DE19954708B4

DE19954708B4 - Pedalanordnung für ein Brake-by-Wire-System

Info

Publication number: DE19954708B4
Application number: DE1999154708
Authority: DE
Inventors: Dietmar Breitling; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Roß (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1999-11-13
Filing date: 1999-11-13
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2019-11-14
Also published as: DE19954708A1

Abstract

Pedalanordnung für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeuges mit elektronischer Kopplung zwischen Pedal und Bremsen (Brake-by-Wire-System), mit folgenden Merkmalen:
– ein Pedal (2) ist über eine Kopplungseinrichtung (6) mit einem Bremskraftsimulator (7) gekoppelt, der eine der Pedalbetätigung entgegenwirkende Bremskraft simuliert,
– das Pedal (2) ist bei einer Lagerstelle um eine Pedalschwenkachse (5) drehbar in einem Fahrzeuginnenraum gelagert,
– der Bremskraftsimulator (7) ist so ausgebildet, daß er einer darauf aufgebrachten, parallel zur Pedalschwenkachse (5) verlaufenden Hubkraft entgegenwirkt,
– die Kopplungseinrichtung (6) weist eine drehfest mit dem Pedal (2) verbundene Eingangsseite (12; 24; 30) und eine hubfest mit dem Bremskraftsimulator (7) verbundene Ausgangsseite (13; 25; 29) auf, die miteinander antriebsgekoppelt sind, derart, daß eine Drehbewegung der Eingangsseite (12; 24; 30) um eine parallel zur Pedalschwenkachse (5) verlaufende Längsachse (35) eine Hubbewegung der Ausgangsseite (13; 25; 29) parallel zur Längsachse (35) erzwingt und daß eine Hubbewegung der Ausgangsseite (13; 25;...

Description

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

Aus der DE 43 20 599 C1 ist eine Pedalanordnung bekannt für eine Motorkupplung eines Kraftfahrzeuges zur Betätigung der Fahrzeugkupplung mittels eines Kupplungspedals. Das Kupplungspedal ist dabei über eine Kopplungseinrichtung mit einem federnd vorgespannten Schieber gekoppelt, der eine der Pedalbetätigung entgegenwirkende Kraft erzeugt. Das Kupplungspedal ist um eine Pedalschwenkachse drehbar in einem Fahrzeuginnenraum, vorzugsweise in einem Fußraum des Fahrzeugs, gelagert. Der Schieber ist dabei mittels einer Schraubenfeder so vorgespannt, daß er einer darauf aufgebrachten, parallel zur Pedalschwenkachse verlaufenden Hubkraft entgegenwirkt. Die Kopplungseinrichtung weist eine drehfest mit dem Pedal verbundene Eingangsseite und eine hubfest mit dem Schieber verbundene Ausgangsseite auf, die miteinander antriebsgekoppelt sind, derart, daß eine Drehbewegung der Eingangsseite um eine parallel zur Pedalschwenkachse verlaufende Längsachse eine Hubbewegung der Ausgangsseite parallel zur Längsachse erzwingt. Dementsprechend bewirkt eine Hubbewegung der Ausgangsseite parallel zur Längsachse eine Drehbewegung der Eingangsseite um die Längsachse.

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 einen preiswerten Aufbau aufweisen soll.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Pedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei wird die Kopplungseinrichtung mit einer Kugelrampenanordnung ausgestattet, bei der zwischen zwei Scheiben Kugeln an Rampenprofilen abrollen und eingangsseitige Relativdrehungen in ausgangsseitige Hubbewegungen umwandeln. Durch eine entsprechende Profilierung der Rampen kann dabei besonders einfach ein progressiver Bremskraftverlauf über der Pedalverstellung erzielt werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch eine Pedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 3 gelöst. Hierbei weist die Kopplungseinrichtung eine Gleitkulisse und einen damit zusammenwirkenden Gleitstein auf, die derart zueinander gelagert sind, daß eine Relativverdrehung der beiden Bestandteile einen Axialhub zur Folge hat. Durch eine entsprechende Ausformung der Gleitkulisse kann auch hierbei besonders einfach ein progressiver Zusammenhang zwischen Pedalverstellung und entgegenwirkender, simulierter Bremskraft erzielt werden.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch eine Pedalanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 4 gelöst. Hierbei weist die Kopplungseinrichtung einen Kugeltrieb auf, bei dem zwischen einer Buchse und einer konzentrisch dazu angeordneten Stange schraubenförmige Kugelrollbahnen ausgebildet sind, in denen Kugeln abrollen können. Eine eingangsseitig in den Kugeltrieb eingeleitete Drehbewegung führt zu einer Rollbewegung der Kugeln, die einen ausgangsseitigen Axialhub erzwingt. Bei einer derartigen Ausführungsform können besonders große Kräfte übertragen werden.

