WO2020254368A1 - Pedalbetätigungseinheit - Google Patents

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WO2020254368A1
WO2020254368A1 PCT/EP2020/066706 EP2020066706W WO2020254368A1 WO 2020254368 A1 WO2020254368 A1 WO 2020254368A1 EP 2020066706 W EP2020066706 W EP 2020066706W WO 2020254368 A1 WO2020254368 A1 WO 2020254368A1
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actuation unit
pedal
spring
pedal actuation
brake pedal
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PCT/EP2020/066706
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Inventor
Sebastian - c/o Continental Teves AG & Co. OHG BIBA
Manfred - c/o Continental Teves AG & Co. OHG RÜFFER
Andreas - c/o Continental Teves AG & Co. OHG BISCHOFF
Horst - c/o Continental Teves AG & Co. OHG KRÄMER
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • B60T7/00—Brake-action initiating means
    • B60T7/02—Brake-action initiating means for personal initiation
    • B60T7/04—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated
    • B60T7/06—Disposition of pedal
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    • B60T7/042—Brake-action initiating means for personal initiation foot actuated by electrical means, e.g. using travel or force sensors
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60T2220/00—Monitoring, detecting driver behaviour; Signalling thereof; Counteracting thereof
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/30—Controlling members actuated by foot
    • G05G1/44—Controlling members actuated by foot pivoting

Definitions

  • the invention relates to a pedal actuation unit according to the preamble of claim 1.
  • Pedal actuation units known in the prior art are often hydraulically connected to a brake pedal simulator, the brake pedal simulator simulating the pedal feeling expected by a vehicle driver when a brake pedal is actuated.
  • the brake pedal simulator simulating the pedal feeling expected by a vehicle driver when a brake pedal is actuated.
  • Pressure supply device generated in combination with a corresponding hydraulic valve circuit.
  • a direct hydraulic connection between the pedal unit and the wheel brakes can be established through appropriate control of the hydraulic brake system or a corresponding valve circuit, so that a failure of the pressure supply device can be at least partially compensated for.
  • the present invention is now based on the object of a
  • the invention relates to a pedal actuation unit with a brake pedal pivotably mounted about a first pivot axis and a reset mechanism, the reset mechanism being designed to effect a reset force on the brake pedal in the direction of its rest position when the brake pedal is deflected from its rest position
  • Return mechanism comprises at least a first and a second return device. According to the invention, over a first angular range of pivoting the brake pedal about the first pivot axis, an increase in the restoring force, in particular exclusively, is brought about by the first restoring device and over a second angular range of pivoting of the
  • Brake pedal around the first pivot axis causes an increase in the restoring force, in particular exclusively, from the second restoring device.
  • the restoring force on the brake pedal in the direction of its rest position preferably increases continuously with the degree of deflection.
  • the pedal actuation unit according to the invention has the advantage that it can be freely positioned in the footwell of a vehicle due to the elimination of hydraulic connections to the actual brake system.
  • Pressure supply device of a brake system is arranged can be omitted, since the signals required to control the brake system can be transmitted via other paths.
  • the first restoring device has a torsion spring.
  • the torsion spring is preferably designed such that the torsion spring has a first spring leg and a second
  • Reset device a spiral spring and at least one elastic element, in particular an elastomer.
  • Such a pedal actuation unit with purely mechanical resetting devices has the advantage that it is completely maintenance-free and wear-free due to the elimination of hydraulic components, in particular there are none
  • the restoring device causes an increase in the restoring force over a first force range caused only by the spiral spring and over a second force range brought about by the spiral spring and the elastic element.
  • the first force range preferably extends over smaller force values than the second force range.
  • Torsion spring can generate a characteristic that initially increases only slightly with the actuation travel, which corresponds to the actuation range in a classic hydraulic brake in which the clearance of the
  • Wheel brakes i.e. the initial distance between the friction linings and the
  • Brake disc is overcome. Once the clearance has been overcome, the restoring force increases exponentially with further actuation of the brake, which is due to the compression of the friction linings and further deformations of the wheel brakes, for example the brake calipers.
  • This area can be efficiently reproduced using a combination of a spiral spring and an elastic element.
  • the elastic element is arranged within the spiral spring, which enables a more compact overall structure.
  • the second return device is designed in the form of a spring strut which, according to a further embodiment, has two spring plates, between which the
  • Spiral spring is arranged.
  • the elastic element is annular or tubular.
  • the elastic element can preferably be arranged within the spiral spring and between the spring plates of the spring strut, so that a compact overall structure can be achieved.
  • the increase in the restoring force caused by the second restoring device is preferably brought about over a first force range only by the spiral spring and over a second force range by the spiral spring and the elastic element.
  • the first force range preferably extends over smaller force values than the second force range.
  • the brake pedal is articulated on a pivot pivotably mounted about a second pivot axis, which is also pivoted from its rest position about the second pivot axis when the brake pedal is pivoted out of its rest position.
  • the restoring mechanism effects the restoring force when the brake pedal is deflected from its rest position onto the lever.
  • Resetting mechanism can be selected, which ensures greater freedom in the articulation of the pedal and, accordingly, better adaptability to the mounting situation in the vehicle.
  • the first pivot axis and the second pivot axis are preferably aligned parallel to one another, which simplifies the coupling of the movement of the lever to the movement of the brake pedal.
