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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Pedalsimulationsvorrichtung zum Simulieren des Rückwirkverhaltens
eines zur Betätigung
einer Bremsanlage vorgesehenen Bremspedals mit einem Rückstellelement,
welches in der Lage ist eine Rückstellkraft
auf das Bremspedal auszuüben,
und einem Hydrauliksystem, wobei das Hydrauliksystem einen Zylinder,
einen innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordneten Kolben,
welcher mit dem Bremspedal gekoppelt ist und welcher eine Druckkammer
innerhalb des Zylinders begrenzt, und eine Modelliereinrichtung
zum Beeinflussen des Rückwirkverhaltens des
Bremspedals umfasst.
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Derartige Pedalsimulationsvorrichtungen werden
bereits bei Fahrzeugen eingesetzt, bei welchen eine elektrohydraulische
Bremsanlage oder eine elektromotorische Bremsanlage von der Bremskrafterzeugung
vermittels eines Bremspedals entkoppelt ist. Man spricht bei derartigen
Bremsanlagen von "Brake-by-Wire"-Fahrzeugbremsanlagen. Die eigentliche
die Bremswirkung hervorrufende elektrohydraulische oder elektromotorische
Bremsanlage ist in einem Normalbetrieb hydraulisch bzw. mechanisch von
dem die Bremsung initiierenden Bremspedal entkoppelt. Eine Bremspedal-Betätigung wird
im Rahmen eines derartigen Normalbetriebs anhand verschiedener Parameter,
wie beispielsweise dem aktuellen Bremspedalweg oder der auf das
Bremspedal aufgebrachten Kraft sowie der Bremspedalbeschleunigung,
vermittels geeigneter Sensoren elektronisch erfasst und anhand der
erfassten Größen wird
die Bremsanlage entsprechend angesteuert. Um dem Fahrer eines Kraftfahrzeugs
eine ihm wohlbekannte mechanische Bremspedalcharakteristik zu vermitteln,
bei welcher das Bremspedal bei dessen Betätigung mit zunehmendem Hub
einen größer werdenden
Widerstand gegen eine weitere Betätigung vorsieht und bei welcher
sich das Bremspedal entsprechend einer Hysterese bei dessen Freigabe
weitgehend ungedämpft
in seine Ausgangsstellung zurückbewegt,
werden Pedalsimulationsvorrichtungen der eingangs bezeichneten Art
eingesetzt.
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Bisher wurde jedoch für den Fall,
dass es zu einem Defekt oder einer fehlerhaften Ansteuerung der
elektrohydraulischen oder elektromotorischen Bremsanlage des Fahrzeugs
kommt, eine sogenannte "Push-through"-Funktion vorgesehen.
Dies bedeutet, dass die hydraulische bzw. mechanische Entkopplung
von Fahrzeugbremsanlage und Pedalsimulationsvorrichtung lediglich
im Normalbetrieb der Bremsanlage wirksam ist, jedoch bei einem Versagen
der Bremsanlage die an dem Bremspedal erzeugte Bremsbetätigungskraft
unmittelbar hydraulisch bzw. mechanisch auf die Bremsanlage und
letztendlich auf die Bremsen übertragen
wird. Die Bremsanlage wird somit in einer Notfallsituation unmittelbar über das
Bremspedal angesteuert.
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Derartige Systeme sind beispielsweise
aus der
DE 196 38
102 C1 sowie aus der
DE 196 16 538 A1 bekannt. Es hat sich jedoch
bei diesen Pedalsimulationsvorrichtungen gezeigt, dass aufgrund
der Bereitstellung der "Push-through"-Funktion die mit der
Bremsanlage hydraulisch gekoppelte Pedalsimulationsvorrichtung auch
an die Betriebsbedingungen der Bremsanlage angepasst und entsprechend
konstruktiv ausgelegt werden muss, um dann in einem Notfall auch
einen hinreichend zuverlässigen
Betrieb zu gewährleisten.
Dies bedeutet jedoch, dass die Pedalsimulationsvorrichtung bei Koppelung
mit der elektrohydraulischen Bremsanlage für die in dieser auftretenden
Hydraulikdrücke
ausgelegt sein muss, welche im Bereich von bis zu 200 bar liegen.
