DE19952778C2 - Pedalanordnung für ein Brake-by-Wire-System - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pedalanordnung für ein Bremssystem mit elektronischer Kopplung zwischen Pedal und Bremse (Brake- by-Wire-System) bei einem Kraftfahrzeug.

Aus der DE 40 29 334 A1 ist eine derartige Pedalanordnung bekannt. Die dort gezeigte Pedaleinheit weist ein Gaspedal, ein Bremspedal und ein Kupplungspedal auf, denen jeweils zwei Potentiometer als Sollwertgeber für einen Gaswunsch, einen Bremswunsch bzw. einen Kupplungswunsch dienen. Mittels eines Mikroprozessors werden die Sollwerte an entsprechende Aggregate, insbesondere an die Fahrzeugbremse, weitergeleitet. Jedes der Pedale ist an einem Ende bei einer ersten Lagerstelle an einem Gehäuse der Pedaleinheit schwenkbar gelagert und dient in Abhängigkeit seiner Neigung bzw. seiner Schwenkverstellung zur Eingabe eines Sollwertes, z. B. eines Bremswunsches, in das Bremssystem. Die Pedaleinheit wird komplett im Fußraum, das heißt im Fahrzeuginnenraum, untergebracht. Jedes Pedal zeigt eine Trittplatte, unter der eine Blattfeder angeordnet ist, die zur Simulation einer der Pedalverstellung entgegenwirkenden Bremskraft, das heißt zur Realisierung einer Kraft-Weg-Charakteristik des Pedals dient. Die Simulierung einer solchen Kraft-Weg-Charakteristik ist bei elektronischen Kopplungen von entscheidender Bedeutung, da der Fahrer für einen sicheren Fahrbetrieb das gewohnte Pedalgefühl benötigt.

Bei der bekannten Pedalanordnung ist die als Bremskraftsimulator dienende Blattfeder einenends bei einer zweiten Lagerstelle in einem von der ersten Lagerstelle des Pedals entfernten Bereich am Pedal angelenkt. Anderenends ist die Blattfeder bei einer dritten Lagerstelle am Gehäuse der Pedaleinheit und somit am Fahrzeuginnenraum abgestützt. Unterhalb der Blattfeder sind Gehäuseanschläge angeordnet, durch deren Position die Kraft-Weg-Charakteristik des Pedals einstellbar ist.

Aus der DE 195 06 629 A1 ist eine Fahrpedalanordnung bekannt, bei der das Fahrpedal, das üblicherweise auch als "Gaspedal" bezeichnet wird, zur Signalisierung von unvorteilhaften Bereichen eines Fahrbetriebes mit einer veränderbaren Rückstellkraft beaufschlagt werden kann. Beispielsweise ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die einenends am Gaspedal angreift und anderenends am Stößel eines Elektromagnetstellers verankert ist. Wenn der Fahrer das Gaspedal so betätigt, daß sich ein unvorteilhafter Fahrbetrieb einstellt, wird der Elektromagnetsteller so bestromt, daß der Stößel seine Position im Sinne einer Federkrafterhöhung verändert. Auf diese Weise wird die am Gaspedal wirksame Rückstellkraft in einer für den Fahrer nicht erwarteten Weise vergrößert, so daß der Fahrer das Vorliegen des unerwünschten, insbesondere unwirtschaftlichen, Fahrbetriebes erkennt. Bei einer Variante der bekannten Fahrpedalanordnung ist das Gaspedal mit einem Drehmomentsteller gekoppelt, der in Abhängigkeit einer Abweichung von einem vorteilhaften Fahrzustand zunehmend bestromt wird und dementsprechend der Stellbewegung stärker entgegenwirkt.