  • the lever has a driver element which is designed to engage in the first spring leg of the torsion spring.
  • the entrainment element can be, for example, a pin that is aligned parallel to the pivot axis of the lever and protrudes from the lever.
  • the pin is preferably materially connected to the lever or made in one piece with it.
  • pivotably mounted spring washer is supported.
  • the spring washer is about the second pivot axis
  • the torsion spring is also mounted on the second pivot axis.
  • a further embodiment provides that the second restoring device is articulated with a first end on the spring washer.
  • the point of articulation of the second restoring device on the spring washer is spaced from the second pivot axis. Consequently, the second reset device operates at one
  • Acting on the spring washer with a first torque by the torsion spring is a second opposite to the first torque
  • Brake pedal initially only has a restoring force from the torsion spring
  • the spring washer has a radial projection, the entrainment element of the lever coming into engagement with the radial projection after the lever has been pivoted by a defined pivot angle. From the impact of the driver element on the radial projection, a further movement of the brake pedal is only made by the second return device in the form of the spring strut with a
  • the position of the radial projection can therefore determine over which areas of the pivoting movement of the brake pedal which restoring device causes a counterforce on the brake pedal, with which the force-displacement characteristic of the structure can be set in a targeted manner.
  • Reset device on the second reset device no discontinuities.
  • Pedal actuation unit has a housing, the second
  • Reset device is attached to the housing with a second end. Consequently, the housing serves as a counter bearing for the second resetting device, so that when the brake pedal is operated, the second resetting device is compressed between the spring washer and the housing.
  • the housing is also used to define the pivot axes by the first pivot axis and / or the second
  • Pivot axis is mounted in the housing.
  • the stop element can be designed in the form of a pin and is preferably materially connected to the housing, or is made in one piece with the housing.
  • the housing is preferably designed so that it the other
  • Pedal actuation unit has at least one sensor device which is designed to detect the degree of deflection of the brake pedal from its rest position.
  • the sensor device is designed to determine an angle of rotation of the lever about the second pivot axis relative to its rest position.
  • the angle of rotation can in turn be deduced directly from a braking request by the driver.
  • the sensor device is arranged on the second pivot axis.
  • Pedal actuation unit has at least one force sensor
  • Force sensor is designed to detect a force acting on the brake pedal.
  • the force sensor is particularly preferably arranged directly in the brake pedal, for example directly inside the step plate or under a rubber coating arranged on the step plate, so that the force acting on the brake pedal can be determined directly, i.e. without a previous deflection of the force by existing levers - and pivot mechanisms of the pedal actuation unit.
  • the plausibility of the information recorded can be checked with one another, so that a malfunction of one of the sensors or a defect in the pedal mechanism can be detected.
  • a malfunction of one of the resetting devices or both resetting devices can result in the displacement sensor and the angle sensor permanently displaying maximum actuation of the pedal actuation unit due to the lack of restoring force and therefore no return of the brake pedal to its rest position, even though the vehicle driver does not press the pedal actuated.
  • a malfunction of one of the resetting devices or both resetting devices can result in the displacement sensor and the angle sensor permanently displaying maximum actuation of the pedal actuation unit due to the lack of restoring force and therefore no return of the brake pedal to its rest position, even though the vehicle driver does not press the pedal actuated.
  • wear of the elements of the pedal actuation unit can also be recognized if the correlation of the signals for actuation force, actuation travel and actuation angle deviates from an expected value. Also jamming of elements of the
  • Pedal mechanics could, for example, be recognized by the fact that signals detected during pedal actuation are offset in time with respect to one another.
  • a pedal actuation unit according to one of the embodiments described above can have the following advantages:
  • the pedal actuation unit can be freely positioned in the footwell of a vehicle
  • connection from footwell to engine compartment behind the brake pedal can be omitted, as the signals required to control the brake system are transmitted via other channels,
  • the pedal actuation unit is maintenance-free as there are no liquids
  • Pedal actuation unit can be manufactured inexpensively,
  • the pedal actuation unit can be flexibly adapted
  • the pedal characteristic can be easily adapted by changing the reset devices
  • Figure 1 is an exploded view of a pedal operating unit
  • Figure 2 is a detailed representation of a second designed as a spring strut
  • Figure 3 shows a detailed view of the interface between the first
  • FIG. 4 a perspective view of the pedal actuation unit
  • Figure 5 is a front sectional view of the pedal operating unit
  • Figure 6 is a side sectional view of the pedal actuation unit.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a pedal actuation unit 100 with a brake pedal 102 which is mounted pivotably about a first pivot axis 106.
  • the brake pedal 102 is a step plate which is covered with a rubber coating.
  • the brake pedal 102 is operated by the driver. This initiates a rotation of the lever 104 about a second pivot axis 108.
  • a force sensor 131 is arranged on the brake pedal 102, in particular directly under the rubber coating of the tread plate of the brake pedal 102, which is designed to detect an actuating force acting on the brake pedal 102.
  • the desired force-displacement characteristic of the pedal actuation unit 100 is achieved by a series connection of the torsion spring 110 as the first return device and the spring strut 1 12 as the second return device.
  • the entrainment element 114 of the lever 104 presses on a first spring leg 116 of the torsion spring 110.
