DE19741366C1

DE19741366C1 - Bremspedaleinrichtung

Info

Publication number: DE19741366C1
Application number: DE19741366A
Authority: DE
Inventors: Michael Huber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Chassis Brakes International Technologies Pty Ltd
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2017-09-20
Also published as: GB9820458D0; GB2332502A; DE19741366C5; GB2332502B; FR2768678A1; US6253635B1; FR2768678B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremspedaleinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei herkömmlichen Kraftfahrzeug-Bremsanlagen wird die Brems kraft von dem Fahrer über das Bremspedal erzeugt, in der Re gel verstärkt und über hydraulische Druckleitungen auf die Radbremszylinder übertragen. Bei Fremdkraftbremsanlagen be steht zwischen der Betätigungseinheit, das heißt dem Bremspe dal, und den Radbremsen keine mechanische, pneumatische oder hydraulische Verbindung. Der Fahrer kann durch Betätigen des Bremspedals zwar die Bremskraft mittels geeigneter Steuervor richtungen beeinflussen, aber seine Muskelkraft beim Betäti gen des Bremspedals wird weder ganz noch teilweise zum Erzeu gen der Bremskraft genutzt.

Wird die Fremdkraftbremsanlage elektronisch gesteuert und werden die Radbremsen mit elektri scher Energie betätigt, so ist zum Erfassen des Verzögerungs wunsches des Fahrers eine spezielle Bremspedaleinrichtung nö tig, die Betätigungen des Bremspedals mit Sensoren erfaßt und elektrische Signale erzeugt, die in elektronischer Form an ein Bremsensteuergerät übermittelt werden (DE 196 15 186 C1; ATZ 98, 1996, Heft 6, Seiten 328 bis 332).

Bei herkömmlichen hydraulischen Bremssystemen ist die Pedal kennlinie nur in sehr engen Grenzen veränderbar, da sie auf grund der hydraulischen Kopplung zwischen der Betätigungsein heit und den Radbremsen von dem Aufbau des Bremssystems - das heißt der Größe der Radbremszylinder, der Auslegung des Bremskraftverstärkers und des Hydraulikflüssigkeitvolumens - abhängt.

Die Kraft-/Weg Charakteristik eines bekannten Bremspedals zum Ansteuern einer elektrischen Bremsanlage wird durch einen Tellerfederstapel erzeugt, der über eine gelenkig gelagerte Stange mit dem Bremspedal verbunden ist (DE 195 40 705 A1). Dazu ist der Tellerfederstapel aus Tellerfedern mit unter schiedlicher Kennung zusammengesetzt.

Bei einer ebenfalls bekannten Bremspedalanordnung für elek trische Bremsanlagen (EP 0 708 006 A1) wird die Reaktions kraft auf eine Bremspedalbetätigung durch zwei Schraubenfe dern mit unterschiedlichen Federkennlinien erzeugt, die eine gelenkig mit dem Bremspedal verbundene Kolbenstange umschlie ßen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem Auf wand eine Bremspedaleinrichtung zu schaffen, die eine ergo nomisch günstige Betätigung der Bremsen ermöglicht. Außerdem soll deren Pedalkennlinie an den jeweiligen Kraftfahrzeugtyp und Einsatzzweck angepaßt werden können. So soll zum Beispiel bei einem sportlichen Fahrzeug eine etwas härtere Pedalkenn linie, die bei gleichem Pedalweg eine höhere Betätigungskraft erfordert, eingestellt werden können, als etwa bei einer kom fortbetonten Bremsanlage einer Limousine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremspedalein richtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Bremspedaleinrichtung ist mit einer Feder versehen, die Bremsbetätigungskräften, die auf das Bremspedal ausgeübt wer den, einen Widerstand entgegensetzt und die eine nichtlineare Federkennlinie, insbesondere eine progressive Federkennlinie aufweist. Vorteilhaft ist dabei, daß bei Bremsungen mit ge ringen Verzögerungen, das heißt bei Normalbremsungen, das an fangs über einen ausreichend langen Pedalweg verhältnismäßig weiche Bremspedal eine sehr feinfühlige Dosierung der Brems wirkung ermöglicht. Bei einer Notbremsung dagegen wird das Bremspedal schnell durchgetreten und mit hoher Fußkraft be dient. Um die Reaktionszeit kurz zu halten, ist es nützlich, daß der Pedalweg möglichst gering ist. Die weiche Zone mit geringer Pedalkraft wird schnell durchschritten und danach steigt die Pedalkraft mit sehr geringem Pedalweg stark an. Vorteilhafterweise wird die Bremspedaleinrichtung so aus gelegt, daß die maximale Pedalkraft, die von einem Normalfah rer aufgebracht werden soll, bei dem ergonomisch günstigsten Pedalweg auftritt. Da keine mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den elektrisch betätigten Bremsen besteht, kann das Pedalgefühl unabhängig von der Ausführung der Brem sanlage und dem Fahrzeugtyp frei festgelegt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge mäßen Bremspedaleinrichtung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bremspe daleinrichtung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Bremspe daleinrichtung;

Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer, gegenüber der Ausführung nach Fig. 3 einfacheren, Bremspe daleinrichtung; und

Fig. 5 bis 7 Beispiele von Federkennlinien der Brems pedaleinrichtungen nach den Fig. 1 bis 4.

Eine Bremspedaleinrichtung 1 - auch als Bremswertgeber oder Pedalsimulator bezeichnet - weist eine bogen- oder halbkreis förmig gebogene Blattfeder 2 auf, an der sich ein Bremspedal 3 abstützt. Der gesamten von dem Fahrer auf das Bremspedal 3 aufgebrachten Fußkraft wird von der Blattfeder 2 eine Wider stands- oder Reaktionskraft entgegengesetzt. An ihrem oberen Ende 4 ist die Blattfeder 3 fest in einer Halterung 5, zum Beispiel an den Rahmen des Kraftfahrzeugs oder in einem Pe dallagerbock, eingespannt. Das Ende 4 ist dazu in eine hori zontale Führungsnut 6 eingesteckt und mit einem schematisch angedeuteten Fixierungselement 7, zum Beispiel einem Stift, befestigt. Am Austritt der Blattfeder 2 aus der Führungsnut 6 weist diese eine abgerundete Kante 8 auf, die verhindert, daß dort Spannungsspitzen in der Blattfeder 2 auftreten.

An ihrem unteren Ende 10 ist die Blattfeder 2 durch ein Dreh gelenk 11 mit dem Bremspedal 3 verbunden. Dort wird die am Bremspedal 3 eingeleitete Fußkraft abgestützt. Die Verbindung erfolgt mit einem Zylinderstift 12. Um die Reibung zwischen dem Zylinderstift 12 und der Blattfeder 2 zu verringern, kann eine Gleitlagerbuchse (zum Beispiel eine Bronzebüchse) oder ein Wälzlager (zum Beispiel ein Nadellager) zwischen beiden Teilen eingefügt werden. Die Reibung kann auch einstellbar gestaltet werden.

Da die Blattfeder 2 eine weitgehend lineare Kennlinie auf weist, ist ein Anschlag 14 für die Blattfeder vorgesehen, mit dem eine progressive Pedalkennlinie erreicht wird. Die Blatt feder 2 berührt nach Überstreichen eines vorgegebenen Pedal weges den Anschlag 14, durch den dann ihre freie Durchbiegung eingeschränkt wird. Damit steigt bei weiterer Betätigung des Bremspedals 3 die Pedalkraft überproportional an. Um den Übergang dieses progressiven Kraftanstiegs weich zu gestal ten, nimmt der Abstand zwischen dem Anschlag 14 und der Blattfeder 2 in Richtung von dem oberen zu dem unteren Ende der Blattfeder 2 zu, beide Teile bilden einen keilförmigen Ringspalt. An seinem oberen Ende 16 ist somit der keilförmige Spalt 15 schmäler als an seinem unteren Ende 17. Dadurch legt sich die Blattfeder 2 zuerst an dem (in der Zeichnung) oberen Ende des Anschlags 14 an und schließt bei weiterer Pedalbetä tigung allmählich den keilförmigen Ringspalt 15. Sobald der Ringspalt 15 vollständig geschlossen ist, das heißt die Blattfeder 2 vollständig an dem Anschlag 14 anliegt, ist der maximale Pedalweg erreicht.

Der Pedalweg, der dem von dem Bremspedal bei Betätigung durch den Fahrer überstrichenen Drehwinkel entspricht, wird mit ei nem Drehwinkelsensor 18 erfaßt, der an einem Drehlager 19, in dem das Bremspedal gelagert ist, angebracht ist. Die auf das Bremspedal ausgeübte Pedalkraft wird mit einem oder zwei Kraftsensoren 20 erfaßt, die zum Beispiel als Dehnmeßstreifen ausgebildet sind.