Für den eigentlichen
Betrieb der Pedalsimulationsvorrichtung sind allerdings deutlich
niedrigere Betriebsdrücke ausreichend,
beispielsweise im Bereich von maximal 40 bar. Die Auslegung der
Pedalsimulationsvorrichtung auf derartig hohe Drücke hat zur Folge, dass diese
insbesondere im Hinblick auf die Dichtungsproblematik konstruktiv
aufwendiger ausgestaltet werden muss. Ferner ist ein hoher technischer
Aufwand bei der Installation von Hydraulikleitungen erforderlich,
welche Bauraum erfordern und die Anfälligkeit sowie die Kosten eines
entsprechend ausgebildeten Bremssystems erhöhen.
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Es ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Pedalsimulationsvorrichtung der eingangs bezeichneten
Art bereitzustellen, welche unter geringem konstruktiven Aufwand
und kompakter Bauweise einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Pedalsimulationsvorrichtung
zum Simulieren des Rückwirkverhaltens
eines zur Betätigung
einer Bremsanlage vorgesehenen Bremspedals gelöst, wobei die Pedalsimulationsvorrichtung
mit einem Rückstellelement,
welches in der Lage ist eine Rückstellkraft
auf das Bremspedal auszuüben,
und einem Hydrauliksystem ausgebildet ist, wobei das Hydrauliksystem
einen Zylinder, einen innerhalb des Zylinders verschiebbar angeordneten
Kolben, welcher mit dem Bremspedal gekoppelt ist und welcher eine
Druckkammer innerhalb des Zylinders begrenzt, und eine Modelliereinrichtung
zum Beeinflussen des Rückwirkverhaltens
des Bremspedals umfasst und wobei das Hydrauliksystem hydraulisch
von der Bremsanlage entkoppelt ist.
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Die erfindungsgemäße Pedalsimulationsvorrichtung
ist vorzugsweise mit einem abgeschlossenen Hydrauliksystem ausgebildet
und im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mehr unter Bereitstellung
einer „Push-through"-Funktionalität unmittelbar mit
der eigentlichen hydraulischen Bremsanlage gekoppelt. Dies hat zur
Folge, dass die Pedalsimulationsvorrichtung lediglich so ausgelegt
werden muss, dass diese dem Fahrer eine hinreichend gute Pedalcharakteristik
darbietet und die Betätigung
des Bremspedals exakt erfassen lässt.
Die Ansteuerung der Bremsanlage erfolgt dann, wie bereits aus dem Stand
der Technik hinsichtlich dem Normalbetrieb bekannt, nach dem "Brake-by-Wire"-Prinzip. Dies bedeutet,
dass die Bremspedalbetätigung
elektronisch erfasst wird und anhand der erfassten Bremspedalbetätigung die
Bremsanlage angesteuert wird. Um auch in einer Notfallsituation,
beispielsweise dann, wenn eine Komponente der Bremsanlage ausgefallen
ist, einen hinreichend zuverlässigen
Bremsbetrieb gewährleisten
zu können,
wird die Bremsanlage redundant ausgebildet, d.h. beispielsweise
mit einer zusätzlichen
Spannungsversorgung. Trotz dieser redundanten Ausbildung der Bremsanlage
wird das gesamte Bremssystem vereinfacht, da die an sich kostenintensive
und aufwendige Installation eines auf die hohen Betriebsdrücke innerhalb
der Bremsanlage ausgelegten Bremssystems deutlich vereinfacht werden
kann. Ferner kann die dadurch Anfälligkeit des Bremssystems reduziert
werden, insbesondere deshalb, weil es im Bereich des Bremspedals
nicht mehr für
hohe Hydraulikdrücke
ausgelegt werden muss, so dass die Gefahr des Auftretens von Leckagen
reduziert ist.
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Ein Vorteil des Einsatzes einer hydraulischen Pedalsimulationsvorrichtung
liegt in dem guten Ansprechverhalten, welches auf die Inkompressibilität des Hydraulikfluids
zurück
geht. Als Hydraulikfluid können
herkömmliche
Bremsflüssigkeit
oder vergleichbare Flüssigkeiten
verwendet werden. Eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlicher Bremsflüssigkeit
ist beispielsweise Glycerin.
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In einer Weiterbildung der Erfindung
ist vorgesehen, dass die Modelliereinrichtung wenigstens einen Drossel-Kanal
mit einer Drosseleinrichtung umfasst. Mit Hilfe der Drosseleinrichtung
lässt sich erreichen,
dass bei einer Pedalbetätigung
das Hydraulikfluid aus der Druckkammer unter strömungsmechanischem Widerstand
herauspressbar ist und somit eine Bremspedalbetätigung gedämpft wird. Der Fahrer bekommt
so den Eindruck vermittelt, dass er, wie bei einer direkt mit dem
Bremspedal gekoppelten hydraulischen Bremsanlage, mit seiner Pedalbetätigungskraft
den Hydraulikdruck in dem Hauptbremszylinder aufbauen muss.