  • the second spring leg 134 is supported on the spring washer 120, which is mounted pivotably about the second pivot axis 108.
  • the spring strut 1 12 is also hinged on one side, the corresponding
  • the pivot point 136 is spaced from the second pivot axis 108. Consequently, the spring strut 112 drives the spring washer 120 in its rest position.
  • the rest position is determined by the stop element 138 that is attached to the housing 128 is arranged.
  • the pin-shaped stop element 138 can, for example, be integrally connected to the housing 128, or be made in one piece with the housing 128
  • Driving element 114 in engagement with a projection 118 of the spring washer 120, so that the force is transmitted from the driving element 114 directly to the spring washer 120.
  • the torsion spring 110 then no longer contributes to an increase in the restoring force generated. From here on, only the strut 1 12 is engaged.
  • the spring strut 112 is shown in detail in FIG. To the required
  • Depicting brake pedal 102 is a tubular elastic element 122, preferably an elastomer, inserted into spring strut 112 and arranged within spiral spring 124 of spring strut 112.
  • the spiral spring is in turn clamped between two spring plates 140 and 142 in the axial direction.
  • the elastic element 122 With increasing compression of the spring strut, the elastic element 122 is compressed by the cylinder 126 of the spring strut 112 from a certain degree of compression.
  • a displacement sensor 130 and an angle sensor 132 are arranged as sensor devices on the housing 128 of the pedal actuation unit 100, which detect a rotation of one of the pivot axes, preferably the second pivot axis 108 detect, or are articulated to the lever 104 via a mechanism in such a way that a linear displacement of the lever 104 can be detected.
  • the electrical signals detected in this way can then be converted into a corresponding actuation travel of the brake pedal 102 and consequently a driver brake request.
  • the brake system of a vehicle in which the pedal actuation unit 100 is arranged can then be activated in accordance with the detected driver brake request.
  • the previously described pedal actuation unit 100 is shown again in the assembled state in different views in FIGS. 4, 5 and 6.
  • the idea of the invention is based on the design of a mechanical pedal actuation unit without hydraulic fluid.
  • the pedal feel is simulated by switching springs to represent the force-displacement characteristic curve that is usual for a brake pedal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pedalbetätigungseinheit (100) mit einem um eine erste Schwenkachse (106) schwenkbar gelagerten Bremspedal (102) und einem Rückstellmechanismus, wobei der Rückstellmechanismus dazu ausgebildet ist, bei Auslenkung des Bremspedals (102) aus dessen Ruhelage eine Rückstellkraft auf das Bremspedal (102) in Richtung seiner Ruhelage zu bewirken. Der Rückstellmechanismus weist dabei wenigstens eine erste (110) und eine zweite Rückstellvorrichtung (112) auf. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass über einen ersten Winkelbereich eines Verschwenkens des Bremspedals (102) um die erste Schwenkachse (106) eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der ersten Rückstellvorrichtung (110) bewirkt wird und dass über einen zweiten Winkelbereich eines Verschwenkens des Bremspedals (102) um die erste Schwenkachse (106) eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der zweiten Rückstellvorrichtung (112) bewirkt wird.

Description

Pedalbetätigungseinheit
Die Erfindung betrifft eine Pedalbetätigungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Stand der Technik bekannte Pedalbetätigungseinheiten sind häufig mit einem Bremspedal-Simulator hydraulisch verbunden, wobei der Bremspedal-Simulator das von einem Fahrzeugführer erwartete Pedalgefühl bei einer Betätigung eines Bremspedals nachbildet. Im Normalbetrieb einer Bremsanlage mit einer solchen Pedalbetätigungseinheit besteht dabei keine direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Radbremsen an sich. Vielmehr wird der aus einer Betätigung der Pedalbetätigungseinheit abgeleitete Bremsdruck in den Radbremsen durch eine häufig elektromechanische
Druckbereitstellungseinrichtung in Kombination mit einer entsprechenden hydraulischen Ventilschaltung erzeugt.
In einer hydraulischen Rückfallebene kann durch entsprechende Ansteuerung des hydraulischen Bremssystems, bzw. einer entsprechenden Ventilschaltung, eine direkte hydraulische Verbindung zwischen der Pedaleinheit und den Radbremsen hergestellt werden, sodass ein Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung zumindest teilweise kompensiert werden kann.
Für moderne Fahrzeugarchitekturen wird jedoch zunehmend eine reine
„drive-by-wire“ Lösung relevant, bei der keine hydraulische Verbindung mehr zwischen der Pedalbetätigungseinheit und dem hydraulischen Bremssystem besteht. Dabei soll eine solche Pedalbetätigungseinheit einem Fahrzeugführer jedoch nach wie vor das Gefühl eine hydraulischen Bremsanlage vermitteln.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine
Pedalbetätigungseinheit zu schaffen, die ohne hydraulische Verbindung zu dem Bremssystem bei einer Pedalbetätigung einem Fahrzeugführer ein gewohntes Bremsbetätigungsgefühl bereitstellt. Diese Aufgabe wird mit der Pedalbetätigungseinheit nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Pedalbetätigungseinheit mit einem um eine erste Schwenkachse schwenkbar gelagerten Bremspedal und einem Rückstellmechanismus, wobei der Rückstellmechanismus dazu ausgebildet ist, bei Auslenkung des Bremspedals aus dessen Ruhelage eine Rückstellkraft auf das Bremspedal in Richtung seiner Ruhelage zu bewirken, wobei der
Rückstellmechanismus wenigstens eine erste und eine zweite Rückstellvorrichtung aufweist. Erfindungsgemäß wird dabei über einen ersten Winkelbereich eines Verschwenkens des Bremspedals um die erste Schwenkachse eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der ersten Rückstellvorrichtung bewirkt und über einen zweiten Winkelbereich eines Verschwenkens des
Bremspedals um die erste Schwenkachse eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der zweiten Rückstellvorrichtung bewirkt.
