WO2022199874A1 - Bremsgerät mit einer simulatoreinheit - Google Patents

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WO2022199874A1
WO2022199874A1 PCT/EP2021/085763 EP2021085763W WO2022199874A1 WO 2022199874 A1 WO2022199874 A1 WO 2022199874A1 EP 2021085763 W EP2021085763 W EP 2021085763W WO 2022199874 A1 WO2022199874 A1 WO 2022199874A1
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braking device
simulator
composite element
simulator unit
unit
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PCT/EP2021/085763
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English (en)
French (fr)
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Mihaita-Florin Siniuc
Razvan Simion Cristea
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Aumovio Germany GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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Publication date
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    • B60T8/409—Systems with stroke simulating devices for driver input characterised by details of the stroke simulating device

Definitions

  • the invention relates to a brake device with a simulator unit according to the preamble of claim 1 for a hydraulic motor vehicle brake system, in particular an externally actuated, electronically controllable brake-by-wire motor vehicle brake system.
  • Electronically controlled braking systems in particular so-called brake-by-wire braking systems, are increasingly being used in modern vehicles.
  • Such braking systems have several advantages over conventional braking systems. If necessary, braking can be carried out completely independently of the driver and flexibly adapted to the respective driving situation. The installation space required is reduced compared to a conventional brake system, and it can also be placed more flexibly in the vehicle.
  • Modern brake-by-wire motor vehicle brake systems are operated in their regular braking mode by sensor-based detection of a braking request from the driver indirectly and electronically controlled completely independently of the driver. In order to supply a required system pressure in such a regular braking mode, a driver-independently controllable pressure generator is used, which is mostly driven by an electric motor.
  • a real feedback in each application is usually characterized by its own characteristic, application-specific progression of the counterforce.
  • a complex structure is required, which combines various linear and non-linear elastic elements and is actuated by a simulator piston, which is directly connected to the pressure chamber of the master cylinder unit via a hydraulic connection.
  • a hydraulically actuated simulator piston acts on a series connection of individual components consisting of a steel spring, a pressure-stable pressure piece and an elastomer element.
  • the object of the invention is therefore to propose a braking device with a simulator unit which is as compact as possible and which can also be manufactured and installed cost-effectively and efficiently.
  • the object is achieved according to the invention by a braking device with the combination of features according to claim 1.
  • Subclaims specify further advantageous embodiments and developments of the invention.
  • the invention provides that the simulator unit has at least one elastic composite element, the composite element comprising at least a first and a second elastic component connected to one another, each with different characteristic curves.
  • the number of components is reduced, which is advantageous in particular for logistics and assembly.
  • the overall length of the simulator unit can likewise also be reduced, as a result of which the brake unit housing in particular can be made smaller and lighter.
  • calibration of the simulator unit is simplified because the exact characteristic curve can be determined by a single measurement of just a single component and not several components have to be measured separately and combined mathematically or several individual components have to be installed in a test device at great expense.
  • the first and second components of the composite element can be effectively connected in parallel, which in particular promotes a reduced overall length and compact external dimensions of the composite element.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the first and the second component are permanently connected to one another, which in particular improves the handling during logistics and assembly as well as durability and operational stability.
  • the preferred embodiment of the invention further provides that the first component is an elastomer element and the second component is a metal spring, in particular a steel spring.
  • the elastomer portion can achieve a particularly comfortable and realistic feeling on the brake pedal, and the metal spring portion ensures a reliable and quick return of the simulator unit to the unactuated initial state.
  • the preferred embodiment also provides that the Composite element is mechanically loaded upon actuation of the simulator unit by an axially displaceable simulator piston to pressure.
  • the simulator piston can preferably be constructed so as to radially enclose the composite element or alternatively the composite element in sections radially enclosing the simulator piston.
  • a suitable simulator piston can be manufactured from sheet steel in a deep-drawing process in a particularly cost-effective and efficient manner.
  • the simulator unit can be constructed in such a way that the composite element is axially compressed between the simulator piston and a fixed abutment when the simulator unit is actuated.
  • metal spring is partially or completely encased in an elastomeric material. This can be done, for example, in an injection molding tool of comparatively simple construction, using the injection molding process, in which case the metal spring can preferably be designed as a helical spring.
  • the elastomeric material can preferably partially or completely enclose the spring wire of the metal spring, depending on the design, in a sleeve with a substantially constant layer thickness, so that the elastomeric sleeve follows the windings of the metal spring.
