DE19723665C2 - Programmierbarer elektronischer Pedalsimulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pedalsimulator für ein sogenanntes "Brake-by-Wire" Fahrzeugbremssystem, also ein Fahrzeugbremssy­ stem, bei dem den einzelnen Radbremsen der Bremsbefehl durch eine elektrische Steuerleitung übermittelt wird.

Die meisten Fahrzeuge sind mit einem Bremssystem ausgerüstet, das die Fahrzeugbewegung in kontrollierter Weise verzögern oder ganz stoppen kann. Ein typisches Bremssystem für einen Pkw oder einen Kleinlastwagen umfaßt eine Scheibenbremse an jedem Vor­ derrad und entweder eine Trommelbremse oder eine Scheibenbremse an jedem Hinterrad. Die Bremsen werden hydraulisch, pneumatisch oder durch einen elektrischen Mechanismus betätigt, wenn der Fahrzeugführer auf ein Bremspedal drückt. Der Aufbau solcher Trommelbremsen und Scheibenbremsen und auch der zu ihrer Betä­ tigung erforderlichen Aktoren ist allgemein bekannt und braucht deshalb hier nicht näher erläutert zu werden.

Typische Bremssysteme für Personenkraftwagen und kleinere Lastwagen sind hydraulisch, d. h. das Bremspedal betätigt einen Hauptbremszylinder, der seinerseits eine Hydraulikflüssigkeit unter Druck setzt, um die Radbremsen zu betätigen. Zur Kraft­ unterstützung kann ein hydraulischer oder ein Unterdruckbrems­ kraftverstärker vorgesehen sein, jedoch wird die vom Fahrzeug­ führer verlangte Bremsung in Form mechanischer Kräfte und Drücke vom Bremspedal zu den einzelnen Radbremsen geleitet.

Im Gegensatz hierzu wird bei Bremssystemen, die unter dem Begriff Brake-by-Wire-Systeme bekannt sind, die Bremsanforde­ rung des Fahrers als elektrisches Bremsanforderungssignal weitergeleitet. Dieses Bremsanforderungssignal wird dazu be­ nutzt, einen elektrischen Aktor zu steuern. Dieser elektrische Aktor kann direkt einen Mechanismus antreiben, der die Brems­ klötze oder die Bremsbacken der Radbremsen in Kontakt mit der entsprechenden, sich drehenden und abzubremsenden Oberfläche zwingt, oder er kann eine hydraulische Pumpe antreiben, die zur Betätigung der Radbremsen Hydraulikfluid zu letzteren pumpt. Dieser letztgenannte Typ eines Brake-by-Wire-Systems, bei dem die Bremsanforderung zum Steuern einer Hydraulikpumpe elek­ trisch übertragen wird, ist auch als elektrohydraulisches System, elektrohydraulische Steuerung oder elektronisches Bremsenmanagement bekannt.

Typischerweise sind Brake-by-Wire-Bremssysteme so ausgeführt, daß die Schnittstelle zwischen dem Fahrer und der Bremsanlage, üblicherweise das Bremspedal, ähnlich dem Bremspedal einer herkömmlichen hydraulischen Bremsanlage agiert, um die Akzep­ tanz von Brake-by-Wire-Bremssystemen bei Käufern zu erhöhen und um Probleme bei Fahrern zu vermeiden, die während eines Brems­ vorganges eine neue, andersartige Reaktion feststellen, auf die sie sich möglicherweise nicht schnell genug einstellen können. Die Konstrukteure von Brake-by-Wire-Bremssystemen versuchen deshalb normalerweise, das System so auszulegen, daß das Brems­ pedal anfänglich leicht niederzudrücken ist, es jedoch einem weiteren, inkrementellen Niederdrücken mit zunehmender Kraft entgegenwirkt, ähnlich wie bei einer herkömmlichen hydrauli­ schen Bremsanlage.

