Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Pedalemulator für ein Fahrzeug, ein Brake-by-Wire- Bremssystem und ein Fahrzeug.

Durch die steigende Elektrifizierung des Fahrzeugmarktes als auch erhöhte Abgasanforderungen ist es notwendig, über neue Möglichkeiten der Bremswirkungserzeugung nachzudenken. Derzeitige Bremssysteme gehen bereits in die Richtung, dass die Bremswirkung nicht mehr vakuumbasiert, sondern servoelektrisch verstärkt wird. Dabei ist allerdings immer noch ein rein mechanischer Durchgriff auf die Bremswirkung gegeben.

Der nächste Entwicklungsschritt zielt nun darauf ab, dass der Bremsbefehl vom Fahrer und die Bremswirkung vollkommen entkoppelt werden (sog. „brake-by-wire“), wie es auch schon bei den Gaspedalen der Fall ist. Damit die Haptik weiterhin vergleichbar mit konventionellen Bremssystemen bleibt, ist eine mechanische Simulation der Kraft-Weg-Kennlinie erforderlich. Im Vergleich zum Gaspedal, liegt ein nicht linearer Zusammenhang zwischen dem Pedalweg und der Pedalkraft vor. In der Regel handelt es sich um einen progressiven Kraftanstieg über den Pedalweg.

Den heutigen Stand der Technik bilden vor allem hydraulisch basierte Bremssysteme, bei denen die Fußkraft am Pedal mittels Bremskraftverstärkers (hydraulisch oder per Vakuum) auf den Hauptbremszylinder übertragen wird. Ein Pedalemulator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus DE 10 2019 101 646 A1 bekannt. Durch eine im beweglichen Pedal befindliche Kraftsensorik und die mechanische Entkopplung der Betätigung der Bremse (brake-by-wire) kann der Fahrzeuginnenraum geschlossen (kein Durchbruch in der sog. „Firewall“) und Außengeräusche reduziert werden. Außerdem können Komponenten der Bremse frei im Fahrzeug platziert werden. Über die mechanische Simulation der Kraft-Weg-Kennlinie lassen sich verschiedene Anforderungen realisieren. Zusätzlich zur Abbildung der konventionellen Bremssysteme ist eine Vereinheitlichung sowie Individualisierung über diverse OEM und Fahrzeugplattformen möglich.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pedalemulator für ein Fahrzeug anzugeben, mit dem die Haptik bei der Pedalbetätigung optimiert wird und ein kompakter und konstruktiv einfacher Aufbau des Pedalemulators ermöglicht wird.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche, insbesondere durch einen Pedalemulator nach Anspruch 1 , ein Brake-by-Wire- Bremssystem nach Anspruch 14 sowie ein Fahrzeug nach Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Pedalemulator beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Brake-by- Wire-Bremssystem sowie dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Der erfindungsgemäße Pedalemulator umfasst einen drehbaren Pedalhebel, einen Rückstellträger, ein den Rückstellträger lagerndes Gehäuseteil und eine Krafterzeugungseinheit zur Ausübung einer Gegenkraft auf den drehbaren Pedalhebel, wobei die Gegenkraft entgegengesetzt zu einer auf den drehbaren Pedalhebel ausgeübten Betätigungskraft wirkt, und wobei die Krafterzeugungseinheit derart ausgebildet ist, dass ein Verlauf der Gegenkraft entlang eines Pedalwegs des Pedalhebels in einem Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm als ein nichtlinearer Verlauf ausgebildet ist, wobei ein Auflagebereich des Rückstellträgers gleitreibend in einem Lagerbereich des Gehäuseteils gelagert ist, und wobei der Lagerbereich einen ersten Vorsprung zur Bildung einer ersten Reibfläche aufweist.

Durch den von der Krafterzeugungseinheit erzeugten nichtlinearen Verlauf der Gegenkraft entlang des Pedalwegs des Pedalhebels oder, mit anderen Worten, entlang einer Drehung des Pedalwegs um die Drehachse, welche in dem besagten Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm darstellbar ist, wird die Haptik eines (wie eingangs in Bezug auf ein Bremspedal beschriebenen) konventionellen Pedals nachgeahmt. Besonders vorteilhaft wird der Pedalweg mittels einer Hysterese abgebildet. Dabei wird unter einer Hysterese ein unterschiedlicher Kraft/Weg-Verlauf bei der Betätigung und dem Loslassen des Pedalhebels verstanden.

Dabei wird das Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm vorliegend durch zwei unterschiedliche und miteinander über den Rückstellträger verbundene Kraftwege gebildet. Einerseits ist ein Pedalweg-Gegenkraft-Weg zwischen dem Pedalhebel bzw. der Drehachse und dem Rückstellelement gegeben. Andererseits ist ein weiterer Pedalweg-Gegenkraft-Weg zwischen dem Pedalhebel bzw. der Drehachse und dem Rückstellträger über das Kopplungselement gegeben. Diese beiden Pedalweg- Gegenkraft-Wege bilden gemeinsam den gewünschten nichtlinearen Verlauf der Gegenkraft entlang des Pedalwegs.