  • windings of the elastomeric sleeve can be connected in one piece in the axial direction by a wall made of the elastomeric material.
  • the characteristic curve of the simulator unit can be precisely influenced by simply changing the wall thickness.
  • the overall characteristic curve of the simulator unit can essentially be determined solely by the path-dependent compression resistance of the composite element, so that a separate pressure piece can be dispensed with and the design is simplified. Further features and advantages of the invention result from the following description. Shown below:
  • FIG. 1 shows an exemplary braking device in an external view (a) and as a greatly simplified internal structure (b).
  • FIG. 2 shows an embodiment of the simulator unit in an unactuated initial state in axial section.
  • Fig.4 characteristics of the simulator unit and the individual elastic components.
  • FIG. 1 shows an example of a generic brake-by-wire braking device 100 with a known simulator unit 1.
  • the driver actuates an actuating element 2 coupled to it via a brake pedal (not shown here).
  • this actuation is detected via a sensor device (not shown here) and processed in electronic control unit 104 .
  • the control unit 104 then activates an electromotive drive unit 102, which generates the required braking pressure via a separate pressure generating device, which is also not shown here.
  • a pressure medium tank 103 feeds the braking device 100 with the necessary pressure medium, for example a brake fluid.
  • the actuating force B of the driver is transmitted to a main cylinder piston 21 which, in a main cylinder unit 20 arranged in the brake device housing 101, delimits a pressure chamber 22 filled with the hydraulic pressure medium.
  • the pressure chamber 22 is connected hydraulically via a connection 23 to a simulator unit 1 arranged in the braking device housing 101 of the braking device 100 .
  • the known simulator unit 1 has a piston bore 3 produced in the braking device housing 101 . It contains a simulator piston 4, a metal spring 15, a pressure-stable pressure piece 14 and an elastomer element 7 arranged in series.
  • the pressure piece 14, like the simulator piston 4, is usually produced as a turned metal part with a precisely defined profile.
  • the hydraulic pressure medium is displaced from the pressure chamber 11 into the simulator unit 1 and in the process acts on the simulator piston 4.
  • the simulator piston 4 is thereby displaced axially in the direction of the elastomer element 7 and exerts an actuating force B on the metal spring 15 axially compressed.
  • the simulator piston 4 After passing through a defined idle stroke, the simulator piston 4 rests against the pressure piece 14 . From this stroke position, only the elastomer element 7 is compressed until the greatest possible maximum stroke Smax is reached.
  • a sealing element 5 designed as a sealing collar serves to seal the simulator piston 4 in the piston bore 3 in order to prevent the pressure medium from flowing over the simulator piston 4 through the radial edge gap.
  • a total resistance of the simulator unit 1 against the actuating force B results from the proportional resistances of the metal spring 15 and the elastomer element 7 and changes characteristically along the stroke S.
  • the total resistance essentially depends on the characteristics of the two aforementioned individual components and on the design of the pressure piece 14 from, in particular the geometric shape and size of its elastomer-side contact surface and the contact surface.
  • the stroke-dependent total resistance of the simulator unit 1 is perceived by the driver as a counteracting force G acting against the actuating force B.
  • the course of the total resistance of the simulator unit 1 along the stroke S des Simulator piston 4 or the actuator 2 is referred to as the overall characteristic or simply characteristic of the simulator unit 1.
  • the improved simulator unit 1 instead of the above-described combination of metal springs 15, pressure piece 14 and elastomer element 7 configured in series as individual components, the improved simulator unit 1 has a single elastic composite element 6.
  • the composite element 6 is clamped in the simulator unit 1 between the simulator piston 4 and a closure cover 17 installed fixed to the housing, which serves as an abutment for the composite element 6 .
  • the composite element 6 is made up of two components that are permanently connected to one another.
  • the composite element 6 is essentially constructed as a helical spring 15 from a metal spring wire 16, in particular steel wire, which is coated with an elastomer material, for example overmolded.
  • the elastomeric material forms a tubular sheath 8 around the spring wire 16 with a cross-section that is essentially circular and has a constant layer thickness. This tubular sleeve 8 winds accordingly along the spring coils of the metal spring 15.
  • the metal spring 15 acts as a restoring spring, which returns the simulator piston 4 to its unactuated starting position after an actuation process. Different forms of the metal spring 15 remain permissible within the finding.
  • the individual windings of the casing 8 are connected to one another in one piece in the axial direction by a wall 9 .
