ein Halteelement 44 eingesteckt, durch das der Sensor 36 in der Vertiefung 42 befestigt ist.
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Das Halteelement 44 ist beispielsweise reibschlüssig und/oder kraftschlüssig in der Vertiefung geklemmt.
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Der Betätigungsstößel 22 der Dämpfungseinheit 14 ist an dem Halteelement 44 gelenkig gelagert.
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Das Halteelement 44 umfasst zu diesem Zweck zwei flexible Haltearme 46, mittels denen der Betätigungsstößel 22 am Halteelement 44 verclipst ist.
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3 veranschaulicht die Lagerung der Sensoren 34, 36 anhand einer weiteren Explosionsdarstellung. Anhand von 3 ist die Form der Vertiefung 42 besonders gut ersichtlich.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Teils des Bremspedalmoduls 10.
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In 4 ist ersichtlich, dass in dem Halteelement 44 eine Lagerschale 48 geformt ist, in der ein Kugelkopf 50 des Betätigungsstößels 22 aufgenommen ist. Der Betätigungsstößel 22 ist dadurch ausreichend stabil an dem Halteelement 44 geführt.
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Mit einer vom Betätigungsstößel 22 abgewandten Seite stößt das Halteelement 44 gegen den Sensor 36 zum Erfassen der Betätigungskraft.
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Beim Betätigen des Bremspedals 12 wird somit ein Druck auf den Sensor 36 zum Erfassen der Betätigungskraft ausgeübt.
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Um eine zuverlässige Erfassung der Betätigungskraft zu ermöglichen, muss das Halteelement 44 in Betätigungsrichtung mit einem gewissen Spiel gelagert sein. Nur so lässt sich ein Druck bei der Betätigung des Bremspedals ausreichend stark auf den Sensor 36 zum Erfassen der Betätigungskraft übertragen. Anders ausgedrückt darf die Betätigungskraft nicht überwiegend von dem Halteelement 44 aufgenommen werden.
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In der Schnittdarstellung ist des Weiteren der Aufbau einer beispielhaften Dämpfungseinheit 14 veranschaulicht.
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Wie in der Schnittdarstellung in 4 zu sehen ist, umfasst die Dämpfungseinheit einen Kolben 52. Dieser ist in einem Gehäuse 54 verschiebbar gelagert.
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Das Gehäuse 54 ist durch einen Deckel 55 verschlossen.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 54 einteilig mit dem Trägerbauteil 24 geformt. Das Gehäuse 54 der Dämpfungseinheit 14 kann jedoch auch separat geformt und am Trägerbauteil 24 befestigt sein.
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Der Betätigungsstößel 22 stützt sich an dem Kolben 52 ab.
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An dem Kolben 52 ist eine Kolbenstange 56 angeformt, in der der Betätigungsstößel 22 abschnittsweise aufgenommen ist.
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Aus der Schnittdarstellung in 4 ist außerdem ersichtlich, dass die Dämpfungseinheit 14 zwei elastische Elemente 58, 60 umfasst. Die elastischen Elemente 58, 60 sind in Reihe angeordnet.
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Die beiden in Reihe angeordneten elastischen Elemente 58, 60 stützen sich über ein Stützelement 62 aneinander ab.
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Genauer gesagt liegen die beiden elastischen Elemente 58, 60 an entgegengesetzten Stirnseiten des Stützelements 62 an.
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Der Kolben 52 stützt sich an den elastischen Elementen 58, 60 ab.
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Bei einer Betätigung des Bremspedals 12 wird der Kolben 52 im Gehäuse 54 verschoben und komprimiert die elastischen Elemente 58, 60.
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Die Kraft, die notwendig ist, um die elastischen Elemente 58, 60 zu komprimieren, wird von einem Fahrer am Bremspedal als Widerstand wahrgenommen.
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Die elastischen Elemente 58, 60 dienen auch als Rückstellelemente, um den Kolben 52 nach einer Betätigung des Bremspedals 12 wieder in seine Ausgangsstellung zu bewegen.
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Zusätzlich ist an dem Deckel 55 ein weiteres elastisches Element 64 angeordnet, das bei befestigtem Deckel 55 im Inneren des Gehäuses 54 angeordnet ist und das Teil der Dämpfungseinheit 14 ist.
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Das weitere elastische Element 64 ist parallel zu den zwei in Reihe angeordneten elastischen Elementen 58, 60 angeordnet.
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Die in Reihe angeordneten elastischen Elemente 58, 60 sind als Schraubenfedern ausgebildet, während das weitere elastische Element am Deckel 55 ein Gummidämpfer ist.
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In 5 ist schematisch ein Bremspedal 12 veranschaulicht, das anstelle des in den 1 bis 4 dargestellten Bremspedals 12 in einem Bremspedalmodul 10 verwendet werden kann.
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Das Bremspedal 12 hat zwei relativ zueinander bewegliche, aneinander angekoppelte Abschnitte 66, 68, wobei die beiden Abschnitte 66, 68 in Längsrichtung überlappen.
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Die beiden Abschnitt 66, 68 sind relativ zueinander beispielsweise um maximal 5° verschwenkbar, was beispielsweise durch eine reduzierte Materialstärke realisiert ist.
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Im Bereich der Überlappung zwischen den beiden Abschnitten 66, 68 ist gemäß einer Ausführungsform ein Mikroschalter 70 angeordnet. Der Mikroschalter 70 detektiert bei einer Betätigung des Bremspedals 12 einen Bremswunsch des Fahrers, ohne eine Betätigungskraft zu erfassen. Der Mikroschalter 70 ist insbesondere zusätzlich zu den in Zusammenhang mit den 1 bis 4 beschriebenen Sensoren 34, 36 vorhanden.
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Alternativ kann anstelle des Mikroschalters 70 jedoch auch der Sensor 36 zum Erfassen der Betätigungskraft im Bereich der Überlappung zwischen den beiden Abschnitten 66, 68 angeordnet sein.
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Der Sensor am Anlenkpunkt 40 kann in diesem Fall entfallen.
