Kupplungssvstems

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges, vorzugsweise ein Pedalsimulator, welcher eine haptische Rückmeldung über ein vorgegebenes Kraft-Weg-Verhalten vermittelt, umfassend eine Kolben-Zylinder-Einheit, wobei der Kolben über eine Kolbenstange mit dem Betätigungselement verbunden ist, welches den Kolben innerhalb des Zylinders axial bewegt sowie eine Einrichtung zur Betätigung eines elektrischen Kupplungssystems.

Aus der DE 10 201 1 016 239 A1 ist ein Pedalkraftsimulator für eine Fahrzeugbremsanlage mit elektronischer Signalübertragung bekannt, bei der eine, von der Fußkraft des Fahrzeugführers abhängige Aussteuerung des Bremsmomentes, insbesondere mittels elektro-hydraulischer oder elektro-mechanischer Systeme vorgenommen wird, wobei der Pedalkraftsimulator ein für einen Fahrzeugführer gewohntes Bremsgefühl generiert. Der Pedalkraftsimulator umfasst eine pneumatisch arbeitende Kolben-Zylinder-Einheit, deren Kolben eine Kompressionskammer mit einem ansteuerbaren Ventil begrenzt und entgegen der Kompressionsrichtung mittels zumindest eines ersten Federelementes den Kolben mit einer Kraft belastet sowie über eine Kolbenstange mit einem Fahrzeugbremspedal derart wirkverbunden ist, dass die Kolbenstange während der Betätigung des Fahrzeugbremspedals eine Winkeländerung relativ zur Kolben-Zylinder-Einheit erfährt. Diese Winkelbeweglichkeit stellt hohe Anforderungen an die Konstruktion des Pedalkraftsimulators.

Die DE 10 2010 061 439 A1 offenbart ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Bremspedal, das von einem Fahrzeugführer betätigbar ist, mit einem Pedalsimulator zur Erzeugung einer wegabhängigen Gegen- bzw. Rückstellkraft verbunden ist. Die Stellung des Bremspedals wird mittels eines Sensors erfasst und dessen Sensorsignal dem Steuergerät zur Auswertung zugeführt. Entsprechend der Stellung des Bremspedals erzeugt das Steuergerät Steuersignale für eine Antriebssteuereinheit und eine Bremssteuereinrichtung, so dass ein dadurch erzeugter generatorischer Bremsanteil zusammen mit dem Reibungsbremsanteil ein Bremsmoment bzw. eine Bremswirkung erzeugt, die der Stellung des Bremspedals entspricht. Gleichzeitig wird der Pedalsimulator von dem Steuergerät derart angesteuert, dass auf das Bremspedal eine Gegenkraft bzw. Rückstellkraft wirkt, sich also eine Weg-Kraft- Abhängigkeit einstellt, die dem Fahrer ein Pedalgefühl wie bei einer Bremsung ausschließlich mit einer hydraulischen Bremsanlage gibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges anzugeben, welche dem Fahrzeugführer das gleiche Gefühl übermittelt wie bei einer normalen hydraulischen Anlage und trotzdem einfach herstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Zylinder mit einem Medium gefüllt ist, wobei der Kolben mindestens eine durchgängige Öffnung aufweist und/oder mindestens eine Nut an einer Innenwand des Zylinders verläuft, durch welche das Medium bei einer Betätigung des Betätigungselementes aus einem, in Bewegungsrichtung des Kolbens vor dem Kolben liegenden ersten Arbeitsraum in einen, dem Kolben nachgeordneten zweiten Arbeitsraum strömt. Dies hat den Vorteil, dass auch bei einem nicht hydraulischen Betätigungssystem, insbesondere einem rein elektrischen Fahrzeugkupplungssystem, dem Fahrzeugnutzer das gleiche Gefühl übermittelt wird, wie bei einem normalen hydraulischen Betätigungssystem. Die Vorrichtung zur Kraftsimulation simuliert dabei eine Kraft-Weg-Kennlinie, wobei die Kraft, welche am Fuß oder an der Hand des Fahrzeugnutzers über das Betätigungselement angreift, in Abhängigkeit des Weges hervorgerufen wird, welchen der, ein Widerstandselement bildende Kolben zurücklegt. Die Größe der Vorrichtung zur Kraftsimulation entspricht dabei der Größe eines Geberzylinders bei einem hydraulischen Kupplungsbetätigungssystem, so dass keine weiteren Anforderungen an den Platzbedarf im Kraftfahrzeug gestellt werden, weshalb der Kraftsimulator anstelle des Geberzylinders an derselben Stelle im Kraftfahrzeug eingebaut werden kann.

Vorteilhafterweise sind in dem Kolben zwei durchgängige, axial verlaufende Öffnungen ausgebildet, welche um eine Kolbenachse symmetrisch angeordnet sind. Dadurch wird gewährleistet, dass die durch das Medium auf den Kolben übertragene Kraft gleichmäßig am Kolben angreift, wodurch eine stabile, annähernd senkrechte Führung des Kolbens innerhalb des Zylinders möglich ist.