  • the cross-sectional thickness of the wall 9 is designed to be significantly smaller than the diameter of the sleeve 8 and is comparable to the layer thickness thereof. Viewed in isolation, the wall 9 winds in a spiral between the coils of the metal spring 15 or sleeve 8.
  • the metal spring 15 for example, not to be completely encased by the elastomeric material, but only in sections.
  • the layer thicknesses of the shell 8 and wall 9 can also vary. It is also conceivable and permissible to dispense with the wall 9 entirely, so that the individual windings of the sleeve 8 are separated from one another in the axial direction.
  • the entirety of the elastomeric material in the composite element 6 functions as an elastomeric element 7 with a progressive characteristic curve that is characteristic of elastomeric springs.
  • Simulator piston 4 is cup-shaped and comparatively thin-walled with a constant wall thickness and surrounds the composite element 6 radially to about half its axial length, so that the axial length or height of the simulator unit 1 is practically comparatively short.
  • Such a simulator piston 4 can be produced, for example, as a simple deep-drawn part made of sheet steel.
  • simulator pistons 4 are also permissible within the invention, for example the simulator piston can have an additional central projection for stabilizing the base element 6 in the radial direction inwards or can be constructed in such a way that the composite element 6 encloses the simulator piston radially in sections.
  • FIG. 3 shows a highly simplified schematic diagram of the simulator unit 1
  • the elastomer element 7 and the metal spring 15 are effectively connected in parallel and clamped between the simulator piston 4 and the cover 17 as an abutment.
  • the actuating force B is distributed as partial forces to both spring elements 7 and 15, with the stroke S and thus the compression path for both components remaining identical.
  • Fig. 4 shows only in principle, simplified and not to scale characteristic curves of spring elements within the simulator unit 1.
  • a characteristic curve corresponds to the change in a resistance force F generated by a spring element over the respective change in length. Because the elastomer element 7 and the metal spring 15 are connected in parallel in the composite element 6, the change in length or the compression path remains identical for both components and corresponds to the stroke S.
  • the characteristics of the elastomer element 7 and the metal spring 15 are different.
  • the metal spring 15 has a linear characteristic 12, whereas the elastomer element 7 has a progressive characteristic 11. According to the switching principle, the respective individual resistance forces of the two components 7.15 add up to form a total opposing force G, and the individual characteristic curves 11.12 form an overall characteristic curve 13, which characterizes the simulator unit 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät (100) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage umfassend wenigstens eine Simulatoreinheit (1) zum Erzeugen einer entgegen einer Betätigungskraft (B) wirkenden, auf ein Betätigungsglied (2) des Bremsgeräts (100) rückgekoppelten Gegenkraft (G). Um eine kompakte sowie kostengünstig und effizient herstellbare und montierbare Simulatoreinheit (1) zu realisieren wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Simulatoreinheit (1) wenigstens ein elastisches Verbundelement (6) aufweist, wobei das Verbundelement (6) wenigstens eine erste (7) und eine zweite (15) miteinander verbundenen elastischen Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Kennlinien (11,12) umfasst.

Description

Beschreibung
Bremsgerät mit einer Simulatoreinheit
Die Erfindung betrifft ein Bremsgerät mit einer Simulatoreinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, insbesondere eine fremdbetätigbare elektronisch steuerbare Brake-by-Wire Kraftfahrzeugbremsanlage.
In modernen Fahrzeugen werden zunehmend elektronisch gesteuerte Bremssysteme insbesondere sogenannte Brake-by-Wire Bremssysteme eingesetzt. Solche Bremssysteme weisen gegenüber den konventionellen Bremssystemen mehrere Vorteile. So kann der Bremsbetrieb bei Bedarf gänzlich fahrerunabhängig erfolgen und flexibel an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden. Der erforderliche Bauraum ist gegenüber einem konventionellen Bremssystem reduziert, zudem kann es flexibler in dem Fahrzeug platziert werden. Moderne Brake-by-Wire Kraftfahrzeugbremsanlagen werden in ihrem regulären Bremsmodus durch sensorbasierte Erfassung eines Bremswunsches vom Fahrer indirekt sowie elektronisch gesteuert gänzlich unabhängig vom Fahrer betätigt. Um einen erforderlichen Systemdruck in einem solchen regulären Bremsmodus zu liefern, wird ein fahrerunabhängig steuerbarer Druckgenerator verwendet, welcher meistens von einem Elektromotor angetrieben wird.
