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Diese Erfindung bezieht sich auf Pedalbaugruppen für
Fahrzeugbremssysteme vom Typ brake by wire der Bauart, bei
der eine Betätigung eines Bremspedals geeignet ist, eine
Betätigung der Bremsen eines mit einem elektronischen
Bremssystem (EBS) ausgestatteten Fahrzeugs zu veranlassen.
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In einem EBS für ein Fahrzeug gibt es gewöhnlich nur eine
elektrische Verbindung zwischen dem Bremspedal und einer
elektronischen Steuereinheit (ECU), die dafür ausgelegt ist,
das Bremssystem gemäß dem vom Pedalaufbau empfangenen Signal
zu steuern. Üblicherweise ist die Pedalbaugruppe mit einem
Aufnehmer für eine Verstellung, normalerweise einem
Potentiometer, versehen, der dafür ausgelegt ist, eine einem
Bremsbedarf des Fahrers proportionale sich ändernde elektrische
Ausgabe zu erzeugen. Dieser arbeitet gewöhnlich gemeinsam mit
einer Feder, die dafür ausgelegt ist, den Fahrer mit einem
Grad einer mechanischen Rückkopplung zu versorgen, der die
Größe des geltend gemachten Bedarfs angibt. Solch eine
Anordnung ist in EP-A-0 195 579 dargestellt.
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Die in EP-A-0 195 579 offenbarte Anordnung enthält einen
Mechanismus, durch den der Fahrer ein Bremsbedarfssignal zur
Verwendung durch das EBS-System erzeugen kann. In solch einer
Anordnung besteht die vorrangige Absicht darin, solch ein
Bedarfssignal auf Kosten einer etwaigen Verbesserung im Gefühl
oder Komfort des Fahrers zu liefern. Folglich wird im
allgemeinen das "Gefühl" des Pedals und des zugeordneten Systems
unzufriedenstellend.
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Ein gutes herkömmliches hydraulisches Bremssystem ist
dazu eingerichtet, den Fahrer mit einem guten Pedalgefühl,
einer Pedalwirkung und einer Bremsreaktion zu versorgen. Dieses
"Gefühl" umfaßt mindestens drei verschiedene Komponenten,
obgleich jegliche Kombination von zweien davon auch wirksam
wäre. Erstens fühlt der Fahrer eine Änderung in der
Systemsteifigkeit, während der Bedarf oder eine Pedalverstellung
zunimmt. Zweitens fühlt der Fahrer eine Dämpfung in der
Pedalwirkung, während das Pedal fortschreitend über seine
Wegstrecke bewegt wird. Schließlich erfährt der Fahrer eine
Hysterese im Ansprechverhalten des Systems, während das Pedal
betätigt und gelöst wird. Diese drei Elemente werden
innerhalb eines herkömmlichen Systems durch eine Kombination
hy
draulischer Beschränkungen und Dämpfung sowie eine
Stellgliedsteifigkeit und eine eingebaute Hysterese erzeugt.
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In WO-A-90/12718 (Gruppe Lotus), die als der
nächstgelegene Stand der Technik betrachtet wird, ist eine
Pedalbaugruppe offenbart, die ein über eine Schubstange auf einen
Kolben eines hydraulischen Hauptzylinders wirkendes
Bremspedal enthält. Ein Aufnehmer für eine lineare Verstellung ist
ebenfalls vorgesehen, der als Antwort auf eine Verstellung
des Bremspedals ein Ausgangssignal erzeugt. Das erzeugte
Pedalgefühl ist jedoch keine realistische Darstellung des
Gefühls, das in einem herkömmlichen hydraulischen System
erzeugt wird.
