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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung
für ein
Fahrzeugsbremssystem, insbesondere für ein "By-Wire Bremssystem", mit einem Bremspedal und einer Bremspedalachse,
an der das Bremspedal drehbar angeordnet ist. Die Erfindung betrifft
ferner ein Fahrzeug mit einer derartigen Betätigungsvorrichtung.
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Bei
Fahrzeugbremssystemen können
elektrische Leitungen zur Übertragung
des Bremswunsches von einem Bremspedal oder einem anderen Stellteil
zu einer Steuereinheit zum Einsatz kommen. Am Bremspedal sind dazu
in der Regel Sensoren angeordnet, mit denen durch Kraft- und/oder
Verstellwegmessungen typischerweise der Bremswunsch des Fahrers
erkannt wird. Die Messsignale werden von einer Steuereinheit erfasst,
welche sie zur Berechnung der erforderlichen Sollverzögerung verwendet.
Abhängig
von der Ausführungsform
der Radaktuatoren ermittelt die Steuereinheit elektrische oder hydraulische
Sollwerte und steuert die an den Rädern des Fahrzeugs angebrachten
Aktuatoren an.
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Bei
der elektrischen Übertragung
des Bremswunsches besteht keine mechanische Verbindung und damit
wirkt das Bremssystem nicht zwangsläufig mechanisch auf das Stellteil
der Bremse rück.
Solche Rückwirkungen
können
bei einem hydraulischen Bremssystem beispielsweise beim Pulsieren
der Hydraulikpumpe entstehen, wenn diese sich im Regelmodus des
Antiblockiersystems (ABS-Eingriff) befindet. Fahrer können die
Pedalreaktion als Rückmeldung
für einen
niedrigen Haft- bzw. Reibwert der Räder auf der Straße nutzen.
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Es
wurden daher Lösungen
für Fahrzeugbremsen
mit einer elektrischen Übertragung
des Bremswunsches entwickelt, die dem Fahrer die von hydraulischen
Bremssystemen bekannte Pedalreaktion und das damit einhergehende
typische Bremsempfinden bei Betätigung
der Bremse zur Verfügung stellen.
So ist beispielsweise aus der
DE 102 29 843 A1 ein motorangetriebener Rückkopplungsmechanismus
bekannt, bei dem das Bremspedal mit einer Welle verbunden ist, die
von einem bidirektionalen Motor angetrieben und drehmomentgesteuert
betrieben wird. Die Ansteuerung des bidirektionalen Motors erfolgt über eine
Motorsteuereinheit in Verbindung mit einem geeigneten Mikroprozessor,
wobei Sensoren zum Messen von Pedalparametern und zum Bereitstellen
einer Rückkopplung
für den
Mikroprozessor vorgesehen sind. Bei dem aus der
DE 102 29 843 A1 bekannten
motorangetriebenen Rückkopplungsmechanismus
ist das Bremspedal fest mit der über
den bidirektionalen Motor antreibbaren Welle verbunden, so dass
ein beim Betreiben des Motors bewirktes Drehen der Welle unmittelbar
in eine Drehung des Bremspedals umgesetzt wird. Letztlich kann so über eine
geeignete Ansteuerung des bidirektionalen Motors, die über die
Sensoren, den Mikroprozessor und die Motorsteuereinheit realisiert wird,
dem Fahrer die erwünschte
Kraftrückkopplung bereitgestellt
werden. Ein Ausfall des bidirektionalen Motors hat neben dem Ausfall
des Rückkopplungsmechanismus
jedoch zusätzlich
zur Folge, dass das Bremspedal aufgrund der bestehenden Verbindung zu
der Welle nicht mehr ohne weiteres um diese drehbar ist. Um insbesondere
bei einer Blockade des bidirektionalen Motors weiterhin einen hinreichenden Rückkopplungsmechanismus
zu realisieren, ist die Welle über
ein aufwendiges Getriebe in Form eines Planetenradsystems mit dem
bidirektionalen Motor gekoppelt, welches hautsächlich dazu dient, den von dem
bidirektionalen Motor zugeführten
Drehmomentpegel auf für
die Welle geeignete Pegel umzusetzen. Insgesamt betrachtet ist daher
der aus der
DE 102