Bei einer zweiten Ausführung einer Bremspedaleinrichtung 21 (Fig. 2) ist für die Blattfeder 2 ein Anschlag 24 vorgese hen, der als einfacher zylindrischer Bolzen ausgebildet ist. Bei Betätigung des Bremspedals steigt die mit dem Fuß aufzu bringende Betätigungskraft zunächst proportional zu dem Pe dalweg an. Erreicht die Blattfeder 2 den Anschlag 24, so wird wiederum die freie Durchbiegung der Blattfeder eingeschränkt. Damit steigt die Pedalkraft überproportional an. Wird der Durchmesser des den Anschlag 24 bildenden Bolzens genügend groß gewählt, ergibt sich ein weiches Eintreten der Progres sion der Federkonstante, da sich die Blattfeder 2 dann nicht ruckartig an den Bolzen anschmiegt. Die weiteren Bezugszei chen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremspedaleinrichtung 26 (Fig. 3) wird die Widerstands- oder Reaktionskraft auf das Bremspedal 27 mit einer zusätzlichen federnden Stützanordnung 28 progressiv gestaltet. Die Grund kraft wird hier von einer Drehfeder 29 aufgenommen, die koa xial um den Drehpunkt oder das Drehlager des Bremspedals 27 herum angeordnet ist. Ein oberer Schenkel 30 der Feder 29 ist mit einer Halterung 32 am Kraftfahrzeug, zum Beispiel an des sen Rahmen oder einem Pedallagerbock, fest verbunden. Am ein fachsten ist die Halterung als Anschlagplatte ausgebildet. Ein unterer Schenkel 33 der Drehfeder 29 liegt an einem An schlag 34 an, der an dem Bremspedal 27 vorgesehen ist. Die Drehfeder 29 selbst hat prinzipbedingt eine lineare Feder kennlinie R_DF.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird mit der Federkennlinie R_DF der Drehfeder 29 der Anfangsbereich der Kennlinie der Pe daleinrichtung 26 abgedeckt. Der gewünschte progressive An stieg der Kennlinie oder Charakteristik der Pedaleinrichtung 26 wird durch die zusätzliche federnde Stützanordnung 28 er reicht. Diese schließt eine Abstützstange 36 ein, die schräg an dem Bremspedal 29 angreift, so wie einen mit ihr verbunde nen Federtopf 37. Eingebracht wird die zusätzliche Stützkraft über ein Drehgelenk 38, an dem die Abstützstange 36 mit dem Bremspedal 29 verbunden ist. An ihrem oberen Ende ragt die Abstützstange 36 in den Federtopf 37 hinein, der über ein Drehgelenk 40 mit einem festen Punkt im Kraftfahrzeug verbun den ist.

An der Abstützstange 36 ist eine kreisförmige Scheibe 41 be festigt, zum Beispiel angeschweißt, die an einer Schrau ben(druck)feder 42 anliegt. Diese hat in dem Federtopf 37 ein axiales Spiel 43, weshalb sie erst nach Überstreichen eines vorgegebenen Leerwegs wirksam wird. Nach einer den Leerweg überschreitenden Betätigung des Bremspedals wird die Schrau benfeder durch die Scheibe 41 zusammengedrückt, und zwar ma ximal so weit, bis alle Windungen der Schraubenfeder 42 an einander liegen. Eine weitere Erhöhung der Pedalkraft wird durch einen elastischen Anschlag 44 ermöglicht, der zum Bei spiel als Gummischeibe 44 ausgebildet ist. Die Wirkung dieser Gummischeibe 44 auf die Gesamtkennlinie der Pedaleinrichtung 26 wird in dem Diagramm von Fig. 7 verdeutlicht. Um die Druckkraft von der Schraubenfeder 42 homogen in die elasti sche Scheibe 44 einzuleiten, ist zwischen diesen beiden eine steife Druckplatte 46 eingefügt.

Zum Messen der Pedalbetätigung dienen auch hier der oder die Drehwinkelsensor(en) 18 und Kraftsensor(en) 20.

Ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremspedaleinrichtung 48 (Fig. 4) stellt eine vereinfachte Variante zu der Pedaleinrichtung 26 gemäß Fig. 3 dar. Eine federnde Stützanordnung 49 besteht hier aus einem elastischen Formteil 50, zum Beispiel aus einem Gummi- oder Kautschukpuf fer, und einer Druckstange 51. Die Gesamtlänge der Stützan ordnung 49 ist so kurz, daß sie horizontal nach vorne in dem Fahrzeug, zum Beispiel an dessen Spritzwand 54, montiert wer den kann. Die progressive Gegen- oder Reaktionskraft auf die Pedalbetätigungskraft wird hier in dem elastischen Formteil 50 aufgebaut. Der Anfangsbereich der Pedalkennlinie wird auch hier mit der Drehfeder 29 abgedeckt. In diesem Bereich wird die Abstützung durch den Gummipuffer noch nicht wirksam, da zwischen ihm und der Spritzwand 54 ein axiales Spiel 55 vor handen ist.