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Gemäß einem Gesichtspunkt liefert unsere Erfindung ein
elektronisches Bremssystem vom Typ brake by wire für ein
Fahrzeug, das eine Pedalbaugruppe umfaßt mit einem Bremspedal
und einem Hauptzylinder, der einen Kolben enthält, wobei das
Bremspedal über eine Schubstange auf den Kolben des
hydraulischen Hauptzylinders wirkt, und ferner mit einem Aufnehmer
für eine lineare Verstellung, der dafür ausgelegt ist, als
Antwort auf eine Verstellung des Bremspedals in einer
Bremsbetätigungsrichtung ein Signal an eine ECU zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner eine Feder mit
veränderlicher Federkonstante aufweist, die in Kombination mit dem
hydraulischen Hauptzylinder eine Reaktionseinrichtung mit
Rückkopplung definiert, so daß eine Rückkopplung zum Fahrer
durch das Pedal ein gutes Pedalgefühl liefert.
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Das Pedalgefühl kann z. B. demjenigen ähnlich sein, das in
einem in ein Fahrzeug ohne EBS eingebauten herkömmlichen
hydraulischen Bremssystem erreicht wird.
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Die Federbaugruppe kann eine Federbaugruppe mit zwei
Federkonstanten oder eine Federbaugruppe mit veränderlicher
Federkonstante umfassen.
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In einer Abwandlung enthält das EBS eine
Hysteresefunktion.
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In einer Konstruktion weist dieses ein Filter auf, das
dafür ausgelegt ist, einen festgelegten Hysteresewert oder
einen Wert zu liefern, der in Abhängigkeit von entweder der
Änderungsrate der Bremsbetätigung, der Größe der
Bremsbetätigung oder einer Kombination von beiden angepaßt ist.
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Die Pedalbaugruppe kann in einem Pedalkasten verkörpert
sein, der die Reaktionseinrichtung mit Rückkopplung aufnimmt.
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In dieser Konstruktion bildet der hydraulische
Hauptzylinder eine hydraulische Dämpfung und Hysterese, da er mit
dem Pedal verbunden ist.
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Einige Ausführungsformen unserer Erfindung sind in den
beiliegenden Zeichnungen 6, 7 veranschaulicht. Die anderen
Zeichnungen fallen nicht in den angestrebten Schutzumfang und
sind nützliche Beispiele zum Verstehen der Erfindung.
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Fig. 1 ist ein Seitenriß einer Pedalbaugruppe für ein
EBS einschließlich eines Längsschnittes durch einen
Pedalkasten;
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Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die die
Beziehung zwischen der Wegstrecke des Pedals und einer Pedalkraft
zeigt;
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Fig. 3 ist eine Endansicht einer anderen Pedalbaugruppe
einschließlich eines Drehstoßdämpfers oder Dämpfers;
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Fig. 4 ist ein Fig. 1 ähnlicher Seitenriß, der aber
eine abgewandelte Konstruktion zeigt;
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Fig. 5 veranschaulicht eine andere Pedalbaugruppe;
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Fig. 6 ist ein Seitenriß noch einer weiteren
Pedalbaugruppe für ein EBS, die ebenfalls dafür ausgelegt ist, einen
hydraulischen Hauptzylinder bei einer Störung des EBS zu
betätigen;
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Fig. 7 ist eine Draufsicht der Pedalbaugruppe von Fig.
6; und
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Fig. 8 ist eine Darstellung eines EBS, das eine
elektronische Hysteresefunktion enthält.
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Die in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen
veranschaulichte Pedalbaugruppe 1 umfaßt einen Pedalkasten 2. Der
Pedalkasten weist einen Hebel 3 auf, der an seinem unteren Ende
ein Fußpedal 4 aufweist und an seinem oberen Ende von einem
Halter 5 durch einen Drehstift 6 getragen wird, um den der
Hebel 3 in Winkelrichtung gegen die Kraft in einer
rückstellenden Blattfeder 7 beweglich ist. Eine Winkelbewegung des
Hebels 3 treibt ein Drehpotentiometer 8 zum Betätigen eines
EBS an.