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Um den einer Bremspedalbetätigung entgegenwirkenden
Widerstand einstellen zu können,
ist in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen,
dass die Drosseleinrichtung, insbesondere elektromechanisch oder
elektromagnetisch, verstellbar ist. Durch die Verstellbarkeit der
Drosseleinrichtung lässt
sich deren Betriebscharakteristik beispielsweise bei der Erstmontage
oder bei einer Wartung einstellen. Es ist jedoch auch möglich, während des Fahrzeugbetriebs
Einfluss auf die Einstellung der Drosseleinrichtung zu nehmen, beispielsweise
derart, dass zwischen einer sportlichen Bremspedalabstimmung mit
sich steil aufbauendem Pedalwiderstand und einer gemäßigten Bremspedalabstimmung mit
sanft ansteigendem Pedalwiderstand umgeschaltet werden kann.
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Die Drosseleinrichtung kann bei einer
Betätigung
des Bremspedals wirksam werden und somit eine entsprechende Bremspedalbewegung
dämpfen. Sie
kann gleichermaßen
auch bei einer Freigabe des Bremspedals wirksam werden und somit
ein Zurückströmen von
Hydraulikfluid in die Druckkammer dämpfen. Ist Letzteres unerwünscht, so
kann in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass die
Modelliereinrichtung einen Bypass-Kanal umfasst, welcher den Drossel-Kanal
umgeht. Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, dass der Bypass-Kanal ein
Rückschlagventil
aufweist, welches ein Eintreten von Hydraulikfluid in die Druckkammer
im wesentlichen ungehindert zulässt
und ein Austreten von Hydraulikfluid aus der Druckkammer blockiert.
Bei dieser Lösung öffnet sich
das Rückschlagventil
lediglich dann, wenn das Bremspedal freigegeben wird. Aufgrund des
weitgehend ungehinderten Einströmens von
Hydraulikfluid bewegt sich somit das Bremspedal verhältnismäßig schnell
in seine Ausgangsstellung vor der Betätigung zurück. Die Bewegungscharakteristik
bei einer Betätigung
des Bremspedals wird jedoch durch den Bypass-Kanal mit Rückschlagventil nicht
beeinflusst, da das Rückschlagventil
bei einer derartigen Betätigung
schließt.
Letztendlich wird durch eine Parallelschaltung von Drossel-Kanal
mit Drosseleinrichtung und Bypass-Kanal mit Rückschlagventil der Bewegungscharakteristik
des Bremspedals eine Hysterese auferlegt.
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Um der Anforderung Rechnung zu tragen, die
Pedalsimulationsvorrichtung kompakt auszubilden, so dass diese möglichst
wenig Bauraum erfordert, ist in einer Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, dass die Modelliereinrichtung innerhalb des Zylinders
angeordnet ist. Dadurch kann die Pedalsimulationsvorrichtung als
einheitliche Baugruppe ausgebildet, vormontiert und einfach in einem
Fahrzeug installiert werden.
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Die Kompaktheit lässt sich dadurch weiter steigern,
dass die Modelliereinrichtung innerhalb des Kolbens angeordnet ist.
Diese Lösung
bietet sich insbesondere dann an, wenn das Hydrauliksystem ferner
einen Hydraulikfluid-Speicher aufweist, wobei die Modelliereinrichtung
hydraulisch zwischen den Hydraulikfluid-Speicher und die Druckkammer
zwischengeschaltet ist. Der Hydraulikfluid-Speicher kann außerhalb
des Zylinders als Zusatzkomponente ausgebildet sein, es kann alternativ
jedoch auch vorgesehen sein, dass der Kolben innerhalb des Zylinders
eine den Hydraulikfluid-Speicher
bildende Füllkammer
begrenzt. Bei einer derartigen geschlossenen Bauform ist es möglich, dass
das Hydraulikfluid von der Druckkammer durch den Kolben, welcher
die Modelliereinrichtung enthält,
in die Füllkammer
fließen
kann. Gleichermaßen
ist es möglich,
dass die Füllkammer
mit dem externen Hydraulikfluid-Speicher gekoppelt ist.