An dem linken Ende der Druckstange 51 ist ein Gabelkopf 56 vorhanden, der mit einem Drehgelenk 58 an dem Bremspedal 59 befestigt ist. Das Drehgelenk 58 kann mit einem einfachen Zy linderstift realisiert werden. Von der Druckstange 51 wird die Bremsbetätigungskraft über einen Kugelkopf 60 und eine Druckplatte 61 auf das elastische Formteil 50 übertragen. Da mit wird die Axialkraft homogen in dieses eingeleitet. Das Formteil 50 hat eine rotationssymmetrische Form, es ist zen trisch durchgebohrt und hat an seiner linken Seite eine aus der Zeichnung ersichtliche konische Aufweitung. Es ist auf einem Führungsstift 63, der an der Spritzwand 54 befestigt ist, zum Überbrücken des axialen Spiels verschiebbar gela gert. Aufgrund der Geometrie des elastischen Formteils 50 hat die federnde Stützanordnung 49 eine progressive Kraft-Weg- Kennlinie. Je weiter das Formteil 50 zusammengedrückt wird, desto größer wird die Anlagefläche des Gummis an die Druck platte 61. Dabei steigt die erforderliche Kraft überpropor tional an.

Bei den beschriebenen Ausführungen der erfindungsgemäßen Pe daleinrichtung läßt sich die Dämpfung der Pedalbewegung über die Lagerreibung in den jeweiligen Aufhängepunkten einstel len.

Aus dem Diagramm der Fig. 5 sind typische Kennlinien von er findungsgemäßen Pedaleinrichtungen ersichtlich, und zwar in Form der über den Pedalweg in mm aufgetragener Pedalkraft in Newton. Charakteristisch ist die steile Zunahme der Pedal kraft mit steigerndem Pedalweg, ein Verlauf, der eine pro gressive Kraft-Weg-Kennlinie ausmacht. Eine solche Kennlinie ist sehr vorteilhaft für die Pedaleinrichtung, da sie eine sehr zweckmäßige Bedienbarkeit der Bremsanlage ermöglicht.

Wie bereits erwähnt, erlaubt das anfangs verhältnismäßige weiche Bremspedal bei Normalbremsungen eine sehr feinfühlige Dosierung der Bremswirkung. Bei einer Notbremsung hingegen wird das Bremspedal schnell durchgetreten und mit hoher Fuß kraft bedient. Um die Reaktionszeit kurz zu halten, wird die weiche Zone mit geringer Pedalkraft schnell durchschritten und die Pedalkraft steigt danach bei sehr geringem Pedalweg stark an. Zweckmäßigerweise wird die Pedaleinrichtung so ab gestimmt, daß die maximale Pedalkraft, die von einem normalen Fahrer aufgebracht werden soll, bei dem ergonomisch gün stigsten Pedalweg auftritt. Da keine mechanische Verbindung mit dem eigentlichen Bremssystem besteht, kann das Pedalge fühl unabhängig von der Bremsanlage und vom Fahrzeugtyp frei eingestellt werden.

Das aus der Fig. 6 ersichtliche Diagramm stellt eine Kennli nie einer Pedaleinrichtung mit einer Drehfeder dar. Der erste Bereich der Kennlinie wird durch die Drehfederkennlinie (auch: Federrate der Drehfeder) R_DF bestimmt.

Das aus Fig. 7 ersichtliche Diagramm stellt die Federkennli nie der Pedaleinrichtung 48 von Fig. 4 dar. Aufgetragen ist auch hier die Pedal- oder Federkraft F in N über dem Pedal- oder Federweg Z in mm. Die ersten 6 mm stellen den Leerweg dar, der dem axialen Spiel 43 entspricht. Der Bereich R₁ ent spricht der Federkennlinie der Schraubenfeder 42, die einen Zahlenwert von etwa 150 N/mm aufweist, und der Bereich R₂ entspricht der Federkennlinie der Gummischeibe mit einem Zah lenwert von etwa 2500 N/mm.

