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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremspedalsimulator für ein elektrohydraulisches Bremssystem eines Kraftfahrzeugs.
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Bekannte elektrohydraulische Bremssysteme, die auch als Brake-by-Wire-Bremssysteme bezeichnet werden, arbeiten normalerweise in einer sogenannten Normalbetriebsart. In dieser Betriebsart erfolgt über das Bremspedal keine direkte Übertragung der Muskelkraft des Fahrzeugführers auf einen hydraulischen Bremskreis, an den die Fahrzeugbremsen angeschlossen sind. Vielmehr wird anhand eines Pedalstellungssensors die Stellung des Bremspedals ermittelt. Der Bremsdruckgeber wird dann in Abhängigkeit von der Pedalstellung durch eine beispielsweise elektrische Antriebseinheit betätigt, wodurch der Bremsdruckgeber wiederum die Fahrzeugbremsen betätigt. Um dem Fahrzeugführer bei der Betätigung der Bremse das gewohnte, herkömmliche Bremspedalgefühl zu vermitteln, weisen derartige Bremssysteme einen mit dem Bremspedal gekoppelten Bremspedalsimulator auf.
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Falls ein Normalbetrieb nicht möglich ist, muss ein derartiges Bremssystem in einer sogenannten Notbetriebsart betrieben werden können. Dies kann zum Beispiel bei einem Stromausfall erforderlich sein, da dann die elektrische Antriebseinheit für den Bremsdruckgeber nicht mehr angesteuert werden kann. In der Notbetriebsart wird die vom Fahrzeugführer auf das Bremspedal bewirkte Muskelkraft mechanisch beziehungsweise hydraulisch auf den Bremsdruckgeber übertragen.
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Der von einem derartigen Bremssystem und insbesondere von einem Bremspedalsimulator in einem Kraftfahrzeug benötigte Platzbedarf soll möglichst gering gehalten werden. Außerdem soll der Bremspedalsimulator im Betrieb möglichst störungsunanfällig sowie einfach und kostengünstig herstellbar sein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen kompakten, einfach aufgebauten und kostengünstig herzustellenden Bremspedalsimulator für ein elektrohydraulisches Bremssystem anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch einen Bremspedalsimulator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßer Bremspedalsimulator für ein elektrohydraulisches Bremssystem eines Kraftfahrzeugs weist einen Hydraulikzylinder auf, in dem ein erster Kolben angeordnet ist, wobei eine erste Seite des ersten Kolbens einen mit einer Bremseinrichtung des Bremssystems, insbesondere einem Bremsdruckgeber, beispielsweise einem Hauptbremszylinder, oder einem Bremskreis, hydraulisch gekoppelten oder koppelbaren ersten Zylinderraum begrenzt, und der Bremspedalsimulator weist eine Simulationseinrichtung auf, die an einer zweiten, der ersten Seite gegenüberliegenden Seite des ersten Kolbens abgestützt und mit einem Bremspedal gekoppelt oder koppelbar ist, wobei der Bremspedalsimulator in einer Notbetriebsart betreibbar ist, in welcher die Simulationseinrichtung und der erste Kolben im Hydraulikzylinder derart bewegbar sind, dass bei einer Betätigung des Bremspedals die Simulationseinrichtung und der ersten Kolben in Richtung des ersten Zylinderraums bewegt werden, so dass das Volumen des ersten Zylinderraums verringert wird und dadurch Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum verdrängt und die Bremseinrichtung betätigt wird, und wobei der Bremspedalsimulator in einer Normalbetriebsart betreibbar ist, in welcher der erste Kolben zumindest annähernd in einer vorgegebenen Ausgangslage, die insbesondere der Lage des ersten Kolbens bei nicht betätigtem Bremspedal entspricht, festgelegt ist, und in welcher die Simulationseinrichtung bei einer Betätigung des Bremspedals eine, insbesondere das gewohnte Pedalgefühl vermittelnde, Rückstellkraft auf das Bremspedal bewirkt.
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Durch die Abstützung der Simulationseinrichtung am ersten Kolben, über welchen in der Notbetriebsart der Bremsdruckgeber betätigt wird, und die Anordnung der Simulationseinrichtung und des ersten Kolbens im Hydraulikzylinder kann der Bremspedalsimulator besonders kompakt ausgebildet werden, da beispielsweise keine Hydraulikverbindung zwischen der Simulationseinrichtung und dem ersten Kolben vorgesehen werden muss.
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Wie eingangs erwähnt, sind Bremspedalsimulatoren insbesondere zur Verwendung in einem elektrohydraulischen Bremssystem vorgesehen, insbesondere in einem elektrohydraulischen Brake-by-Wire-Bremssystem. Bei derartigen Bremssystemen wird eine Normalbetriebsart auch als Brake-by-Wire-Betriebsart oder als Normalbetrieb bezeichnet und die Notbetriebsart wird auch als Fail-Safe-Betriebsart oder als Notbetrieb bezeichnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Bremspedalsimulator ist der erste Zylinderraum mit der Bremseinrichtung hydraulisch gekoppelt bzw. koppelbar. Der erste Zylinderraum ist somit über eine Hydraulikleitung mit der Bremseinrichtung verbunden oder verbindbar.