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Handelt es sich hingegen um ein vollkommen
eingeschlossenes Hydrauliksystem, bei welchem die Füllkammer
nicht an einen externen Hydraulikfluid-Speicher angeschlossen ist,
so ist zu beachten, dass das Hydraulikfluid vollständig eingekapselt
und auf Lebensdauer eingeschlossen ist. Eine derartige Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
ist besonders umweltfreundlich und wartungsfreundlich. Es ist allerdings darauf
hinzuweisen, dass bei einer derartigen Ausgestaltung Maßnahmen
vorzunehmen sind, um temperaturbedingte Volumenschwankungen des
Hydraulikfluids ausgleichen zu können.
Erfindungsgemäß ist hierzu
beispielsweise vorgesehen, dass der Füllkammer oder/und der Druckkammer
ein Federspeicher zum Ausgleich von Volumenschwankungen des Hydraulikfluids
zugeordnet ist. Bei einem Betrieb bei hohen Außentemperaturen gibt der Federspeicher
entsprechend nach, bei niedrigen Außentemperaturen gleicht der
Federspeicher hingegen die Volumenänderung des Hydraulikfluids
entsprechend aus.
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Grundsätzlich ist bei einer Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
mit Druckkammer und Füllkammer
vorgesehen, dass die Druckkammer und die Füllkammer über die Modelliereinrichtung
verbunden sind, wobei bei einer Betätigung des Bremspedals Hydraulikfluid
aus der Druckkammer durch die Modelliereinrichtung hindurch in die
Füllkammer
strömt
und wobei bei einer Freigabe des Bremspedals nach dessen Betätigung Hydraulikfluid
aus der Füllkammer
durch die Modelliereinrichtung hindurch in die Druckkammer strömt.
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Eine weitere Maßnahme zur kompakten Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
sieht vor, dass das beliebig ausgestaltbare Rückstellelement innerhalb der
Druckkammer angeordnet ist. Dadurch ist das Rückstellelement auch gegenüber Umwelteinflüssen geschützt, so
dass ein Verschleiß,
beispielsweise durch Korrosion, reduziert werden kann.
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Um dem Fahrer bereits mittels des
Rückstellelements
eine ihm wohlbekannte Bewegungscharakteristik bei der Bremspedalbetätigung zu
vermitteln, bei welcher der der Pedalbetätigung entgegenwirkende Widerstand
mit wachsendem Pedalweg zunimmt, ist in einer Weiterbildung der
Erfindung vorgesehen, dass das Rückstellelement
ein Federelement mit einer progressiven Federkennlinie aufweist.
Zusätzlich
zu der Kennlinie des Federelements wird dann das Pedalverhalten,
wie vorstehend bereits dargelegt, noch durch die Modelliereinrichtung,
insbesondere die Drosseleinrichtung, wunschgemäß eingestellt.
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In der Regel handelt es sich bei
einem Bremspedal um ein schwenkbar aufgehängtes Betätigungsglied, dessen Schwenkbewegung
in der Folge in eine Linearbewegung innerhalb der Kolben-Zylinder-Anordnung
der Pedalsimulationsvorrichtung umgewandelt wird. Um dabei auftretende
Querkräfte und
Reibungskräfte
hinreichend klein zu halten, war es daher in der Vergangenheit erforderlich,
verschiedene Komponenten mit einem Bewegungsspiel auszustatten,
was das Ansprechverhalten derartiger Pedalsimulationsvorrichtungen
beeinträchtigt
hat, da zunächst
das Bewegungsspiel überwunden
werden musste. Um diesem Problem entgegenzutreten, sieht die Erfindung
in einer Weiterbildung vor, dass der Zylinder um eine zur Kolbenbewegungsrichtung
orthogonale Achse schwenkbar gelagert ist. So ist es möglich, an
einer von dem Bremspedal entfernten Stelle den Zylinder an dem Fahrzeugchassis
schwenkbar aufzuhängen,
so dass dieser sich derart um die zur Kolbenbewegungsrichtung orthogonale
Achse verschwenken kann, dass Querkräfte ausgeglichen und dadurch
Reibungskräfte
minimiert werden können.
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Zur Erfassung der Bremspedalbetätigung und
zur Ansteuerung der Bremsanlage ist in einer Weiterbildung der Erfindung
vorgesehen, dass Sensoren an der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
vorgesehen sind, welche die Bewegung des Bremspedals charakterisierende
Parameter erfassen und die Bremsanlage nach Maßgabe dieser Parameter ansteuern.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand
der beiliegenden Figuren beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine
schematisierte Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
mit stilisiertem Bremspedal;
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 eines
zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung
und
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3 eine
Ansicht entsprechend 1 und 2 eines dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Pedalsimulationsvorrichtung
allgemein mit 10 bezeichnet. Diese umfasst ein mit einem
abgestuften Hohlraum ausgebildetes Zylindergehäuse 12 und einen darin
in Richtung der Achse A verschiebbar geführten Kolben 14. Der
Kolben 14 ist an seiner in 1 linken
Seite mit einer Betätigungsstange 16 ausgebildet.