Durch die erfindungsgemäße Pedaleinrichtung wird der Platz im Kraftfahrzeug, der bei konventionellen Bremsanlagen für den Bremskraftverstärker und den Hauptbremszylinder benötigt wird, frei. Außerdem kann die Pedaleinrichtung als komplette Montageeinheit ausgeführt werden. Dazu werden das Bremspedal und sämtliche anderen Bauteile der Pedaleinrichtung an einem Lagerbock befestigt. Die Gesamtanordnung kann dann im ganzen in das Kraftfahrzeug eingebaut werden, ohne daß weitere An schlüsse für die Bremsanlage montiert werden müßten. Ein wei terer Vorteil ist das deutlich verbesserte Crashverhalten der Pedaleinrichtung. Die langen und sperrigen Bauteile herkömm licher Bremsanlagen - wie der Hauptbremszylinder, der Brems kraftverstärker und die Druckstange zwischen dem Bremspedal und dem Bremskraftverstärker - stellen ein hohes Gefahrenpo tential bei Frontalzusammenstößen dar, da dabei das Bremspe dal häufig in den Fahrgastraum eindringt. Dieser Gefahr kann bei konventionellen Bremsanlagen nur mit erheblichem Aufwand begegnet werden. Mit der erfindungsgemäßen Pedaleinrichtung wird eine solche Gefahr gänzlich vermieden.

Die Verwendung von drei Sensoren - zum Beispiel von zwei Kraftsensoren und einem Wegsensor oder auch von zwei Wegsen soren und einem Kraftsensor - gewährleisten eine hohe Be triebssicherheit des Bremswertgebers. Bei Ausfall eines die ser Sensoren läßt sich mit den restlichen zwei Sensoren zwei felsfrei der defekte Sensor identifizieren. Da außer den Sen soren nur mechanische Bauteile verwendet werden und zudem für den Betrieb der Pedaleinrichtung außer der sehr geringen elektrischen Energie zum Versorgen der Sensoren keine weitere Hilfsenergie benötigt wird, ergibt sich eine hohe Ausfallsi cherheit der Pedaleinrichtung.

Claims

1. Bremspedaleinrichtung (1), insbesondere für ein Kraftfahr zeug mit elektrisch betätigten Radbremsen, die Betätigungen eines Bremspedals (3) mit Sensoren (18, 19) erfaßt, die mit einer Federanordnung versehen ist, die auf das Bremspedal (3) ausgeübten Bremsbetätigungskräften eine Widerstandskraft ent gegensetzt und eine nicht lineare Federkennlinie aufweist, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Federanordnung eine bogenförmig gebogene Feder (2) enthält, die an ihrem einen Ende (4) an einer Halterung (5) befestigt ist,
2. daß die Feder (2) an ihrem zweiten Ende (10) gelenkig mit dem Bremspedal (3) verbunden ist, und
3. daß der Feder (2) an ihrem mittleren Bereich ein Anschlag (14) gegenüberliegt, an dem sie nach einer Teilauslenkung zum Anliegen kommt.

2. Bremspedaleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Federkennlinie (Fig. 5-7) der Federan ordnung progressiv ausgebildet ist.

3. Bremspedaleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (2) als Blatt feder (2) ausgebildet ist.

4. Bremspedaleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (14) mit der Feder (2) einen sich in Richtung von dem ersten zu dem zweiten Ende (4, 10) weg erweiternden keilförmigen Ringspalt (15) bildet.

5. Bremspedaleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag als ein Bolzen (24) mit rundem Querschnitt ausgebildet ist.

6. Bremspedaleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Feder als Drehfeder (29) ausgebildet ist, die koaxial um den Drehpunkt des Bremspedals (27) angeordnet ist, und daß das Bremspedal (27) gelenkig mit einer Abstütz stange (36) verbunden ist, durch die bei Betätigen des Brems pedals (27) eine gelenkig an dem Kraftfahrzeug befestigte Schraubenfeder (42) nach Überwinden eines Leerwegs zusammen gedrückt wird.

7. Bremspedaleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schraubenfeder (42) an einem elastischen Anschlag (44) anliegt.

8. Bremspedaleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckstange (51) über einen Kugelkopf (60) an einem elastischen Formteil (50) anliegt, das bei Betätigen des Bremspedals (27) nach Überwin den eines Leerwegs zusammengedrückt wird.

9. Bremspedaleinrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ihre progressive Kraft- Weg-Federkennlinie derart ausgelegt ist, daß bei Bremsungen mit geringen Verzögerungen eine feinfühlige Dosierung der Bremswirkung ermöglicht und für Bremsungen mit starken Verzö gerungen ein zusätzlicher kurzer Pedalweg (Z) benötigt wird.