Als nichtlinearer Verlauf kann insbesondere ein progressiver Verlauf vorgesehen werden. Entsprechend nimmt die Gegenkraft mit zunehmenden Pedalweg, also mit der zunehmenden Betätigung des Pedalhebels durch den Fahrer, überproportional zu. Der nichtlineare Verlauf kann sich durch eine Hysterese äußern.

Bei dem Pedalemulator kann es sich insbesondere um einen Bremspedalemulator handeln. Mit anderen Worten kann der Pedalemulator in einem Bremspedal eines Fahrzeugs eingesetzt werden.

Um das nichtlineare Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm zu erzeugen, sieht der Lagerbereich des Gehäuseteils den ersten Vorsprung zur Bildung einer ersten Reibfläche vor. Wird nun der Pedalhebel betätigt, so bewegt sich der Auflagebereich des Rückstellträgers unter Gleitreibung in dem Lagerbereich des Gehäuseteils. Dabei bildete die erste Reibfläche eine definierte und lagefeste, insbesondere ortsfeste, Kontaktfläche bzw. Kontaktbereich für den Rückstellträger, um an dieser Kontaktfläche bzw. in diesem Kontaktbereich eine Gleitreibung zu erzeugen. Durch die erste Reibfläche wird die Gleitreibung zwischen dem Rückstellträger und dem Gehäuseteil verstärkt, wodurch die Haptik bei der Pedalbetätigung durch den Pedalemulator verbessert wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Lagerbereich einen zweiten Vorsprung zur Bildung einer zweiten Reibfläche auf. Durch die zweite Reibfläche wird ein zweiter lagefester, insbesondere ortsfester, Reibkontakt erzeugt. Mittels einer zweiten Reibfläche lässt sich die Reibleistung bzw. die Hystereseleistung auf einfache Art und Weise optimieren und erhöhen. Dies vereinfacht die Auslegung der Geometrie des Gehäuseteils und des Rückstellträgers in Bezug auf die zu erzeugende oder nachzuahmende nichtlineare Pedalweg-Gegenkraft-Kurve.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die erste Reibfläche und die zweite Reibfläche beabstandet zueinander an dem Lagerbereich angeordnet sind, insbesondere einen Winkel zwischen 60° und 110°, vorzugsweise 70° bis 105°, weiter vorzugsweise 80° bis 100°, einschließen. Der Abstand und insbesondere der durch die erste und zweite Reibfläche eingeschlossene Winkel ermöglicht eine verbesserte Vorauslegung des Gehäuseteils und des Rückstellträgers, um die nichtlineare Pedalweg-Gegenkraft- Kurve, insbesondere die Hysterese, zu erzeugen. Des Weiteren lässt sich durch die zueinander beabstandet angeordneten ersten und zweiten Reibflächen die Lage der Reibkontakte festlegen, ohne die Lagerung des Rückstellträgers in dem Gehäuseteil zu beeinträchtigen.

Für die Erzeugung der ersten Reibfläche und/oder zweiten Reibfläche ist es vorteilhaft, wenn der erste Vorsprung und/oder der zweite Vorsprung eine Sekante und/oder eine Wölbung und/oder eine Stufung an dem Lagerbereich ist. Dabei erzeugt der erste und zweite Vorsprung eine definierte Kontaktfläche zwischen Gehäuseteil und Rückstellträger. Es ist denkbar, dass der erste Vorsprung und der zweite Vorsprung die gleiche Ausgestaltung oder unterschiedliche Ausgestaltungen aufweisen. So kann der erste und der zweite Vorsprung eine Sekante an dem Lagerbereich sein oder der erste Vorsprung eine Sekante und der zweite Vorsprung eine Wölbung oder Stufung aufweisen oder andersherum. Das nichtlineare Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm bzw. die nichtlineare Pedalweg- Gegenkraft-Kurve lässt sich auch durch die Ausgestaltung des Lagerbereichs des Gehäuseteils bzw. des Auflagebereichs des Rückstellträgers beeinflussen. Hierbei ist es von Vorteil, sowohl für die Lagerung des Rückstellträgers als auch für die Gleitreibung, wenn der Lagerbereich des Gehäuseteils die Form einer Ellipse, insbesondere eines Kreises, aufweist. Dies optimiert die Haptik der Betätigung des Pedalhebels.

Die Haptik kann mit weiter optimierter Reibung und damit einhergehender optimierter Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm bzw. Kurve verbessert und an die Bedürfnisse eines Benutzers angepasst werden. Hierfür ist es denkbar, dass der Auflagebereich des Rückstellträgers die Form einer Ellipse, insbesondere eines Kreises, aufweist.