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Bei der Bremseinrichtung kann es sich um einen Bremsdruckgeber handeln, dem wiederum ein hydraulischer Bremskreis nachgeordnet sein kann, an den wenigstens eine der eigentlichen Fahrzeugbremsen angeschlossen ist. Alternativ kann es sich bei der Bremseinrichtung direkt um den Bremskreis handeln. Der erste Zylinderraum kann daher ohne Zwischenschaltung des Bremsdruckgebers direkt mit dem Bremskreis hydraulisch verbunden bzw. verbindbar sein.
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Bei dem Bremsdruckgeber kann es sich um einen Hauptbremszylinder handeln, der vorzugsweise als Tandemhauptbremszylinder ausgebildet ist. Ferner kann es sich bei dem Bremsdruckgeber um eine Kombination aus Bremskraftverstärker und Hauptbremszylinder handeln.
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Bevorzugt ist ein elektrisch betätigbares erstes Ventil, insbesondere ein Magnetventil, vorgesehen, über das der erste Zylinderraum mit der Bremseinrichtung hydraulisch gekoppelt oder koppelbar ist. Dabei ist das erste Ventil derart ausgebildet, dass keine Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum durch das erste Ventil strömen kann, wenn das erste Ventil, insbesondere in der Normalbetriebsart, betätigt ist. Durch das erste Ventil kann der erste Zylinderraum auf einfache Weise mit der Bremseinrichtung hydraulisch gekoppelt bzw. von der Bremseinrichtung entkoppelt werden. Da keine Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum durch das erste Ventil strömen kann, wenn dieses betätigt ist, erfolgt zudem auf einfache Weise eine zumindest annähernde Festlegung des ersten Kolbens in der vorgegebenen Ausgangslage.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das erste Ventil derart ausgebildet, dass Hydraulikflüssigkeit über das erste Ventil in den ersten Zylinderraum strömen kann, wenn das erste Ventil betätigt ist. Dadurch kann der erste Zylinderraum immer vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt werden, da, insbesondere bei einem im ersten Zylinderraum vorhandenen Unterdruck, Hydraulikflüssigkeit in den ersten Zylinderraum strömen kann. Außerdem wird in verbesserter Weise sichergestellt, dass der erste Kolben aufgrund der geringen Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit zumindest annähernd in der Ausgangslage festgelegt ist.
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Die vorstehend erwähnten Vorteile können auch dadurch erreicht werden, dass ein Einwegeventil vorgesehen ist, über das der erste Zylinderraum mit einem Reservoir für Hydraulikflüssigkeit hydraulisch gekoppelt ist, und das derart ausgebildet ist, dass Hydraulikflüssigkeit vom Reservoir in den ersten Zylinderraum strömen kann.
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Das erste Ventil kann derart ausgebildet sein, dass Hydraulikflüssigkeit über das erste Ventil in beiden Richtungen zwischen dem ersten Zylinderraum und der Bremseinrichtung strömen kann, wenn das erste Ventil, insbesondere in der Notbetriebsart, nicht betätigt ist. Bei nicht betätigtem erstem Ventil ist der erste Zylinderraum somit mit der Bremseinrichtung hydraulisch gekoppelt. Dadurch kann bei einer Betätigung des Bremspedals die Simulationseinrichtung zusammen mit dem ersten Kolben in Richtung des ersten Zylinderraums bewegt werden, sodass das Volumen des ersten Zylinderraums verringert und Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum verdrängt wird, wodurch die Bremseinrichtung betätigt wird. Somit kann auf einfache Weise erreicht werden, dass die Bremseinrichtung in der Notbetriebsart auf hydraulischem Wege über den ersten Kolben und damit über das Bremspedal betätigbar ist.
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Bevorzugt handelt es sich bei der Bremseinrichtung um einen Bremskreis, an den zumindest eine der eigentlichen Fahrzeugbremsen angeschlossen ist, und das erste Ventil ist derart ausgebildet, dass Hydraulikflüssigkeit über das erste Ventil in beiden Richtung zwischen dem Bremskreis und einem Bremsdruckgeber des Bremssystems strömen kann, wenn das erste Ventil betätigt ist, und dass keine Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Bremskreis und dem Bremsdruckgeber strömen kann, wenn das erste Ventil nicht betätigt ist. Dadurch ist in der Normalbetriebsart der Bremsdruckgeber über das erste Ventil mit dem Bremskreis hydraulisch verbunden, so dass die eigentlichen Fahrzeugbremsen über den Bremsdruckgeber betätigbar sind, der in der Normalbetriebsart in an sich bekannter Weise über eine beispielsweise elektrische Antriebseinheit betätigt wird.