Zur Optimierung der vorgenannten Ausführungsformen kann bei einer Weiterbildung zwischen dem Pedal und der Eingangsseite der Kopplungseinrichtung ein Getriebe angeordnet sein, mit dem insbesondere eine Übersetzung zwischen der Drehverstellung des Pedals und der Drehverstellung der Eingangsseite der Kopplungseinrichtung realisiert werden kann.

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.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Pedalanordnung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine Detailansicht auf einen in 1 mit II gekennzeichneten Ausschnitt mit einem vergrößerten Maßstab,
3 eine Ansicht wie in 1, jedoch einer anderen Ausführungsform und
4 eine Ansicht wie in 1, jedoch einer weiteren Ausführungsform.
Entsprechend den 1 bis 4 weist eine erfindungsgemäße Pedalanordnung 1 ein Bremspedal 2 auf, das eine mit einem Fuß betätigbare Trittfläche 3 sowie einen Pedalhebel 4 aufweist. Über den Pedalhebel 4 ist das Bremspedal 2 in einem Fahrzeuginnenraum um eine Schwenkachse 5 schwenkbar gelagert. Das Pedal 2 ist über eine Kopplungseinrichtung 6, die in den Fig. durch eine geschweifte Klammer gekennzeichnet ist, mit einem Bremskraftsimulator 7 gekoppelt. Der Bremskraftsimulator 7 ist hier an einer Fahrzeugwandung 8 befestigt.
Dieser Bremskraftsimulator 7 ist bei den hier gezeigten Ausführungsbeispielen so ausgebildet, daß er darauf aufgebrachten, parallel zur Pedalschwenkachse 5 verlaufenden Hubkräften entgegenwirkt. Die Hubkräfte sind hier durch einen Pfeil 9 symbolisiert, während die entgegenwirkenden Kräfte des Bremskraftsimulators 7 durch einen Pfeil 10 symbolisiert sind. Zur Erzeugung der Gegenkräfte enthält der Bremskraftsimulator 7 beispielsweise eine oder mehrere Schraubendruckfedern oder ein Paket aus Tellerfedern. Ein derartiger Bremskraftsimulator 7 weist somit einen relativ preiswerten Aufbau auf.
Entsprechend 1 weist die Kopplungseinrichtung 6 eine Kugelrampenanordnung 11 auf, die zwischen einer Eingangswelle 12 und einer Ausgangswelle 13 der Kopplungseinrichtung 6 angeordnet ist. Die Kugelrampenanordnung 11 besteht aus einer Eingangsscheibe 14, die koaxial zur Pedalschwenkachse 5 angeordnet ist, sowie aus einer Ausgangsscheibe 15, die ebenfalls koaxial zur Pedalschwenkachse 5 angeordnet ist und der Eingangsscheibe 14 gegenüberliegt. An einander zugewandten Stirnseiten 16 und 17 der Scheiben 14 und 15 (vgl. 2) sind in den Scheiben 14 und 15 in axialer Richtung Vertiefungen 18 und 19 ausgespart. Diese Vertiefungen 18, 19 sind bei der hier dargestellten Ausführungsform an beiden Scheiben 14 und 15 paarweise ausgebildet, so daß sich jeweils eine Vertiefung 18 der Eingangsscheibe 14 und eine Vertiefung 19 der Ausgangsscheibe 15 in einer in 2, linke Seite, gezeigten Pedalausgangsstellung gegenüberliegen. Die Vertiefungen 18 und 19 sind in Umfangsrichtung durch Rampenprofile 20 begrenzt, die in axialer Richtung einen Übergang zwischen der jeweiligen Vertiefung 18 bzw. 19 und der Stirnseite 16 bzw. 17 der jeweiligen Scheibe 14 bzw. 15 bilden.