Ferner kann der Lagerbereich des Gehäuseteils als auch der Auflagebereich des Rückstellträgers die Form einer Ellipse, insbesondere eines Kreises, aufweisen. Dabei sind die Ellipsen oder Kreise so ausgelegt, dass der Rückstellträger in dem Gehäuseteil gelagert ist und bei Bewegung des Rückstellträgers eine Gleitreibung erzeugt. Es ist denkbar, dass der Lagerbereich eine elliptische Form und der Auflagebereich eine Kreisform aufweist. Weiterhin ist es denkbar, dass sowohl der Lagerbereich als auch der Auflagebereich die Form einer Ellipse, insbesondre eines Kreises, aufweisen. Dabei muss lediglich sichergestellt werden, dass ein Reibkontakt an zumindest der ersten Reibfläche erzeugt wird.

Für die genaue Abstimmung des nichtlinearen Pedalweg-Gegenkraft-Diagramms, sind der Lagerbereich des Gehäuseteils und der Auflagebereich des Rückstellträgers konzentrisch angeordnet. Dies ist vor allem für das Positionieren eines Pedalsensors von Vorteil, denn dieser hat bei einer konzentrischen Anordnung die geringste Fehlerrate. Ferner kann sich zusätzlich zur genauen Abstimmung des nichtlinearen Pedalweg-Gegenkraft-Diagramms auch eine Verbesserung und höhere Genauigkeit hinsichtlich der Hysterese erzielen lassen. Ferner können die erste Reibfläche und/oder die zweite Reibfläche eine Rauheit von 1 ,4 bis 2,8 um, vorzugsweise 1 ,6 bis 2,6 pm, weiter vorzugsweise 1 ,8 bis 2,4 pm, aufweisen. Die Anpassung der Rauheit der ersten und/oder zweiten Reibfläche ermöglicht es die Gleitreibung zu erhöhen und damit das nichtlineare Pedalweg- Gegenkraft-Diagramm zu optimieren, um die optimale Hysterese erzeugen zu können. Dabei können die erste Reibfläche und die zweite Reibfläche unterschiedliche Werte für die Rauheit aufweisen. Eine Anpassung der Rauheit ist aufgrund der Herstellung durch Spritzgießen einfach zu bewerkstelligen.

Denkbar ist es ferner, dass das Gehäuseteil und der Rückstellträger aus Kunststoff und/oder glasfaserverstärktem Kunststoff sind, wobei der Kunststoff Polypropylen oder Polyethylenterephtalat oder Polyoxymethylen oder Polyamid ist. Diese Materialien lassen sich einfach verarbeiten, so dass ein Spritzguss der Gehäuseteile oder Rückstellträger möglich ist. Ferner können sie als Materialpaarung der Bauteile Rückstellträger und Gehäuseteil miteinander kombiniert werden, wodurch je nach Einsatzbereich oder zu erzeugender Haptik, die Reibung beeinflusst werden kann.

Es ist möglich, dass der Lagerbereich des Gehäuseteils eine erste Lagerfläche und eine zweite Lagerfläche aufweist, wobei die erste Lagerfläche und die zweite Lagerfläche koaxial sind. Dies ermöglicht es die gewünschte Haptik zu erzeugen und hierfür dem nichtlinearen Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm zu folgen, und gleichzeitig Material und somit Gewicht zu sparen. Ferner ist es durch die erste und zweite Lagerfläche möglich, weitere Bauteile, beispielsweise einen Bereich des Rückstellträgers, zwischen der ersten und der zweiten Lagerfläche anzuordnen.

Hierbei ist es möglich, dass die erste Reibfläche zumindest ein erstes Reibsegment und ein zweites Reibsegment aufweist, wobei das erste Reibsegment an der ersten Lagerfläche und das zweite Reibsegment an der zweiten Lagerfläche angeordnet ist. Dabei ist die erste Reibfläche zwischen den Lagerflächen unterteilt und aufgeteilt. Das erste Reibsegment und das zweite Reibsegment bilden die Reibkontakte mit der Auflagefläche des Rückstellträgers, um den Pedalweg des Pedalhebels so zu optimieren, dass der nichtlineare Verlauf in einem Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm optimiert wird.

Hier ist besonders vorteilhaft, wenn die zweite Reibfläche zumindest ein drittes Reibsegment und ein viertes Reibsegment aufweist, wobei das dritte Reibsegment an der ersten Lagerfläche und das vierte Reibsegment an der zweiten Lagerfläche angeordnet ist. Dabei ist die zweite Reibfläche zwischen den Lagerflächen unterteilt und aufgeteilt. Das dritte Reibsegment und das vierte Reibsegment bilden die Reibkontakte mit der Auflagefläche des Rückstellträgers, um den Pedalweg des Pedalhebels in einem nichtlinearen Verlauf auszubilden und die damit einhergehende nichtlineare Pedalweg-Gegenkraft-Kurve abzubilden bzw. erzeugen zu können.

