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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinrichtung einer Brake-by-Wire Bremsenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Neigefahrzeugs.
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Bei Kraftfahrzeugen besteht derzeit die Entwicklung, die Kraftfahrzeuge mit einer Brake-by-Wire Bremse auszustatten. Hierunter werden Bremsen verstanden, die mittels elektronischer Signalgebung zum Aufbau einer Bremskraft angesteuert werden. Diese so genannten Brake-by-Wire Bremsen ersetzen solchenfalls die Ansteuerung der Bremse mittels Hydraulik.
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Aus Gründen der Ausfallsicherheit, ist bei Neigefahrzeugen jedoch mindestens eine Bremse nach wie vor als hydraulische Bremse auszubilden. Das hierbei zu bremsende Rad umfasst meist Vorderrad, wobei das Hinterrad durch eine Brake-by-Wire Bremse bremsbar ist.
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Das Betätigen der Brake-by-Wire Bremse ist nahezu widerstandslos, da keinem hydraulischen Druck entgegengearbeitet werden muß. Hierbei gestaltet es sich als schwierig, einem Fahrer des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Neigefahrzeugs, beim Betätigen eines Betätigungselements einen realistischen Eindruck über die Bremswirkung zu vermitteln, wie er dieses von einer hydraulischen Bremse gewohnt ist.
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Aufgabe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist, eine Betätigung einer Brake-by-Wire Bremsenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Neigefahrzeugs, vorzuschlagen, mit der einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs eine durch Betätigen des Betätigungselements ausgelöste Bremswirkung vereinfacht rückmeldbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Betätigungseinrichtung einer Brake-by-Wire Bremsenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Neigefahrzeugs, mit mindestens einem durch Muskelkraft betätigbaren Betätigungselement, das von einer unbetätigten Ruhestellung durch Muskelkraft in mindestens eine Arbeitsstellung überführbar ist, mit mindestens einer Steuereinheit, die mindestens ein Sensorelement umfasst, durch das die Stellung des Betätigungselements mittelbar oder unmittelbar erfassbar ist, und durch die eine Bremskraft einer durch die Steuereinheit ansteuerbaren Bremse in Abhängigkeit der durch das Sensormittel erfassten Arbeitsstellung des Betätigungselements einstellbar ist, und mit mindestens einer Rückstelleinheit, durch die das Betätigungselement mit einer Rückstellkraft in die unbetätigte Ruhestellung vorspannbar oder vorgespannt ist, wobei die Rückstellkraft der Rückstelleinheit und die durch die Steuereinheit an der Bremse eingestellte Bremskraft mit Zunahme der Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements zunehmen.
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Dadurch, dass die Betätigungseinrichtung eine Rückstelleinheit umfasst, bei der die Rückstellkraft mit Zunahme der Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements zunimmt, erfährt der Benutzer des Kraftfahrzeugs, der das Betätigungselement durch Muskelkraft betätigt, unmittelbar eine Rückmeldung.
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Hierbei kann die Rückstellkraft der Rückstelleinheit korrespondierend zur Bremskraft an der Bremse ausgebildet sein. Durch die Zunahme der Rückstellkraft der Rückstelleinheit in Abhängigkeit der Zunahme der Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements, wird durch die Betätigungseinrichtung ein hydraulisches System simuliert.
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Bei dem Betätigungselement kann es sich um ein handbetätigbares Betätigungselement oder um ein durch einen Fuß betätigbares Betätigungselement handeln. Wenn das Betätigungselement handbetätigbar ist, kann dieses beispielsweise eine Handbremse umfassen. Wenn das Betätigungselement durch einen Fuß betätigbar ist, kann dieses beispielsweise ein Pedal umfassen.
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Das Kraftfahrzeug kann grundsätzlich ein beliebiges Kraftfahrzeug umfassen. Beispielsweise kann es einen Personenkraftwagen, einen Lastkraftwagen, einen Transportwagen oder ein Neigefahrzeug umfassen.
