DE19701069B4

DE19701069B4 - Vorrichtung zur Messung des Bremspedalwegs

Info

Publication number: DE19701069B4
Application number: DE1997101069
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. Zabler; Wolfgang Seils; Anton Dukart
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-01-15
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: DE19701069A1

Abstract

Vorrichtung zur Messung des Bremspedalwegs in einer Fahrzeug-Bremsanlage, die ein fußbetätigtes Bremspedal (10) und eine daran angelenkte Schubstange (13) zur Auslösung einer vom Bremspedalweg abhängigen Bremsfunktion aufweist, wobei an der Schubstange (13) mindestens ein stabförmiger Permanentmagnet (Magnetstab 22, 22') befestigt ist, dessen Länge (1) wesentlich größer als der maximale Verschiebeweg der Schubstange (13) bei Bremspedalbetätigung ist, und wobei ein magnetoresistives Element (AMR-Element 23, 23') in geringem Querabstand (a) zur Verschieberichtung der Schubstange (13) vom Magnetstab (22, 22') räumlich feststehend angeordnet ist, das eine Änderung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes bei der Verschiebung des Magnetstabs (22, 22') erfasst und ein elektrisches Analogsignal(U) ausgibt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Bremspedalwegs in einer Fahrzeug-Bremsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.
Bei Bremsanlagen in Kraftfahrzeugen ist die Messung des Bremspedalwegs je nach Konzeption der Bremsanlage aus unterschiedlichen Gründen unerläßlich, um die Bremsfunktion in bestimmter Weise beeinflussen zu können. So wird beispielsweise bei Bremsanlagen mit Bremskraftverstärker (Booster) aus einer bestimmten Pedalgeschwindigkeit eine Notbremsung erkannt und dadurch eine höhere Verstärkung des Bremskraftverstärkers eingestellt (Bremsassistenzfunktion). Bei Fremdkraftbremsen, wie elektrohydraulischen Bremsen (EHB) oder elektromechanischen Bremsen (EMB), wird der Bremspedalweg als Sollwertvorgabe für die Einstellung von Bremsdruck, Bremskraft, Bremsmoment oder Bremsverzögerung verwendet, wobei die mit dem Bremspedal gekoppelte Schubstange zusätzlich auf einen Pedalwegsimulator (PWS) wirkt, um dem Fahrer das gewohnte Bremsgefühl zu vermitteln.
Bekannte Vorrichtungen zur Messung des Bremspedalwegs basieren auf Drehpotentiometern oder kontaktlosen Drehgebern, wobei die Mechanik der Bremspedalerie mit einbezogen wird. Von der Firma Helag wird unter der Bezeichnung "Linear-Sensor Typ 055" ein Wegsensor angeboten, dessen Widerstand sich mit dem Hub ändert. Dieser Wegsensor wird zur Wegerfassung in ABS-Bremssystem eingesetzt, wobei der Wegsensor den Membranweg des Boosters mißt.
Nach dem sog. AMR-Prinzip (anisotrop-magnetoresistiv) arbeitende Sensoren werden beispielsweise von der Firma Philips angeboten, die zur berührungslosen Wegmessung verwendet werden können. Im Kraftfahrzeugbau werden solche AMR-Sensoren, die aus einem Permanentmagneten und einem AMR-Element bestehen, zur Messung sehr kleiner Wege von auslenkbaren Körpern, beispielsweise zur Erfassung des Ventilnadelhubs von Einspritzventilen, eingesetzt ( DE 196 00 616.3 ). Bisher bekannte AMR-Sensoren weisen einen abmessungskleinen Permanentmagneten und eine Vielzahl von über den Verschiebeweg angeordneten Magneto-Widerstandskopf-Elementen auf, so daß sich ein inkrementaler Wegsensor ergibt ( EP 0 427 882 B1 ).
In der DE 39 24 327 A1 wird bei einer Vorrichtung zur Ermittlung der Bremspedalstellung ein Magnet auf Hall-Sensoren zubewegt, sodass sich bei der Bewegung die Feldstärke ändert und in den Hall-Sensoren ein Signal erzeugt wird. Bei der Bewegung ändert sich die Flussdichte aber exponential, sodass keine lineare Messkurve erhalten werden kann.
In der DE 43 03 403 C2 wird zwar in allgemeiner Form auf lineare Messkurven eingegangen, ohne einen Bezug zur konstruktiven Ausgestaltung bei der Messung von Bremspedalstellungen zu geben.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung des Bremspedalwegs mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß sie universell in verschieden konzipierten Bremssystemen eingesetzt werden kann und dabei die Bremspedalerie nicht geändert oder angepaßt werden muß. In allen Bremssystemen ist unabhängig davon, ob sie mit Hauptbremszylinder und Bremsassistenzfunktion oder mit Fremdkraftbremsung und Pedalwegsimulator arbeiten, immer die