Dabei nimmt vorzugsweise die Rückstellkraft auf das Bremspedal in Richtung seiner Ruhelage mit dem Grad der Auslenkung kontinuierlich zu.
Die erfindungsgemäße Pedalbetätigungseinheit hat dabei den Vorteil, dass sie aufgrund des Wegfalls hydraulischer Verbindungen zum eigentlichen Bremssystem frei im Fußraum eines Fahrzeugs positioniert werden kann. Eine Verbindung aus dem Fußraum des Fahrzeugs zum Motorraum, in dem üblicherweise die
Druckbereitstellungseinrichtung eines Bremssystems angeordnet ist, kann entfallen, da die zu Steuerung des Bremssystems benötigten Signale über andere Wege übermittelt werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist dabei die erste Rückstellvorrichtung eine Torsionsfeder auf. Dabei ist die Torsionsfeder vorzugsweise so ausgebildet, dass die Torsionsfeder einen ersten Federschenkel und einen zweiten
Federschenkel aufweist, wobei bei einer Veränderung des Winkels zwischen dem ersten Federschenkel und dem zweiten Federschenkel aus einer Ruhelage der Federschenkel zueinander die Torsionsfeder eine Rückstellkraft auf die
Federschenkel in Richtung der Ruhelage der Federschenkel bewirkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die zweite
Rückstellvorrichtung eine Spiralfeder und wenigstens ein elastisches Element, insbesondere ein Elastomer, auf.
Eine solche Pedalbetätigungseinheit mit rein mechanischen Rückstellvorrichtungen hat dabei den Vorteil, dass sie aufgrund des Wegfalls hydraulischer Komponenten vollständig wartungsfrei und verschleißfrei ist, insbesondere da keine
Dichtelemente benötigt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die durch die zweite
Rückstellvorrichtung verursache Zunahme der Rückstellkraft über einen ersten Kraftbereich nur durch die Spiralfeder und über einen zweiten Kraftbereich durch die Spiralfeder und das elastische Element bewirkt. Dabei erstreckt sich bevorzugt der erste Kraftbereich über kleinere Kraftwerte als der zweite Kraftbereich.
Auf diese Weise kann durch das Zusammenspiel der beiden Rückstellvorrichtungen eine Rückstellkraft mit einer Kraft-Weg-Kennlinie realisiert werden, die das
Verhalten einer hydraulischen Bremsanlage mit direkt durch das Bremspedal betätigten Radbremsen nachbildet. Durch eine vergleichsweise schwache
Torsionsfeder kann eine zunächst nur leicht mit dem Betätigungsweg ansteigende Charakteristik erzeugt werden, die bei einer klassischen, hydraulischen Bremse jenem Betätigungsbereich entspricht, bei dem zunächst das Lüftspiel der
Radbremsen, also der initiale Abstand zwischen den Reibbelägen und der
Bremsscheibe überwunden wird. Ab dem Überwinden des Lüftspiels steigt die Rückstellkraft bei weiterer Betätigung der Bremse exponentiell an, was der Kompression der Reibbeläge und weiteren Verformungen der Radbremsen, bspw. der Bremssättel geschuldet ist. Dieser Bereich kann durch eine Kombination aus einer Spiralfeder und einem elastischen Element effizient nachgebildet werden. Das elastische Element ist dabei nach einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb der Spiralfeder angeordnet, was einen kompakteren Gesamtaufbau ermöglicht.
Insbesondere ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die zweite Rückstellvorrichtung in Form eines Federbeins ausgebildet, das nach einer weiteren Ausführungsform zwei Federteller aufweist, zwischen denen die
Spiralfeder angeordnet ist.
Zur Anordnung des elastischen Elements in einem solchen Federbein ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass das elastische Element ringförmig oder röhrenförmig ausgebildet ist. Durch eine solche Ausbildung des elastischen Elements kann das elastische Element vorzugweise innerhalb der Spiralfeder und zwischen den Federtellern des Federbeins angeordnet werden, sodass ein kompakter Gesamtaufbau erzielt werden kann.