Besonders vorteilhaft für die Haptik bei der Betätigung des Pedalhebels ist es, wenn der Auflagebereich des Rückstellträgers eine erste Auflagefläche und eine zweite Auflagefläche aufweist, wobei die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche koaxial sind. Die Unterteilung des Auflagebereichs führt zu einer Material- und Gewichtsersparnis des Rückstellträgers. Dadurch kann der Rückstellträger optimal an das Gehäuseteil angepasst werden und trotzdem die Gleitreibung für den nichtlinearen Verlauf des Pedalwegs des Pedalhebels zur Optimierung der Haptik zur Verfügung stellen.

Des Weiteren weist das Rückstellelement zwei mechanische Kopplungspunkte zum Pedalhebel auf. Einenends bzw. an einem Ende des Rückstellelements ist dies durch die mechanische Kopplung mit der Drehachse gegeben. Dies kann dabei derart erfolgen, dass das Rückstellelement direkt mit dem Pedalhebel verbunden ist. In einer anderen, später näher erläuterten Ausführungsvariante mit einem Zwischenhebel an der Drehachse kann dies auch durch eine mechanische Verbindung des Rückstellelements mit dem Zwischenhebel erfolgen. Die mechanische Kopplung des Rückstellelements mit der Drehachse kann also durch einen Hebel an der Drehachse, insbesondere den Pedalhebel oder den Zwischenhebel, erfolgen. Anderenends bzw. am anderen Ende des Rückstellelements erfolgt dies über eine entsprechende mechanische Kopplung mit einem Rückstellträger, der wiederum mit dem Kopplungselement gekoppelt ist.

Das Kopplungselement kann beispielsweise als eine Kopplungsstange oder eine Verlängerung des bereits erwähnten Zwischenhebels ausgebildet sein, wie später näher erläutert wird.

Das Rückstellelement kann durch eine oder mehrere Rückstellfedern gebildet sein. Entsprechend kann auch der Rückstellträger als ein Federträger ausgebildet sein. Der Rückstellträger kann beispielsweise als eine einfache Feder, ein Federpaket oder als ein kaskadiertes und in Reihe und/oder parallel geschaltetes Federsystem ausgebildet sein. Möglich ist der Einsatz unterschiedlicher Arten von Federn für die zumindest eine Rückstellfeder, wobei beispielsweise eine Druckfeder und/oder Schraubenfeder genutzt werden kann.

Das Kopplungselement kann einenends eine erste Kopplungselementachse aufweisen, welche mechanisch mit der Drehachse gekoppelt ist, und anderenends eine zweite Kopplungselementachse aufweisen, welche mechanisch mit dem Federträger gekoppelt ist. Alternativ kann ein feststehendes Kopplungselement, beispielsweise eine Verlängerung des Zwischenhebels in Richtung zum Rückstellträger, vorgesehen werden.

Der Rückstellträger kann eine Rückstellträgerachse aufweisen, um welche der Rückstellträger drehbar ausgebildet sein kann. Dadurch kann der Rückstellträger bei Betätigung des Pedalhebels und Vermittlung der Betätigung des Pedalhebels mittels des Kopplungselements an den Rückstellträger mit der Stauchung und Streckung des Rückstellelements derart rotieren, dass eine im Wesentlichen gerade Erstreckung des Rückstellelements beibehalten wird. Bei einer Rückstellfeder als Rückstellelement kann auch von einer Federträgerachse gesprochen werden. Mittels der Drehbarkeit der Federträgerachse kann hier die im Wesentlichen gerade Erstreckung der Rückstellfeder bei Betätigung des Pedalhebels beibehalten werden. Die Rückstellträgerachse kann zum Bereitstellen einer Hysterese ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise durch Ausbilden eines Lagers der Rückstellträgerachse mit einer entsprechenden Lagerkraft und/oder der Rückstellträgerachse mit einem entsprechenden Reibdurchmesser erfolgen. Unter Hysterese wird dabei ein unterschiedlicher Kraft/Weg-Verlauf bei Betätigung und beim Loslassen des Pedalhebels verstanden. Die angesprochene Lagerkraft und/oder der Reibdurchmesser können dabei derart dimensioniert sein, dass diese mit einer geringeren Kraft als der Gegenkraft der erzeugten Gegenkraft entgegenwirken und so ein Rückschnappen des Pedalhebels beim Loslassen durch den Fahrer verhindern.

So kann der Pedalemulator, insbesondere die Krafterzeugungseinheit, einen Übersetzungshebel zwischen dem Kopplungselement und der Rückstellträgerachse aufweisen. Mit anderen Worten kann zwischen dem Kopplungselement und der Rückstellträgerachse ein Übersetzungshebel ausgebildet sein bzw. wirken.

Ferner kann der Pedalemulator, insbesondere die Krafterzeugungseinheit, einen Rückstellhebel zwischen der Rückstellträgerachse und dem Rückstellelement aufweisen. Mit anderen Worten kann zwischen der Rückstellträgerachse und dem Rückstellelement ein Rückstellhebel ausgebildet sein bzw. wirken.