Zur Erzielung dieses Verhaltens einer herkömmlichen hydrauli­ schen Bremsanlage in einem Brake-by-Wire-Bremssystem ist unter anderem vorgeschlagen worden, das Bremspedal mit einem Pedal­ wegsimulator (im folgenden als Pedalsimulator bezeichnet) zu verbinden, der eine Feder enthält, die es erlaubt, das Bremspe­ dal gegen eine betätigungswegabhängig zunehmende Kraft nieder­ zudrücken (z. B. DE 195 40 705 A1). Der Pedalsimulator führt somit dazu, daß sich das Bremspedal so verhält, als wäre es mit einer herkömmlichen hydraulischen Bremsanlage verbunden. Das Bremspedal kann mit der Feder über ein Gestänge direkt verbun­ den sein oder es kann, wie es häufig bei elektrohydraulischen Bremssystemen der Fall ist, einen Hauptbremszylinder betätigen, dessen Ausgang normalerweise hydraulisch dem Pedalsimulator zugeleitet wird.

Das Bremsanforderungssignal wird elektrisch erzeugt entweder als Funktion der vom Fahrer beim Niederdrücken des Bremspedals zum Komprimieren der Feder ausgeübten Kraft, oder als Funktion des durch einen Sensor gemessenen Bremspedalbetätigungsweges, oder als Funktion sowohl der auf das Bremspedal wirkenden Kraft als auch des Weges, um den das Bremspedal niedergedrückt wird.

Eines der Probleme eines solchen Pedalsimulators mit einer körperlich vorhandenen Feder besteht darin, daß die Charakteri­ stik des Pedalsimulators nur durch eine physische Modifikation desselben geändert werden kann, etwa durch Auswechseln der im Pedalsimulator verwendeten Feder gegen eine Feder mit einer anderen Federkonstante oder anderen physikalischen Eigenschaf­ ten oder durch ein Nachstellen der vorhandenen Feder von Hand.

Dieses Problem, das bisher nicht wirklich erkannt worden ist, bedeutet für einen Bremsenhersteller, daß er, um entsprechend den Wünschen unterschiedlicher Automobilhersteller Brems­ anlagen mit einem unterschiedlichen Bremspedalgefühl anbieten zu können, eine Vielzahl von Pedalsimulatortypen liefern muß, die jeweils eine unterschiedliche Charakteristik aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Pedalsi­ mulator bereitzustellen, dessen Eigenschaften auf einfache Art und Weise, insbesondere ohne Teile auswechseln zu müssen, geändert werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Pedalsimulator gelöst, der die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale auf­ weist.

Der erfindungsgemäße Pedalsimulator verzichtet auf die herkömm­ liche Feder der bekannten Pedalsimulatoren und stellt statt dessen die Möglichkeit bereit, jede gewünschte Federeigenschaft elektronisch zu programmieren und auf diese Weise nachzuahmen.

Wenn das Bremspedal niedergedrückt wird, um dem erfindungsgemä­ ßen Pedalsimulator einen Eingangswert zu liefern, wird die Kraft-Weg-Charakteristik des Pedalsimulators überwacht und mit einem vorprogrammierten Satz von Eigenschaften verglichen. Ein elektrischer Aktor wird wahlweise im benötigten Umfang betä­ tigt, um eine weitere inkrementelle Bewegung des Bremspedals zu unterstützen oder ihr entgegenzuwirken, je nachdem was erfor­ derlich ist, um die aktuellen Eigenschaften des Pedalsimulators in Übereinstimmung mit den vorprogrammierten Eigenschaften zu bringen. Es müssen keine physischen Veränderungen am erfin­ dungsgemäßen Pedalsimulator vorgenommen werden, um seine Eigen­ schaften, insbesondere das Pedalgefühl zu ändern; die Eigenschaften können allein durch Ändern der Programmierung verändert werden. Auf diese Weise hat der erfindungsgemäße Pedalsimulator eine "programmierbare Feder", was es ermöglicht, einen einzigen Typ von Pedalsimulator in vielen unterschiedli­ chen Automodellen einzusetzen, in denen jeweils ein anderes Pedalgefühl gewünscht wird.