Vorzugweise wird dabei die durch die zweite Rückstellvorrichtung verursache Zunahme der Rückstellkraft über einen ersten Kraftbereich nur durch die Spiralfeder und über einen zweiten Kraftbereich durch die Spiralfeder und das elastische Element bewirkt. Dabei erstreckt sich bevorzugt der erste Kraftbereich über kleinere Kraftwerte als der zweite Kraftbereich.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Bremspedal an einem um eine zweite Schwenkachse schwenkbar gelagerten Flebel angelenkt ist, der bei einem Verschwenken des Bremspedals aus seiner Ruhelage ebenfalls aus seiner Ruhelage um die zweite Schwenkachse verschwenkt wird. Nach einer weiteren Ausführungsform ist dabei vorgesehen, dass der Rückstellmechanismus die Rückstellkraft bei einer Auslenkung des Bremspedals aus dessen Ruhelage auf den Flebel bewirkt. Eine solche Ausführung der Anlenkung des Pedals hat den Vorteil, dass die Schwenkachse des Pedals unabhängig von dem
Rückstellmechanismus gewählt werden kann, was eine größere Freiheit bei der Anlenkung des Pedals und entsprechend eine bessere Anpassbarkeit an die Montagesituation im Fahrzeug gewährleistet. Vorzugsweise sind dabei die erste Schwenkachse und die zweite Schwenkachse parallel zueinander ausgerichtet, was die Koppelung der Bewegung des Hebels an die Bewegung des Bremspedals vereinfacht.
Zur Anlenkung der Torsionsfeder als erste Rückstellvorrichtung bei einer Betätigung des Bremspedals ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der Hebel ein Mitnahmeelement aufweist, das dazu ausgebildet ist, in den ersten Federschenkel der Torsionsfeder einzugreifen. Bei dem Mitnahmeelement kann es sich beispielsweise um einen Stift handeln, der parallel zur Schwenkachse des Hebels ausgerichtet ist und aus dem Hebel hervorsteht. Vorzugsweise ist der Stift stoffschlüssig mit dem Hebel verbunden oder einteilig mit diesem ausgeführt.
Als Gegenlager für die Torsionsfeder ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass der zweite Federschenkel der Torsionsfeder an einer
schwenkbar gelagerten Federscheibe abgestützt ist. Die Federscheibe ist dabei nach einer bevorzugten Ausführungsform um die zweite Schwenkachse
schwenkbar gelagert. Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner auch die Torsionsfeder auf der zweiten Schwenkachse gelagert.
Um zu gewährleisten, dass die Federscheibe als Gegenlager der Torsionsfeder wirken kann, ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die die zweite Rückstellvorrichtung mit einem ersten Ende an der Federscheibe angelenkt ist. Dabei ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Anlenkpunkt der zweiten Rückstellvorrichtung an der Federscheibe von der zweiten Schwenkachse beabstandet. Folglich bewirkt die zweite Rückstellvorrichtung bei einer
Beaufschlagung der Federscheibe mit einem ersten Drehmoment durch die Torsionsfeder ein dem ersten Drehmoment entgegengerichtetes zweites
Drehmoment auf die Federscheibe, das eine Rotation der Federscheibe um die zweite Schwenkachse verhindert. Folglich wird bei einer Betätigung des
Bremspedals zunächst nur eine Rückstellkraft durch die Torsionsfeder
bereitgestellt. Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die Federscheibe einen radialen Vorsprung aufweist, wobei das Mitnahmeelement des Hebels nach einem Verschwenken des Hebels um einen definierten Schwenkwinkel in Eingriff mit dem radialen Vorsprung kommt. Ab dem Auftreffen des Mitnahmeelements auf den radialen Vorsprung wird eine weitere Bewegung des Bremspedals nur noch durch die zweite Rückstellvorrichtung in Form des Federbeins mit einer
entsprechenden Rückstellkraft beaufschlagt, womit die Rückstellkraft ab diesem Zeitpunkt spürbar zunimmt. Durch die Lage des radialen Vorsprungs kann demnach festgelegt werden, über welche Bereiche der Schwenkbewegung des Bremspedals welche Rückstellvorrichtung eine Gegenkraft auf das Bremspedal bewirkt, womit die Kraft-Weg-Kennlinie des Aufbaus gezielt einstellbar ist. Dabei weist die
Kraft-Weg-Kennlinie aufgrund des direkten Übergangs von der ersten
Rückstellvorrichtung auf die zweite Rückstellvorrichtung keine Unstetigkeiten auf.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die
Pedalbetätigungseinheit ein Gehäuse aufweist, wobei die zweite
Rückstellvorrichtung mit einem zweiten Ende an dem Gehäuse befestigt ist. Folglich dient das Gehäuse als Gegenlager für die zweite Rückstellvorrichtung, sodass bei einer Betätigung des Bremspedals die zweite Rückstellvorrichtung zwischen der Federscheibe und dem Gehäuse komprimiert wird.
Das Gehäuse dient nach einer weiteren Ausführungsform ferner zur Festlegung der Schwenkachsen, indem die erste Schwenkachse und/oder die zweite
Schwenkachse in dem Gehäuse gelagert ist.
Ferner ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass an dem
Gehäuse ein Anschlagelement angeordnet ist, das eine Bewegung des Hebels in Richtung der durch den Rückstellmechanismus erzeugten Rückstellkraft begrenzt. Folglich wird durch das Anschlagelement die Nullstellung des Bremspedals festgelegt. Das Anschlagelement kann dabei stiftförmig ausgebildet sein und ist mit dem Gehäuse vorzugsweise stoffschlüssig verbunden, oder einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt. Das Gehäuse ist dabei vorzugweise so ausgebildet, dass es die übrigen
Komponenten der Pedalbetätigungseinheit vollständig umschließt, sodass alle beweglichen Teile des mechanischen Aufbaus innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine Blockade des Bremspedals durch in die Mechanik geratene Objekte vermieden werden.