Dabei kann vorgesehen sein, dass der Pedalemulator, insbesondere die Krafterzeugungseinheit, derart eingerichtet ist, dass der Übersetzungshebel bei zunehmendem Pedalweg kleiner wird und der Rückstellhebel bei zunehmendem Pedalweg größer wird. Mit anderen Worten wird ein sich mit zunehmendem Pedalweg veränderliches Übersetzungsverhältnis zwischen dem Übersetzungshebel und dem Rückstellhebel bereitgestellt. Über den Pedalweg bzw. die Rotation des Pedalhebels um die Drehachse kann so ein zunehmend progressiver Verlauf des Pedalweg- Gegenkraft-Diagramms bereitgestellt werden.

Der Pedalemulator kann einen Kraftangriffshebel zwischen der Drehachse und dem Kopplungselement, insbesondere einer ersten oder zweiten Kopplungselementachse des Kopplungselements, wie vorstehend beschrieben worden ist, aufweisen. Der Kraftangriffshebel kann mittels zumindest eines weiteren Hebels des Pedalemulators bzw. der Krafterzeugungseinheit, insbesondere dem vorstehend beschriebenen Übersetzungshebel und dem Rückstellhebel, übersetzt werden. Dabei kann ein Hebelverhältnis zwischen dem Kraftangriffshebel und dem Übersetzungshebel eingestellt werden, durch das eine Übersetzung zwischen der Pedalrotation und der Drehung bzw. Rotation des Rückstellträgers ins Schnellere stattfindet. Bezogen auf den Pedalweg handelt es sich hierbei um eine zunehmende Übersetzung und dadurch einen zunehmend progressiven Pedalweg-Gegenkraft-Verlauf.

Entsprechend kann der zuvor erwähnte weitere Pedalweg-Gegenkraft-Weg zwischen dem Pedalhebel bzw. der Drehachse und dem Rückstellträger über das Kopplungselement durch geeignete Ausbildung von Hebeln und deren Übersetzungsverhältnisse den zunehmend progressiven Pedalweg-Gegenkraft- Verlauf neben bzw. zusätzlich zu dem Rückstellelement selbst bereitstellen.

Das Rückstellelement kann einen, insbesondere drehbaren, Sitz aufweisen, mittels welchem das Rückstellelement mit dem Rückstellträger mechanisch gekoppelt ist. Bei Ausbildung des Rückstellelements als Rückstellfeder kann der Sitz auch als Federsitz bezeichnet werden. Die Drehbarkeit des Sitzes ermöglicht bei einer Ausführung mit drehbaren Rückstellträger, dass der Sitz sich gemeinsam mit dem Rückstellträger drehen kann, um das Rückstellelement in seiner Längserstreckung im Wesentlichen gerade zu belassen.

Die Krafterzeugungseinheit kann einen um die Drehachse drehbaren Zwischenhebel aufweisen, der mechanisch mit dem Kopplungselement gekoppelt ist. Das Rückstellelement kann in diesem Falle mechanisch mit dem Zwischenhebel gekoppelt sein, insbesondere daran abgestützt sein. Das Kopplungselement kann an dem Zwischenhebel angeordnet, insbesondere angeformt, oder als separates Teil, insbesondere Kopplungsstange, daran befestigt sein. Ganz besonders ist möglich, dass die Krafterzeugungseinheit ein Zwischenfederelement aufweist, mittels dem der Pedalhebel mechanisch mit dem Zwischenhebel gekoppelt ist. Das Zwischenfederelement kann als eine Zwischenfeder in der Form von beispielsweise einer Druckfeder, insbesondere Schraubenfeder, Tellerfeder, Blattfeder oder dergleichen ausgebildet sein. Das Zwischenfederelement ist somit in Reihe vor dem Rückstellelement vorgeschaltet und kann auch als ein zweites Federsystem der Krafterzeugungseinheit bezeichnet werden, welches vor einem ersten Federsystem der Krafterzeugungseinheit angeordnet bzw. geschaltet ist, wobei unter dem ersten Federsystem das System umfassend das Rückstellelement mit seiner mechanischen Kopplung an der Drehachse und mittels des Rückstellträgers mit dem Kopplungselement verstanden wird. Durch die gezielte Verformung des Zwischenfederelements kann dabei mittels einer Wegdetektion der Auslenkung des Zwischenfederelements ein Rückschluss zur am Pedal vorliegenden Kraft gezogen werden. Ferner ist es möglich das zweite Federsystem als Teil der Pedalverhärtung bzw. Progression des Pedalweg-Gegenkraft-Verlaufs zu verwenden, indem das erste Federsystem über beispielsweise einen Anschlag am Zwischenhebel oder eine anderweitige Reduzierung oder Blockade der Pedalwegänderung am ersten Federsystem verfügt.