Die elektronische Steuereinheit des erfindungsgemäßen Pedalsi­ mulators kann auch dazu benutzt werden, alle oder nur bestimmte Fahrzeugbremsen automatisch anzusteuern, d. h. ohne daß eine Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer erfolgt. Solche automatischen Bremsvorgänge werden z. B. bei Antriebsschlupfre­ gelungssystemen und Fahrdynamikregelungssystemen benötigt. Die elektronische Steuereinheit wirkt zur Realisierung solcher automatischen Bremsvorgänge mit den jeweils erforderlichen Sensoren (Raddrehzahlsensoren, Lenkwinkelsensor, Gierratensen­ soren etc.) zusammen.

Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Pedalsimulators sind in den abhängigen Patentansprüchen angege­ ben.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pedalsimulators wird im folgenden anhand der beigefügten Figu­ ren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Brake-by-Wire- Bremssystems, das einen erfindungsgemäßen elektroni­ schen Pedalsimulator mit einer "programmierbaren Fe­ der" umfaßt, und

Fig. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 wiedergegebenen elektronischen Pedalsimulators in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 ist ein allgemein mit 10 bezeichnetes Brake-by-Wire- Bremssystem dargestellt, das ein Bremspedal 12, einen elektro­ nischen Pedalsimulator 14, eine elektronische Steuereinheit 16 und elektrische Bremseinheiten 18A bis 18D umfaßt, von denen je eine an jedem Rad 20A bis 20D des Fahrzeuges angeordnet ist. Wie noch näher erläutert werden wird, ist der elektronische Pe­ dalsimulator 14 beim Niederdrücken des Bremspedals 12 durch den Fahrer des Fahrzeuges aktiv, so daß das Bremspedal mit einem gewünschten Pedalgefühl arbeitet, um dem Fahrer eine Rückmel­ dung zu geben, während die Bremsanforderung gemessen und ein Bremsanforderungssignal zur elektronischen Steuereinheit 16 ge­ sandt wird. Die elektronische Steuereinheit 16 erzeugt ihrer­ seits Signale an die Bremseinheiten 18A bis 18D, um das Abbremsen der zugehörigen Räder 20A bis 20D des Fahrzeuges zu bewirken.

Die elektronische Steuereinheit 16 ist vorzugsweise dazu in der Lage, die Bremseinheiten 18A bis 18D einzeln zu steuern, um ei­ ne fortschrittliche Bremsansteuerung wie beispielsweise einen Antiblockierbetrieb, eine Antriebsschlupfregelung (Traktions­ kontrolle), einen selektiven Bremseingriff zur Fahrzeugstabili­ sierung während der Fahrt (Stabilitätskontrolle), zur Unfall­ verhinderung und zum Verhindern eines Rückrollens am Berg oder ähnliches zu ermöglichen. Natürlich müssen hierzu geeignete Sensoren (nicht dargestellt) vorhanden sein, die entsprechende Signale an die elektronische Steuereinheit 16 abgeben, um sol­ che fortschrittlichen Bremsansteuerungstechniken zu unterstüt­ zen. Solche Sensoren können beispielsweise Raddrehzahlsensoren, Lenkwinkelsensoren, Fahrzeuggiersensoren, ein Antikollisionsra­ dar und ähnliches sein.