Bei herkömmlichen Bremssystemen übt der Druck aus dem Flydraulikkreislauf beim Betätigen des Bremspedals eine Reaktionskraft zurück in das Fahrerpedal aus. Diese Kraft variiert je nach Bremsszenario, Fahrzeugbeladung und Straßenzustand. Bei Brake-by-Wire-Systemen ist jedoch eine solche Rückkopplung vom Radbremszylinder zum Bremspedal im regulären fremdbetätigten Betriebsmodus durch Abtrennung einer direkten hydraulischen Verbindung unterbunden. Es besteht daher die Notwendigkeit, dem Fahrer trotz fehlender direkter Rückkopplung ein vertrautes sowie komfortables Pedalgefühl zu vermitteln. Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Rückkopplung mithilfe einer gesonderten Simulatoreinheit zu simulieren. Hierbei erzeugt die Simulatoreinheit eine der Betätigungskraft entgegenwirkende Gegenkraft mit einem definierten weg beziehungsweise hubabhängigen Verlauf, welche auch als Kennlinie der Simulatoreinheit bezeichnet wird. Es wird angestrebt, dass die Kennlinie der Simulatoreinheit einer realen Rückkopplung, wie diese beispielsweise in einer konventionellen fahrerbetätigten Bremsanlage vorliegt, möglichst ähnlich ist.
Eine reale Rückkopplung bei jeder Applikation zeichnet sich meist durch einen ihr eigenen charakteristischen applikationsspezifischen Verlauf der Gegenkraft. Um einen solchen Verlauf zu realisieren ist ein komplexer Aufbau erforderlich, welcher verschiedene lineare sowie nichtlineare elastischen Elemente kombiniert und durch einen Simulatorkolben betätigt wird, welcher über eine hydraulische Verbindung unmittelbar an die Druckkammer der Hauptzylindereinheit aufgeschlossen ist.
Für eine gattungsgemäßes Simulatoreinheit wird hier beispielsweise auf DE 10 2016 221 403 A1 verwiesen, in welcher ein hydraulisch betätigter Simulatorkolben auf eine Reihenschaltung von Einzelkomponenten bestehend aus einer Stahlfeder, einem druckstabilen Druckstück und einem Elastomerelement einwirkt.
Die hohe Anzahl von Einzelkomponenten führt zu einem verbesserungswürdigen Aufwand bei Herstellung, Logistik, Montage, Funktionskontrolle und Kosten. Zudem beansprucht eine derartige Simulatoreinheit einen vergleichbar großen Bauraum. Als Konsequenz muss das Bremsgerätgehäuse ausreichend groß dimensioniert werden, um Überschneidungen mit anderen Funktionseinheiten Innerhalb des Bremsgerät zu vermeiden, was zu einem erhöhten Gewicht und Kostenaufwand führt.
Es stellt sich somit die Aufgabe der Erfindung, ein Bremsgerät mit einer Simulatoreinheit vorzuschlagen, welche möglichst kompakt aufgebaut ist und zudem kostengünstig und effizient herstellbar und montierbar wäre.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsgerät mit der Merkmalskombination nach Anspruch 1 gelöst. Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung an. Die Erfindung sieht vor, dass die Simulatoreinheit wenigstens ein elastisches Verbundelement aufweist, wobei das Verbundelement wenigstens eine erste und eine zweite miteinander verbundenen elastischen Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Kennlinien umfasst.
Durch die Integration von zwei elastischen Komponenten zu einem einzigen Verbundelement wird die Komponentenanzahl mit Vorteil insbesondere für Logistik und Montage reduziert. Ebenso kann die Baulänge der Simulatoreinheit ebenfalls verringert werden, wodurch insbesondere das Bremsgerätgehäuse kleiner und leichter gestaltet werden kann.
Darüber hinaus wird Kalibrierung der Simulatoreinheit vereinfacht, denn eine Bestimmung der exakten Kennlinie kann durch eine einzige Messung lediglich einer einzigen Komponente erfolgen und nicht etwa mehrere Komponenten separat gemessen und rechnerisch zusammengelegt oder mehrere Einzelkomponenten aufwendig in eine Prüfvorrichtung installiert werden müssten.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung können die erste und die zweite Komponenten des Verbundelements wirkmäßig in einer Parallelschaltung geschaltet sein, wodurch insbesondere eine verkürzte Baulänge und ein kompaktes Außenmaß des Verbundelements begünstigt werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste und die zweite Komponente unlösbar miteinander verbunden werden, wodurch insbesondere die Handhabbarkeit bei Logistik und Montage sowie Dauerhaltbarkeit und Betriebsfestigkeit verbessert werden.
Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht weiter vor, dass die erste Komponente ein Elastomerelement und die zweite Komponente eine Metallfeder, insbesondere eine Stahlfeder ist.
Dadurch können mehrere unterschiedliche Funktionen effektiv zusammengeführt werden, so beispielsweise kann durch den Elastomeranteil ein besonderes komfortables und realitätsgetreues Gefühl am Bremspedal erreicht und durch den Metallfederanteil eine zuverlässige und schnelle Rückversetzung der Simulatoreinheit in den unbetätigten Ausgangszustand sichergestellt werden.
Für einen besonderes einfachen und robusten sowie kompakten Aufbau der Simulatoreinheit sieht die bevorzugte Ausführungsform ferner vor, dass das Verbundelement bei Betätigung der Simulatoreinheit durch einen axial verschiebbaren Simulatorkolben mechanisch auf Druck belastet wird.
Um die Baulänge der Simulatoreinheit weiter zu verringern, kann bevorzugt der Simulatorkolben das Verbundelement oder alternativ das Verbundelement den Simulatorkolben abschnittsweise radial umschließend aufgebaut sein.
Ein geeigneter Simulatorkolben kann hierfür besonderes kostengünstig und effizient aus Stahlblech im Tiefziehverfahren hergestellt werden.
Für eine besonderes einfache Auslegung kann die Simulatoreinheit dergestalt aufgebaut sein, dass das Verbundelement bei Betätigung der Simulatoreinheit zwischen dem Simulatorkolben und einem festen Widerlager axial komprimiert wird.
Eine effiziente, platzsparende und kostengünstig realisierbare Gestaltung des Verbundelements kann erreicht werden, indem die Metallfeder von einem Elastomerwerkstoff abschnittsweise oder vollständig umhüllt wird. Dies kann beispielsweise in einem vergleichsweise einfach aufgebauten Spritzgusswerkzeug im Spritzgussverfahren erfolgen, wobei die Metallfeder bevorzugt als eine Schraubenfeder ausgebildet sein kann.
Für eine gute Reproduzierbarkeit und einfache Realisierung von Varianten mit unterschiedlichen Kennlinien kann bevorzugt das Elastomerwerkstoff das Federdraht der Metallfeder je nach Ausführung abschnittsweise oder vollständig schlauchartig einer Hülle mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtstärke umschließen, sodass die elastomere Hülle den Windungen der Metallfeder folgt.
Für eine einfache konstruktive Einstellung einer gewünschten Kennlinie des Elastomerelements können Windungen der elastomeren Hülle in axiale Richtung durch eine Wandung aus dem Elastomerwerkstoff einteilig verbunden werden. So kann beispielsweise durch eine einfache Veränderung der Wandungsstärke die Kennlinie der Simulatoreinheit präzise beeinflusst werden.
Gemäß der Erfindung kann die Gesamtkennlinie der Simulatoreinheit im Wesentlichen vom wegabhängigen Kompressionswiderstand des Verbundelements allein vorgebeben, so dass auf ein gesondertes Druckstück verzichtet werden kann und die Auslegung vereinfacht wird. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Nachstehend zeigten:
Fig.1 ein beispielhaftes Bremsgerät in Außenansicht (a) und als einen stark vereinfachten Innenaufbau (b).
Fig.2 eine Ausführungsform der Simulatoreinheit in einem unbetätigten Ausgangszustand in Axialschnitt.
Fig.3 Prinzipdarstellung des Verbundelements.
Fig.4 Kennlinien der Simulatoreinheit und der einzelnen elastischen Komponenten.
Fig.1
Fig.1 zeigt beispielhaft ein gattungsgemäßes Brake-by-Wire Bremsgerät 100 mit einer bekannten Simulatoreinheit 1.
Zum Initiieren einer Bremsung betätigt der Fahrer über ein hier nicht dargestelltes Bremspedal ein daran gekoppeltes Betätigungsglied 2. In einem regulären Bremsmodus wird diese Betätigung über eine hier nicht gezeigte Sensorvorrichtung erfasst und in der elektronischen Steuereinheit 104 verarbeitet. Daraufhin aktiviert die Steuereinheit 104 eine elektromotorische Antriebseinheit 102, welche über eine gesonderte, hier ebenfalls nicht dargestellte Druckerzeugungsvorrichtung den erforderlichen Bremsdruck erzeugt. Ein Druckmittelbehälter 103 speist das Bremsgerät 100 mit dem erforderlichen Druckmittel, beispielsweise einer Bremsflüssigkeit.