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Der Halter ist an einer Seite einer Trennwand des
Fahrzeugs montiert, und an der gegenüberliegenden Seite der
Trennwand 9 ist ein durch die Trennwand 9 nach hinten in
Richtung auf den Hebel 3 verlaufendes Gehäuse 10 befestigt,
das in den Motorraum vorsteht. Das Gehäuse weist eine in
Längsrichtung verlaufende Bohrung 11 auf, in deren dem Pedal
1 benachbarten Ende ein kurzer Kolben 12 arbeitet, auf den
das Pedal 1 über eine hin und her laufende Strebe 13 wirkt.
Die Strebe 13 ist durch einen Drehstift 14 mit dem Pedalhebel
3 verbunden und weist einen hin und her laufenden Eingriff an
seinem gegenüberliegenden Ende mit der Basis einer Aussparung
15 im Kolben 12 auf. Der Kolben 12 trägt eine nach vorn
verlaufende Kolbenstange 16 mit gestufter Kontur, von der ein
distaler Abschnitt mit kleinerem Durchmesser in einer Bohrung
18 einer zylindrischen Verlängerung 19 eines kreisförmigen
Anschlußstückes 20 arbeitet. Das Anschlußstück 20 ist in der
von der Verlängerung 19 entfernten Seite mit einer
kreisförmigen Aussparung 21 versehen, die eine Scheibe 22 aus einem
elastomeren Material aufnimmt und durch die Kraft in einer
zwischen dem Kolben 11 und dem Anschlußstück 20 über eine
Hülse 25 wirkenden Druckfeder 24 gegen eine Wand 23 am
benachbarten Außenende des Gehäuses 10 festgeklemmt ist.
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Eine zweite Druckfeder 26 mit einer höheren
Federkonstante als die Feder 24 umgibt die zylindrische Verlängerung 19
und einen Abschnitt der Stange 16, der einen größeren
Durchmesser aufweist. Wenn der Kolben 11 vollständig zurückgezogen
ist, ist die Druckfeder entlastet und vom Anschlußstück 20
beabstandet.
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Im Betrieb wird durch di344ußeren Feder 24
mit niedrigerer Federkonstante einer anfänglichen
Winkelbewegung des Pedalhebels 3 in einer Bremsbetätigungsrichtung
entgegengewirkt. Diese nimmt fortschreitend zu, und die Größe
der "Rückkopplung" oder des "Gefühls" nimmt in einem zweiten
Bewegungsbereich zu, wenn die innere Feder 26 mit höherer
Federkonstante am Anschlußstück 20 "aufsetzt", woraufhin bei
einer weiteren Bewegung in der gleichen Richtung die Größe
des "Gefühls", nicht nur durch eine weitere Kompression der
Feder 24, sondern durch eine Kompression der inneren Feder 26
erhöht wird. Dies setzt sich fort, bis eine Schulter 30 an
der Stufe im Durchmesser zwischen den Abschnitten 16 und 17
der Stange mit der Verlängerung 19 in Eingriff kommt, um den
Stop zu definieren. Aufgrund des Vorhandenseins der Scheibe
22 wird jedoch durch eine Bewegung des Anschlußstückes 20 in
Richtung auf die Endwand 23 ein hartes "Gefühl" verhindert.
In der Praxis ist es nicht üblich, daß die Schulter 30 die
Verlängerung 19 berührt.
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Die als Pedalsteifigkeit bekannte Beziehung zwischen der
Wegstrecke des Pedals und dem Pedalgefühl ist in der
graphischen Darstellung von Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen
veranschaulicht.
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In einer Abwandlung der Konstruktion von Fig. 1 können
die gewundenen Druckfedern 24 und 26 durch Schlingenfedern
mit verschiedenen Federkonstanten ersetzt werden, die so
angeordnet sind, daß sieden Drehstift 6 umgeben. Solch eine
Anordnung ist besonders nützlich, wo Raum wertvoll ist.
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Im in Fig. 3 der beiliegenden Zeichnungen
veranschaulichten Pedalkasten 2 ist mit dem Drehstift 6 des Pedalhebels
3 ein Drehstoßdämpfer oder Dämpfer 40 verbunden, so daß der
Dämpfer dafür angepaßt ist, eine Bewegung des Pedalhebels in
mindestens einer abwärts gerichteten oder
Bremsbetätigungsrichtung zu dämpfen.