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Insbesondere ist über das erste Ventil ein Reservoir für Hydraulikflüssigkeit mit der Bremseinrichtung hydraulisch gekoppelt oder koppelbar und das erste Ventil ist derart ausgebildet, dass Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen der Bremseinrichtung und dem Reservoir strömen kann, wenn das erste Ventil betätigt ist. Dadurch ist in der Hydraulikleitung, über die die Bremseinrichtung betätigt wird, ausreichend Hydraulikflüssigkeit vorhanden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Ventil derart ausgebildet, dass durch das erste Ventil Hydraulikflüssigkeit vom Reservoir nur zur Bremseinrichtung strömen kann, wenn das erste Ventil nicht betätigt ist. Dadurch kann gegebenenfalls Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikleitung, über die die Bremseinrichtung betätigt wird, nachströmen, falls dort ein Unterdruck vorhanden ist. Bei nicht betätigtem ersten Ventil, also insbesondere in der Notbetriebsart, ist somit die Hydraulikleitung zwischen dem ersten Zylinderraum und der Bremseinrichtung vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, sodass bei einer Betätigung des Bremspedals der erste Kolben gegen Hydraulikflüssigkeit und nicht gegen ”Luft” bewegt und somit eine verzögerte Betätigung der Bremseinrichtung vermieden wird.
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Vorzugsweise ist im Hydraulikzylinder ein zweiter Kolben angeordnet, der eine der zweiten Seite des ersten Kolbens gegenüberliegende erste Seite aufweist, an der die Simulationseinrichtung abgestützt ist. Durch die beiden Kolben kann somit auf einfache Weise eine Halterung für die Simulationseinrichtung realisiert werden.
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Die Simulationseinrichtung kann durch den zweiten Kolben mit dem Bremspedal gekoppelt oder koppelbar sein. Dadurch kann der Bremspedalsimulator kompakt und kostengünstig gehalten werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung begrenzen die zweite Seite des ersten Kolbens und die erste Seite des zweiten Kolbens einen zweiten Zylinderraum im Hydraulikzylinder. Dadurch wird auf einfache Weise ein Zylinderraum für die Simulationseinrichtung geschaffen.
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Bevorzugt ist ein elektrisch betätigbares zweites Ventil, insbesondere ein Magnetventil, vorgesehen, über das der zweite Zylinderraum mit einem Reservoir für Hydraulikflüssigkeit hydraulisch gekoppelt oder koppelbar ist, und das zweite Ventil ist derart ausgebildet, dass Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem zweiten Zylinderraum und dem Reservoir strömen kann, wenn das zweite Ventil, insbesondere in der Normalbetriebsart, betätigt ist. Auf diese Weise kann bei betätigtem zweiten Ventil, also insbesondere in der Normalbetriebsart, Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum zum Reservoir strömen, wenn bei einer Betätigung des Bremspedals der zweite Zylinder gegen die Simulationseinrichtung und den ersten Kolben, welcher in der Normalbetriebsart zumindest annähernd in der Ausgangslage festgelegt ist, gedrückt wird. Dabei kann, da die Hydraulikflüssigkeit zum Reservoir abströmen kann, die Simulationseinrichtung als solche wirken und das gewohnte Pedalgefühl vermitteln. Die Simulationseinrichtung ist somit aktiv.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das zweite Ventil derart ausgebildet, dass über das zweite Ventil Hydraulikflüssigkeit nur vom Reservoir zum zweiten Zylinderraum strömen kann, wenn das zweite Ventil, insbesondere in der Notbetriebsart, nicht betätigt ist. Dadurch kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass bei nicht betätigtem zweitem Ventil der zweite Zylinderraum vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Bei einer Betätigung des Bremspedals kann somit keine Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum durch den ersten Kolben verdrängt werden. Die Simulationseinrichtung wird damit deaktiviert. Die Simulationseinrichtung, der erste Kolben und der zweite Kolben wirken somit als ein Kolben, welcher in der Notbetriebsart in Richtung des ersten Zylinderraums bewegbar ist, sodass dessen Volumen verringert und aufgrund der aus dem ersten Zylinderraum verdrängten Hydraulikflüssigkeit die Bremseinrichtung betätigt wird.
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Vorzugsweise sind das erste Ventil und/oder das zweite Ventil in den Hydraulikzylinder integriert oder an diesem angeordnet. Außerdem können die Hydraulikleitungen, insbesondere die zwischen den Ventilen und den Zylinderräumen verlaufenden Hydraulikleitungen, zumindest teilweise als Bohrungen im Hydraulikzylinder ausgebildet sein. Dadurch kann der Bremspedalsimulator kompakt gehalten werden.