Obwohl die Bremseinheiten 18A bis 18D im vorliegenden Beispiel elektrisch betrieben sind, kann der Ausgang der elektronischen Steuereinheit 16 statt dessen auch dazu benutzt werden, den Be­ trieb einer hier nicht dargestellten Hydraulikpumpe zu steuern, die dazu verwendet werden kann, hydraulisch betriebene Brems­ einheiten, die anstelle der elektrisch betriebenen Bremseinhei­ ten 18A bis 18D vorgesehen sein können, mit Hydraulikdruck zu versorgen. Die elektronische Steuereinheit 16 könnte dabei den Betrieb von nicht gezeigten Ventilen steuern, um den von einer einzigen Hydraulikpumpe erzeugten Druck bezüglich der einzelnen Bremseinheiten zu regeln, oder sie kann einzelne Hydraulikpum­ pen an jeder Bremseinheit ansteuern, um die obengenannten fort­ schrittlichen Bremsansteuerungstechniken zu realisieren.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun der Aufbau einer bevor­ zugten Ausführungsform des elektronischen Pedalsimulators 14 beschrieben. Gemäß Fig. 2 hat der elektronische Pedalsimulator 14 einen Stellungssensor 32, eine Spindel 34, mehrere Planeten­ räder 36, eine Spindelmutter oder Motorausgangswelle 38, einen als elektrischen Motor 40 mit umkehrbarer Laufrichtung und va­ riablem Drehmoment ausgestalteten elektrischen Aktor und einen Kraftsensor 42. Das Bremspedal 12 ist über ein Bremspedalge­ stänge 44 funktionell mit dem Pedalsimulator gekoppelt. Wie noch erläutert werden wird, erzeugt der Stellungssensor 32 ein Signal an die elektronische Steuereinheit 16, das die relative Stellung der Spindel 34 und damit des Bremspedals 12 angibt, und der Kraftsensor 42 erzeugt ein Signal an die elektronische Steuereinheit 16, das die vom Fahrer ausgeübte Pedalkraft an­ gibt. Die Signale von dem Stellungssensor 32 und dem Kraftsen­ sor 42 werden dazu benutzt, den Betrieb des Pedalsimulators 14 zu überwachen und sie können darüber hinaus auch als Maß für die Bremsanforderung verwendet werden.

Vorzugsweise bilden die Spindel 34, die Plantenräder 36 und die Spindelmutter 38 eine Vorrichtung ähnlich derjenigen, wie sie im US-Patent 4 926 708 an Dietrich et al beschrieben ist. Auf den Inhalt des genannten US-Patents wird hiermit ausdrücklich verwiesen. Die Spindel 34 hat an ihrer Außenseite ein relativ feines Gewinde 46. Die Planetenräder 36 sind um die Spindel 34 herum angeordnet und drehen sich um die Spindel. Jedes Plane­ tenrad 36 ist ebenfalls mit einem feinen Gewinde 48 versehen, das mit dem Gewinde 46 auf der Spindel 34 in Eingriff ist und dieselbe Steigung hat. Jedes Planetenrad 36 ist darüber hinaus mit einem groben Führungsgewinde 50 versehen, das mit einem groben Führungsgewinde 52 gleicher Steigung auf der Innenseite der Spindelmutter 38 in Eingriff ist. Die Axialbewegung der Spindel 34 kann so eine Drehung der Planetenräder 36 und der Spindelmutter 38 bewirken.

Die Spindelmutter 38 stützt eine Spindelmutterabdeckung 54 zur Drehung mit ersterer ab. Die Spindelmutterabdeckung 54 schützt die Planetenräder 36 vor Staub. Die Spindelmutter 38 stützt darüber hinaus die Planetenräder 36 zur Drehung in der Spindel­ mutter 38 ab und sie führt und stützt, durch die Planetenräder 36, die Spindel 34. Die Spindelmutter 38 ist zur Drehung mit einem Rotor 56 des Motors 40 gekoppelt. Die Spindelmutter 38 und der Rotor 56 sind durch ein Paar Lager 60 und 62 zur Dre­ hung relativ zu einem Stator 58 des Motors 40 abgestützt. Das Lager 60 stützt die Spindelmutter 38 in bezug auf ein rohrför­ miges inneres Gehäuse 64 ab, während das Lager 62 den Rotor 56 an einem inneren Gehäusedeckel 66 abstützt. Der innere Gehäuse­ deckel 66 wiederum ist am inneren Gehäuse 64 abgestützt. Der innere Gehäusedeckel 66 stützt das Lager 62 sowohl axial als auch radial. Ein zweiter innerer Gehäusedeckel 68 stützt das Lager 60 axial ab, während das innere Gehäuse 64 das Lager 60 radial abstützt. Das innere Gehäuse ist von einem rohrförmigen äußeren Gehäuse 70 und einem Paar gegenüberliegender Gehäuse­ deckel 72 und 74 umschlossen. Die Außengehäusedeckel 72 und 74 stützen das Innengehäuse 64 ab und legen es gegen eine deutli­ che Bewegung relativ zum Außengehäuse 70 des Pedalsimulators 14 fest. Der Kraftsensor 42 ist vorzugsweise am Außengehäusedeckel 74 angebracht, um die vom Bremspedalgestänge 44 auf den Pedal­ simulator 14 ausgeübte Kraft zu messen. Die über das Bremspe­ dalgestänge 44 ausgeübte Kraft wird durch die Spindel 34 auf die Planetenräder 38, die Spindelmutter 38 sowie durch die La­ ger 60 und 62 auf das Innengehäuse 64 und dann auf den Kraftsensor 42 übertragen.