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Unter einem Neigefahrzeug werden Fahrräder, Motorräder oder motorradähnliche Kraftfahrzeuge, wie Motorroller, insbesondere zwei-, drei- oder vierrädrige Motorroller, Scooter, neigbare Trikes, Quads oder Dergleichen verstanden.
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Es sind Ausführungsformen der Betätigungseinrichtung denkbar, bei denen die Rückstellkraft der Rückstelleinheit und die durch die Steuereinheit an der Bremse eingestellte Bremskraft mit Zunahme der Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements linear oder progressiv zunehmen.
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Wenn die Rückstellkraft und die Bremskraft mit Zunahme der Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements linear zunehmen, kann auf einfache Weise ein hydraulisches System simuliert werden.
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Wenn die Rückstellkraft und die Bremskraft progressiv zunehmen, kann die Betätigungseinrichtung kompakt ausgebildet werden.
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Unter einer Abweichung der jeweiligen Arbeitsstellung von der Ruhestellung des Betätigungselements kann eine Betätigungsstrecke verstanden werden. Beispielsweise kann das Betätigungselement entlang einer Translationsrichtung überführt werden, also eine lineare Bewegung vollführen, oder um eine Lagereinheit gedreht werden, also eine Rotationsbewegung um eine Drehachse durchführen. Bei einer linearen Bewegung umfasst solchenfalls die Abweichung von der Ruhestellung in Richtung Arbeitsstellung die lineare Strecke und bei einer Rotation um eine Drehachse beispielsweise eine Winkelveränderung.
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Grundsätzlich ist es denkbar, beispielsweise wenn das Betätigungselement um eine Lagereinheit drehbar ist, dass die Rückstelleinheit und die Lagereinheit ein gemeinsames, einstückiges Bauteil umfassen und die Rückstelleinheit beispielweise eine Torsionsfeder oder Dergleichen umfasst.
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Darüber hinaus kann bei einer Ausführungsform der Betätigungseinrichtung mindestens ein Gehäusekörper vorgesehen sein, der an oder in einem Rahmenelement des Kraftfahrzeugs angeordnet und bezüglich des Rahmenelements ortsfest festgelegt ist oder der durch einen Abschnitt des Rahmenelements ausgebildet ist, der einen Hohlraum aufweist, der zumindest von einer Seites aus über eine Öffnung im Gehäusekörper von außen zugänglich ist und in dem die Rückstelleinheit angeordnet und mit dem Betätigungselement mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
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Hierdurch ist die Rückstelleinheit räumlich vom Betätigungselement trennbar und durch einen Gehäusekörper gehalten und gegen Verschmutzung geschützt.
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Um das Überführen des Betätigungselements von der Ruhestellung in eine Arbeitsstellung in einer Translationsbewegung zu übersetzen, ist bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform vorgesehen, dass die Betätigungseinrichtung mindestens einen Kolben umfasst, der im Hohlraum zwischen Rückstelleinheit und Öffnung angeordnet ist, der einen zum Querschnitt eines hohlzylindrischen Abschnitt des Hohlraum korrespondierenden, insbesondere komplementären, Querschnitt umfasst und der mit einem Ende an der Rückstelleinheit abgestützt und mit dem der Rückstelleinheit abgewandten Ende mit dem Betätigungselement verbunden und dessen Kinematik an das Betätigungselement gekoppelt ist.
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Dadurch, dass der Kolben kinematisch mit dem Betätigungselement gekoppelt ist und dadurch, dass der Kolben einen zum Querschnitt des hohlzylindrischen Abschnitts des Hohlraums korrespondierenden Querschnitt umfasst, kann der Kolben innerhalb des Hohlraums, insbesondere im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts, entlang einer Translationsrichtung geführt bewegt werden.