An ihrem von dem Zylindergehäuse 12 entfernten
Ende ist die Betätigungsstange 16 über ein
Gelenk 18 mit einem Bremspedal 20 gekoppelt. Das
Bremspedal 20 ist über
ein Gelenk 22 schwenkbar an einem Fahrzeugchassis 24 angebracht.
An seinem von dem Gelenk 22 entfernten Ende weist das Bremspedal 20 eine
Betätigungsplatte 26 auf,
auf welche ein Fahrer im Falle einer Bremsbetätigung die Bremsbetätigungskraft
FB aufbringt.
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An seinem von der Betätigungsstange 16 entfernten
Ende weist der Kolben 14 eine Führungsstange 28 auf.
Der Kolben 14 ist über
die Betätigungsstange 16 und
die Führungsstange 28 in
dem Zylindergehäuse 12 linearbeweglich
geführt.
Hierzu dienen Aufnahmebohrungen 30 und 32 sowie
eine Zylinderinnenumfangsfläche 34 des
Zylindergehäuses 12.
In die Aufnahmebohrungen 30, 32 sind Umfangsnuten 36, 38 eingebracht,
in welchen Dichtungsringe 40, 42 aufgenommen sind.
Die Dichtungsringe 40, 42 liegen dichtend an der
Betätigungsstange 16 und
der Führungsstange 28 an
und gewährleisten
eine fluiddichte Führung
von Betätigungsstange 16 und
Führungsstange 28 in
den Aufnahmebohrungen 30, 32.
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Ferner ist in einer Außenumfangsfläche 44 des
Kolbens 14 eine weitere Umfangsnut 46 vorgesehen,
in welcher ein Dichtungsring 48 eingebracht ist. Der Dichtungsring 48 liegt
dichtend an der Zylinderinnenumfangsfläche 34 an und sorgt
dafür,
dass der Kolben 14 in fluiddichter Anlage mit der Zylinderinnenumfangsfläche 34 innerhalb
des Kolbens 12 verschiebbar ist.
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An einer von der Betätigungsstange 16 abgewandten
Kolbenfläche 50 greift
eine Rückstellfeder 52 an,
welche an ihrem entgegengesetzten Ende an einer Innenstirnfläche 54 des
Zylindergehäuses 12 anliegt.
Die Rückstellfeder 52 drückt den
Kolben 14 in seine in 1 gezeigte
Ausgangsstellung, in welcher ein Anschlagflansch 56 an
einer der Innenstirnfläche 54 gegenüberliegenden
Stirnfläche 58 anliegt.
Die Rückstellfeder 52 weist
eine progressive Kennlinie auf, d.h. ihre Federkraft steigt mit
zunehmender Kompression an.
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Innerhalb des Kolbens ist eine Kammer 60 ausgebildet,
welche über
einen Kanal 62 mit einer von der Zylinderinnenumfangsfläche 34,
der Kolbenfläche 50 und
der Innenstirnfläche 54 eingeschlossenen
ringförmigen
Druckkammer 64 kommuniziert. Ferner ist die Kammer 60 über einen
Kanal 66 mit einer Füllkammer 68 hydraulisch
verbunden, welche auf der zur Druckkammer 64 entgegengesetzten
Seite des Kolbens 14 vorgesehen ist. Die Kanäle 62 und 64 sind über eine
Modelliereinrichtung 70 hydraulisch miteinander gekoppelt.
Die Modelliereinrichtung 70 umfasst eine verstellbare Drosseleinrichtung 72 und ein
Rückschlagventil 74,
welche parallel geschaltet sind.
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Die Pedalsimulationsvorrichtung 10 mit
der Modelliereinrichtung 70 wirkt wie folgt: Bei einer
Betätigung
des Bremspedals 20 wird die Betätigungsplatte 26 mit
der Bremsbetätigungskraft
FB beaufschlagt. Dies führt dazu, dass sich die Betätigungsstange 16 in
Richtung von Pfeil P1 bewegt und dabei den
Kolben 14 innerhalb des Zylindergehäuses 12 entgegen der
Wirkung der Rückstellfeder 52 in 1 nach rechts drückt. Dabei
wird das in der Druckkammer 64 enthaltene Hydraulikfluid über den
Kanal 62 zur Modelliereinrichtung 70 gedrückt. Das
Rückschlagventil 74 verschließt sich,
so dass das Hydraulikfluid durch die Drosseleinrichtung 72 hindurch
sowie durch den Kanal 66 in die Füllkammer 68 strömen muss.