Die Lage des Stellungssensors 32 und des Kraftsensors 42 kann von der hier dargestellten abweichen. Beispielsweise kann der Stellungssensor 32 so angebracht sein, daß er die Bewegung des Bremspedals 12 direkt mißt, und der Kraftsensor 42 kann zum di­ rekten Messen der im Bremspedalgestänge 44 auftretenden Kräfte angeordnet sein.

Im folgenden wird die Funktion des Pedalsimulators 14 näher er­ läutert: Sollen die elektrischen Bremseinheiten 18A bis 18D be­ tätigt werden, um die Drehung der zugehörigen Räder 20A bis 20D des Fahrzeugs zu verlangsamen oder zu stoppen, wird der Fahrer das Bremspedal 12 betätigen. Letzteres ist über das in Fig. 1 gezeigte Bremspedalgestänge 44 funktionell mit der Spindel 34 gekoppelt, so daß ein Niederdrücken des Bremspedals 12 die Spindel 34 in Fig. 2 axial nach rechts verlagert. Die Spindel 34 ist in geeigneter Weise, beispielsweise durch ihre nicht dargestellte Kopplung mit dem Bremspedalgestänge 44, gegen eine Drehung gesichert.

Die Axialverlagerung der Spindel 34 wird vom Stellungssensor 32 erkannt und er erzeugt ein Signal an die elektronische Steuer­ einheit 16, das die Relativstellung der Spindel 34 und damit die Stellung des Bremspedals 12 angibt. Darüber hinaus erzeugt der Kraftsensor 42 ein Signal an die elektronische Steuerein­ heit 16, das die gemessene Kraft des Bremspedalgestänges 44 auf den Pedalsimulator 14 angibt, die proportional zu der vom Fah­ rer auf das Bremspedal ausgeübten Kraft ist. Die elektronische Steuereinheit 16 kombiniert vorzugsweise die Signale des Posi­ tionssensors 34 und des Kraftsensors 42 zum Ermitteln der Bremsanforderung. Die elektronische Steuereinheit 16 sendet dann ein Signal zu jeder elektrischen Bremseinheit 18A bis 18D, um die Drehung des zugehörigen Rades 20A bis 20D des Fahrzeugs entsprechend der Bremsanforderung des Fahrers zu verlangsamen oder anzuhalten.

Wenn der Fahrzeugführer das Bremspedal 12 nicht mehr nieder­ drückt, erkennt die elektronische Steuereinheit 16, daß die ausgeübte Kraft in Relation zur gewünschten Kraft für die vom Stellungssensor 32 erfühlte Stellung niedrig ist. Die elektro­ nische Steuereinheit 16 aktiviert den Elektromotor 40, der die Spindelmutter 38 und die Planetenräder 36 dreht, um die Spindel 34 bezogen auf Fig. 2 nach links so zu verlagern, als solle die vom Kraftsensor 42 erfühlte Kraft erhöht werden. Da der Fahrzeugführer das Bremspedal 12 jedoch freigegeben hat, bewegt der Motor 40 die Spindel 34 und damit das Bremspedal 12 in eine nicht betätigte Ausgangsstellung. Gleichzeitig erzeugt die elektronische Steuereinheit 16 ein Signal an jede elektrische Bremseinheit 18A bis 18D, um sie in eine nicht betätigte Stel­ lung zu bringen, wodurch eine freie Drehung der Fahrzeugräder 20A bis 20D ermöglicht ist.