29 843 A1 bekannte motorangetriebene Rückkopplungsmechanismus verhältnismäßig aufwendig
gestaltet, um einen wirksamen Rückkopplungsmechanismus
bereitzustellen, der insbesondere auch bei einer Blockade des bidirektionalen
Antriebsmotors noch hinreichend aufrechterhalten werden kann. Dies
hat auch zur Folge, dass eine herkömmliche Betätigungsvorrichtung zur Integration
der aus der
DE 102
29 843 A1 bekannten Vorrichtung nur aufwendig umzurüsten ist.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungsvorrichtung für ein Fahrzeugsbremssystem,
insbesondere für
ein "By-Wire Bremssysteme" anzugeben, die einfach
gestaltet ist und einen wirksamen Rückkopplungsmechanismus bereitstellt,
und die zudem, ohne große Änderungen
vornehmen zu müssen,
auf der Basis einer herkömmlichen
Betätigungsvorrichtung
für ein
hydraulisches Bremssystem realisiert werden kann.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer
Betätigungsvorrichtung
gemäß Anspruch
1 und einem Fahrzeug gemäß Anspruch
9 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine
Betätigungsvorrichtung
für ein Fahrzeugsbremssystem,
insbesondere für
ein "By-Wire Bremssystem", mit einem Bremspedal
und einer Bremspedalachse, an der das Bremspedal drehbar angeordnet
ist, vorgesehen. Die Bremspedalachse ist selbst drehbar gestaltet
und mit einem Drehantrieb versehen. Sie ist ferner zumindest entlang
eines Abschnitts exzentrisch ausgebildet, wobei das Bremspedal an
dem Abschnitt drehbar angeordnet ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
kann auf einfache Weise durch Drehung der zumindest abschnittsweise
exzentrisch ausgebildeten Bremspedalachse (wobei die Symmetrieachse von
deren exzentrischem Abschnitt also nicht mit der Drehachse der Bremspedalachse
zusammenfällt) eine
pulsierende Bewegung des Bremspedals erzeugt werden, an die ein
Fahrer von herkömmlichen hydraulischen
Bremssystem gewöhnt
ist. Ferner kann dem Fahrer durch die so erzeugte Pedalpulsation
haptisch eine Rückmeldung über einen
niedrigen Haft- bzw. Reibwert an den Fahrzeugrädern oder einen ABS-Einsatz
angezeigt werden.
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Das
Drehen der Bremspedalachse erfolgt über einen Drehantrieb, wie
einen Motor, der an die Bremspedalachse gekoppelt ist. Der Drehantrieb kann
erfindungsgemäß von einem
Steuergerät
angesteuert werden, welches nach Maßgabe eines Rückmeldesignals
aus dem restlichen Bremssystems dessen Zustand erkennt.
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Erfindungsgemäß ist das
Bremspedal schwenkbar an dem exzentrisch ausgebildeten Abschnitt
der Bremspedalachse angeordnet, also insbesondere nicht fest mit
der Bremspedalachse verbunden. Dies hat den Vorteil, dass bei Ausfall
des Drehantriebs der Bremspedalachse lediglich die Pedalpulsation
nicht mehr realisiert werden kann, während die Betätigungsvorrichtung
für weitere
Funktionen problemlos weiter einsetzbar ist, da die Verschwenkbarkeit
des Bremspedals um die Bremspedalachse von einem Ausfall des Drehantriebs
nicht beeinflusst wird. Insbesondere ist ein Ausfall eines Drehantriebs
ohne Einfluss auf das jeweilige Bremssystem und die Bremsfunktion.
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Schließlich kann
auch eine gewöhnliche
Betätigungsvorrichtung
eines Bremssystems mit nur geringen Änderungen und ohne großen Aufwand
in die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung
umfunktioniert werden. Hierzu ist lediglich die Bremspedalachse
einer üblichen
Betätigungsvorrichtung
durch eine zumindest abschnittsweise exzentrisch ausgebildete und
drehbare Bremspedalachse zu ersetzen und ein Drehantrieb für die Bremspedalachse
bereitzustellen, der von einem geeigneten Steuersystem angesteuert
wird. Die übrigen
Komponenten können ohne
Veränderung
beibehalten werden.