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Die Simulationseinrichtung kann ein, insbesondere mehrstufiges, elastisches Element aufweisen. Dadurch kann auf einfache Weise das gewohnte Pedalgefühl simuliert werden.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem elastischen Element um ein Federpaket. Dadurch kann ein störunanfälliges und kostengünstiges elastisches Element realisiert werden.
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Insbesondere weist die Simulationseinrichtung ein erstes elastisches Element, insbesondere eine erste Feder, auf, dessen eines Ende an der zweiten Seite des ersten Kolbens und dessen anderes Ende an der ersten Seite des zweiten Kolbens abgestützt ist, wobei die Simulationseinrichtung ein weiteres, zweites elastisches Element, insbesondere eine zweite Feder, aufweist, das, insbesondere konzentrisch, parallel zum ersten elastischen Element angeordnet und vorzugsweise härter als das erste elastische Element ist, und wobei ein Ende des zweiten elastischen Elements an der zweiten Seite des ersten Kolbens abgestützt und das andere Ende des zweiten elastischen Elements bei nicht betätigtem Bremspedal von der ersten Seite des zweiten Kolbens beabstandet ist. Auf diese Weise kann besonders einfach ein mehrstufiges elastisches Element realisiert werden.
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Alternativ können die beiden elastischen Elemente seriell angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Ende des ersten elastischen Elements an der ersten Seite des zweiten Kolbens und ein Ende des zweiten elastischen Elements an der zweiten Seite des ersten Kolbens abgestützt ist. Auf diese Weise kann ebenfalls besonders einfach ein mehrstufiges elastisches Element realisiert werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Anschlag für die erste Seite des zweiten Kolbens vorgesehen. Sobald die erste Seite des zweiten Kolbens an dem Anschlag zur Anlage kommt, wirkt nur noch das im ersten Zylinderraum vorhandene Hydraulikmedium als ”Feder”, so dass ein besonders realistisches, ”herkömmliches” Pedalgefühl vermittelt wird.
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Der Anschlag kann von einer Stirnseite einer Hülse gebildet werden, die vorzugsweise bei parallel zueinander angeordneten elastischen Elementen zwischen den beiden elastischen Elementen angeordnet und am ersten Kolben befestigt ist. Bei einer seriellen Anordnung der beiden elastischen Elemente kann die Hülse in das vom ersten Kolben abgewandte Ende des zweiten elastischen Elements eingesetzt und als Aufnahme für das erste elastische Element vorgesehen sein. Dadurch kann besonders einfach, kostengünstig und störungsunanfällig der Anschlag realisiert werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein, insbesondere ringförmiger, Anschlag für die zweite Seite des ersten Kolbens vorgesehen. Somit kann die Bewegungsfreiheit des ersten Kolbens in Richtung des zweiten Zylinderraums eingeschränkt werden.
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Vorzugsweise ist ein elastisches Element, insbesondere eine Druckfeder, zwischen der ersten Seite des ersten Kolbens und einem Boden des Hydraulikzylinders vorgesehen. Dadurch wird eine Rückstellung des ersten Kolbens in die Ausgangslage erreicht.
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Es kann ein Pedalstellungssensor vorgesehen sein. Der Pedalstellungssensor kann insbesondere in den Bremspedalsimulator integriert sein, sodass für die Normalbetriebsart die Stellung des Bremspedals ermittelt werden kann.
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Bevorzugt ist zumindest ein Drucksensor zur Messung des Hydraulikflüssigkeitsdrucks vorgesehen. Dadurch ist eine Überwachung der Drücke in den Hydraulikflüssigkeitsleitungen des Bremspedalsimulators möglich.
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Insbesondere ist zumindest ein Entlüftungsventil vorgesehen, so dass Hydraulikflüssigkeitsleitungen des Bremspedalsimulators entlüftet werden können.
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Entsprechend den vorhergehenden Ausführungen ergibt sich, dass ein weiterer Vorteil von erfindungsgemäßen Ausgestaltungen des Bremspedalsimulators darin besteht, dass dieser für verschiedene Ausführungen eines Fahrzeugs, beispielsweise ein Links- und ein Rechtslenkerfahrzeug, durch Verwendung von unter Umständen verschieden langen Hydraulikleitungen an ein und demselben Platz im Fahrzeug positioniert werden kann, wodurch sich ein reduzierter Herstellungsaufwand nach dem Gleichteilprinzip ergeben kann.
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Die Erfindung betrifft auch ein elektrohydraulisches Bremssystem, das einen erfindungsgemäßen Bremspedalsimulator aufweist, der mit einem Bremspedal und einer Bremseinrichtung des Bremssystems gekoppelt ist.