Der Elektromotor 40 des elektronischen Pedalsimulators 14 kann ein "aktiver" oder "passiver" Motor sein. In einem elektroni­ schen Pedalsimulator 14 mit aktivem Elektromotor 40 ist die Steigung der zusammenwirkenden Gewinde an der Spindel 34 und den Planetenrädern 36 relativ klein, so daß eine Selbsthemmung erzielt ist. Bei solchermaßen selbsthemmenden Gewinden kann ei­ ne auf die Spindel 34 ausgeübte Axialkraft über die Gewinde an der Spindel 34 und den Planetenrädern 36 kein Drehmoment erzeu­ gen, das zur Überwindung der zwischen den Gewinden bestehenden Reibung ausreichen würde, so daß weder die Planetenräder 36 noch die Spindelmutter 38 sich drehen. Die auf die Spindel 34 ausgeübte Kraft wird jedoch auf den Kraftsensor 42 übertragen und das von diesem erzeugte Kraftsignal wird der elektronischen Steuereinheit 16 zugeführt, wo es mit dem vom Stellungssensor 32 erzeugten Stellungssignal verglichen wird. Das Verhältnis der beiden Signale wird mit einem vorprogrammierten, gewünsch­ ten Verhältnis verglichen, das in der elektronischen Steuerein­ heit 16 abgespeichert ist. Beispielsweise kann das gewünschte Verhältnis zwischen Kraft und Stellung in Form einer Tabelle in der Steuereinheit 16 gespeichert sein, es kann aber auch ent­ sprechend vorprogrammierter Funktionen in der Steuereinheit 16 dynamisch berechnet werden. Das gewünschte Verhältnis zwischen Kraft und Stellung wird normalerweise so sein, daß bei einem anfänglichen Niederdrücken des Bremspedals 12 ein geringer Be­ wegungswiderstand besteht. Sind in dem Pedalsimulator selbsthemmende Gewinde vorhanden, wird die vom Fahrzeugführer auf das Bremspedal ausgeübte Kraft anfänglich zu keiner Verla­ gerung der Spindel 34 führen. Eine Abweichung von dem in die elektronische Steuereinheit 16 einprogrammierten, erwünschten Verhältnis einer niedrigen Kraft für eine anfängliche Bewegung wird deshalb von der elektronischen Steuereinheit 16 festge­ stellt werden. Der Elektromotor 40 wird daraufhin von der Steu­ ereinheit 16 derart aktiviert, daß er sich in einer Richtung dreht, die das Bremspedal 12 dabei unterstützt, die Spindel 34 in der erforderlichen Richtung zu verlagern, damit sicherge­ stellt wird, daß für die gemessene Kraft die gewünschte Brems­ pedalbewegung erfolgt. Ein solcher Pedalsimulator 14 wäre ein "aktiver" Pedalsimulator, denn der Elektromotor 40 muß akti­ viert werden, um eine Bewegung des Bremspedals zu gestatten.

Im Gegensatz dazu sind bei einem "passiven" elektronischen Pe­ dalsimulator 14 die Steigungen der entsprechenden Gewinde der Spindel 34 und der Planetenräder 36 relativ hoch und damit nicht selbsthemmend. Das Bremspedal 12 kann deshalb niederge­ drückt werden und verlagert die Spindel 34, ohne daß hierfür der Elektromotor 40 aktiviert werden müßte. Während einer Ver­ lagerung der Spindel 34 wird das Verhältnis zwischen der vom Kraftsensor 42 gemessenen Kraft und der vom Stellungssensor 32 gemessenen Stellung fortwährend durch die elektronische Steuer­ einheit 16 überwacht. Weicht das Verhältnis zwischen Kraft und Stellung von dem in die Steuereinheit 16 programmierten, ge­ wünschten Verhältnis ab, wird der Elektromotor 40 aktiviert, um retardierend auf die Axialverlagerung der Spindel 34 einzuwir­ ken, wenn die gemessene Kraft kleiner als die für eine gemesse­ ne Stellung gewünschte Kraft ist, oder um die Verlagerung der Spindel 34 zu unterstützen, wenn die gemessene Kraft im Ver­ gleich zur gewünschten Kraft bei einer gemessenen Stellung hoch ist.