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Bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Kolben in der Ruhestellung des Betätigungselements in einer Ruheposition angeordnet ist und beim Überführen des Betätigungselements in die mindestens eine Arbeitsstellung in eine zur Arbeitsstellung korrespondierende Arbeitsposition überführt wird und/oder wenn die seitens der Rückstelleinheit auf den Kolben wirkende Rückstellkraft in der Ruheposition minimal ist und in der mindestens einen Arbeitsposition bezüglich der Ruheposition gesteigert ist.
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Solchenfalls kann eine Übertragung der Kinematik des Betätigungselements auf dem Kolben derart erfolgen, dass die Rückstellkraft der Rückstelleinheit beim Überführen des Betätigungselements von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung in ein Überführen des Kolbens von der Ruheposition in die Arbeitsposition erreicht wird, wobei durch Überführen des Kolbens von der Ruheposition in die Arbeitsposition die Rückstellkraft, die auf dem Kolben und hierdurch auf das Betätigungselement wirkt, gesteigert ist.
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Um ein Übertragen der Bewegung und der Kräfte zwischen Betätigungselement und Kolben zu gewährleisten, umfasst ein Ausführungsbeispiel der Betätigungsvorrichtung ein Koppelmittel, das drehbar am Kolben und drehbar am Betätigungselement festgelegt ist und durch das eine Bewegung des Betätigungselements zum Bewegen des Kolbens auf den Kolben übertragbar ist.
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Dadurch, dass das Koppelmittel sowohl am Kolben als auch am Betätigungselement drehbar festgelegt ist, ist ein Übertragen der Betätigungskraft seitens des Betätigungselements und umgekehrt ohne Verkanten ermöglicht.
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Grundsätzlich ist es denkbar, dass das Sensormittel der Steuereinheit eine Bewegung des Betätigungselements, bzw. des Kolbens unmittelbar erfasst. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinheit mindestens ein Magnetelement umfasst, das am Kolben ortsfest festgelegt ist und dessen Position im Hohlraum durch das Sensormittel der Steuereinheit erfassbar ist, wobei die Rückstellkraft der Rückstelleinheit und die durch die Steuereinheit an der Bremse eingestellte Bremskraft mit zunehmend von der Ruheposition abweichender Arbeitsposition des Kolbens zunehmen.
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Das Sensormittel kann solchenfalls im Hohlraum des Gehäusekörpers angeordnet sein oder außerhalb des Hohlraums des Gehäusekörpers, von außen am Gehäusekörper anliegen.
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Wenn das Sensormittel außerhalb des Hohlraums am Gehäusekörper anliegt, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinheit mindestens ein Magnetelement umfasst, das am Kolben ortsfest festgelegt ist und dessen Position im Hohlraum durch das Sensormittel der Steuereinheit erfassbar ist, wobei die Rückstellkraft der Rückstelleinheit und die durch die Steuereinheit an der Bremse eingestellte Bremskraft mit zunehmend von der Ruheposition abweichender Arbeitsposition des Kolbens zunehmen.
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Dadurch, dass das Magnetelement am Kolben ortsfest festgelegt ist, ist das Magnetelement mit dem Kolben von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition überführbar. Diese Positionsänderung bzw. die genaue Position des Magnetelements ist solchenfalls durch das Sensormittel erfassbar. In Abhängigkeit der Position des Magnetelements, die der Position des Kolbens, wessen Position wiederum von der Arbeitsstellung des Betätigungselements abhängt, kann eine korrespondierende Bremskraft an der Bremse durch die Steuereinheit eingestellt werden.
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Das Sensormittel lässt sich bei Verwenden eines Magnetelements einfach und kostengünstig realisieren, wenn das Sensormittel der Steuereinheit einen Hall-Sensor umfasst.