Aus der DE 93 15 502 U1 ist eine herkömmliche Pedalanordnung für ein Bremssystem mit hydraulischer Kopplung zwischen Pedal und Bremse bekannt, bei der ein Pedal bei einer ersten Lagerstelle im Fahrzeuginnenraum schwenkbar gelagert ist. Ein Geberzylinder greift über eine Kolbenstange bei einer zweiten Lagerstelle einenends am Pedal an und stützt sich über sein Gehäuse bei einer dritten Lagerstelle anderenends im Fahrzeuginnenraum ab. Der Geberzylinder ist koaxial zu seiner durch die zweite Lagerstelle und die dritte Lagerstelle verlaufende Längsachse bidirektional längenverstellbar ausgebildet, indem die Kolbenstange hubverstellbar im Gehäuse gelagert ist. Darüber hinaus sind die drei Lagerstellen so angeordnet, dass eine Schwenkverstellung des Pedals eine Längenverstellung des Geberzylinders bewirkt.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit, dem Problem, für eine Pedalanordnung der eingangs genannten Art eine neue und vorteilhafte Ausführungsform anzugeben, bei der die Simulation der am Pedal wirksamen Bremskraft verbessert ist und die außerdem einen preiswerten Aufbau aufweisen soll.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Pedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen längenverstellbaren Bremskraftsimulator zu verwenden, bei dem die zur Längenverstellung erforderliche Kraft mit zunehmender Längenverstellung zunimmt. Im einfachsten Fall kann dies durch eine gewöhnliche Druck- oder Zugfeder, insbesondere durch eine Schraubenfeder, realisiert werden. Dieser bezüglich seiner Längsachse längenverstellbare Bremskraftsimulator wird durch eine geeignete Anordnung der vorgenannten Lagerstellen vom Pedal so betätigt, daß eine Schwenkverstellung des Pedals eine Längenverstellung des Bremskraftsimulators erzwingt. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfach aufgebaute kinematische Kopplung zwischen Pedal und Bremskraftsimulator. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Bauweise eignet sich in besonderem Maße für den Einsatz in Personenkraftwagen, da durch den längenverstellbaren Bremskraftsimulator der dort zur Verfügung stehende Einbauraum besonders gut ausgenutzt werden kann.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können die Lagerstellen des Pedals und des Bremskraftsimulators so angeordnet sein, daß die Längsachse des Bremskraftsimulators in einer Ausgangsstellung, die das unbetätigte Pedal einnimmt, geradlinig durch alle drei Lagerstellen verläuft. Auf diese Weise bildet die Ausgangsstellung des Pedals eine Totpunktlage für den Bremskraftsimulator, so daß in der Ausgangsstellung keine Kräfte zwischen Pedal und Bremskraftsimulator übertragen werden. Dadurch läßt sich eine besonders zweckmäßige Kennlinie für den Zusammenhang zwischen Pedalauslenkung und entgegenwirkender Pedalkraft erzielen.

Für das Pedal ergibt sich dann eine besonders vorteilhafte Kraft-Weg-Charakteristik, wenn die Lagerstellen von Pedal und Bremskraftsimulator so angeordnet sind, daß sich der zur Krafteinleitung in den Bremskraftsimulator wirksame Hebelarm mit zunehmender Pedalverstellung vergrößert. Auf diese Weise kann sogar mit einem einfach aufgebauten, eine lineare Kennlinie aufweisenden Bremskraftsimulator eine progressive Charakteristik zwischen Pedalverstellung und Bremskraft erzielt werden, wodurch sich ein besonders komfortables Pedalgefühl realisieren läßt.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Pedalanordnung kann ein gemeinsamer Träger für die erste und die dritte Lagerstelle vorgesehen sein, so daß einerseits das Pedal und andererseits der Bremskraftsimulator an diesem Träger gehaltert sind, mit der Folge, daß der Träger die gesamte Pedalanordnung trägt. Dieser Träger kann dann im Fahrzeuginnenraum verstellbar gelagert sein, insbesondere kann die Position des Trägers im Fahrzeuginnenraum und somit die Position der Pedalanordnung durch eine Schwenkverstellung und/oder eine Linearverstellung einstellbar sein. Diese Maßnahme ermöglicht eine individuelle Anpassung der Pedalanordnung an den jeweiligen Fahrer, wodurch sich die Fahrzeugsicherheit erhöht.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige Fig. 1 zeigt eine schematisierte Prinzipdarstellung in einer Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Pedalanordnung.

Entsprechend Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Pedalanordnung 1 eines Brake-by-Wire-Systems ein Pedal 2 auf, das bei einer ersten Lagerstelle 3 um eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Querachse schwenkverstellbar in einem Fahrzeuginnenraum 4 eines Fahrzeuges 7 gelagert ist. Im vorliegenden Fall einer speziellen Ausführungsform ist die Lagerstelle 3 an einem Träger 5 ausgebildet, der mit einer Lagerung 6 am im übrigen nicht dargestellten Fahrzeug 7 gelagert ist.