Zwischen den Scheiben 14 und 15 ist in jedem Paar der Vertiefungen 18 und 19 jeweils eine Kugel 21 untergebracht, über die sich die Scheiben 14 und 15 in axialer Richtung aneinander abstützen.
Die Eingangswelle 12 ist an einem axialen Ende mit dem Pedal 2 und am anderen axialen Ende mit der Eingangsscheibe 14 drehfest verbunden. Die Eingangswelle 12 ist dabei axial fixiert und frei drehbar gelagert. Die Ausgangswelle 13 ist mit ihrem einen axialen Ende mit der Ausgangsscheibe 15 drehfest und hubfest verbunden und mit ihrem anderen axialen Ende drehfest, jedoch zur Durchführung axialer Hubbewegungen am Bremskraftsimulator 7 gelagert.
Die Kupplungseinrichtung 6 gemäß den 1 und 2 arbeitet wie folgt:
Durch eine Pedalbetätigung wird über das Pedal 2 eine Drehverstellung der Eingangsscheibe 14 erzwungen. Diese Drehverstellung ist in den 1 und 2 durch einen Pfeil 22 symbolisiert. Durch die Drehverstellung der Eingangsscheibe 14 rollen die Kugeln 21 in den Vertiefungen 18 und 19 an den Stirnseiten 16 und 17 ab. Sobald die Kugeln 21 dabei die Rampenprofile 20 erreichen, ergibt sich bei einer weitergehenden Drehverstellung ein Axialhub, durch den die Ausgangsscheibe 15 axial verstellt wird. Dieser Hubverstellung wirkt der Bremskraftsimulator 7 entgegen, wodurch am Pedal 2 über diese Rückwirkung das gewünschte Pedalgefühl entsteht.
Durch die hier dargestellte Ausführungsform mit paarweise gegenüberliegenden Vertiefungen 18 und 19 kann bei einer relativ flachen Steigung der Rampenprofile 20 ein relativ großer Axialhub erzielt werden.
Entsprechend der Variante gemäß 3 weist die Kopplungseinrichtung 6 eine Keilanordnung 23 auf, die aus einem Drehkeil 24 und aus einem Hubkeil 25 gebildet ist. Der Drehkeil 24 ist drehfest mit dem Pedal 2 verbunden und im vorliegenden Ausführungsbeispiel exzentrisch zur Pedalschwenkachse 5 angeordnet, derart, daß eine Betätigung des Pedals 2 relativ große Hebelkräfte am Drehkeil 24 zur Folge hat. Der Hubkeil 25 ist drehfest jedoch axial verstellbar am Bremskraftsimulator 7 gelagert. Die beiden Keile 24 und 25 sind so angeordnet, daß sie stets aneinander anliegen und bei Relativverstellungen aneinander abgleiten. Einer der Keile, hier der Hubkeil 25 ist mit einer Gleitkulisse oder Gleitkurve 26 ausgestattet, auf der der Drehkeil 24 mit einem als Gleitstein wirkenden axialen Ende 27 geführt entlanggleiten kann.
Die Kopplungseinrichtung 6 gemäß 3 arbeitet wie folgt:
Bei einer Pedalbetätigung des Bremspedals 2 führt der Drehkeil 24 eine Drehbewegung um die Pedalschwenkachse 5 durch, die auch hier durch den Pfeil 22 symbolisiert ist. Während der Drehverstellung gleitet das als Gleitstein dienende axiale Ende 27 des Drehkeils 24 an der Gleitkulisse 26 des Hubkeils 25 ab. Aufgrund des Profils der Gleitkulisse 26 hat dies einen Axialhub entsprechend dem Pfeil 9 des Hubkeils 25 zur Folge. Es ist klar, daß zu diesem Zweck die Lagerung des Pedals 2 dementsprechend axial fest ausgebildet ist. Durch die Verdrängung des Hubkeils 25 in Hubrichtung werden die Federmittel im Bremskraftsimulator 7 gespannt, wodurch die Gegenkraft entsprechend dem Pfeil 10 erzeugt wird. Über die Rückkopplung an das Bremspedal 2 wird dadurch die der Pedalbetätigung entgegenwirkende Bremskraft simuliert.
