Unter dem Begriff"Betätigungseinrichtung für Bremssysteme" sind hier die Teile eines Bremssystems zu verstehen, die die Wirkung dieses Bremssystems einleiten oder steuern.

Es sind Bremssysteme bekannt, bei denen die zur Erzeugung der Bremskraft benötigte Energie während des normalen Betriebes ausschließlich von einer oder mehreren"fremden" Energieversorgungseinrichtungen, das bedeutet ausgenommen der physischen Kraft des Fahrers, bereitgestellt wird (Fremdkraft-Bremsanlage). Nur bei einem Ausfall der Fremdenergie kann hier die Bremskraft durch die Muskelkraft des Fahrers aufgebaut werden. Bei bestimmten Fremdkraft- Bremsanlagen werden die dem Verzögerungswunsch des Fahrers entsprechenden Pedalstellungen des Betätigungspedals in elektronische Signale umgesetzt und ausgewertet und die hydraulisch oder elektrisch betriebenen Aktuatoren entsprechend gesteuert (elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse,"Brake-by-wire-System"). Das Betätigungsgefühl für das Premspedal muß hier mit Hilfe eines "Pedalwegsimulators"simuliert werden.

Bekannte Pedalwegsimulatoren weisen einen hydraulischen Simulatorspeicher mit einem darin befindlichen Simulatorkolben auf, der mit dem Betätigungspedal betätigbar ist und mittels einer Simulatorfeder vorgespannt wird. Es ist bekannt, eine besondere Simulatorfederanordnung oder Simulatorfederkennlinie zu verwenden, um eine komfortable und

dosierbare Betätigungscharakteristik für das Bremspedal zu erzielen. Dabei wird insbesondere eine progressive Pedalcharakteristik angestrebt, um ein Pedalgefühl zu ermöglichen, das der menschlichen Ergonomie optimal entspricht.

Aus der EP 0 708 006 A1 ist ein Bremspedal mit einem Pedalwegsimulator bekannt, bei dem ein für den Fahrer komfortables Pedalgefühl und eine progressive Rückstellkraft mit Hilfe einer Federanordnung erzielt wird, die Federn mit unterschiedlicher Kraft-Weg-Kennlinie oder mit einer progressiven Kennlinie in Kombination mit einem Dämpfungselement aufweist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Betätigungseinrichtung für ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge, insbesondere für eine elektronisch regelbare Fahrzeugbremse, zu schaffen, welche die Realisierung einer progressiven Pedalcharakteristik auf technisch einfache und damit kostengünstige Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Wesentlich für die Erfindung ist es, daß der Übertragungsmechanismus über Gelenke miteinander verbundene, vorzugsweise gegeneinander bewegbare, Ubertragungselemente aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie das progressive Anwachsen der Rückstellkraft (F) über dem Weg (s) des Betätigungspedals gewährleisten. Daß bedeutet, durch die Übertragungselemente wird dem Betätigungspedal eine Progression in dessen Kraft-Weg-Kennlinie aufgeprägt. Dazu werden die Übertragungselemente so gewählt und ausgestaltet,

daß diese im Zusammenspiel mit dem elastischen Element aufgrund ihres kinematischen Zusammenwirkens eine Progression der Pedalrückstellkraft erzielen.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Übertragungselemente aus mindestens drei Hebelarmen bestehen, die sich im wesentlichen entlang einer Vorzugsebene erstrecken. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, drei oder vier Hebelarme zu verwenden, die über Drehgelenke miteinander verbunden sind. Die Hebelarme sind vorzugsweise im wesentlichen eben und auf Druck, Zug und Biegung in der Vorzugsebene belastbar.

Erfindungsgemäß sind die mindestens drei Hebelarme über vier Drehpunkte gekoppelt, die in der Vorzugsebene oder einer dazu parallelen Ebene liegen und von denen mindestens ein Drehpunkt fest ist und die anderen Drehpunkte in der Vorzugsebene bewegbar sind.