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Das erfindungsgemäße Bremssystem kann auch in Kombination mit einer sogenannten Rekuperationsbremse betrieben werden. Rekuperationsbremsen finden hauptsächlich in Hybrid- und Elektrofahrzeugen Verwendung. Dabei wird ein Elektromotor, der beispielsweise eine Komponente des Antriebsstrangs ist, als Generator betrieben. Dieser wandelt kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie um, wodurch eine Abbremsung des Kraftfahrzeugs erfolgt. Vorteilhaft an dem erfindungsgemäßen Bremssystem ist, dass das Bremspedal während der Normalbetriebsart von der Bremseinrichtung entkoppelt ist, sodass Einflüsse, welche durch die Rekuperationsbremse auf das Bremssystem bewirkt werden, nicht auf das Bremspedal übertragen werden. Vielmehr wird dem Fahrer auch bei einer zusätzlichen Verwendung der Rekuperationsbremse in der Normalbetriebsart durch die Simulationseinrichtung nach wie vor das herkömmliche Bremsgefühl vermittelt.
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Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand von vorteilhaften Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen, jeweils in schematischer Darstellung,
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1 eine teilgeschnittene seitliche Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremspedalsimulators, wobei die Stellungen der Ventile des Bremspedalsimulators in der Normalbetriebsart gezeigt sind,
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2 den Bremspedalsimulator von 1, wobei die Ventilstellungen in der Notbetriebsart des Bremspedalsimulators gezeigt sind,
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3 eine teilgeschnittene seitliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremspedalsimulators, wobei die Stellungen der Ventile des Bremspedalsimulators in der Normalbetriebsart gezeigt sind,
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4 den Bremspedalsimulator von 3, wobei die Ventilstellungen in der Notbetriebsart des Bremspedalsimulators gezeigt sind,
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5 eine teilgeschnittene seitliche Ansicht einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremspedalsimulators, wobei die Stellungen der Ventile des Bremspedalsimulators in der Normalbetriebsart gezeigt sind, und
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6 den Bremspedalsimulator von 5, wobei die Ventilstellungen in der Notbetriebsart des Bremspedalsimulators gezeigt sind.
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Der in 1 dargestellte Bremspedalsimulator 1 weist einen Hydraulikzylinder 3 auf, in welchem ein erster Kolben 5 angeordnet ist. Eine erste Seite 7 des ersten Kolbens 5 begrenzt einen ersten Zylinderraum 9 des Hydraulikzylinders 3. Über eine Bohrung 11 im Hydraulikzylinder 3 und eine an die Bohrung 11 angeschlossene Hydraulikleitung 13 ist der erste Zylinderraum 9 mit einem elektrisch betätigbaren ersten Ventil 15 verbunden. An das erste Ventil 15 sind eine Hydraulikleitung 17 eines Bremsdruckgebers 19 sowie eine zu einem Hydraulikflüssigkeitsreservoir 21 geführte Hydraulikleitung 23 angeschlossen.
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Wie aus 1 gesehen werden kann, ist an einer zweiten Seite 25 des ersten Kolbens 5 eine Simulationseinrichtung 27 abgestützt. Außerdem ist im Hydraulikzylinder 3 ein zweiter Kolben 29 angeordnet, der eine der zweiten Seite 25 des ersten Kolbens 5 gegenüberliegende erste Seite 31 aufweist, an der die Simulationseinrichtung 27 ebenfalls abgestützt ist. Über eine am zweiten Kolben 29 angeordnete Kopplungsstange 33 ist der zweite Kolben 29 mit einem nicht gezeigten Bremspedal gekoppelt bzw. koppelbar.
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Zwischen der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 und der zweiten Seite 25 des ersten Kolbens 5 ist im Hydraulikzylinder 3 ein zweiter Zylinderraum 35 vorgesehen, in welchem, wie aus 1 ersichtlich ist, die Simulationseinrichtung 27 angeordnet ist.
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Der zweite Zylinderraum 35 ist über eine weitere Bohrung 37 und eine Hydraulikleitung 39 an ein elektrisch betätigbares zweites Ventil 41 angeschlossen. Über eine Hydraulikleitung 43 ist das zweite Ventil 41 mit dem Reservoir 21 verbunden. Dabei können die beiden Ventile 15, 41 in den Hydraulikzylinder 3 integriert oder direkt an diesem angeordnet sein.
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Dementsprechend können insbesondere die Hydraulikleitungen 13 und 39 als Bohrungen im Hydraulikzylinder 3 ausgeführt sein.