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Bei
der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
ist die Bremspedalachse mit einen Drehantrieb gekoppelt, um die
Bremspedalachse zu drehen, wobei die Kopplung bevorzugt über ein
Getriebe erfolgt, das zwischen dem Drehantrieb und der Bremspedalachse
angeordnet ist. Bei praktischen Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung
kann als Drehantrieb ein elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer
Drehantrieb verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist der exzentrisch ausgebildete Abschnitt, an dem das Bremspedal
drehbar angeordnet ist, einstückig
mit der Bremspedalachse ausgebildet, wobei vorzugsweise der gesamte
Mittelbereich der Bremspedalachse exzentrisch ausgebildet ist. Alternativ
kann der exzentrisch ausgebildete Abschnitt auch zweiteilig ausgebildet
sein, mit einem nicht exzentrisch ausgebildeten inneren Teilstück und einem
auf diesem Teilstück
angebrachten Exzenterelement. Auf diese Weise können auf der Basis einer Grundachse
einfach und kostengünstig mehrere,
für verschiedenartige
Pedalpulsationen erforderliche Exzentrizitäten bereitgestellt werden.
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Bei
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist das
Bremspedal mit einer Bremssteuereinheit gekoppelt, vorzugsweise derart,
dass das Bremspedal über
eine Koppelstange, die an dem Bremspedal angebracht und mit der Bremssteuereinheit
verbunden ist, mit der Bremssteuereinheit gekoppelt ist. Die Bremssteuereinheit dient
erfindungsgemäß der Erzeugung
des für
ein "By-Wire Bremssystem" erforderlichen Bremspedalgefühls, welches
der Fahrer von einem herkömmlichen
hydraulischen Bremssystem kennt und gewohnt ist. Dieses Bremspedalgefühl hängt unter
anderem von der Kraft ab, die zur Betätigung der Bremse vom Fuß des Fahrers
auf das Bremspedal zu übertragen
ist, und ferner von dem jeweils resultierenden Bremspedalweg bei
Betätigung
des Bremse, der jeweiligen Dämpfung
und der Hysterese. Die Bremssteuereinheit ist dazu augepasst, all
diese Einflussgrößen zu berücksichtigen
und ein Bremspedalgefühl über die
Koppelstange auf das Bremspedal zu übertragen. Zur Realisierung
eines realistischen Bremspedalgefühls werden der Bremssteuereinheit entsprechende
Messsignale von Sensoren zur Verfügung gestellt, die vorzugsweise
an dem Bremspedal angebracht sind, um beispielsweise die vom Fahrer auf
das Bremspedal übertragene
Kraft bzw. den Weg messen, den das Bremspedal bei Betätigung zurücklegt.
Die so erfindungsgemäß vorgesehene
Funktion der Bereitstellung eines Bremspedalgefühls wird durch einen Ausfall
des oben beschriebenen Drehantriebs, der für die Erzeugung einer Pedalpulsation vorgesehen
ist, nicht beeinflusst. Ein Ausfall des Drehantriebs hat lediglich
zur Folge, dass eine Pedalpulsation vorübergehend nicht bereitgestellt
werden kann. Die Funktion der Bremssteuereinheit bzw. die Funktion
der Betriebsbremse ist hiervon jedoch nicht betroffen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung anhand
der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, und
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2 eine
schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung aus 1.
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1 zeigt
eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 10 für ein weiter
nicht dargestelltes "By-Wire Bremssystem" eines Kraftfahrzeugs.
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Eine
Bremspedalachse 12 ist in einem Bremspedalblock 14 drehbar
aufgenommen. Auf der Bremspedalachse 12 ist der eine Endbereich
eines im Wesentlichen stabförmigen
Bremspedals 16 drehbar gelagert, welches an seinem anderen
Endbereich mit einer Trittfläche 18 versehen
ist.
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Die
Bremspedalachse 12 ist im mittleren Abschnitt, dort wo
auch das Bremspedal 16 drehbar gelagert ist, exzentrisch
ausgebildet, derart, dass die Symmetrieachse dieses Abschnitts der
Bremspedalachse 12 von der Drehachse der Bremspedalachse 12 um
eine vorgegebene Exzentrizität
beabstandet ist. Die Exzentrizität
beträgt
zwischen ca. 0,8 mm und 2,2 mm, bevorzugt zwischen ca. 1,0 mm und
2,0 mm.