In einer Ausgestaltung ist ein Durchmesser der Öffnung konstant ausgebildet. Der Durchmesser der Öffnung bestimmt dabei das Volumen des Mediums, welches durch den Kolben hin- durch von dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum treten kann. Zusätzlich wird das Volumen und somit die am Betätigungselement spürbare Kraft durch die Anzahl der Öffnungen im Kolben eingestellt.

In einer Variante erstreckt sich die mindestens eine Nut an der Innenwand des Zylinders in eine Längsrichtung des Zylinders, durch welche das Medium am Kolben vorbei von dem ersten in den zweiten Arbeitsraum strömt. Diese mindestens eine Nut erlaubt allein oder gemeinsam mit der Öffnung im Kolben eine feinfühlige Abstimmung des Kraftunterschiedes, welcher von dem Fahrzeugnutzer am Betätigungselement wahrgenommen wird.

Die Variationsmöglichkeiten der Kraftunterschiede werden erhöht, indem mehrere Nuten an einen Umfang der Innenwand des Zylinders mit einem gleichmäßigen Abstand verteilt sind.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Nuten eine unterschiedliche Länge und/oder eine unterschiedliche axiale Position auf, wodurch der gewünschte Kraftunterschied über den, von dem Betätigungselement zurückgelegten Weg sehr differenziert eingestellt werden kann. Dabei tritt eine größere Kraft auf, wenn nur wenig Flüssigkeit durch die Nuten an dem Kolben vorbei vom ersten in den zweiten Arbeitsraum gelangt, wohingegen eine kleine Kraft eingestellt wird, wenn aufgrund der Position des Kolbens, welcher von der Stellung des Betätigungselementes abhängt, eine Vielzahl von Nuten an der Innenwand des Zylinders freigegeben werden, was eine große Oberfläche zum Austausch des Volumens zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsraum freigibt.

Zur Bildung von unterschiedlichen Durchflussquerschnitten variiert eine Form der Nuten zusätzlich hinsichtlich Querschnitt und/oder Breite und/oder Höhe.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Medium als eine inkompressible Flüssigkeit ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das inkompressible Medium eine Hydraulikflüssigkeit, die durch den Kolben aus dem ersten Arbeitsraum in den zweiten Arbeitsraum hindurchgedrückt wird. Aufgrund der inkompressiblen Eigenschaft der Flüssigkeit entsteht eine Gegenkraft, welche durch den Fahrzeugnutzer am Betätigungselement, vorzugsweise einem Fahrpedal, sicher fühlbar ist. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Betätigung eines elektrischen Kupplungssystems, bei welchem ein Betätigungselement mit einer Vorrichtung zur Kraftsimulation an dem Betätigungselement verbunden ist, wobei die Stellung des Betätigungselementes von einer Sensoreinheit erfasst und elektrisch an eine Steuereinheit weitergegeben wird, welche mit einer Kupplung in einer Wirkverbindung steht. Die Vorrichtung zur Kraftsimulation ist dabei nach mindestens einem, in dieser Schutzrechtsanmeldung ausgeführten Merkmal ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass bei einem elektrischen Kupplungssystem an dem Betätigungselement von dem Fahrzeugnutzer genau dieselbe Kraft wahrgenommen wird, wie bei einem hydraulischen oder pneumatischen Kupplungssystem.

Vorteilhafterweise weist die Steuereinheit eine als Aktor ausgebildete Leistungseinheit zur An- steuerung der Kupplung auf, welche mit der Kupplung mechanisch oder hydraulisch oder pneumatisch gekoppelt ist. Somit ist die Vorrichtung zur Kraftsimulation an einem Betätigungselement eines Fahrzeuges in einer beliebigen Form der Betätigungselemente einsetzbar.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigen

Figur 1 : eine Prinzipdarstellung eines elektro-hydraulischen Kupplungsbetätigungssys- tems,

Figur 2: ein Ausführungsbeispiel für einen Pedalsimulator des elektro-hydraulischen

Kupplungsbetätigungssystems gemäß Figur 1 .

Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

In Figur 1 ist eine Prinzipdarstellung eines elektro-hydraulischen Kupplungsbetätigungssystems dargestellt, welches auch als clutch-by-wire-System bezeichnet wird. Das elektro- hydraulische Kupplungsbetatigungssystem 1 umfasst einen Pedalsimulator 2, der mechanisch mit einem Kupplungspedal 3 verbunden ist. Das Kupplungspedal 3 betätigt über eine Kolbenstange 4 einen, in dem Pedalsimulator 2 axial beweglich gelagerten Kolben 5. Die Bewegung des Kolbens 5 wird durch eine Wegsensoreinheit 6 detektiert, die mit dem Pedalsimulator 2 verbunden und vorzugsweise in diesen integriert ist. Über eine elektrische Leitung 7 ist die Wegsensoreinheit 6 mit einer Steuer- und Leistungseinheit 8 verbunden. Neben der Steuerelektronik umfasst die Steuer- und Leistungseinheit 8 einen Aktor, welcher über eine weitere Leitung 9 die Kupplung 10 ansteuert. Die Leitung 9 ist im vorliegenden Fall als hydraulische Leitung ausgebildet. Die Anordnung der Kupplung 10 kann alternativ aber auch pneumatisch oder mechanisch erfolgen.