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Die Simulationseinrichtung 27 umfasst eine erste Feder 45. Ein Ende der ersten Feder 45 ist an der zweiten Seite 25 des ersten Kolbens 5 abgestützt. Das andere Ende der ersten Feder 45 ist an der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 abgestützt. Außerhalb der ersten Feder 45 ist eine zweite Feder 47 vorgesehen, die härter als die erste Feder 45 ist und diese koaxial umfasst. Ein Ende der zweiten Feder 47 ist an der zweiten Seite 25 des ersten Kolbens 5 abgestützt. Das andere Ende der zweiten Feder 47 ist in der in 1 dargestellten Ausgangslage, also bei unbetätigtem Bremspedal, von der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 beabstandet. Zwischen der ersten Feder 45 und der zweiten Feder 47 ist eine Hülse 49 angeordnet, die am ersten Kolben 5 befestigt und deren Stirnseite 51 der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 zugewandt ist. Dabei ist in der Ausgangslage der Abstand zwischen der Stirnseite 51 und der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 größer als der Abstand zwischen der ersten Seite 31 und der zweiten Feder 47. Die Stirnseite 51 ist als Anschlag für die erste Seite 31 des zweiten Kolbens 29 vorgesehen.
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Als Anschlag für die zweite Seite 25 des ersten Kolbens 5 ist ein Sicherungsring 53 im Hydraulikzylinder 3 angeordnet. Zwischen einem Boden 55 des Hydraulikzylinders 3 und der ersten Seite 7 des ersten Kolbens 5 ist eine Druckfeder 57 angeordnet, durch die der Kolben 5 gegen den Sicherungsring 53 gedrückt wird. Die Druckfeder 57 ist zur Rückstellung des ersten Kolbens 5 in die Ausgangslage vorgesehen.
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Am Hydraulikzylinder 3 ist ein Pedalstellungssensor 59 vorgesehen, der beispielsweise anhand der Stellung des zweiten Kolbens 29 die Stellung des mit der Stange 33 gekoppelten Bremspedals ermitteln kann.
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Wie vorstehend bereits erwähnt, eignet sich der Bremspedalsimulator 1 zur Verwendung in einem Bremssystem. Die Funktionsweise des Bremspedalsimulators 1 ist dabei folgendermaßen:
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1 bezieht sich auf die Normalbetriebsart des Bremssystems bzw. des Bremspedalsimulators, in der die beiden Ventile 15, 41 elektrisch betätigt sind. Das erste Ventil 15 ist dabei so ausgestaltet, dass keine Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum 9 in die Hydraulikleitung 17, also zum Bremsdruckgeber 19, strömen kann. In umgekehrter Richtung kann jedoch Hydraulikflüssigkeit durch das erste Ventil 15 in den ersten Zylinderraum 9 gelangen, sodass der erste Zylinderraum 9 vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Das erste Ventil 15 ist ferner so ausgestaltet, dass Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem Reservoir 21 und dem Bremsdruckgeber 19 strömen kann, wenn das erste Ventil 15 betätigt ist.
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Das zweite Ventil 41 ist so ausgebildet, dass Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem zweiten Zylinderraum 35 und dem Reservoir 21 strömen kann, wenn das zweite Ventil 41 betätigt ist.
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Wird in der Normalbetriebsart das Bremspedal betätigt, so wird die Betätigungskraft über die Stange 33 auf den zweiten Kolben 29 übertragen. Durch die im ersten Zylinderraum 9 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit ist der erste Kolben 5 zumindest annähernd in der in 1 dargestellten Ausgangslage festgelegt. Der erste Kolben 5 kann daher zumindest annähernd nicht bewegt werden und stützt somit die Simulationseinrichtung 27 ab, gegen die der zweite Kolben 29 gedrückt wird. Dadurch verringert sich das Volumen des zweiten Zylinderraums 35, wobei die verdrängte Hydraulikflüssigkeit in das Reservoir 21 strömt.
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Dem über das Bremspedal betätigten zweiten Kolben 29 wirkt zunächst die von der ersten Feder 45 bewirkte Rückstellkraft entgegen. Sobald der zweite Kolben 29 so weit gegen die Simulationseinrichtung 27 betätigt wurde, dass die zweite Feder 47 an der ersten Seite 31 des zweiten Kolbens 29 zur Anlage kommt, wirken beide Federn 45, 47 parallel zueinander gegen den zweiten Kolben 29. Bei einer weiteren Betätigung kommt schließlich der Kolben 29 an der Stirnseite 51 der Hülse 49 zur Anlage, sodass dann nur noch die im ersten Zylinderraum 9 eingeschlossene Hydraulikflüssigkeit als ”Feder” gegen das betätigte Bremspedal wirkt. In Kombination mit den beiden Federn 45, 47 und der Hülse 49 lässt sich somit eine Simulationseinrichtung realisieren, die eine sich in mehreren Stufen ändernde, von der Stellung des Bremspedals abhängige Rückstellkraft auf das Bremspedal bewirkt, sodass in besonders einfacher Weise das ”gewohnte” Pedalgefühl vermittelt werden kann.