Wird das Bremspedal 12 relativ schnell niedergedrückt, wie es beispielsweise bei einer Notbremsung der Fall ist, hat ein pas­ siver elektronischer Pedalsimulator 14 Vorteile, da anzunehmen ist, daß er die dabei auftretende Dynamik der beteiligten Kom­ ponenten besser verkraften kann. Darüber hinaus kann ein sol­ cher passiver elektronischer Pedalsimulator 14 relativ einfach, beispielsweise am in Fig. 2 rechten Ende der Spindel 34, mit einer hier nicht dargestellten Reservebremseinrichtung gekop­ pelt werden, beispielsweise mit dem Hauptbremszylinder eines hydraulischen Reservebremskreises.

Falls gewünscht, etwa dann, wenn ein aktiver Pedalsimulator 14 eingesetzt wird, oder falls zur Verbesserung des Ansprechver­ haltens eines passiven Pedalsimulators 14 erforderlich, kann eine zusätzliche Feder-/Dämpferkombination 76 zwischen dem Bremspedal 12 und dem elektronischen Pedalsimulator 14 vorgese­ hen sein (siehe Fig. 1). Die Feder-/Dämpferkombination 76 stellt in dem Bremspedalgestänge einen unter Federvorspannung stehenden Leerweg bereit, der eine anfängliche Verlagerung des Bremspedals gegen eine geringe Kraft erlaubt, bevor der Elek­ tromotor 40 zum Erzeugen des gewünschten Drehmoments aktiviert wird, womit potentielle Probleme hinsichtlich der Ansprechzeit des elektronischen Pedalsimulators 14 beim Betätigen des Brems­ pedals 12 reduziert sind, insbesondere bei sehr schneller Bremspedalbetätigung, wie sie etwa bei einer Notbremsung vor­ kommt. Der Stellungssensor 32 wird bei einer solchen Anordnung vorzugsweise so positioniert sein, daß er die Verlagerung des Bremspedals 12 oder des Bremspedalgestänges 44 zwischen dem Bremspedal 12 und der Feder-/Dämpferkombination 76 überwacht. Eine solche Positionierung des Stellungssensors 32 erlaubt der elektronischen Steuereinheit 16, auf das sich ändernde Stel­ lungssignal zu reagieren und den Elektromotor 40 zu aktivieren, bevor der durch die Feder-/Dämpferkombination 76 bereitgestell­ te Leerweg aufgebraucht ist.

Ein entscheidender Vorteil des elektronische Pedalsimulators 14 besteht darin, daß eine aktive Programmiermöglichkeit hinsicht­ lich des Pedalgefühls und des Pedalwegs gegeben ist, das bzw. den ein Fahrzeugführer beim Niederdrücken des Bremspedals 12 wahrnimmt. Darüber hinaus stellt der elektronische Pedalsimula­ tor 14 eine "programmierbare Feder" bereit, die kein Dämpfungs­ element benötigt, um dem Fahrzeugführer das angenehme Pedalge­ fühl zu vermitteln, das er üblicherweise beim Betätigen einer herkömmlichen hydraulischen Bremsanlage wahrnimmt, insbesondere bei Notbremsungen mit sehr schneller Bremspedalbetätigung. Des weiteren ermöglicht die programmierbare Feder des elektro­ nischen Pedalsimulators 14 jede gewünschte Kraft-Weg-Charakte­ ristik, einschließlich einer gewünschten Hysterese und Dämp­ fung.

Der beschriebene Pedalsimulator 14 kann in Gestalt jedes geeig­ neten Bewegungswandlers ausgeführt werden, der eine axiale Be­ wegung in eine Drehbewegung umwandelt, wie etwa eine Kugelumlaufspindel oder eine andere Einrichtung, und der mit einem Elektromotor gekoppelt ist, der wie oben beschrieben ge­ steuert ist. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfin­ dung, den Pedalsimulator als einen Linearantrieb mit variabler Kraft auszuführen, der mit dem Bremspedal gekoppelt ist, um ei­ ner Verlagerung des Bremspedals variabel und direkt entgegenzu­ wirken und um das Bremspedal in eine Ausgangsstellung zurückzuführen, ohne daß ein Bewegungswandler erforderlich wä­ re, der eine Linearbewegung in eine Drehbewegung wandelt.