Der Begriff"Drehpunkt"bzw. die Bezeichnung"Drehachse" eines Gelenks bedeutet einen durch das entsprechende Gelenk definierten Punkt bzw. eine Achse, um die der entsprechende Hebelarm drehbar ist. Die Drehachsen verlaufen erfindungsgemäß im wesentlichen senkrecht zur Vorzugsebene.

Nicht sämtliche Drehpunkte sind beweglich. Denn mindestens ein Hebelarm ist über mindestens einen feststehenden Drehpunkt eines Gelenks an einem dem Betätigungspedal zugeordneten Gestell oder Gehäuse fest angelenkt (fester Drehpunkt). Die Drehpunkte, welche zwei Hebelarme miteinander verbinden, sind in Bezug zu dem feststehenden Gestell oder Gehäuse insbesondere auf einer kreisbogenförmigen Bahn oder einer Geraden beweglich.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in einer ersten Endstellung drei Drehpunkte auf einer ersten, zumindest

annähernd geraden Linie liegen und in einer zweiten Endstellung mindestens drei Drehpunkte auf einer zweiten, zumindest annähernd geraden Linie liegen.

In speziellen Anwendungsfällen ist es vorteilhaft, durch eine entsprechende Ausgestaltung, beispielsweise durch einen Anschlag, die Bewegungsmöglichkeit der Hebelarme so zu begrenzen, daß bereits vor dem Erreichen einer oder beider der möglichen Endstellungen das Betätigungspedal eine Ausgangsposition oder eine Endposition erreicht.

Nach der Erfindung ist es vorgesehen, daß drei Hebelarme ein Gelenkviereck bilden, mit einem an dem Betätigungspedal angeordneten Schwingenelement als erster Hebelarm mit einem ersten, festen Drehpunkt (Ao) eines ersten Gelenks, mit einem mit dem elastischen Element in Verbindung stehenden Kurbelelement als zweiter Hebelarm mit einem zweiten, festen Drehpunkt (Bp) eines zweiten Gelenks, und mit einem Koppelelement als dritter Hebelarm, das einerseits in einem dritten Drehpunkt (Al) eines dritten Gelenks und andererseits in einem vierten Drehpunkt (Bl) eines vierten Gelenks an dem Schwingenelement und dem Kurbelelement angelenkt ist.

Bei dem Gelenkviereck sind das Schwingenelement und das Kurbelelement über jeweils einen feststehenden Drehpunkt an dem Gestell oder dem Gehäuse fest angelenkt. Die Drehpunkte, welche das Koppelelement mit dem Schwingenelement bzw. dem Kurbelelement verbinden, sind in Bezug zu dem feststehenden Gestell oder Gehäuse des Betätigungspedals auf einer kreisbogenförmigen Bahn beweglich. In den beiden genannten Endstellungen bilden die Verbindungslinien zwischen den Drehpunkten Dreiecke.

Es ist erfindungsgemäß ebenso vorgesehen, daß die Übertragungselemente aus vier Hebelarmen bestehen, die über vier Drehpunkte scherenförmig miteinander verbunden sind.

Bei dieser Gelenkanordnung sind alle vier Hebelarme über vier, jeweils zwei Hebelarmen gemeinsamen Drehpunkten miteinander verbunden, so daß eine scherenförmige Anordnung der Hebelarme entsteht. Bei einer Betätigung des Übertragungsmechanismus führen jeweils zwei Hebelarme eine in Bezug zu den anderen zwei Hebelarmen symmetrische Bewegung aus. Zwei Hebelarme sind in einem gemeinsamen, ersten, feststehenden Drehpunkt (Co) an dem Gestell oder dem Gehäuse fest angelenkt. Die übrigen drei Drehpunkte (D, E, F) sind beweglich. Von den drei Drehpunkten (D, E, F) sind zwei Drehpunkte (D, F) auf einer annähernd geraden Linie beweglich.

Auf einer senkrecht dazu stehenden, annähernd geraden Linie ist der vierte Drehpunkt (E) in Richtung des ersten, festen Drehpunkts (Co) zu-bzw. wegbewegbar. In der ersten Endstellung bilden die Verbindungslinien zwischen den Drehpunkten ein Dreieck und in der zweiten Endstellung eine gerade Linie.