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Über den Pedalstellungssensor 59 kann die jeweilige Stellung des Bremspedals ermittelt werden. Das vom Pedalstellungssensor 59 ausgegebene Signal wird zur Ansteuerung eines nicht dargestellten elektrischen Antriebs für den Bremsdruckgeber 19 verwendet, sodass der Bremsdruckgeber 19 entsprechend der Pedalstellung vom elektrischen Antrieb betätigt wird. Da über das Reservoir 21 Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikleitung 17 nachfließen kann, ist auch bei einer Verstellung des Bremsdruckgebers 19 durch den elektrischen Antrieb sichergestellt, dass die Hydraulikleitung 17 immer vollständig mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, da bei einem sich in der Hydraulikleitung 17 einstellenden Unterdruck Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir 21 nachgesaugt werden kann.
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In 2 entspricht das für die Ventile 15 und 41 dargestellte Schaltbild der Situation im unbetätigten Zustand, also wenn der Bremspedalsimulator bzw. das Bremssystem in der Notbetriebsart betrieben werden. Dabei ist das zweite Ventil 41 so ausgestaltet, dass Hydraulikflüssigkeit nur vom Reservoir 21 in den zweiten Zylinderraum 35 strömen kann, nicht aber umgekehrt. Aus dem zweiten Zylinderraum 35 kann somit keine Hydraulikflüssigkeit in das Reservoir 21 entweichen, wenn das zweite Ventil 41 unbetätigt, also in seiner Ruheposition, ist. Das erste Ventil 15 ist so ausgestaltet, dass Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem ersten Zylinderraum 9 und dem Bremsdruckgeber 19 strömen kann. Außerdem kann Hydraulikflüssigkeit vom Reservoir 21 zum Bremsdruckgeber 19 strömen, um einen eventuell entstehenden Unterdruck auszugleichen. In umgekehrter Richtung, also vom Bremsdruckgeber 19 zum Reservoir 21 ist jedoch keine Strömung durch das Ventil 15 möglich, wenn das erste Ventil 15 nicht betätigt ist.
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Bei einer Betätigung des Bremspedals kann durch den ersten Kolben 29 keine Hydraulikflüssigkeit aus dem zweiten Zylinderraum 35 verdrängt werden, da das zweite Ventil 41 in der Druckrichtung gesperrt ist. Die Simulationseinrichtung 27 ist somit deaktiviert. Der erste Kolben 5, die Simulationseinrichtung 27 und der zweite Kolben 29 wirken als ”ein Kolben”, durch den die Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinderraum 9 gedrückt und der Bremsdruckgeber 19 betätigt wird. Die Pedalkraft wird somit auf hydraulischem Wege über den Bremspedalsimulator 1 an den Bremsdruckgeber 19 übertragen.
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Der in den 3 und 4 dargestellte Bremspedalsimulator 1' unterscheidet sich von dem Bremspedalsimulator 1 der 1 und 2 dadurch, dass das elektrisch betätigbare erste Ventil 63 anders ausgebildet ist. Im betätigten Zustand (vgl. 3) kann durch das erste Ventil 63 Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem Bremsdruckgeber 19 und dem Reservoir 21 strömen. Außerdem ist durch das erste Ventil 63 der erste Zylinderraum 19 verschlossen. Das erste Ventil 63 ist ferner so ausgestaltet, dass im unbetätigten Zustand (vgl. 4) Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem ersten Zylinderraum 9 und dem Bremsdruckgeber 19 strömen kann.
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Bei dem Bremspedalsimulator 1 ist außerdem noch eine Hydraulikleitung 65 zwischen dem ersten Zylinderraum 9 und der Hydraulikleitung 23 vorgesehen, in welcher ein Einwegeventil 67 angeordnet ist, über welches Hydraulikflüssigkeit vom Reservoir 21 in den ersten Zylinderraum 9 strömen kann.
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Die Funktionsweise des Bremspedalsimulators 1' entspricht der mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Funktionsweise des Bremspedalsimulators 1. Vorteilhaft an dem Bremspedalsimulator 1' ist, dass das dem ersten Ventil 63 entsprechende 3/2-Wegeventil einfacher ausgestaltet ist als das dem ersten Ventil 15 entsprechende 3/2-Wegeventil.
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Bei dem in den 5 und 6 dargestellten Bremspedalsimulator 1'' verbindet das elektrisch betätigbare erste Ventil 69 in der Normalbetriebsart (5) eine Hydraulikleitung 71 eines Bremsdruckgebers 73 mit einem Bremskreis 75 hydraulisch miteinander. An den Bremskreis 75 ist zumindest eine Radbremse 77 des Kraftfahrzeugbremssystems angeschlossen. Die Radbremse 77 kann daher über den Bremsdruckgeber 73 betätigt werden. Dieser wird in der Normalbetriebsart wiederum von einem nicht dargestellten, beispielsweise elektrischen, Antrieb in Abhängigkeit von der über den Pedalstellungssensor 59 ermittelten Pedalstellung betätigt.