Bei der in 3 wiedergegebenen Ausführungsform kann besonders einfach ein gewünschter Bremskraftverlauf bezüglich der Pedalbetätigung realisiert werden, in dem die Gleitkulisse 26 in entsprechender Weise profiliert wird. Auf diese Weise kann beispielsweise ein progressiver Bremskraftverlauf realisiert werden, obwohl linear arbeitende Federmittel im Bremskraftsimulator 7 zur Erzeugung der Bremskraft verwendet werden.
Entsprechend 4 weist die Kopplungseinrichtung 6 einen Kugeltrieb 28 auf, der eine Zylinderbuchse 29 und eine koaxial darin eingesetzte Zylinderstange 30 besitzt. Eine Längsachse 35 der Zylinderbuchse 29 und der Zylinderstange 30 verläuft dabei parallel zur Pedalschwenkachse 5. In einer Innenwand 31 der Zylinderbuchse 29 ist eine schraubenförmige Kugellaufbahn 32 ausgebildet. In entsprechender Weise ist auch auf einer Außenwand 33 der Zylinderstange 30 ebenfalls eine schraubenförmige Kugelbahn 34 ausgebildet. Radial zwischen der Zylinderbuchse 29 und der Zylinderstange 30 sind mehrere Kugeln 36 angeordnet, die sowohl in der Kugellaufbahn 32 der Zylinderbuchse 29 als auch in der Kugellaufbahn 34 der Zylinderstange 30 laufen.
Das Pedal 2 ist hier über ein Getriebe 37 mit der durch die Zylinderstange 30 gebildete Eingangsseite der Kopplungseinrichtung 6 antriebsgekoppelt. Dieses Getriebe 37 weist dazu ein Eingangszahnrad 38 sowie ein radial damit kämmendes Ausgangszahnrad 39 auf. Eine Verzahnung der Zahnräder 38 und 39 ist mit 40 bezeichnet. Das Eingangszahnrad 38 ist drehfest mit dem Pedal 2 gekoppelt und treibt somit das drehfest mit der Zylinderstange 30 verbundene Ausgangszahnrad 39 an.
Die Variante gemäß 4 arbeitet wie folgt:
Bei einer Betätigung des Bremspedals 2 erfolgt eine Drehverstellung entsprechend Pfeil 22 des Eingangszahnrads 38. aber die Verzahnung 40 wird diese Drehverstellung in eine gegenläufige Drehverstellung am Ausgangszahnrad 39 übersetzt, die in 4 durch einen Pfeil 41 symbolisiert ist. Die Drehbewegung 41 des Ausgangszahnrades 39 führt auch die damit drehfest gekoppelte Zylinderstange 30 aus. Da die Kugelrollbahnen 32 und 34 schraubenförmig ausgestaltet sind und da außerdem die Zylinderbuchse 39 drehfest und axial verstellbar am Bremskraftsimulator 7 gelagert ist, wird die Drehbewegung der Zylinderstange 30 über die Kugeln 36 in einen Axialhub der Zylinderbuchse 29 umgewandelt. Diesem Axialhub 9 wirkt wiederum die vom Bremskraftsimulator 7 erzeugte Gegenkraft 10 entgegen. Durch die Rückwirkung über die Kopplungseinrichtung 6 erfährt der Fahrzeugführer am Pedal 2 das gewünschte Pedalgefühl.