Nach der Erfindung weist das elastische Element eine zumindest annähernd lineare Kraft-Weg-oder Kraft-Drehwinkel- Charakteristik auf. Als elastisches Element wird vorzugsweise eine Drehfeder verwendet.

Die Verwendung einer Feder mit linearer Kennlinie weist den Vorteil auf, daß diese lineare Feder gegenüber einer nichtlinearen, insbesondere progressiven Feder technisch einfacher und deutlich kostengünstiger ist. Nichtlineare Federn sind aufwendig in der Herstellung und darüber hinaus führen eventuelle Fertigungstoleranzen zu Abweichungen von der gewünschten Feder-Kennlinie. Bei einem Einsatz einer nichtlinearen Feder in einer Betätigungseinrichtung sind Veränderungen der angestrebten Kennlinie des Betätigungdspedals während des Betriebs nicht auszuschließen.

Dies wird durch die Verwendung einer linearen Feder in Verbindung mit der Erfindung sicher vermieden. Denn mit Hilfe

der Erfindung wird eine vorbestimmte, progressive Kraft-Weg- Charakteristik erzielt, die unempfindlich gegen Fertigungstoleranzen der verwendeten linearen Feder ist. Auch Temperaturdehnungen und Setzungsvorgänge der linearen Feder haben nur einen geringen Einfluß auf die Kraft-Weg- Charakteristik der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung.

Das Betätigungspedal wird erfindungsgemäß vorteilhaft durch das elastische Element vorgespannt. Dabei bewirkt das elastische Element ein Rückstellen des Betätigungspedals in seine Ausgangsposition.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Betätigungseinrichtung bei einer fremdkraftbetätigten, vorzugsweise elektronisch regelbaren Fahrzeugbremse, insbesondere einer Brake-by-wire- Fahrzeugbremse, eingesetzt.

Zur Bestimmung des Betätigungsgrads bzw. des Wegs des Betätigungspedals kann vorteilhaft an einem der Gelenke der Übertragungselemente ein Drehwinkel und/oder eine Gelenkkraft mit Hilfe geeigneter Sensoren erfaßt und ausgewertet werden.

Alternativ zu einem Drehwinkel können auch Abstände ausgewählter Punkte auf den verschiedenen Übertragungselementen oder Gelenkteilen und dem Betätigungspedalbock erfaßt werden.

Die Erfindung soll im folgenden anhand von mehreren Abbildungen (Fig. l bis Fig. 8) beispielhaft näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Betätigungseinrichtung mit einem an dem Betätigungspedal angeordneten Schwingenelement als ersten Hebelarm und einem mit dem elastischen Element in Verbindung stehenden Kurbelelement (zweiter Hebelarm) und einem Koppelelement (dritter Hebelarm) in der ersten Endstellung.

Die Fig. 2 zeigt die in der Fig. 1 dargestellte Ausführungsform in einer mittleren Stellung.

In der Fig. 3 ist die zweite Endstellung der Betätigungseinrichtung nach Fig. 1 und 2 dargestellt.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Feder für die Betätigungseinrichtung nach Fig. 1 bis 3.

Die Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Betätigungseinrichtung für einen hydraulischen Simulator eines Brake-by-wire Bremssystems, mit vier Hebelarmen als Übertragungselemente, die scherenförmig miteinander verbunden sind, in der ersten Endstellung.

Die Fig. 6 zeigt die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform in einer mittleren Stellung.

In der Fig. 7 ist die zweite Endstellung der Betätigungseinrichtung nach Fig. 5 und 6 dargestellt.

In der Fig. 8 ist eine Kraft-Weg-Kennlinie für die Pedalbetätigung der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung dargestellt.