Zur Erfassung eines Bremswunsches durch die Pedalbetätigungseinheit ist nach einer weiteren Ausführungsform ferner vorgesehen, dass die
Pedalbetätigungseinheit wenigstens eine Sensorvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Grad der Auslenkung des Bremspedals aus dessen Ruhelage zu detektieren. Hierzu ist nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des Hebels um die zweite Schwenkachse relativ zu dessen Ruhelage zu bestimmen. Aus dem
Drehwinkel kann wiederum direkt auf einen Bremswunsch des Fahrers geschlossen werden.
Zur Erfassung des Drehwinkels des Hebels um die zweite Schwenkachse ist es nach einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Sensorvorrichtung auf der zweiten Schwenkachse angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die
Pedalbetätigungseinheit wenigstens einen Kraftsensor aufweist, wobei der
Kraftsensor dazu ausgebildet ist, eine auf das Bremspedal einwirkende Kraft zu detektieren. Besonders bevorzugt ist dabei der Kraftsensor direkt im Bremspedal, beispielsweise direkt innerhalb der Trittplatte bzw. unter einer auf der Trittplatte angeordneten Gummibeschichtung, angeordnet, sodass die auf das Bremspedal einwirkende Kraft direkt ermittelt werden kann, also ohne eine vorherige Umlenkung der einwirkenden Kraft durch vorhandene Hebel- und Schwenkmechanismen der Pedalbetätigungseinheit.
Die Verwendung eines solchen Kraftsensors, insbesondere bei Anordnung des Kraftsensors direkt im Bremspedal, hat dabei den Vorteil, dass auch dann noch eine Betätigung der Pedalbetätigungseinheit erfasst werden kann, wenn eine mechanische Fehlfunktion der Pedalmechanik ein Verschwenken des Bremspedals aus einer Ruhelage verhindert.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines solchen Kraftsensors in
Kombination mit einem Sensor zur Erfassung einer linearen Verschiebung des Bremspedals (Wegsensor), sowie mit einem Sensor zur Erfassung eines
Schwenkwinkels eines Hebelarms der Pedalmechanik (Winkelsensor). Aus der Zusammenschau der erfassten Werte für einen Betätigungsweg, einen
Betätigungswinkel und eine Betätigungskraft, können die im Rahmen einer
Betätigung der Pedalbetätigungseinheit erfassten Informationen untereinander plausibilisiert werden, sodass eine Fehlfunktion eines der Sensoren oder ein Defekt der Pedalmechanik erkannt werden kann. So kann beispielsweise eine Fehlfunktion einer der Rückstellvorrichtungen oder beider Rückstellvorrichtungen dazu führen, dass der Wegsensor und der Winkelsensor aufgrund der fehlenden Rückstellkraft und mithin einer nicht mehr stattfindenden Rückstellung des Bremspedals in seine Ruhelage dauerhaft eine maximale Betätigung der Pedalbetätigungseinheit anzeigen, obwohl der Fahrzeugführer das Pedal nicht betätigt. Durch die gleichzeitige Bestimmung der auf das Bremspedal wirkenden Betätigungskraft könnte jedoch zuverlässig ein solcher Defekt erkannt werden, da bei maximaler Auslenkung des Bremspedals keine Betätigungskraft ermittelt würde, was eindeutig auf eine Fehlfunktion der Pedalmechanik hinweist.
Ferner kann aus der Zusammenschau der Informationen auch ein Verschleiß der Elemente der Pedalbetätigungseinheit erkannt werden, wenn die Korrelation der Signale für Betätigungskraft, Betätigungsweg und Betätigungswinkel von einem zu erwartenden Wert abweicht. Auch ein Verklemmen von Elementen der
Pedalmechanik könnte beispielsweise daran erkannt werden, dass im Rahmen einer Pedalbetätigung erfasste Signale zeitlich gegeneinander versetzt sind.
Beispielsweise würde eine zeitliche Verzögerung eines ermittelten
Betätigungsweges relativ zu der ermittelten Betätigungskraft auf ein Verklemmen und mithin ein erhöhtes Losbrechmoment der Pedalmechanik hindeuten. Zusammenfassend kann eine Pedalbetätigungseinheit nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen die nachfolgenden Vorteile aufweisen:
- Die Pedalbetätigungseinheit kann frei im Fußraum eines Fahrzeugs
positioniert werden,
- die Verbindung von Fußraum zu Motorraum kann hinter dem Bremspedal entfallen, da die zur Steuerung der Bremsanlage benötigten Signale über andere Wege übermittelt werden,
- die Pedalbetätigungseinheit ist wartungsfrei, da keine Flüssigkeiten
enthalten sind,
- die Pedalbetätigungseinheit ist verschleißfrei, da keine Dichtelemente vorhanden sind,
- Es sind keine Präzisionsbauteile notwendig, sodass die
Pedalbetätigungseinheit kostengünstig hergestellt werden kann,
- Es ist eine geschlossene Bauweise möglich, sodass keine Pedalblockade auftreten kann,
- Bezüglich der Sensorauswahl und Positionierung der Sensorik kann die Pedalbetätigungseinheit flexibel angepasst werden,
- Die Pedalkennlinie kann auf einfache Art und Weise durch Änderung der Rückstellvorrichtungen angepasst werden,
- Durch die integrierte Gummifeder ist eine kompakte Bauweise möglich,
- Die erzeugte Pedalkennlinie weist aufgrund der Reihenschaltung der Federelemente keine Unstetigkeiten auf,
- Es ist eine Einsatzspezifische Modulbauweise möglich.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer Pedalbetätigungseinheit,
Figur 2 eine Detaildarstellung einer als Federbein ausgebildeten zweiten
Rückstellvorrichtung, Figur 3 eine Detailansicht der Schnittstelle zwischen erste
Rückstellvorrichtung und zweite Rückstellvorrichtung,
Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Pedalbetätigungseinheit,
Figur 5 eine frontale Schnittansicht der Pedalbetätigungseinheit und
Figur 6 eine seitliche Schnittansicht der Pedalbetätigungseinheit.