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Der Dämpfungsbetrag wird vorzugsweise beim geeigneten
Pegel festgelegt, wahlweise könnte man aber den Dämpfungspegel
gemäß entweder der Geschwindigkeit einer Betätigung oder der
Größe einer Betätigung des Bremspedals variieren lassen. Für
die meisten Einbauten besteht nur eine Forderung nach einer
merklichen Dämpfung der Pedalwirkung in einer
Bremsbetätigungsrichtung, man könnte aber vorhersehen, daß ein gewisser
Dämpfungspegel in der Stellung "gelöste Bremsen" erforderlich
ist, der ein zu schnelles Lösen eines Bremspedals verhindert.
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Die Konstruktion und der Betrieb des Pedalkastens von
Fig. 3 sind ansonsten dieselben wie die von Fig. 1, und für
entsprechende Teile wurden entsprechende Bezugsziffern
verwendet.
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Im in Fig. 4 der beiliegenden Zeichnungen
veranschaulichten Pedalkasten ist die innere Feder 26 weggelassen. Die
Kolbenstange 16 ist verkürzt und dafür ausgelegt, einen
herkömmlichen Dämpfer 41 zu betätigen, der eine Feder und einen
flüssigkeitsgefüllten Zylinder vom Stoßdämpfertyp enthält.
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Durch Wahl der korrekten Federkonstante für die Feder 24
und in der Feder des Dämpfers kann das korrekte
Steifigkeitsprofil erhalten werden.
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Wie in der vorherigen Abwandlung könnten Schlingenfedern
mit dem Drehstoßdämpfer von Fig. 3 kombiniert werden.
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Fig. 5 der beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht die
Anordnung mit einer Pedalbaugruppe mit mindestens zwei
Drehpotentiometern 50, 51, die als Sensoren dienen, um das sich
ändernde elektrische Signal zu liefern, das einen Bremsbedarf
des Fahrers anzeigt. Mindestens zwei Sensoren 50, 51 sind
vorgesehen, um getrennte Signale für jede Hälfte des
Bremssystems zu liefern. Typischerweise liefert ein Sensor 50
Signale an eine eines der mindestens zwei Teilsysteme eines
Bremssystems steuernde ECU, und der andere Sensor 51 liefert
Signale an die ECU für ein anderes Teilsystem des Bremssystems.
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In einem Beispiel ist die ECU dafür ausgelegt, zwei Kanäle
eines X-geteilten Bremssystems zu bedienen. Im normalen
Betrieb bleiben die beiden Hälften vollkommen unabhängig; man
könnte aber auch vorhersehen, daß herkömmliche
Redundanztechniken verwendet werden könnten, wo sie anwendbar sind.
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In einer Abwandlung könnten die Drehpotentiometer 50, 51
durch lineare Potentiometer ersetzt werden, um zu einer
speziellen Installation zu passen.
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Die vom Sensor 52 ausgehenden Signale werden in eine ECU
eingegeben, die die Betätigung der Bremsen steuert.
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Bei der in den Fig. 6 und 7 der beiliegenden
Zeichnungen veranschaulichten Pedalbaugruppe ist der Pedalhebel 3
über einen U-förmigen Zughaken 70 mit einer Schubstange 71
gekoppelt. Eine Feder 72 mit veränderlicher Federkonstante
umgibt die Schubstange 71 und liegt an gegenüberliegenden
Enden zwischen einer Schulter 72 auf der Stange und einem
Anschlagelement 73 an, das vom feststehenden Körper 74 eines
hydraulischen Hauptzylinders 75 getragen wird. Die
Schubstange 71 ist mit dem Abschnitt 76 des Hauptzylinders wirksam
verbunden.
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Ein vom Körper 74 mittels Zugstangen 81 getragener
einzelner Aufnehmer 80 für eine lineare Verstellung ist dafür
ausgelegt, eine Verstellung des Pedals 1 zu messen, um ein
Signal an die ECU zu liefern, die die Betätigung der Bremsen
steuert.