Ein Sollwertgeber, der in Abhängigkeit der Pedalverstellung den Bremswunsch erfaßt und ggf. an eine Radbremse weiterleitet, ist in Fig. 1 zur Wahrung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Das Pedal 2 ist nach Art eines Kniehebels ausgebildet und weist einen ersten Abschnitt 8 auf, der sich von der ersten Lagerstelle 3 bis zu einer Trittplatte 9 erstreckt, an welcher der Fahrzeugführer auf das Pedal 2 einwirkt und eine durch einen Pfeil symbolisierte Pedalkraft 10 einleitet. Desweiteren zeigt das Pedal 2 einen zweiten Abschnitt 11, der gegenüber dem ersten Abschnitt 8 abgewinkelt ist und sich von der ersten Lagerstelle 3 bis zu einer zweiten Lagerstelle 12 erstreckt, an welcher ein Ende eines Bremskraftsimulators 13 angreift und dabei um eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Schwenkachse schwenkgelagert ist. Das andere Ende des Bremskraftsimulators 13 ist bei einer dritten Lagerstelle 14 ebenfalls um eine senkrecht zur Zeichnungsebene verlaufende Schwenkachse im Fahrzeuginnenraum 4 schwenkbar gelagert. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die dritte Lagerstelle 14 ebenfalls am Träger 5 ausgebildet, so daß die erste Lagerstelle 3 und die dritte Lagerstelle 14 relativ zueinander stationär am Träger 5 gehaltert sind.

Der Bremskraftsimulator 13 ist koaxial zu seiner durch die zweite Lagerstelle 12 und die dritte Lagerstelle 14 verlaufenden Längsachse längenverstellbar ausgebildet. Die Länge des Bremskraftsimulators 13 ist dabei stets der Abstand zwischen seinen Enden, das heißt der Abstand zwischen der zweiten Lagerstelle 12 und der dritten Lagerstelle 14. Der Bremskraftsimulator 13 ist so konstruiert, daß die zum Verkürzen der Länge des Bremskraftsimulators 13 erforderliche Druckkraft mit abnehmender Länge des Bremskraftsimulators 13 zunimmt. Ein derartiger Zusammenhang zwischen Längenverstellung und der dazu erforderlichen Druckkraft kann beispielsweise mit einer üblichen Schraubenfeder realisiert werden, wobei dann ein im wesentlicher linearer Zusammenhang zwischen Längenverstellung und wirksamer Kraft herrscht. Beispielsweise weist der Bremskraftsimulator 13 ein Zylindergehäuse 15 auf, in dem eine Schraubendruckfeder angeordnet ist, die sich einenends am Zylindergehäuse 15 und anderenends an einer kolbenartigen Stange 16 abstützt, die koaxial zur Längsachse des Bremskraftsimulators 13 in das Zylindergehäuse 15 einfahrbar bzw. aus diesem ausfahrbar gelagert ist.

Der Bremskraftsimulator 13 erzeugt bei Verkürzung seiner Länge eine dieser Längenverstellung entgegenwirkende Widerstandskraft, die am Pedal 2 als Bremskraft spürbar wird, die der vom Fahrer an der Trittplatte 9 in das Pedal 2 eingeleiteten Pedalkraft 10 entgegenwirkt. Die Kinematik der Pedalanordnung 1, das heißt die Anordnung der Lagerstellen 3, 12 und 14 ist dabei so gewählt, daß die Längsachse des Bremskraftsimulators 13 und somit dessen Wirkungsrichtung in einer Ausgangsstellung des Pedals 2 durch die erste Lagerstelle 3 verläuft, so daß in dieser Ausgangsstellung keine Kräfte zwischen Bremskraftsimulator 13 und Pedal 2 übertragen werden. Die Ausgangsstellung des Pedals 2 ist in Fig. 1 mit durchgezogenen Linien dargestellt.

Desweiteren ist die Kinematik der Pedalanordnung 1 so gewählt, daß sich mit zunehmender Pedalverstellung ein bei der Krafteinleitung zwischen Bremskraftsimulator 13 und Pedal 2 wirksamer Hebelarm vergrößert. Auf diese Weise ergibt sich bei zunehmender Pedalverstellung ein progressiver Anstieg der dieser Pedalverstellung entgegenwirkenden Bremskraft. Eine bei Betätigung des Pedals 2 progressiv zunehmende Bremskraft gibt dem Fahrzeugführer das gewünschte Pedalgefühl. In Fig. 1 ist mit unterbrochenen Linien eine ausgelenkte Position des Pedals 2 wiedergegeben. Dabei wird die Verkürzung der Länge des Bremskraftsimulators 13 durch diese Schwenkverstellung des Pedals 2 deutlich. Außerdem geht daraus die Veränderung des wirksamen Hebelarmes hervor.