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Das erste Ventil 69 ist außerdem so ausgebildet, dass es in der Normalbetriebsart eine Hydraulikleitung 79, die vom ersten Ventil 69 zum ersten Zylinderraum 9 geführt ist, sperrt.
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Bei dem Bremspedalsimulator 1'' ist außerdem eine Hydraulikleitung 81 zwischen dem ersten Zylinderraum 9 und dem Reservoir 21 vorgesehen. In der Hydraulikleitung 81 ist ein Einwegeventil 83 angeordnet, über welches Hydraulikflüssigkeit vom Reservoir 21 in den ersten Zylinderraum 9 strömen kann.
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Für den Notbetrieb (vgl. 6), bei dem das erste Ventil 69 nicht bestromt wird, ist das erste Ventil 69 so ausgebildet, dass dieses die Hydraulikleitung 79 mit dem Bremskreis 75 hydraulisch miteinander verbindet und die Hydraulikleitung 71 vom Bremskreis 75 entkoppelt. Somit kann über das erste Ventil 69 im Notbetrieb Hydraulikflüssigkeit in beiden Richtungen zwischen dem ersten Zylinderraum 9 und dem Bremskreis 75 strömen.
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Bei dem Bremspedalsimulator 1'' ist somit in der Notbetriebsart der zweite Zylinderraum 9 direkt, also ohne Zwischenschaltung des Bremsdruckgebers 73, mit dem Bremskreis 75 gekoppelt, sodass bei einer Betätigung des Bremspedals die vom Fahrzeugführer aufgebrachte Muskelkraft direkt an die Radbremse 75 übertragen werden kann.
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Die Hülse 49 ist in das dem zweiten Kolben 29 zugewandte Ende der zweiten Feder 47 eingesetzt und dient als Aufnahme für die erste Feder 45, die am zweiten Kolben 29 abgestützt ist. Die Stirnseite 51 der Hülse 49 dient als Anschlag für die erste Seite 31 des zweiten Kolbens, wie vorstehend beschrieben wurde.
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Wie aus 5 und 6 gesehen werden kann, weist die im Hydraulikzylinder 3 für den ersten Zylinderraum 9 ausgebildete Bohrung einen größeren Durchmesser auf als die für den zweiten Zylinderraum 35 vorgesehene Bohrung. Durch die entsprechend abgestufte Zylinderwand wird der Anschlag 53 für den ersten Kolben 5 gebildet.
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Die Funktionsweise des Bremspedalsimulators 1'' entspricht der mit Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Funktionsweise des Bremspedalsimulators 1. Als wesentlicher Unterschied zu dem Bremspedalsimulator der 1 und 2 ist bei dem Bremspedalsimulator 1'' in der Notbetriebsart der erste Zylinderraum 9 direkt mit dem Bremskreis 75 hydraulisch gekoppelt, also ohne Zwischenschaltung des Bremsdruckgebers 73. Dagegen ist bei dem Bremspedalsimulator 1 der 1 und 2 im Notbetrieb der Bremsdruckgeber 19 hydraulisch mit dem Zylinderraum 9 gekoppelt. Außerdem ist bei dem Bremspedalsimulator 1'' das erste Ventil 69 bei dem Bremspedalsimulator 1'' dazu vorgesehen, den Bremsdruckgeber 73 hydraulisch mit dem Bremskreis 75 zu verbinden, wohingegen bei dem Bremspedalsimulator 1 der 1 und 2 das erste Ventil 15 das Reservoir 21 mit dem Bremsdruckgeber 19 hydraulisch verbindet.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1', 1''
- Bremspedalsimulator
- 3
- Hydraulikzylinder
- 5
- erster Kolben
- 7
- erste Seite von 5
- 9
- erster Zylinderraum
- 11
- Bohrung
- 13
- Hydraulikleitung
- 15
- erstes Ventil
- 17
- Hydraulikleitung
- 19
- Bremsdruckgeber
- 21
- Reservoir
- 23
- Hydraulikleitung
- 25
- zweite Seite von 5
- 27
- Simulationseinrichtung
- 29
- zweiter Kolben
- 31
- erste Seite von 29
- 33
- Stange
- 35
- zweiter Zylinderraum
- 37
- Bohrung
- 39
- Hydraulikleitung
- 41
- zweites Ventil
- 43
- Hydraulikleitung
- 45
- erste Feder
- 47
- zweite Feder
- 49
- Hülse
- 51
- Stirnseite
- 53
- Sicherungsring
- 55
- Boden
- 57
- Druckfeder
- 59
- Pedalstellungssensor
- 63
- erstes Ventil
- 65
- Hydraulikleitung
- 67
- Einwegeventil
- 69
- erstes Ventil
- 71
- Hydraulikleitung
- 73
- Bremsdruckgeber
- 75
- Bremskreis
- 77
- Radbremse
- 79
- Hydraulikleitung
- 81
- Hydraulikleitung
- 83
- Einwegeventil