Möglich ist ferner, dass der Rückstellträger und das Kopplungselement mechanisch voneinander entkoppelbar sind. So können der Rückstellträger und das Kopplungselement, insbesondere die zuvor bereits erwähnte zweite Kopplungselementachse, formschlüssig zueinander oder auf Kontakt miteinander koppelbar und entkoppelbar ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Rückstellträger mit einer Pfanne ausgebildet sein und das Kopplungselement kann mit einem Gelenk für diese Pfanne ausgebildet sein. Durch Auflösen des Formschlusses oder des Kontakts zwischen den beiden können der Rückstellträger und das Kopplungselement mechanisch voneinander entkoppelt werden. Dadurch kann ein auch als „fail-safe“ bezeichenbarer Sicherheitsmechanismus bereitgestellt werden, der ein mechanisches Entkoppeln der Verbindung der beiden im Fall einer erhöhten Hysterese, einer Blockade des Rückstellträgers oder anderen mechanischen Fehlerfällen bewirkt. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass der Rückstellträger und das Kopplungselement dazu ausgebildet sind, mittels der Gegenkraft der Krafterzeugungseinheit voneinander mechanisch entkoppelt zu werden. Die insbesondere von dem Rückstellelement aufgebrachte Gegenkraft sorgt dabei bei etwa der angesprochenen Blockade des Rückstellträgers dafür, dass das Kopplungselement und damit der Pedalhebel zurückgestellt werden kann und nicht in der blockierten Position mit dem Rückstellträger verbleibt, was eine weitere Betätigung des Pedals unmöglich machen würde. Stattdessen ist nun weiterhin möglich, dass das Pedal bzw. der Pedalhebel mit dem Rückstellelement betätigbar ist, auch wenn der weitere Pedalweg-Gegenkraft-Weg via dem Rückstellträger nicht verfügbar ist, solange es beispielsweise blockiert ist. Nichtsdestotrotz kommen der Rückstellträger und das Kopplungselement bei Betätigung des Pedalhebels wieder in Kontakt miteinander, um sich wieder zu koppeln, wenn das Problem, etwa die Blockade, sich gelöst hat oder gelöst worden ist. Insoweit kann auch davon gesprochen werden, dass der Rückstellträger und das Kopplungselement auch wieder mechanisch miteinander koppelbar sind.

Vorteilhaft für die Rückstellung der Pedalhebel bei einem Defekt des Rückstellelements, beispielsweise einem Federbruch bei einer Rückstellfeder als Rückstellelement, ist es, wenn die die Rückstellfeder und ggf. die Zwischenfeder als Federpaket aus mindestens zwei parallel angeordneten Federn ausgeführt werden.

Möglich ist ferner, dass der Pedalemulator ein Gehäuse umfasst, welches eine Öffnung für den Pedalhebel aufweist und in dem die Krafterzeugungseinheit angeordnet ist. Der Pedalhebel kann entsprechend innerhalb der Öffnung rotiert werden. Die Drehachse kann innerhalb des Gehäuses gebildet sein.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Brake-by-Wire-Bremssystem mit einem Pedalemulator nach dem ersten Aspekt der Erfindung und einer Bremse, wobei das Brake-by-Wire- Bremssystem eine Steuereinheit umfasst, die mit einem Sensor des Pedalemulators verbunden ist, und die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Bremse gemäß Messwerten des Sensors zu steuern.

Dabei können verschiedene Sensoren, auch unterschiedliche Sensoren in Kombination, genutzt werden. Beispielsweise ist es möglich, einen Sensor zur Erfassung eines Drehwinkels des Pedalhebels um die Drehachse einzusetzen und/oder einen Sensor zur Erfassung des Wegs bzw. Federwegs des Rückstellelements und/oder des Zwischenfederelements einzusetzen.

Die Steuereinheit kann die Bremse dann entsprechend mittels eines geeigneten Aktuators entsprechend den Messwerten des Sensors oder der Kombination von Sensoren und damit entsprechend dem Wunsch des Fahrers steuern.

Schließlich wird die eingangs erwähnte Aufgabe gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Brake-by-Wire-Bremssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Anhand der beigefügten Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

Fig. 1 schematische eine Querschnittsansicht eines Pedalemulators gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Lagerbereichs eines Gehäuseteils;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Lagerung des Rückstellträgers in einem Gehäuseteil; und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Brake-by-Wire- Bremssystem. Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt einen Pedalemulator 1 für ein Fahrzeug 33 (siehe Fig. 4, dort nur rein schematisch), wobei der Pedalemulator 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist.

Der Pedalemulator 1 umfasst eine Drehachse 4 und einen um die Drehachse 4 drehbaren Pedalhebel 2 mit einer Betätigungsfläche 3, die durch den Fuß des Fahrers des Fahrzeugs 33 betätigbar ist, um den Pedalhebel 2 gegenüber der Drehachse 4 zu drehen.