In der in Fig. 1 dargestellten speziellen Ausführungsform ist die Pedalanordnung 1 durch die Anbringung der ersten Lagerstelle 3 und der dritten Lagerstelle 14 an einem gemeinsamen Träger 5 zu einer Baugruppe zusammengefaßt, die als solche komplett im Fahrzeug 7 montiert werden kann. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, den Träger 5 und somit die gesamte Pedalanordnung 1 verstellbar am Fahrzeug 7 zu lagern, wodurch eine Einstellung der Pedalanordnung an individuelle Bedürfnisse durchführbar ist. Mögliche Freiheitsgrade einer solchen Lagerung bzw. Einstellbarkeit sind in Fig. 1 am Lager 6 durch Doppelpfeile 17 und 18 symbolisiert. Dabei wird durch den Doppelpfeil 17 eine Schwenkverstellbarkeit der Pedalanordnung 1 und mit dem Doppelpfeil 18 eine Längsverstellbarkeit der Pedalanordnung 1 in Fahrzeuglängsrichtung angedeutet.

Sofern die Erzeugung der Bremskraft im Bremskraftsimulator 13 mit Federmitteln erfolgt, können diese gleichzeitig als Rückstellmittel dienen, welche die Länge des Bremskraftsimulators 13 stets zu vergrößern suchen und somit das unbelastete Pedal 2 in seine Ausgangsstellung zurückstellen.

Claims (9)

1. Pedalanordnung für ein Bremssystem mit elektronischer Kopplung zwischen Pedal und Bremse (Brake-by-Wire-System), mit folgenden Merkmalen:

• - ein Pedal (2) ist bei einer ersten Lagerstelle (3) im Fahrzeuginnenraum (4) schwenkbar gelagert und dient in Abhängigkeit seiner Schwenkverstellung zur Eingabe eines Bremswunsches,
• - ein Bremskraftsimulator (13) greift bei einer zweiten Lagerstelle (12) einenends am Pedal (2) an und stützt sich bei einer dritten Lagerstelle (14) anderenends im Fahrzeuginnenraum (4) ab und dient zur Simulation einer der Pedalverstellung entgegenwirkenden Bremskraft,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - der Bremskraftsimulator (13) ist koaxial zu seiner durch die zweite Lagerstelle (12) und dritte Lagerstelle (14) verlaufenden Längsachse bidirektional längenverstellbar ausgebildet, wobei die zur Längenverstellung erforderliche Kraft mit zunehmender Längenverstellung zunimmt,
• - die Lagerstellen (3, 12, 14) sind so angeordnet, daß eine Schwenkverstellung des Pedals (2) eine Längenverstellung des Bremskraftsimulators (13) bewirkt.

2. Pedalanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unbetätigte Pedal (2) eine Ausgangsstellung einnimmt und daß die Lagerstellen (3, 12, 14) so angeordnet sind, daß die Längsachse des Bremskraftsimulators (13) in dieser Ausgangsstellung des Pedals durch die erste Lagerstelle (3) verläuft.

3. Pedalanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerstellen (3, 12, 14) so angeordnet sind, daß sich der zur Krafteinleitung in den Bremskraftsimulator (13) wirksame Hebelarm mit zunehmender Pedalverstellung vergrößert.

4. Pedalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskraftsimulator (13) so ausgebildet ist, daß sich ein linearer Zusammenhang zwischen der Längenverstellung des Bremskraftsimulators (13) und der dazu erforderlichen Kraft ergibt.

5. Pedalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pedal (2) einen ersten Abschnitt (8), der sich zumindest von der ersten Lagerstelle (3) zum Angriffspunkt (9) der Pedalbetätigung erstreckt und einen zweiten Abschnitt (11) aufweist, der sich zumindest von der ersten Lagerstelle (3) zur zweiten Lagerstelle (12) erstreckt, wobei die Abschnitte (8, 11) zueinander abgewinkelt sind.

6. Pedalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rückstellmittel vorgesehen sind, die das Pedal (2) in dessen Ausgangsstellung zurückzustellen suchen.

7. Pedalanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellmittel in den Bremskraftsimulator (13) integriert sind oder durch diesen gebildet sind.

8. Pedalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lagerstelle (3) und die dritte Lagerstelle (14) an einem gemeinsamen Träger (5) ausgebildet sind, der die Pedalanordnung (1) trägt und im Fahrzeuginnenraum (4) verstellbar gelagert ist.

9. Pedalanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Trägers (5) und somit die Position der Pedalanordnung (1) im Fahrzeuginnenraum (4) durch eine Schwenkverstellung und/oder durch eine Linearverstellung einstellbar ist.