Claims

Pedalanordnung für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeuges mit elektronischer Kopplung zwischen Pedal und Bremsen (Brake-by-Wire-System), mit folgenden Merkmalen: – ein Pedal (2) ist über eine Kopplungseinrichtung (6) mit einem Bremskraftsimulator (7) gekoppelt, der eine der Pedalbetätigung entgegenwirkende Bremskraft simuliert, – das Pedal (2) ist bei einer Lagerstelle um eine Pedalschwenkachse (5) drehbar in einem Fahrzeuginnenraum gelagert, – der Bremskraftsimulator (7) ist so ausgebildet, daß er einer darauf aufgebrachten, parallel zur Pedalschwenkachse (5) verlaufenden Hubkraft entgegenwirkt, – die Kopplungseinrichtung (6) weist eine drehfest mit dem Pedal (2) verbundene Eingangsseite (12; 24; 30) und eine hubfest mit dem Bremskraftsimulator (7) verbundene Ausgangsseite (13; 25; 29) auf, die miteinander antriebsgekoppelt sind, derart, daß eine Drehbewegung der Eingangsseite (12; 24; 30) um eine parallel zur Pedalschwenkachse (5) verlaufende Längsachse (35) eine Hubbewegung der Ausgangsseite (13; 25; 29) parallel zur Längsachse (35) erzwingt und daß eine Hubbewegung der Ausgangsseite (13; 25; 29) parallel zur Längsachse (35) eine Drehbewegung der Eingangsseite (12; 24; 30) um die Längsachse (35) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, – daß die Kopplungseinrichtung (6) eine der Eingangsseite zugeordnete Eingangswelle (12) und eine der Ausgangsseite zugeordnete Ausgangswelle (13) aufweist, die parallel zur Pedalschwenkachse (5) verlaufen, – daß an einander zugewandten axialen Enden der Wellen (12, 13) eine Kugelrampenanordnung (11) angebracht ist, umfassend eine an der Eingangswelle (12) koaxial befestigte Eingangsscheibe (14) und eine an der Ausgangswelle (13) koaxial befestigte Ausgangsscheibe (15), – daß in einander zugewandten Stirnseiten (16, 17) der Scheiben (14, 15) axiale Vertiefungen (18, 19) ausgebildet sind, die in Umfangsrichtung durch axiale Rampenprofile (20) begrenzt sind, – daß sich die Scheiben (14, 15) über in die Vertiefungen (18, 19) eingesetzte Kugeln (21) aneinander axial abstützen, – daß durch Relativdrehungen zwischen den Scheiben (14, 15) die Kugeln (21) an den Rampenprofilen (20) abrollen, so daß eine Drehverstellung der Eingangsscheibe (14) eine Hubverstellung der Ausgangsscheibe (15) bewirkt.
Pedalanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Scheiben (14, 15) die Vertiefungen (18, 19) paarweise ausgebildet sind, so daß zumindest in einer Pedalausgangsstellung jeweils zwei Vertiefungen (18, 19) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Pedalanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, – daß die Kopplungseinrichtung (6) eine Keilanordnung (23) aufweist, umfassend einen drehfest mit dem Pedal (2) verbundenen Drehkeil (24) und einen hubfest mit dem Bremskraftsimulator (7) verbundenen Hubkeil (25), die axial aneinander anliegen und bei Relativverstellungen aneinander abgleiten, – daß einer der Keile (24, 25) eine Gleitkulisse oder Gleitkurve (26) aufweist und der andere Keil (24, 25) als daran geführt abgleitender Gleitstein (27) ausgebildet ist, – daß die Gleitkulisse (26) ein axiales Profil aufweist, so daß eine Drehverstellung des Drehkeils (24) eine Hubverstellung des Hubkeils (25) bewirkt.
Pedalanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungseinrichtung (6) einen Kugeltrieb (28) aufweist, umfassend eine Zylinderbuchse (29) mit mindestens einer innenliegenden, schraubenförmigen Kugellaufbahn (32) und eine Zylinderstange (30) mit mindestens einer außenliegenden, schraubenförmigen Kugellaufbahn (34) sowie mehrere zwischen Zylinderbuchse (29) und Zylinderstange (30) in die Kugellaufbahnen (32, 34) eingebrachte und darin abrollende Kugeln (36), wobei die Zylinderstange (30) (alternativ die Zylinderbuchse 29) drehfest mit dem Pedal (2) und die Zylinderbuchse (29) (alternativ die Zylinderstange 30) hubfest mit dem Bremskraftsimulator (7) verbunden ist.
Pedalanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Pedal (2) und Eingangsseite (12, 24, 30) der Kopplungseinrichtung (6) ein Getriebe (37) angeordnet ist.
Pedalanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (37) eine Übersetzung zwischen der Drehverstellung des Pedals (2) und der Drehverstellung der Eingangsseite (12, 24, 30) der Kopplungseinrichtung (6) erzeugt.
Pedalanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (37) ein am Pedal (2) drehfest angebrachtes Eingangszahnrad (38) und ein an der Eingangsseite (12, 24, 30) der Kopplungseinrichtung (6) drehfest angebrachtes Ausgangszahnrad (39) aufweist, die radial ineinandergreifen.