Der Pedalemulator 1 weist ferner eine Krafterzeugungseinheit (nicht bezeichnet) zur Ausübung einer Gegenkraft auf den Pedalhebel 1 mittels einem mit dem Pedalhebel 2 mechanisch gekoppelten Kopplungselement 7 der Krafterzeugungseinheit. Das Kopplungselement 7 ist in dem vorliegenden ersten Ausführungsbeispiel als eine Kopplungsstange 7 mit einer ersten Kopplungselementachse 8 und einer zweiten Kopplungselementachse 9 ausgebildet:

Die erzeugte Gegenkraft wirkt entgegengesetzt zu der bei der Betätigung durch den Fahrer auf den Pedalhebel 2 bzw. die Betätigungsfläche 3 ausgeübten Betätigungskraft. Dabei ist die Krafterzeugungseinheit derart ausgebildet, dass ein Verlauf der Gegenkraft entlang eines Pedalwegs des Pedalhebels 2 in einem Pedalweg-Gegenkraft-Diagramm (nicht gezeigt) als ein progressiver Verlauf ausgebildet ist.

Neben dem Kopplungselement 7 weist die Krafterzeugungseinheit ein Rückstellelement 14 auf, das vorliegend beispielhaft als eine Rückstellfeder ausgebildet ist. Das Rückstellelement 14 ist einenends mechanisch mit der Drehachse 4 gekoppelt und anderenends mechanisch mittels eines Rückstellträgers 10, vorliegend in Form eines Federträgers, mit dem Kopplungselement 7 gekoppelt.

Dabei ist das Rückstellelement 14 einends mit einem Zwischenhebel 5 mechanisch gekoppelt bzw. daran abgestützt, welcher ebenfalls um die Drehachse 4 drehbar ist. Alternativ kann der Zwischenhebel 5 entfallen und das Rückstellelement 14 unmittelbar an dem Pedalhebel 2 abgestützt werden, wie das zweite Ausführungsbeispiel des Pedalemulators 1 gemäß Fig. 6. zeigt.

Der Rückstellträger 10 ist mit einer Rückstellträgerachse 11 ausgebildet, um welche er drehbar ist. Die Rückstellträgerachse 11 ist in geeigneter Weise mit einem Reibdurchmesser und/oder einer Lagerkraft zum Bereitstellen einer Hysterese bei Betätigung des Pedalhebels 2 ausgebildet. Für das Bereitstellen der Hysterese bzw. dem Optimieren des nichtlinearen Verlaufs des Pedalwegs bei Betätigung des Pedalhebels 2 ist ein Auflagebereich 18 des Rückstellträgers 10 gleitreibend in einem Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20 gelagert. Dabei weist der Lagerbereich 19 einen ersten Vorsprung 21 zur Bildung einer ersten Reibfläche 22 auf.

Fig. 1 zeigt ferner, dass das Rückstellelement 14 über einen Sitz 12 bzw. Federsitz verfügt, der ebenfalls drehbar ist und mittels welchem das Rückstellelement 14 mit dem Rückstellträger 10 mechanisch gekoppelt ist.

Außerdem weist der Pedalemulator 1 ein Gehäuse 15 auf, in dem sich die Krafterzeugungseinheit mit ihren Komponenten befindet. Das Gehäuse 15 weist eine Öffnung 16 auf, durch welche hindurch sich der Pedalhebel 2 erstreckt und innerhalb derer er frei um die Drehachse 4 rotiert werden kann.

Das erste Ausführungsbeispiel des Pedalemulators 1 aus Fig. 1 weist neben dem Zwischenhebel 5 auch ein Zwischenfederelement 6 auf, welches vorliegend beispielhaft als eine Zwischenfeder ausgebildet ist, und mechanisch einends mit dem Pedalhebel 2 und anderenends mit dem Zwischenhebel 5 gekoppelt ist. Das Zwischenfederelement 6 ist somit in Reihe vor dem Rückstellelement 14 vorgeschaltet und kann auch als ein zweites Federsystem der Krafterzeugungseinheit bezeichnet werden, welches vor einem ersten Federsystem der Krafterzeugungseinheit angeordnet bzw. geschaltet ist, wobei unter dem ersten Federsystem das System umfassend das Rückstellelement 14 mit seiner mechanischen Kopplung an der Drehachse 4 und mittels des Rückstellträgers 10 mit dem Kopplungselement 7 verstanden wird.