mit dem Bremspedal gekoppelte Schubstange vorhanden, an der erfindungsgemäß der Permanentmagnet des AMR-Sensors befestigt wird. Diese vorhandene Schubstange wird erfindungsgemäß ohne bauliche Änderung zur berührungslosen und damit verschleißfreien Wegerfassung als Weggeber genutzt. Der lange Magnetstab mit im Vergleich zum maximalen Verschiebeweg der Schubstange sehr großer Länge läßt einerseits im Ausgangssignal des AMR-Elements auftretende Zweideutigkeiten von Meßwerten eliminieren und legt andererseits den Arbeitsbereich des AMR-Elements in einen Bereich, in dem quasi eine lineare Abhängigkeit von Verschiebeweg des Magnetstabs und Spannungsamplitude des Ausgangssignals des AMR-Elements gegeben ist. Das AMR-Element wird im Bereich der Sättigung betrieben, so daß Alterungsprozesse des Permanentmagneten keinen Einfluß auf die Meßwertgüte haben. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung ist kostengünstig darstellbar, weil sowohl der Magnetstab als das analoge AMR-Element als Kaufteile erhältlich sind.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßvorrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Abmessung des Magnetstabs quer zur Gelenkachse der Schubstange wesentlich größer gewählt als die Abmessung des Magnetstabs parallel zu dieser Gelenkachse. Da die Schubstange eine Drehung des Bremspedals in eine lineare Bewegung umwandelt, erfährt sie dabei eine geringe Kippbewegung zur Horizontalebene. Durch die in der Vertikalen breitere Abmessung des Magnetstabes wird erreicht, daß der Feldverlauf am AMR-Element weitgehend von der Kippbewegung unbeeinflußt bleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das AMR-Element an einem die Schubstange führenden Gehäuse befestigt. Dadurch bildet die Meßvorrichtung eine Baueinheit, die an der Bremspedalerie außerhalb des Kraftfahrzeugs vormontiert und justiert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf jeder der quer zur Gelenkachse sich erstreckenden beiden Seiten der Schubstange ein Magnetstab angeordnet und jedem Magnetstab ein AMR-Element zugeordnet. Dadurch wird eine Redundanz der Meßwerte erzielt, die bei sicherheitskritischen Anwendungen erhebliche Vorteile unter Sicherheitsaspekten bringt. Außerdem können Fehler, die durch Lagerungstoleranzen der beweglichen Teile, wie Bremspedal und Schubstange, entstehen, durch Mittelwertbildung kompensiert werden.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
1 einen Schnitt der Bremspedalerie eines Fahrzeugs gemäß Linie I-I in 2, mit Bremspedalweg-Meßvorrichtung
2 einen Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 ein Diagramm des Ausgangssignals eines AMR-Elements in Abhängigkeit von seinem Verschiebeweg längs eines stabförmigen Permanentmagneten zur Erläuterung der Funktion der Meßvorrichtung in 1 und 2.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die in 1 und 2 teilweise im Längs- und Querschnitt dargestellte Bremspedalerie weist in bekannter Weise ein fußbetätigtes Bremspedal 10, bestehend aus einem Pedalhebel 11 und einer darauf befestigten Pedalplatte 12, sowie eine Schubstange 13 auf. Der Pedalhebel 11 ist mit seinem pedalplattenfernen Ende mittels einer horizontal ausgerichteten Schwenkachse 14 an der Fahrzeugkarosserie schwenkbeweglich aufgehängt, und die Schubstange 13 ist mit ihrem einen Ende am Pedalhebel 11 im Abstand von dessen Schwenkachse angelenkt. Die Gelenkachse 15 ist parallel zur Schwenkachse 14 ausgerichtet. An dem pedalhebelfernen Ende der Schubstange 13 ist ein Gelenkkopf 16 ausgebildet, der in eine Gelenkpfanne 17 in der Stirnseite eines in einem Gehäuse 18 axial verschieblich geführten Führungskolben 19 eingreift. Damit wird der beim Bremsen von dem Bremspedal 10 erzeugte Schwenkweg in einen Verschiebeweg des Führungskolbens 19 umgesetzt, der je nach Konzeption der Bremsanlage auf einen Hauptbremszylinder mit oder ohne Bremskraftverstärker (Booster) wirkt oder mit einem Pedalwegsimulator gekoppelt ist. Bei einer elektrohydraulischen Bremsanlage, wie sie beispielsweise beschrieben ist in "Electrohydraulic Brake System, Robert Bosch GmbH, SAE-Paper 96 0991, Seite 1–5'' wirkt der Führungskolben unmittelbar auf einen Pedalwegsimulator, der dem Fahrer das gewohnte Bremsgefühl vermittelt, während der Bremsdruck, die Bremskraft und das Bremsmoment von einer Fremdkraftanlage erzeugt wird, die von einem Sollwertgeber entsprechend dem vom Bremspedal 10 zurückgelegten Pedalweg eingestellt wird. Die Stirnseite des Gehäuses 18 ist von einer Gummimanschette 20, die jeweils das Gehäuse 18 und die Schubstange 13 umschließ spritzwasser- und staubdicht abgedeckt.
Zur Erfassung des Pedalweges des Bremspedals 10 ist eine berührungslos arbeitende Meßvorrichtung 21 vorgesehen, die den Verschiebeweg der Schubstange 13 und damit den Bremspedalweg mißt. Die auf dem bekannten AMR-Prinzip (anisotropmagnetoresistiv) basierende Meßvorrichtung 21 umfaßt einen stabförmigen Permanentmagneten, im folgenden Magnetstab 22 genannt, und ein AMR-Element 23. Der Magnetstab 22 weist eine Länge auf, die wesentlich größer ist als der maximale Verschiebeweg der Schubstange 13 bei maximaler Bremspedalbetätigung, und ist an der Schubstange 13, und zwar auf einer quer zur Gelenkachse 15 sich erstreckenden Seite der Schubstange 13, befestigt. Dabei ist die vertikale Abmessung h des Magnetstabs 22 (1), also die sich quer zur Gelenkachse 15 erstreckende Abmessung, größer als die horizontale Abmessung b des Magnetstabs 22 (2), also die parallel zur Gelenkachse 15 sich erstreckende Abmessung. Durch diese wesentlich breitere Abmessung h in Vertikalrichtung wird erreicht, daß der Feldverlauf des Magnetfeldes an dem dem Magnetstab 22 benachbart angeordneten AMR-Element 23 auch bei der geringen Kippbewegung, die die Schubstange 13 bei der Bremspedalbetätigung ausführt, weitgehend konstant bleibt. Das AMR-Element 23 ist in einem Abstand a (2), der 0,2–1 mm beträgt, seitlich des Magnetstabs 22 angeordnet und ist mittels eines Trägers 24 an dem Gehäuse 18 befestigt. Aus Gründen der Redundanz, die für eine exakte Wegmessung erforderlich ist, ist eine gleichartige Paarung eines Magnetstabes 22' und eines AMR-Elements 23' auf der gegenüberliegenden Seite der Schubstange 13 angeordnet, wobei wiederum der Magnetstab 22' mit der Schubstange 13 fest verbunden und das AMR-Element 23' über einen Träger 24' am Gehäuse 18 festgelegt ist. Der horizontale Abstand des AMR-Elements 23' vom Magnetstab 22' ist wiederum a und beträgt ebenfalls 0,2–1mm.
Die redundante Anordnung von zwei jeweils aus Magnetstab 22 bzw. 22' und AMR-Element 23 bzw. 23' bestehenden AMR-Sensoren ermöglicht auch eine Mittelwertbildung, um durch seitliche Abstandsänderungen auftretende Fehler zu eliminieren. Solche seitlichen Abstandsänderungen können durch die drehbewegliche Lagerung von Schubstange 13 und Bremspedal 10 auftreten.
In 3 ist beispielhaft das Ausgangssignal U=f(s) des AMR-Elements 23 dargestellt, das sich ergibt, wenn das AMR-Element 23 über die Länge des Magnetstabs 22 verschoben bzw. umgekehrt der Magnetstab 22 vollständig am AMR-Element 23 vorbeigeschoben wird. Deutlich ist zu erkennen, daß das Signal in der Mitte des Magnetstabs 22 Null wird und auf beiden Seiten der Magnetmitte sein Vorzeichen umkehrt. Links und rechts der Mitte des Magnetstabs 22 ergibt sich ein linearer Bereich, in dem die Amplitude des Ausgangssignals proportional dem Verschiebeweg des Magnetstabs 22 ist. Dieser lineare Zweig des Meßsignals wird durch entsprechende Anpassung der Länge des Magnetstabes 22 an den maximalen Verschiebeweg der Schubstange 13, also dem maximalen Bremspedalweg zur Wegmessung, ausgenutzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Länge 1 des Magnetstabs 22 doppelt so groß gewählt wie der maximale Verschiebeweg der Schubstange 13. Bei entsprechender Zuordnung des AMR-Elements 23 zu dem Magnetstab 22 liegt das am AMR-Element 23 abgenommene Spannungssignal abhängig vom Verschiebeweg der Schubstange 13 ausschließlich im mittleren, linearen Bereich.