Claims (10)

1. Elektronischer Pedalsimulator (14) für ein Fahrzeugbrems­ system, mit:

• 1. einem Eingangsglied, das von einem Fahrzeugführer wahlweise verlagert wird,
• 2. einer Einrichtung zum Ermitteln eines Verhältnisses zwischen einer Stellung des Eingangsgliedes und einer Kraft, mit der der Fahrzeugführer das Eingangsglied verlagert, und
• 3. einer programmierbaren Federeinrichtung zum wahlweisen Unter­ stützen und Entgegenwirken einer vom Fahrzeugführer bewirkten Verlagerung des Eingangsgliedes entsprechend einem vorbestimm­ ten Verhältnis aus Stellung und Kraft.

2. Pedalsimulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• 1. ein Bremspedal (12),
• 2. einen elektrischen Aktor, der funktionell mit dem Bremspedal (12) gekoppelt ist, um wahlweise eine Kraft auf letzteres auszuüben,
• 3. einen Stellungssensor (32) zum Erzeugen eines Stellungs­ signals in Abhängigkeit der Stellung des Bremspedals (12),
• 4. einen Kraftsensor (42) zum Erzeugen eines Kraftsignals in Abhängigkeit der von einem Fahrer auf das Bremspedal (12) ausgeübten Kraft, und
• 5. eine elektronische Steuereinheit (16) mit einem darin einpro­ grammierten, gewünschten Verhältnis zwischen dem Stellungs­ signal und dem Kraftsignal, wobei die elektronische Steuereinheit (16) ein tatsächliches Verhältnis zwischen dem Stellungssignal und dem Kraftsignal ermittelt, und dieses tatsächliche Verhältnis mit dem gewünschten Verhältnis ver­ gleicht und den elektrischen Aktor (34, 36, 38, 40, 56) derart steuert, daß er wahlweise eine Kraft auf das Bremspedal (12) ausübt, um das tatsächliche Verhältnis mit dem gewünschten Verhältnis in Übereinstimmung zu bringen.

3. Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Aktor (34, 36, 38, 40, 56) einen Bewegungswandler (34, 36, 38), der eine Drehbewe­ gung in eine Linearbewegung umwandelt, zum Koppeln eines Elek­ tromotors (40) an das Bremspedal (12) aufweist.

4. Pedalsimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungswandler (34, 36, 38) eine Spindel (34) mit einem darauf ausgebildeten Gewinde (46), eine Spindelmutter (38) mit einem daran ausgebildeten Innenge­ winde (52) und mehrere Planetenräder (36) umfaßt, die mit den Gewinden (46) und (52) der Spindel (34) bzw. der Spindelmutter (38) zum Koppeln der Spindel (34) mit der Spindelmutter (38) in Eingriff sind, wobei die Spindel (34) mit dem Bremspedal (12) gekoppelt ist, um sich bei einer Verlagerung des Bremspedals mit diesem axial zu bewegen, und wobei die Spindelmutter (38) funktionell mit dem Drehausgang des Elektromotors (40) gekop­ pelt ist.

5. Pedalsimulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Gewinde an der Spindel (34) und an der Spindelmutter (38) selbsthemmend ist.

6. Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Aktor ein "aktiver" Aktor ist.

7. Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Aktor ein "passiver" Aktor ist.

8. Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder-/Dämpfereinheit (76) funktionell zwischen dem Bremspedal (12) und dem elektrischen Aktor angeordnet ist, die einen unter Federvorspannung stehen­ den Leerweg zwischen dem Bremspedal (12) und dem elektrischen Aktor bereitstellt.

9. Pedalsimulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungssensor (32) die Stel­ lung eines Bremspedalgestänges (44) überwacht, welches das Bremspedal (12) mit der Feder-/Dämpfereinheit (76) koppelt, um ein Stellungssignal in Abhängigkeit der Bremspedalstellung anzugeben.

10. Pedalsimulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremspedal (12) durch den elektrischen Aktor hindurch mit einem Reservebremssystem gekop­ pelt ist.