Fig. 2 zeigt schematisch den Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20, welches sich eignet, die Gleitreibung zwischen dem Gehäuseteil 20 und dem Rückstellträger 10 zu optimieren. Der Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20 weist einen ersten Vorsprung 21 zur Bildung einer ersten Reibfläche 22 und einen zweiten Vorsprung 23 zur Bildung einer zweiten Reibfläche 24 auf. Der Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als Kreis, einer Sonderform einer Ellipse ausgestaltet, um die gleitreibende Lagerung des Rückstellträgers 10 zu gewährleisten. Zusätzlich weist auch der Auflagebereich 18 des Rückstellträgers 10 die Form eines Kreises auf, wie in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist sowohl der erste Vorsprung 21 als auch der zweite Vorsprung 23 eine Sekante an dem Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20, um zum einen die Lagerung als auch den optimalen Reibkontakt herzustellen. Denn erst durch den Vorsprung 21 , 23 ist es möglich die Hysterese in Abhängigkeit von der Bauteilgröße und den Anforderungen an die Haptik des Pedalhebels 2 auszulegen, denn dieser erlaubt eine lagefeste Gleitreibung.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20 eine erste Lagerfläche 25 und eine zweite Lagerfläche 26 auf. Dabei sind die erste Lagerfläche 25 und die zweite Lagerfläche 26 koaxial zueinander (Fig. 2). Durch die Aufteilung des Lagerbereichs 19 in eine erste Lagerfläche 25 und eine zweite Lagerfläche 26 werden auch die Reibflächen unterteilt. Hier weist die erste Reibfläche 22 zumindest ein erstes Reibsegment 27 und ein zweites Reibsegment 28 auf, wobei das erste Reibsegment 27 an der ersten Lagerfläche 25 und das zweite Reibsegment 28 an der zweiten Lagerfläche 26 angeordnet ist. Des Weiteren weist die zweite Reibfläche 24 zumindest ein drittes Reibsegment 29 und ein viertes Reibsegment 30 auf, wobei das dritte Reibsegment 29 an der ersten Lagerfläche 25 und das vierte Reibsegment 30 an der zweiten Lagerfläche 26 angeordnet ist. Dabei weist auch der Auflagebereich 18 des Rückstellträgers 10 eine erste Auflagefläche 31 und eine zweite Auflagefläche 32 auf, wobei die erste Auflagefläche 31 und die zweite Auflagefläche 32 koaxial sind.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Lagerung des Rückstellträgers 10 in dem Lagerbereich 19, respektive einer der Lagerflächen. Hier ist zu erkennen, dass die erste Reibfläche 22 und die zweite Reibfläche 24 den Reibkontakt für die lagefeste Gleitreibung bilden. Die erste Reibfläche 22 und die zweite Reibfläche 24, respektive das erste Reibsegment 27 und das dritte Reibsegment 29 sowie das zweite Reibsegment 28 und das vierte Reibsegment 30, sind beabstandet zueinander an dem Lagerbereich 19 angeordnet. Dabei können die erste Reibfläche 22 und/oder die zweite Reibfläche 24 eine Rauheit von 1 ,4 bis 2,8 pm aufweisen.

Gemäß Fig. 3 schließen die erste Reibfläche 22 und die zweite Reibfläche 24, respektive das erste Reibsegment 27 und das dritte Reibsegment 29 sowie das zweite Reibsegment 28 und das vierte Reibsegment 30 in einem Winkel a von zwischen 60° und 110° ein. Über den Winkel a der Reibflächen 22, 24 bzw. Reibsegmente 27, 28, 29, 30 zueinander lässt sich der nichtlineare Verlauf des Pedalwegs bei Betätigung des Pedalhebels 2 beeinflussen und somit optimieren.

Des Weiteren sind Lagerbereich 19 des Gehäuseteils 20 und der Auflagebereich 18 des Rückstellträgers 10 konzentrisch angeordnet.

Um die Hysterese weiter positiv beeinflussen zu können, kommt es auf die Materialpaarung von dem Rückstellträger 10 und dem Gehäuseteil 20 an. Vorliegend ist der Rückstellträger 10 aus glasfaserverstärktem Kunststoff, wobei der Kunststoff Polypropylen ist, und das Gehäuseteil 20 aus Kunststoff, wobei der Kunststoff Polyethylenterephtalat ist. Fig. 4 zeigt rein schematisch ein Fahrzeug 33, beispielsweise ein Auto, wie etwa einen PKW. Das Fahrzeug 33 umfasst ein Brake-by-Wire-Bremssystem 34 mit einem Pedalemulator 1 nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele sowie mit einer Bremse 17. Das Brake-by-Wire-Bremssystem 34 weist außerdem eine Steuereinheit 35 auf, die mit einem Sensor des Pedalemulators 1 verbunden ist, wobei der Sensor zur Ermittlung des Pedalwegs des Pedalhebels 2 bzw. der Rotation des Pedalhebels 2 um die Drehachse 4 eingerichtet ist. Die Steuereinheit 35 steuert die Bremse 17 gemäß Messwerten des Sensors.

Bezugszeichenliste

1 Pedalemulator

2 Pedalhebel

3 Betätigungsfläche

4 Drehachse

5 Zwischenhebel

6 Zwischenfederelement

7 Kopplungselement

8 erste Kopplungselementachse

9 zweite Kopplungselementachse

10 Rückstellträger

11 Rückstellträgerachse

12 Sitz

13 Sitzachse

14 Rückstellelement

15 Gehäuse

16 Öffnung

17 Bremse

18 Auflagebereich

19 Lagerbereich

20 Gehäuseteil

21 erster Vorsprung

22 erste Reibfläche

23 zweiter Vorsprung

24 zweite Reibfläche

25 erste Lagerfläche

26 zweite Lagerfläche

27 erstes Reibsegment

28 zweites Reibsegment

29 drittes Reibsegment

30 viertes Reibsegment 31 erste Auflagefläche

32 zweite Auflagefläche

33 Fahrzeug

34 Brake-by-Wire-Bremssystem

35 Steuereinheit a Winkel