Claims

Vorrichtung zur Messung des Bremspedalwegs in einer Fahrzeug-Bremsanlage, die ein fußbetätigtes Bremspedal (10) und eine daran angelenkte Schubstange (13) zur Auslösung einer vom Bremspedalweg abhängigen Bremsfunktion aufweist, wobei an der Schubstange (13) mindestens ein stabförmiger Permanentmagnet (Magnetstab 22, 22') befestigt ist, dessen Länge (1) wesentlich größer als der maximale Verschiebeweg der Schubstange (13) bei Bremspedalbetätigung ist, und wobei ein magnetoresistives Element (AMR-Element 23, 23') in geringem Querabstand (a) zur Verschieberichtung der Schubstange (13) vom Magnetstab (22, 22') räumlich feststehend angeordnet ist, das eine Änderung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes bei der Verschiebung des Magnetstabs (22, 22') erfasst und ein elektrisches Analogsignal(U) ausgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1) des Magnetstabs (22, 22') mindestens doppelt so groß ist wie der maximale Verschiebeweg der Schubstange (13).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querabstand (a) des AMR-Elements (23, 23') vom Magnetstab (22, 22') etwa 0,2–1 mm beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessung (h) des Magnetstabs (22, 22') quer zur Gelenkachse (15) der Schubstange (13) wesentlich größer ist als die Abmessung (b) des Magnetstabs (22, 22') parallel zur Gelenkachse (15).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das AMR-Element (23, 23') an einem die Schubstange (13) führenden Gehäuse (18) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder der quer zur Gelenkachse (15) sich erstreckenden, voneinander abgekehrten Seiten der Schubstange (13) ein Magnetstab (22,22') angeordnet und jedem Magnetstab (22, 22') ein AMR-Element (23, 23') zugeordnet ist.