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Bei
Drehung der Bremspedalachse 12 erfolgt mittels der derart
ausgebildeten Exzentrizität eine
Verschwenkung des Bremspedals 16 um die Bremspedalachse 12,
und zwar mit einer Amplitude, die von der jeweils vorgegebenen Exzentrizität abhängt. Typische
Werte für
eine zu realisierende Amplitude, gemessen an der Trittfläche 18 des
Bremspedals 16, liegen im Bereich zwischen ca. 0 mm und ca.
5,0 mm, mit einer typischen Pulsationsfrequenz im Bereich zwischen
ca. 1 Hz. und ca. 10 Hz.
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Aufgrund
dieser vergleichsweise kleinen Amplituden ist es nicht erforderlich,
dass die Ruhelage bzw. Nulllage der drehbaren Bremspedalachse 12 im
Normalbetrieb des Bremssystems besonders beachtet werden müsste. Das
Ansteuern bzw. Verdrehen der in ihrem Mittelbereich exzentrischen
Bremspedalachse 12 wird dadurch wesentlich vereinfacht.
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Als
Drehantrieb ist für
die Bremspedalachse 12 ein Elektromotor 24 mit
einem Getriebe 26 vorgesehen, welches an die Bremspedalachse 12 gekoppelt
ist. Die Bremspedalachse 12, der Elektromotor 24 und
die Getriebeübersetzung
des Getriebes 26 sind zur Erzielung von Amplituden und
Pulsationsfrequenzen innerhalb der obigen Wertebereiche entsprechend
ausgelegt. Der Elektromotor sollte aus Kostengründen vorteilhaft ein üblicher
Gleichstrommotor (DC-Motor) sein. Das Getriebe 26 ist derart ausgelegt,
dass an die erforderliche Spielfreiheit, das maximale Drehmoment
und die notwendige Leistung des Elektromotors 24 nur geringe
Anforderungen zu stellen sind.
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Die
erforderliche Leistung und das erforderliche Drehmoment des Elektromotors 24 hängen von den
jeweiligen Vorgaben für
die erwünsche
Amplitude und Frequenz der Pedalpulsation ab. Der Elektromotor 24 selbst
ist über
eine elektrische Steuerleitung 28 mit einem Steuergerät 30 des "By-Wire Bremssystems" verbunden, für das die
erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 10 vorgesehen
ist, und ferner zur Energieversorgung mit einem Energiebordnetz
(nicht dargestellt) des zugehörigen
Fahrzeugs verbunden.
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An
dem Bremspedal 16 ist ferner etwa in der Mitte seiner Längserstreckung
ein Drehzapfen 20 angebracht, an dem eine Koppelstange 22 drehbar
angeordnet ist. Die Koppelstange 22 durchsetzt längsverschiebbar
einen Teil des Bremspedalblocks 14 und ist mit einer Bremssteuereinheit 32 (auch
BOU genannt für „Brake
Operation Unit")
verbunden, welche der Erzeugung des für das "By-Wire Bremssystem" erforderlichen Bremspedalgefühls dient.
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Über die
so mittels der Koppelstange 22 vorgenommene Kopplung des
Bremspedals 16 mit der Bremsteuereinheit 32, kann
ein jeweils zu erzeugendes Bremspedalgefühl auf das Bremspedal 16 und letztlich über die
Trittfläche 18 auf
den Fahrerfuß übertragen
werden.
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Bei
normalem Betrieb ohne Pulsation des Bremspedals 16 wird
die vom Fahrerfuß auf
das Bremspedal 16 übertragene
Kraft in die Bremssteuereinheit 32 eingeleitet und an der
Bremspedalachse 12 abgestützt. Ein Betriebsausfall des
Elektromotors 24 hätte
lediglich den Ausfall der Pulsationsfunktion zur Folge, das jeweilige "By-Wire Bremssystem" und die Bremsfunktion
an sich wären
hiervon nicht betroffen.
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Die
in den 1 und 2 dargestellte erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung 10 lässt sich,
ohne große Änderungen
vornehmen zu müssen,
aus einer herkömmlichen
Betätigungsvorrichtung
für ein
hydraulisches Bremssystem realisieren. Hierzu sind lediglich der
Bremspedalblock 14 und die Bremspedalachse 12 geringfügig umzuändern, unter anderem
mit dem Vorteil, dass eine Anpassung an eine Spezifikation eines
Fahrzeugherstellers ohne großen
Aufwand möglich
ist.