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Um das Betätigungselement einfach und kostengünstig in die Ruhestellung vorzuspannen, erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Rückstelleinheit mindestens ein Stösselelement umfasst, das mit einem stabförmigen Vorsprung in eine korrespondierend, insbesondere komplementär, zum Querschnitt des Vorsprungs ausgebildeten Ausnehmung des Kolbens eingreift und wenn die Rückstelleinheit mindestens ein Federelement umfasst, das einerseits an einem Tellerabschnitt des Stösselelements und andererseits am Kolben abgestützt ist und das den stabförmigen Vorsprung des Stösselelements umgibt.
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Dadurch, dass das Stösselelement einen stabförmigen Vorsprung umfasst, der korrespondierend, insbesondere komplementär, zum Querschnitt des Vorsprungs ausgebildete Ausnehmung des Kolbens eingreift, ist das Stösselelement, bzw. der Kolben bei einer Relativbewegung zueinander führbar. Dadurch, dass zwischen dem Tellerabschnitt des Stösselelements und dem Kolben ein Federelement angeordnet ist, wird das Federelement beim Überführen des Kolbens von der Ruheposition in die Arbeitsposition komprimiert und wirkt hierdurch mit einer linear ansteigenden Rückstellkraft der Bewegung des Kolbens und dadurch dem Betätigungselement entgegen.
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Ferner ist bei einer Weiterbildung letztgenannter Ausführungsform vorgesehen, dass die Rückstelleinheit mindestens einen Kompressionskörper, insbesondere ein Elastomer, umfasst, der auf der dem Kolben abgewandten Seite des Stösselelements angeordnet ist und einerseits am Stösselelement und andererseits an einer Gehäusebegrenzung abgestützt ist und/oder dass die Rückstelleinheit mindestens ein am Kolben festgelegten Isolator umfasst, und dass der Hohlraum auf der der Öffnung abgewandten Seite bezüglich des Dichtelements, insbesondere in Gänze, geschlossen ist.
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Durch das Vorsehen eines Kompressionskörpers wird zusätzlich zum Vorsehen des Federelements ein zusätzliches Element vorgeschlagen, das bei Komprimierung mit einer entsprechenden Rückstellkraft in Richtung auf den Kolben wirkt.
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Dieser Effekt kann weiter verstärkt werden, wenn am Kolben der Isolator festgelegt ist und wenn der Hohlraum auf der der Öffnung abgewandten Seite bezüglich des Isolators in Gänze geschlossen ist. Hierdurch führt ein Überführen des Kolbens von der Ruheposition in die Arbeitsposition zu einem Komprimieren des im Hohlraum befindlichen Gases, wodurch eine zusätzliche Rückstellkraft in entgegen der Überführungsrichtung des Kolbens von der Ruheposition in die Arbeitsposition erzeugt wird.
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Darüber hinaus kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Neigefahrzeug, mit einer Betätigungseinrichtung mit mindestens einen der zuvor genannten Merkmale.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Betätigungseinrichtung.
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In der Zeichnung zeigt:
- 1 Eine Schnittansicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Betätigungseinrichtung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Betätigungseinrichtung einer Brake-by-Wire-Bremsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Betätigungseinrichtung 2 umfasst ein Betätigungselement 4, das durch Muskelkraft betätigbar ist. Das Betätigungselement 4 ist von einer unbetätigten Ruhestellung R durch Muskelkraft in mindestens eine Arbeitsstellung A überführbar.
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Die Betätigungseinrichtung 2 umfasst darüber hinaus eine Steuereinheit 6, die mindestens ein Sensorelement 8 umfasst, durch das die Stellung des Betätigungselements 4 mittelbar oder unmittelbar erfassbar ist. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist durch die Steuereinheit 6, insbesondere durch das mindestens eine Sensorelement 8, die Stellung des Betätigungselements 4 mittelbar erfassbar, worauf später genauer eingegangen wird.