Die Betätigungskraft B des Fahrers wird auf einen Flauptzylinderkolben 21 übertragen, welcher in einer in dem Bremsgerätgehäuse 101 angeordneten Flauptzylindereinheit 20 eine mit dem hydraulischen Druckmittel gefüllte Druckkammer 22 begrenzt. In dem vorstehend beschriebenen regulären Bremsmodus ist die Druckkammer 22 über eine Verbindung 23 auf eine in dem Bremsgerätgehäuse 101 des Bremsgeräts 100 angeordnete Simulatoreinheit 1 hydraulisch aufgeschaltet.
Außerhalb eines regulären Bremsbetriebs, in einer sogenannten Rückfallebene, wird die hydraulische Verbindung 23 durch ein Sperrventil 24 abgesperrt und die Druckkammer 22 stattdessen über hier nicht gezeigte weitere Leitungen auf die ebenfalls nicht dargestellten Radbremsen direkt aufgeschaltet.
Die bekannte Simulatoreinheit 1 weist eine in dem Bremsgerätgehäuse 101 erzeugte Kolbenbohrung 3 auf. Darin befinden sich in einer Reihenschaltung angeordnet ein Simulatorkolben 4, eine Metallfeder 15, ein druckstabiles Druckstück 14 und ein Elastomerelement 7. Das Druckstück 14 wird dabei meist ebenso wie der Simulatorkolben 4 als ein Metalldrehteil mit einem präzisen definierten Profil erzeigt.
Bei Betätigung der Hauptzylindereinheit 10 wird das hydraulische Druckmittel aus der Druckkammer 11 in die Simulatoreinheit 1 verdrängt und beaufschlagt dabei den Simulatorkolben 4. Der Simulatorkolben 4 wird dadurch axial in Richtung Elastomerelement 7 verschoben und übt dabei eine Betätigungskraft B auf die Metallfeder 15 aus, welche dabei axial komprimiert wird.
Nach dem Durchlaufen eines definierten Leerhubes legt sich der Simulatorkolben 4 am Druckstück 14 an. Ab dieser Hubposition wird nur noch das Elastomerelement 7 komprimiert, bis der größtmögliche Maxmalhub Smax erreicht ist.
Ein als eine Dichtmanschette ausgebildetes Dichtelement 5 dient zum Abdichten des Simulatorkolbens 4 in der Kolbenbohrung 3, um ein Überströmen des Simulatorkolbens 4 mit dem Druckmittel durch den radialen Randspalt zu verhindern.
Ein Gesamtwiderstand der Simulatoreinheit 1 gegen die Betätigungskraft B ergibt sich aus den anteiligen Widerständen der Metallfeder 15 und des Elastomerelements 7 und verändert sich charakteristisch entlang des Hubes S. Der Gesamtwiderstand hängt im Wesentlichen von den Kennlinien der beiden vorgenannten Einzelkomponenten und von der Ausgestaltung des Druckstücks 14 ab, insbesondere der geometrischen Form und Größe seiner elastomerseitigen Anpressfläche und der Anpressfläche.
Der hubanhängige Gesamtwiderstand der Simulatoreinheit 1 wird von dem Fahrer als eine entgegen der Betätigungskraft B wirkende Gegenkraft G empfunden. Der Verlauf des Gesamtwiderstandes der Simulatoreinheit 1 entlang des Hubs S des Simulatorkolbens 4 oder des Betätigungsglieds 2 wird als Gesamtkennlinie oder einfach Kennlinie der Simulatoreinheit 1 bezeichnet.
Fig.2
Fig.2 zeigt eine bevorzugte erfindungsgemäß verbesserte Ausführungsform der Simulatoreinheit 1 . anstatt einer vorstehend beschriebenen Kombination von in Reihe hintereinander als Einzelkomponenten ausgebildeten Metallfeder 15, Druckstück 14 und Elastomerelements 7 verfügt die verbesserte Simulatoreinheit 1 über ein einzelnes elastisches Verbundelement 6.
Das Verbundelement 6 ist in der Simulatoreinheit 1 zwischen dem Simulatorkolben 4 und einem gehäusefest installierten Verschlussdeckel 17 eingespannt, welcher als Widerlager für das Verbundelement 6 dient.