In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Pedalsimulators 2 gezeigt, wie dieser in dem Kupplungsbetatigungssystem 1 gemäß Figur 1 verwendet wird. Das Kupplungspedal 3 ist über einen Anschluss 1 1 an der Kolbenstange 4 befestigt. Innerhalb eines Zylinders 12 wird der Kolben 5 über die Kolbenstange 4 in Abhängigkeit von der Stellung des Kupplungspedals 3 axial bewegt. Der Zylinder 12 weist an einem Ende ein Führungselement 13, beispielsweise eine Dichtung oder eine Wandöffnung, auf, in welcher die Kolbenstange 4 axial gelagert ist. Am Vorderende der Kolbenstange 4 ist der Kolben 5 mit dieser verbunden und an einer Innenwand 14 des Zylinders 12 umfangsseitig geführt. Am Umfang der Innenwand 14 des Zylinders 12 erstrecken sich entlang der Längsausrichtung des Zylinders 12 Nuten 15, 16, die sich axial mit unterschiedlicher Länge verteilen. Dabei sind sowohl der Querschnitt als auch Höhe und Breite der Nuten unterschiedlich. Durch diese unterschiedliche Geometrie weist das Zylinderinnere unterschiedliche Durchflussquerschnitte auf.

Der Kolben 5 weist symmetrisch zur Kolbenstange 4 jeweils eine Öffnung 17, 18 auf, die durchgängig ausgebildet sind und axial zu einer nicht weiter dargestellten Kolbenachse ausgerichtet sind. In Bewegungsrichtung des Kolbens 5 ist ein erster Arbeitsraum 19 und dem Kolben 5 nachgeordnet ist ein zweiter Arbeitsraum 20 ausgebildet. Um die Kolbenstange 4 und den Zylinder 12 ist teilweise eine Rückstellfeder 21 angeordnet.

Der beschriebene Pedalsimulator 2 funktioniert wie folgt: Bei der Betätigung des Kupplungspedals 3 wird die Pedalbewegung über den Anschluss 1 1 in eine entsprechende Vorschubbewegung der Kolbenstange 4 umgesetzt. Hierbei wird zum einen die Rückstellfeder 21 zusammengedrückt und gespannt, wodurch eine rückstellende Reaktionskraft entsteht. Außer- dem wird der an der Kolbenstange 4 befestigte Kolben 5 gegenüber dem ortsfest gelagerten Zylinder 12 innerhalb diesem vorwärts bewegt. Dadurch wird ein mehr oder weniger großes Volumen der hydraulischen Flüssigkeit durch die Öffnungen 17, 18 des, ein Widerstandselement bildenden Kolben 5 hindurch von dem ersten Arbeitsraum 19 in den zweiten Arbeitsraum 20 verdrängt. Nimmt der Kolben 5 im Zylinder 12 eine Position ein, an welcher mindestens eine Nut 15, 16 an der Innenwand des Zylinders 12 ausgebildet ist, so fließt die hydraulische Flüssigkeit zusätzlich durch die mindestens eine Nut 15, 16 an Kolben 5 vorbei vom ersten Arbeitsraum 19 in den zweiten Arbeitsraum 20. Das gewünschte Dämpfungsverhalten, welches am Kupplungspedal 3 durch den Fahrzeugnutzer spürbar ist, wird dabei durch die geometrische Form der Nuten 15, 16, wie Querschnitt, Breite und Höhe, vorgegeben, welche gleichmäßig am Innenumfang des Zylinders 12 verteilt sind.

Der beschriebene Pedalsimulator 2 ist für ein nicht hydraulisches Betätigungssystem, insbesondere ein rein elektrisches Fahrzeug-Kupplungssystem vorgesehen. Er kann alternativ aber auch für beliebige andere Betätigungssysteme, wie beispielsweise Bremssysteme, eingesetzt werden, die auch statt eines Pedals ein beliebig anderes Betätigungselement aufweisen können.

Bezuqszeichenliste elektrisches Kupplungsbetätigungssystem Pedalsimulator

Kupplungspedal

Kolbenstange

Kolben

Wegsensoreinheit

Elektrische Leitung

Steuer- und Leistungseinheit

Leitung

Kupplung

Anschluss

Zylinder

Führungselement

Innenwand des Zylinders

Nut

Nut

Öffnung

Öffnung

Erster Arbeitsraum

Zweiter Arbeitsraum

Rückstellfeder