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Da die Schubstange 71 mit dem Kolben des Hauptzylinders
76 des Hauptzylinders 75 wirksam verbunden ist, können bei
einer Störung des EBS als Antwort auf eine zusätzliche
Bewe
gung der Schubstange 71 die Bremsen durch den Hauptzylinder
75 in einer Bremsbetätigungsrichtung hydraulisch betätigt
werden.
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Ein typisches System, in welchem die Pedalbaugruppe der
Fig. 6 und 7 eingebaut sein kann, bildet den Gegenstand
unserer GB-Patentanmeldung Nr. 9420149.8.
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Das Vorsehen des hydraulischen Hauptzylinders, um eine
hydraulische Unterstützung bereitzustellen, ermöglicht uns,
das elektrische Steuerungssystem bis auf einen einzigen
Sensor mit dem einzigen Aufnehmer zu vereinfachen, die
vorgesehen werden müssen.
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Die Ausführungsform der Fig. 6 und 7 enthält daher
eine Feder 72 mit veränderlicher Federkonstante, und der
hydraulische Hauptzylinder 75 liefert aufgrund seiner
Verbindung mit dem Pedalhebel 3 eine hydraulische Dämpfung und eine
Hysterese.
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In der Darstellung von Fig. 8 der beiliegenden
Zeichnungen ist ein EBS veranschaulicht.
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Wie in Fig. 8 veranschaulicht ist, werden Signale von
einem eine Bewegung einer Pedalbaugruppe 55 abfühlenden
Sensor 54 in eine ECU 56 zum Steuern einer Betätigung der
Bremsen zugeführt. Konkret betätigt ein Erregerstrom von der ECU
56 ein solenoid-betriebenes Stellglied 57, um wiederum den
Strom von hydraulischem Fluid unter Druck von einem
hydraulischen Stellglied 58 zu einer Bremse 59 zu regeln.
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Die Schaltung enthält eine Software-Hysterese 60 in Form
einer Filteranordnung, die entweder einen festen
Hysteresewert oder einen Wert liefert, der in Abhängigkeit von
entweder der Änderungsrate einer Betätigung der Bremsen oder der
Größe einer Betätigung oder einer Kombination von beiden
eingerichtet ist. Ein ähnlicher eingebauter Hystereseeffekt kann
durch eine geeignete Auswahl von Federn und eines Dämpfers
erreicht werden, wie oben mit Verweis auf die vorhergehenden
Ausführungsformen beschrieben wurde. Man stellt sich jedoch
vor, daß es sowohl vom Leistungs- als auch Kostenstandpunkt
aus effektiver wäre, den Wert der Hysterese elektronisch
einzubauen.
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Die Pedalbaugruppe 55 ist in einen Pedalkasten mit einer
Federanordnung mit zwei Federkonstanten oder einer
Federanordnung mit veränderlicher Federkonstante oder einer Feder-
und Dämpferkombination eingebaut, wie oben mit Verweis auf
Fig. 1, 3, 4 und 5, 6 und 7 der beiliegenden Zeichnungen
beschrieben wurde.
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In der vorliegenden Erfindung schaffen wir ein gutes
herkömmliches Pedalgefühl für den Fahrer, das den Komfort und
daher die Zufriedenheit des Fahrers verbessert. Was die
Software-Hysterese anbetrifft, können wir das Pedalgefühl auf
sowohl die Anforderungen des Fahrzeugs als auch des Fahrers
abstimmen. Die Abstimmung des Systems auf Komfort wird als eine
Vorabinstallation angesehen, wiederum kann aber dort, wo eine
Software- oder elektronische Steuerung verwendet wird, das
System dafür angepaßt sein, die Fahrtechnik des Fahrers zu
verstehen und etwaige Unregelmäßigkeiten zu kompensieren, um
ein gutes Gefühl aufrechtzuerhalten.