Diese Strömung
wird nach Maßgabe
der Einstellung der Drosseleinrichtung 72, d.h. nach Maßgabe deren
Drosselwirkung, gedrosselt, so dass der Betätigung des Bremspedals 20 zusätzlich zu dem
von der Rückstellfeder 52 vorgesehenen
Widerstand ein durch die Drosselwirkung hervorgerufener Widerstand
entgegengesetzt wird. Wird das Bremspedal 20 freigegeben,
d.h. wird die Bremsbetätigungskraft
FB reduziert, so bewegt sich das Bremspedal 20 unter
der Rückstellwirkung
der Rückstellfeder 52 entsprechend
Pfeil P2 zurück zu seiner in 1 gezeigten Ausgangsstellung.
Dabei wird das in der Füllkammer 68 enthaltene
Hydraulikfluid über den
Kanal 66 durch die Modelliereinrichtung 70 und den
Kanal 62 zurück
in die Druckkammer 64 gedrückt. Bei einer derartigen Hydraulikfluid-Strömung öffnet sich
das Rückschlagventil 74,
so dass das Hydraulikfluid weitgehend ungedrosselt durch die Modelliereinrichtung 70 in
die Druckkam mer 64 strömen kann.
Dies bedeutet, dass bei einer Freigabe des Bremspedals 20 nach
vorheriger Betätigung
dieses verhältnismäßig schnell
und ungedämpft
in seine in 1 gezeigte
Ausgangsstellung zurückkehren kann.
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1 zeigt
ferner, dass innerhalb des Zylindergehäuses 12 eine Federspeichervorrichtung 76 vorgesehen
ist. Diese umfasst eine Feder 78 sowie ein gegen die Federkraft
der Feder 78 verschiebbares Plattenelement 80.
Das Plattenelement 81 schließt zusammen mit dem Zylindergehäuse 12 eine
Ausgleichskammer 81 ein, welche mit der Füllkammer 68 hydraulisch
kommuniziert. Die Federspeichervorrichtung 76 dient dazu,
durch Befüllen und
Entleeren der Ausgleichskammer 81 Volumenschwankungen des
in der Druckkammer 64 und der Füllkammer 68 enthaltenen
Hydraulikfluids auszugleichen. Dies ist insbesondere deshalb erforderlich, weil
das innerhalb des Zylindergehäuses 12 eingeschlossene
Hydrauliksystem vollkommen abgeschlossen ist und damit aufgrund
von Temperaturschwankungen hervorgerufene Volumenschwankungen des
Hydraulikfluids nicht durch nachströmendes Hydraulikfluid ausgeglichen
werden können.
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Auf ihrer von dem Bremspedal 20 abgewandten
Seite taucht die Führungsstange 28 in
eine Hilfskammer 82 ein, welche über einen Kanal 84 zugänglich (z.B.
belüftet)
ist. Die Hilfskammer 82 kann zur weiteren Dämpfung oder
aber auch zur Erfassung der Bewegung der Führungsstange 28 und
damit des Bremspedals 20 genutzt werden. In der Hilfskammer 82 ist
ein federndes Dämpfungskissen 86 vorgesehen,
an welches die Führungsstange 28 bei maximaler
Pedalbetätigung
anschlägt.
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An seinem von dem Bremspedal 20 entfernten
Ende ist das Zylindergehäuse 12 über ein
Gelenk 88 an dem Fahrzeugchassis 24 um eine zur Längsachse
A orthogonale Achse B schwenkbar gelagert. Dadurch ist es möglich, dass
Querkräfte,
welche durch das vermittels des Gelenks 22 schwenkende Bremspedal 20 erzeugt
werden, durch eine Schwenkbewegung des gesamten Zylindergehäuses 12 mitsamt
dem darin angeordneten Kolben 14 um die Schwenkachse B
ausgeglichen werden können. Dadurch
wird die gesamte Pedalsimulationsvorrichtung 10, wie in 1 gezeigt, von querkraftinduzierten
mechanischen Belastungen befreit, was deren Lebensdauer, insbesondere
die Lebensdauer der darin enthaltenen Dichtungselemente, erhöht.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung,
welche dort allgemein mit 110 bezeichnet ist. Zur Vermeidung
von Wiederholungen und zur Vereinfachung der Beschreibung werden
im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet wie mit Bezug auf 1, jedoch mit der Ziffer "1" vorangestellt. Es sollen lediglich
die Unterschiede zu der Ausführungsform
gemäß 1 erläutert werden.