Im Folgenden werden einander ähnliche oder identische Merkmale mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Pedalbetätigungseinheit 100 mit einem Bremspedal 102, das um eine erste Schwenkachse 106 schwenkbar gelagert ist. Bei dem Bremspedal 102 handelt es sich in dem dargestellten Beispiel um eine Trittplatte, die mit einer Gummierung überzogen ist. Das Bremspedal 102 wird vom Fahrer betätigt. Dadurch wird eine Rotation des Flebels 104 um eine zweite Schwenkachse 108 eingeleitet. Dabei ist an dem Bremspedal 102, insbesondere direkt unter der Gummierung der Trittplatte des Bremspedals 102, ein Kraftsensor 131 angeordnet, der dazu ausgebildet ist, eine auf das Bremspedal 102 einwirkende Betätigungskraft zu detektieren.
Die gewünschte Kraft-Weg-Kennlinie der Pedalbetätigungseinheit 100 wird durch eine Reihenschaltung aus der Torsionsfeder 1 10 als erste Rückstellvorrichtung und dem Federbein 1 12 als zweite Rückstellvorrichtung erzielt. Zunächst drückt das Mitnahmeelement 1 14 des Flebels 104 auf einen ersten Federschenkel 1 16 der Torsionsfeder 1 10. Dies ist beispielsweise in der Figur 3 a) gut zu erkennen. Der zweite Federschenkel 134 stützt sich an der Federscheibe 120 ab, die um die zweite Schwenkachse 108 schwenkbar gelagert ist. An der Federscheibe 120 ist ferner das Federbein 1 12 einseitig angelenkt, wobei der entsprechende
Anlenkpunkt 136 von der zweiten Schwenkachse 108 beabstandet ist. Folglich treibt das Federbein 1 12 die Federscheibe 120 in deren Ruhelage. Die Ruhelage ist dabei durch das Anschlagelement 138 festgelegt, das an dem Gehäuse 128 angeordnet ist. Das stiftförmige Anschlagelement 138 kann dabei beispielsweise stoffschlüssig mit dem Gehäuse 128 verbunden, oder einteilig mit dem Gehäuse 128 ausgeführt sein
Nach einem gewissen Weg des Bremspedals 102 und einer entsprechenden Drehung des Hebels 104 um die erste Schwenkachse 106, kommt das
Mitnahmeelement 1 14 in Eingriff mit einem Vorsprung 1 18 der Federscheibe 120, sodass die Kraft von dem Mitnahmeelement 1 14 direkt auf die Federscheibe 120 übertragen wird. Die Torsionsfeder 1 10 trägt dann nicht mehr zu einer Zunahme der erzeugten Rückstellkraft bei. Ab hier ist allein das Federbein 1 12 im Eingriff.
Das Federbein 1 12 ist in Figur 2 im Detail dargestellt. Um die geforderte
Charakteristik einer Progression gegen Ende des Betätigungswegs des
Bremspedals 102 darzustellen ist ein röhrenförmiges elastisches Element 122, vorzugsweise ein Elastomer, in dem Federbein 1 12 eingesetzt und innerhalb der Spiralfeder 124 des Federbeins 1 12 angeordnet. Die Spiralfeder ist wiederum zwischen zwei Federtellern 140 und 142 in axialer Richtung eingespannt. Mit zunehmender Kompression des Federbeins wird das elastische Element 122 von dem Zylinder 126 des Federbeins 1 12 ab einem bestimmten Grad der Kompression gestaucht.
Zur Detektion einer infolge einer Betätigung des Bremspedals 102 stattfindenden Auslenkung des Bremspedals 102 aus dessen Ruhelage, sind an dem Gehäuse 128 der Pedalbetätigungseinheit 100 ein Wegsensor 130 und ein Winkelsensor 132 als Sensorvorrichtungen angeordnet, die eine Rotation einer der Schwenkachsen, vorzugsweise der zweiten Schwenkachse 108, detektieren, oder über einen Mechanismus so an dem Hebel 104 angelenkt sind, dass eine Linearverschiebung des Hebels 104 detektiert werden kann. Die so detektierten elektrischen Signale können dann in einen entsprechenden Betätigungsweg des Bremspedals 102 und mithin einen Fahrerbremswunsch umgerechnet werden. Die Bremsanlage eines Fahrzeugs, in dem die Pedalbetätigungseinheit 100 angeordnet ist, kann dann entsprechend dem detektierten Fahrerbremswunsch angesteuert werden. Die zuvor beschriebene Pedalbetätigungseinheit 100 ist in den Figuren 4, 5 und 6 nochmals in montiertem Zustand in unterschiedlichen Ansichten dargestellt.