Bei Betätigung wird über die hydraulische Verbindung 23 Druckmittel in die Simulatoreinheit 1 gepresst, woraufhin der Simulatorkolben 4 sich entlang der Mittelachse M in Betätigungsrichtung B verschiebt und dabei auf das Verbundelement 6 mechanischen Druck ausübt und diesen komprimiert.
In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das Verbundelement 6 aus zwei unlösbar fest miteinander verbundenen Komponenten aufgebaut.
Im Wesentlichen ist das Verbundelement 6 als eine Schraubenfeder 15 aus einem Metallfederdraht 16, insbesondere Stahldraht, aufgebaut, welcher mit einem Elastomerwerkstoff umhüllt ist, beispielsweise umspritzt. In der gezeigten Ausführungsform bildet das Elastomerwerkstoff um das Federdraht 16 eine schlauchförmige Hülle 8 mit einem im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit eine konstanten Schichtstärke. Diese schlauchförmige Hülle 8 windet sich entsprechend entlang der Federwindungen der Metallfeder 15.
Zusätzlich zu ihrer Funktion bei Erzeugung einer durch einen Fahrer bei Betätigung verspürbaren Gegenkraft G fungiert die Metallfeder 15 als eine Rückstellfeder, welche den Simulator Kolben 4 nach einem Betätigungsvorgang in seine unbetätigte Ausgangslage zurückversetzt. Abweichende Formen der Metallfeder 15 bleiben innerhalb der Findung zulässig.
Die einzelnen Windungen der Hülle 8 sind in axiale Richtung durch eine Wandung 9 einteilig miteinander verbunden. Die Querschnittstärke der Wandung 9 ist in der gezeigten Ausführung deutlich geringer als der Durchmesser der Hülle 8 ausgelegt und ist vergleichbar mit deren Schichtstärke. Isoliert betrachtet windet sich die Wandung 9 spiralförmig zwischen den Windungen der Metallfeder 15 beziehungsweise Hülle 8.
Innerhalb der Erfindung ist es selbstverständlich zulässig, dass die Metallfeder 15 beispielsweise nicht vollständig, sondern nur abschnittsweise von dem Elastomerwerkstoff umhüllt wird. Ebenso können Schichtstärken der Hülle 8 und Wandung 9 variieren. Es ist ferner vorstellbar und zulässig, auf die Wandung 9 gänzlich zu verzichten sodass die einzelnen Windungen der Hülle 8 in axiale Richtung voneinander separiert sind.
Die Gesamtheit des Elastomerwerkstoffes im Verbundelement 6 fungiert als ein Elastomerelement 7 mit einer für Elastomerfeder charakteristischen progressiven Kennlinie.
Simulatorkolben 4 ist napfförmig sowie vergleichsweise dünnwandig mit einer konstanten Wandstärke ausgebildet und umfasst das Verbundelement 6 radial zu etwa der Hälfte seines axialen Längenmaßes wodurch die axiale Baulänge beziehungsweise Bauhöhe der Simulatoreinheit 1 praktischerweise vergleichbar kurz ausfällt. Eine derartige Simulatorkolben 4 kann beispielsweise als einfaches Tiefziehteil aus Stahlblech hergestellt werden.
Innerhalb der Erfindung sind jedoch abweichend gestalteten Simulatorkolben 4 ebenso zulässig, beispielsweise kann der Simulatorkolben einen zusätzlichen zentralen Vorsprung zur Stabilisierung des Grundelement 6 in radiale Richtung nach innen aufweisen oder dergestalt aufgebaut sein, dass das Verbundelement 6 den Simulatorkolben radial abschnittsweise umschließt.
Fig.3
Fig.3 zeigt eine stark vereinfachte Prinzipskizze der Simulatoreinheit 1 Im Unterschied zu der in der Fig. 1 bei der bekannten Simulatoreinheit 1 eingesetzten Reihenschaltung sind das Elastomerelement 7 und die Metallfeder 15 wirkmäßig in einer Parallelschaltung geschaltet zwischen dem Simulatorkolben 4 und dem Deckel 17 als Widerlager eingespannt. Gemäß dem Schaltprinzip verteilt sich die Betätigungskraft B als Teilkräfte auf beide Federelemente 7 und 15, wobei der Hub S und somit der Komprimierungweg für beide Komponenten identisch bleibt.