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Die in 2 gezeigte
Pedalsimulationsvorrichtung 110 ist im Gegensatz zu dem
ersten Ausführungsbeispiel
gemäß 1 an ihrer dem Bremspedal 120 zugewandten
Seite mit einem offenen Zylindergehäuse 112 ausgebildet.
Der Kolben 112 schlägt lediglich
mit seiner dem Bremspedal 120 zugewandten Seite an einem
Anschlag 190 an. Der Kolben 114 ist mit einer
Umfangsnut 192 versehen, welche zusammen mit der Zylinderinnenumfangsfläche 134 die Füllkammer 168 einschließt. Beidseitig
der Umfangsnut 168 in axialer Richtung sind die Dichtungselemente 1481 und 1482 vorgesehen,
welche eine fluiddichte Führung
des Kolbens 114 innerhalb des Zylindergehäuses 112 gewährleisten.
Die Füllkammer 168 ist über einen
Kanal 194 in jeder beliebigen Axialstellung des Kolbens 114 innerhalb
des Zylindergehäuses 112 mit
einem externen Hydraulikfluid-Speicher 196 verbunden.
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Die Pedalsimulationsvorrichtung 110 funktioniert
wie folgt. Bei Bremspedalbetätigung
und dadurch induzierter Bewegung des Kolbens 114 entsprechend
Pfeil P1 wird Hydraulikfluid aus der Druckkammer 164 über den
Kanal 162, die Modelliereinrichtung 170 und den
Kanal 166 in die Füllkammer 168 gedrückt. Aus
dieser wird das Hydraulikfluid über den
Kanal 194 in den externen Hydraulikfluid-Speicher 196 gedrückt. Ein
derartiges Ausströmen
von Hydraulikfluid aus der Druckkammer 164 über die Modelliereinrichtung 170 erfolgt
gedrosselt über
die Drosseleinrichtung 172, wobei das Rückschlagventil 174 geschlossen
bleibt. Wiederum führt
die Drosseleinrichtung 172 zusammen mit der Rückstellfeder 152 dazu,
dass der Pedalbetätigungskraft
FB eine Gegenkraft entgegenwirkt, so dass
der Fahrer während
der Pedalbetätigung
einen Widerstand verspürt. Durch
eine progressive Kennlinie der Rückstellfeder 152 kann
dieser Widerstand mit zunehmenden Pedalweg ansteigen. Ebenso kann
der progressive Verlauf des Widerstandswerts durch eine Veränderung der
Einstellung der Drosseleinrichtung 172 über den Bremsbetätigungsweg
erreicht werden.
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Bei einer anschließenden Freigabe
des Bremspedals, d.h. bei Reduzierung der Bremsbetätigungskraft
FB auf den Wert null, bewegt sich der Kolben 114 unter
Wirkung der Rückstellfeder 152 in
seine in 2 gezeigte
Ausgangsstellung zurück.
Dies erfolgt weitgehend ungedämpft,
d.h. aus dem Hydraulikfluid-Speicher 196 fließt über den
Kanal 194, die Füllkammer 168,
den Kanal 166, die Modelliereinrichtung 170 und
den Kanal 162 Hydraulikfluid zurück in die Druckkammer 164.
Dabei öffnet
sich das Rückschlagventil 174 der
Modelliereinrichtung 170, so dass ein derartiges Rückströmen von
Hydraulikfluid weitgehend ungehindert erfolgt. Durch ein derartiges Verhalten
der Modelliereinrichtung 170 lässt sich der Bewegungscharakteristik
des Bremspedals eine Hysterese auferlegen, welche dem Fahrer aus
herkömmlichen,
unmittelbar mit einer hydraulischen Bremsanlage gekoppelten Bremspedalen
wohlbekannt ist.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung,
welche darin mit 210 bezeichnet ist. Zur erleichterten Beschreibung
und zur Vermeidung von Wiederholungen werden dieselben Bezugszeichen
wie vorstehend mit Bezug auf 1 und 2 verwendet, jedoch mit der
Ziffer "2" vorangestellt. Es
werden wiederum lediglich die Unterschiede zu den Ausführungsformen
gemäß den 1 und 2 erläutert.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von
dem gemäß 2 lediglich darin, dass
der Kolben konstruktiv vereinfacht ausgebildet ist. Zum einen weist
der Kolben 214 keine Kammer im Inneren auf, welche die
Modelliereinrichtung aufnimmt. Vielmehr ist eine derartige Kammer 260 innerhalb
des Zylindergehäuses 212 ausgebildet.