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Durch die Steuereinheit 6 ist in Abhängigkeit der Stellung des Betätigungselements 4 eine Bremskraft einer durch die Steuereinheit 6 ansteuerbaren Bremse (in den Figuren nicht dargestellt) in Abhängigkeit der durch das Sensorelement 8 erfassten Arbeitsstellung A des Betätigungselements 4 einstellbar.
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Um das Betätigungselement 4 in die unbetätigte Ruhestellung R zurückzuführen, umfasst die Betätigungsvorrichtung 2 eine Rückstelleinheit 10. Die Rückstellkraft der Rückstelleinheit 10 und die durch die Steuereinheit 6 an der Bremse eingestellte Bremskraft, korrespondieren mit der Muskelkraft, insbesondere mit der Stellung des Betätigungselements 4. Mit zunehmender Abweichung der Arbeitsstellung A des Betätigungselements von der Ruhestellung R nehmen auch Rückstellkraft der Rückstelleinheit 10 und Bremskraft an der Bremse zu.
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Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Betätigungseinrichtung 2 einen Gehäusekörper 12, in dem die Rückstelleinheit 10 angeordnet ist. Der Gehäusekörper 12 ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Rahmenelement des Kraftfahrzeugs gebildet.
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In dem Gehäusekörper 12 ist ein Hohlraum 14 ausgebildet, in dem die Rückstelleinheit 10 auf einer einer Öffnung 16 im Gehäusekörper 12 abgewandten Seite angeordnet ist. Zwischen der Rückstelleinheit 10 und der Öffnung 16 im Gehäusekörper 12 ist im Hohlraum 14 ein Kolben 18 angeordnet, der über ein Koppelmittel 20 mit dem Betätigungselement 4 verbunden ist. Der Kolben 18 umfasst einen Querschnitt, der korrespondierend, insbesondere komplementär, zu einem Querschnitt eines hohlzylindrischen Abschnitts 22 des Hohlraums 14 ausgebildet ist. Hierdurch wird der Kolben 18 beim Überführen entlang einer Überführungsrichtung durch die Innenwand des Hohlraums 14, zumindest im Bereich des hohlzylindrischen Abschnitts 22, geführt.
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Der Kolben 18 ist über das Koppelmittel 20 bezüglich seiner Kinematik mit dem Betätigungselement 4 gekoppelt. Hierdurch ist der Kolben 18 von einer Ruheposition, in der sich auch das Betätigungselement 4 in der Ruhestellung R befindet (wie in 1 dargestellt) in eine Arbeitsposition überführbar, wenn das Betätigungselement 4 in die Arbeitsstellung A überführt wird (in der Figur nicht dargestellt).
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Der Kolben 18 ist mit einer der Öffnung 16 abgewandten Seite unmittelbar an der Rückstelleinheit 10 anliegend im Hohlraum 14 angeordnet. Die Rückstelleinheit 10 umfasst ein Stösselelement 24, das einen stabförmigen Vorsprung 26 umfasst, der in einer korrespondierend, insbesondere komplementär, zum Querschnitt des Vorsprungs 26 ausgebildeten Ausnehmung 28 des Kolbens 18 eingreift.
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Darüber hinaus umfasst das Stösselelement 24 einen Tellerabschnitt 30, mit dem das Stösselelement 24 an einer Innenwand des Hohlraumes 14 abstützbar ist. Ferner umfasst die Rückstelleinheit 10 ein Federelement 32, das einerseits am Tellerabschnitt 30 des Stösselelements 24 und andererseits am Kolben 18 abgestützt ist.
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Bei einem Überführen des Kolbens 18 von der Ruheposition in die Arbeitsposition wird solchenfalls das Federelement 32 komprimiert, wodurch eine Rückstellkraft entgegen der Überführungsrichtung von der Ruheposition in die Arbeitsposition erhöht wird. Hierbei wird zusätzlich das Bewegen des Kolbens 18 in Richtung auf die Rückstelleinheit 10 durch das Eingreifen des stabförmigen Vorsprungs 26 des Stösselelements 24 in die Ausnehmung 28 des Kolbens 18 geführt.