Fig.4 Fig.4 zeigt lediglich prinzipiell, vereinfacht und nicht maßstäblich Kennlinien von Federelementen innerhalb der Simulatoreinheit 1.
Eine Kennlinie entspricht der Veränderung einer durch ein Federelement erzeugten Widerstandskraft F über die jeweilige Längenänderung. Weil das Elastomerelement 7 und die Metallfeder 15 in dem Verbundelement 6 parallelgeschaltet sind, bleibt die Längenänderung beziehungsweise der Komprimierungsweg für beide Komponenten identisch und entspricht dem Hub S.
Die Kennlinien des Elastomerelements 7 und der Metallfeder 15 sind unterschiedlich. Die Metallfeder 15 verfügt übereine lineare Kennlinie 12, wogegen das Elastomerelement 7 eine progressive Kennlinie 11 aufweist. Gemäß dem Schaltprinzip addieren sich die jeweiligen einzelnen Widerstandskräfte der beiden Komponenten 7,15 zu einer gesamten Gegenkraft G, und die einzelnen Kennlinien 11,12 zu einer Gesamtkennlinie 13, welche die Simulatoreinheit 1 charakterisiert.
Bezugszeichen
1 Simulatoreinheit
2 Betätigungsglied
3 Kolbenbohrung
4 Simulatorkolben
5 Dichtelement
6 Verbundelement
7 Elastomerelement
8 Hülle
9 Wandung
10 Windung
11 Kennlinie
12 Kennlinie
13 Gesamtkennlinie
14 Druckstück
15 Metallfeder
16 Federdraht
17 Verschlussdeckel
20 Hauptzylindereinheit
21 Hauptzylinderkolben
22 Druckkammer
23 Verbindung
24 Sperrventil
100 Bremsgerät
101 Bremsgerätgehäuse
102 Antriebseinheit
103 Druckmittelbehälter
104 Elektronische Steuereinheit
B Betätigungskraft
G Gegenkraft
M Mittelachse
S Hub

Claims

Patentansprüche
1. Bremsgerät (100) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage umfassend wenigstens eine Simulatoreinheit (1 ) zum Erzeugen einer entgegen einer Betätigungskraft (B) wirkenden, auf ein Betätigungsglied (2) des Bremsgeräts (100) rückgekoppelten Gegenkraft (G), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Simulatoreinheit (1 ) wenigstens ein elastisches Verbundelement (6) aufweist, wobei das Verbundelement (6) wenigstens eine erste (7) und eine zweite (15) miteinander verbundenen elastischen Komponenten mit jeweils unterschiedlichen Kennlinien (11 ,12) umfasst.
2. Bremsgerät (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die erste (7) und die zweite (15) Komponenten wirkmäßig in einer Parallelschaltung geschaltet sind.
3. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste (7) und die zweite (15) Komponenten unlösbar miteinander verbunden sind.
4. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (7) ein Elastomerelement und die zweite Komponente (15) eine Metallfeder ist.
5. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundelement (6) bei Betätigung der Simulatoreinheit (1 ) durch einen axial verschiebbaren Simulatorkolben (4) mechanisch auf Druck belastet wird.
6. Bremsgerät (100) nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Simulatorkolben (4) das Verbundelement (6) oder das Verbundelement (6) den Simulatorkolben (4) abschnittsweise radial umschließt.
7. Bremsgerät (100) nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundelement (6) bei Betätigung der Simulatoreinheit (1 ) zwischen dem Simulatorkolben (4) und einem festen Widerlager axial komprimiert wird.
8. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfeder (15) von einem Elastomerwerkstoff des Elastomerelements (7) abschnittsweise oder vollständig umhüllt ist.
9. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 4 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfeder (15) aus einem Federdraht (16) als eine
Schraubenfeder) ausgebildet ist.
10. Bremsgerät (100) nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomerelement (7) das Federdraht (16) zumindest abschnittsweise dergestalt mit einer Hülle (8) mit einer im Wesentlichen konstanten Schichtstärke umschließt, dass die Hülle (8) zur Metallfeder (15) korrespondierenden Windungen (10) aufweist.
11. Bremsgerät (100) nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (10) der Hülle (8) in axiale Richtung durch eine Wandung (9) aus dem Elastomerwerkstoff verbunden sind.
12. Bremsgerät (100) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamtkennlinie (13) der Simulatoreinheit (1) von einem hubabhängigen Kompressionswiderstand des Verbundelements (6) vorgebeben ist.
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