Zusammenfassend beruht die Idee der Erfindung auf der Gestaltung einer mechanischen Pedalbetätigungseinheit ohne Hydraulikflüssigkeit. Die Simulation des Pedalgefühls erfolgt über eine Schaltung von Federn zur Darstellung der einer für ein Bremspedal üblichen Kraft-Weg-Kennlinie.

Claims

Patentansprüche
1. Pedalbetätigungseinheit (100) mit einem um eine erste Schwenkachse (106) schwenkbar gelagerten Bremspedal (102) und einem
Rückstellmechanismus, wobei der Rückstellmechanismus dazu ausgebildet ist, bei Auslenkung des Bremspedals (102) aus dessen Ruhelage eine Rückstellkraft auf das Bremspedal (102) in Richtung seiner Ruhelage zu bewirken,
wobei der Rückstellmechanismus wenigstens eine erste (110) und eine zweite Rückstellvorrichtung (112) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass über einen ersten Winkelbereich eines Verschwenkens des Bremspedals (102) um die erste Schwenkachse (106) eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der ersten Rückstellvorrichtung (110) bewirkt wird und dass über einen zweiten Winkelbereich eines Verschwenkens des Bremspedals (102) um die erste Schwenkachse (106) eine Zunahme der Rückstellkraft, insbesondere ausschließlich, von der zweiten Rückstellvorrichtung (112) bewirkt wird.
2. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rückstellvorrichtung (110) eine Torsionsfeder (110) aufweist.
3. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsfeder (110) einen ersten Federschenkel (116) und einen zweiten Federschenkel (134) aufweist, wobei bei einer Veränderung des Winkels zwischen dem ersten Federschenkel (116) und dem zweiten Federschenkel (134) aus einer Ruhelage der Federschenkel (116, 134) zueinander die Torsionsfeder (110) eine Rückstellkraft auf die
Federschenkel (116, 134) in Richtung der Ruhelage der Federschenkel (116, 134) bewirkt.
4. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, dass das Bremspedal (102) an einem um eine zweite Schwenkachse (108) schwenkbar gelagerten Flebel (104) angelenkt ist, der bei einem Verschwenken des Bremspedals (102) aus seiner Ruhelage ebenfalls aus seiner Ruhelage um die zweite Schwenkachse (108) verschwenkt wird.
5. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (104) ein Mitnahmeelement (114) aufweist, das dazu ausgebildet ist, in den ersten Federschenkel (116) der Torsionsfeder (112) einzugreifen.
6. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Federschenkel (134) der Torsionsfeder (110) an einer schwenkbar gelagerten Federscheibe (120) abgestützt ist.
7. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (120) um die zweite Schwenkachse (108)
schwenkbar gelagert ist.
8. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federscheibe (120) einen radialen Vorsprung (118) aufweist, wobei das Mitnahmeelement (114) des Hebels (104) nach einem Verschwenken des Hebels (104) um einen definierten Schwenkwinkel in Eingriff mit dem radialen Vorsprung (118) kommt.
9. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückstellvorrichtung (112) eine Spiralfeder (124) und wenigstens ein elastisches Element (122),
insbesondere ein Elastomer, aufweist.
10. Pedalbetätigungseinheit (100) Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die zweite Rückstellvorrichtung (112) verursache Zunahme der Rückstellkraft über einen ersten Kraftbereich nur durch die Spiralfeder (124) und über einen zweiten Kraftbereich durch die Spiralfeder (124) und das elastische Element (122) bewirkt wird.
11. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7 und einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Rückstellvorrichtung (112) mit einem ersten Ende an der Federscheibe (120) angelenkt ist.
12. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlenkpunkt (136) der zweiten Rückstellvorrichtung (112) an der Federscheibe (120) von der zweiten Schwenkachse (108) beabstandet ist.
13. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalbetätigungseinheit (100) ein Gehäuse (128) aufweist, wobei die zweite Rückstellvorrichtung (112) mit einem zweiten Ende an dem Gehäuse (128) befestigt ist.
14. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 4 und 13, dadurch
gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (128) ein Anschlagelement (138) angeordnet ist, das eine Bewegung des Flebels (104) in Richtung der durch den Rückstellmechanismus erzeugten Rückstellkraft begrenzt.
15. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalbetätigungseinheit (100)
wenigstens eine Sensorvorrichtung (130, 132) aufweist, die dazu
ausgebildet ist, den Grad der Auslenkung des Bremspedals (102) aus dessen Ruhelage zu detektieren.
16. Pedalbetätigungseinheit (100) nach Anspruch 4 und 15, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (130, 132) dazu ausgebildet ist, einen Drehwinkel des Flebels (104) um die zweite Schwenkachse (108) relativ zu dessen Ruhelage zu bestimmen.
17. Pedalbetätigungseinheit (100) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalbetätigungseinheit (100)
wenigstens einen Kraftsensor (131 ) aufweist, wobei der Kraftsensor (131 ) dazu ausgebildet ist, eine auf das Bremspedal (102) einwirkende Kraft zu detektieren.
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