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Darüber hinaus umfasst die Rückstelleinheit 10 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Kompressionskörper 34, der auf der dem Kolben 18 abgewandten Seite des Stösselelements 24 angeordnet ist und der sich gegenüber Stösselelement 24 und einer Gehäusebegrenzung 36 abstützt.
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Ferner umfasst die Rückstelleinheit 10 bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einen Isolator 38, das ortsfest am Kolben 18 festgelegt ist und mit dem der Hohlraum 14 auf der der Öffnung 16 abgewandten Seite des Isolators 38 umschlossen ist, und das Magnetfeld nicht auf das Federelement 32 übertragen wird.
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Um mittelbar eine Position des Betätigungselements 4 zu erfassen, ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel das Sensorelement 8 durch einen Hall-Sensor gebildet. Um die Position des Betätigungselements 4 mittelbar erfassen zu können, ist am Kolben 18 ein Magnetelement 40 angeordnet, das ortsfest am Kolben 18 festgelegt ist und dessen Position im Hohlraum 14 durch das Sensorelement 8 erfassbar ist.
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Im Folgenden wird die Wirkungsweise der Betätigungseinrichtung 2 kurz beschrieben:
- Beim Betätigen des Betätigungselements 4 durch Muskelkraft wird das Betätigungselement 4 von einer Ruhestellung R in eine Arbeitsstellung A überführt. Durch das mit dem Betätigungselement 4 verbundene Koppelmittel 20 wird die Bewegung des Betätigungselements 4 durch Überführen des Kolbens 18 von der Ruheposition in die Arbeitsposition übertragen. Dem Bewegen des Kolbens 18 wirkt die Rückstelleinheit 10 entgegen, wobei mit Zunahme der Positionsveränderung des Kolbens 18 von der Ruheposition in eine Arbeitsposition eine auf den Kolben 18 wirkende Rückstellkraft steigt. Diese ist auch am Betätigungselement 4 durch den Benutzer erfahrbar, der zum weiteren Überführen des Betätigungselements 4 von einer Arbeitsstellung A in eine weitere Arbeitsstellung A, die von der Ruhestellung R noch weiter entfernt ist, zunächst die Rückstellkraft der Rückstelleinheit 10 überwinden muss.
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Wenn der der stabförmige Vorsprung 26 des Stösselelements 24 in Gänze in der Ausnehmung 28 angeordnet ist, in anderen Worten auf Block ist, wirkt beim weiteren Bewegen des Kolbens 18 nur noch die Federrate des Kompressionskörpers 34 bis dieser den Hohlraum 14 im Gehäusekörper 12 komplett auffüllt.
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Über die Steuereinheit 6, insbesondere das Sensorelement 8, wird mit zunehmender Auslenkung des Kolbens 18 von der Ruheposition in die Arbeitsposition korrespondierend eine Bremskraft einer Bremse der Bremsvorrichtung erhöht. Hierdurch korrespondieren Muskelkraft, Rückstellkraft und Bremskraft miteinander.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Ansprüchen sowie in der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung, können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination in der Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Betätigungseinrichtung
- 4
- Betätigungselement
- 6
- Steuereinheit
- 8
- Sensorelement
- 10
- Rückstelleinheit
- 12
- Gehäusekörper
- 14
- Hohlraum
- 16
- Öffnung
- 18
- Kolben
- 20
- Koppelmittel
- 22
- hohlzylindrischer Abschnitt
- 24
- Stösselelement
- 26
- Vorsprung
- 28
- Ausnehmung
- 30
- Tellerabschnitt
- 32
- Federelement
- 34
- Kompressionskörper
- 36
- Gehäusebegrenzung
- 38
- Isolator
- 40
- Magnetelement
- R
- Ruhestellung
- A
- Arbeitsstellung