Die Kammer 260 ist über
einen Kanal 298 mit der Druckkammer 264 verbunden
und über
die Kanäle 299 und 294 mit
dem externen Hydraulikfluid-Speicher 296. Ferner
ist der Kolben 214 an seiner Umfangsfläche 244 statt mit
einer Umfangsnut lediglich mit einer Axialnut 297 versehen,
welche eine hydraulische Verbindung der Druckkammer 264 mit
dem externen Hydraulikfluid-Speicher 296 in dem in 3 gezeigten Ruhezustand
ermöglicht.
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Im Bremsbetrieb, d.h. bei Bremspedalbetätigung,
wird der Kolben 214 entsprechend Pfeil P1 in 3 nach rechts verschoben.
Dabei wird Hydraulikfluid aus der Druckkammer 264 über den
Kanal 298, die Drosseleinrichtung 272, den Kanal 299 und
den Kanal 294 in den externen Hydraulikfluid-Speicher 296 gepresst.
Die Drosseleinrichtung 272 drosselt diese Strömungsbewegung.
Eine Strömung über den Kanal 294 und
die Axialnut 297 erfolgt lediglich zu Beginn der Kolbenbewegung,
bis der Dichtring 2482 über den
Kanal 294 hinweggleitet und somit eine Verbindung zwischen
der Axialnut 297 und dem Kanal 294 unterbricht.
Bei einer anschließenden
Rückstellbewegung
des Kolbens 214 nach Freigabe des Bremspedals 220 und
Reduzierung der Bremsbetätigungskraft
FB auf null bewegt sich Hydraulikfluid aus dem
externen Speicher 296 zurück durch die Kanäle 294, 299 zur
Drosseleinrichtung 272 hin und von dieser durch den Kanal 298 zurück in die
Druckkammer 264. Bei einer derartigen Rückstellbewegung kann die Drosseleinrichtung 272 weiter
geöffnet
werden, so dass deren Drosselwirkung reduziert wird und die erwünschte Hysterese
erreicht wird.
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In dem in 3 gezeigten Ausgangszustand der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung 210 kann
ein Volumenausgleich aufgrund temperaturbedingter Volumenschwankungen
des Hydraulikfluids unmittelbar über
die Axialnut 297 erfolgen, so dass Hydraulikfluid aus dem
externen Speicher 296 nachströmen kann.
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Vorstehend wurden drei Ausführungsbeispiele
für eine
erfindungsgemäße Pedalsimulationsvorrichtung
erläutert.
Alle drei Ausführungsbeispiele haben
den gemeinsamen Vorteil, dass es sich dabei um ein abgeschlossenes
hydraulisches System handelt – abgeschlossen
insbesondere dahingehend, dass keine hydraulische Kopplung mit einer
hydraulischen Bremsanlage vorgesehen ist. Dies hat den Vorteil,
dass die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
der Pedalsimulationsvorrichtung lediglich so ausgelegt werden müssen, dass
sie den Anforderungen hinsichtlich der Simulationswirkung gerecht werden
müssen.
Hingegen ist es nicht erforderlich, die erfindungsgemäße Pedalsimulationsvorrichtung auf
die im Bereich von 200 bar liegenden Hydraulikdrücke einer elektrohydraulischen
Bremsanlage auszulegen, so dass für Dichtungselemente und die übrigen Hydraulikkomponenten
ein geringerer Konstruktionsaufwand nötig ist. Ferner sind Installationsleitungen,
welche die Pedalsimulationsvorrichtung und die hydraulische Bremsanlage
verbinden, bei der erfindungsgemäßen Pedalsimulationsvorrichtung nicht
mehr erforderlich. Ein Notfallbetrieb, wie er beim Stand der Technik
mithilfe einer „Push-through" Funktionalität realisiert
wurde, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch vorgesehen werden,
dass die Bremsanlage redundant ausgebildet wird, beispielsweise
mit einer zweiten Stromquelle oder/und mit einer zusätzlichen
Hydraulikfluidpumpe.