Die in der Fig. 1 dargestellte Betätigungseinrichtung weist Übertragungselemente 1,2,3 auf, die aus einem an dem Betätigungspedal 4 angeordnetem Schwingenelement 1 als ersten Hebelarm und einem mit einem elastischen Element 11 in Verbindung stehenden Kurbelelement 2 (zweiter Hebelarm) und einem Koppelelement 3 (dritter Hebelarm) bestehen. Diese befinden sich in einer ersten Endstellung, die durch einen Anschlag 5 definiert ist, da keine Betätigungskraft vorliegt.

Mit Hilfe der drei Hebelarme 1,2,3 wird ein Gelenkviereck

gebildet mit den Gelenken 6,7,8,9. Gelenk 6 verbindet das Betätigungspedel 4 und das Schwingenelement 1 mit einem Gestell oder Pedalbock 10 ; Gelenk 7 verbindet den ersten Hebelarm l des Betätigungspedals 4 mit dem Koppelelement 3 ; Gelenk 8 verbindet das Koppelelement 3 mit dem Kurbelelement 2 ; Gelenk 9 verbindet das Kurbelelement 2 mit dem Pedalbock 10. Auf das Kurbelelement 2 wird vorzugsweise mit Hilfe einer zwischen Kurbelelement 2 und Pedalbock 10 angeordneten Drehfeder 11 mit vorzugsweise einer linearen Kraft-Weg- Kennlinie ein Drehmoment ausgeübt. Das durch die Drehfeder 11 ausgeübte Drehmoment wird über die Gelenkanordnung in eine von der Stellung oder dem Weg des Betätigungspedals 4 abhängige Betätigungspedalkraft umgesetzt. Bei der in der Fig. 1 gezeigten Endstellung liegen die Drehpunkte Ao, Ai, Bi der Gelenke 6,7,8 auf einer annähernd geraden Linie. Es genügt daher eine sehr kleine Betätigungskraft, um das Betätigungspedal zu bewegen und das Gelenk 7 von der durch die Gelenke 6,7,8 gebildeten Linie auszulenken. Aufgrund der kinematischen Gegebenheiten dieser Gelenkanordnung wird eine progressive Kraft-Weg-Kennlinie erzielt. Daß bedeutet, bei einem nur relativ geringen Weg des Betätigungspedals 4 muß nur eine relativ geringe Kraft aufgewendet werden, aber diese aufzuwendende Kraft wird um so höher, je größer der Weg des Betätigungspedals 4 aus der hier dargestellten Ruheposition ist.

In der in Fig. 2 dargestellten mittleren Stellung, das bedeutet eine Zwischenstellung zwischen den beiden Endstellungen, liegen die Drehpunkte Ao, Ai, Bi der Gelenke 6,7,8 nicht mehr-wie in Abb. 1-auf einer Geraden. Die für die Betätigung des Betätigungspedals aufzuwendende Kraft ist nun höher und wird um so höher, je größer der Weg des Betätigungspedals aus der Ruheposition ist. Zur Vereinfachung ist in dieser Abbildung der Anschlag 5 nicht dargestellt. Für die übrigen Elemente der Betätigungseinrichtung wurden für die mit der Fig. 1 übereinstimmenden Elemente die gleichen

Bezugszeichen verwendet. Dies gilt im übrigen auch für alle folgenden Abbildungen.

Die Fig. 3 zeigt die Betätigungeinrichtung der Fig. 1 und 2 in der zweiten Endstellung, das bedeutet in voll betätigtem Zustand. Hier liegen die Drehpunkte Al, Bo, B, der Gelenke 7,8,9 auf einer Geraden. Selbst wenn die Betätigungskraft in dieser Situation weiter erhöht werden würde, bliebe der Weg des Betätigungspedals auf diese Auslenkung begrenzt. Es kann nicht weiter um das Gelenk 6 gedreht werden. Damit hat der Pedalweg sein Maximum erreicht.

Die in der Fig. 4 dargestellte Feder 11 für die Betätigungseinrichtung ist insbesondere für die in Fig. 1 bis 3 gezeigte Betätigungseinrichtung vorgesehen. Die Windungen 12 dieser Drehfeder 11 sind zum Beispiel um einen Zapfen 13 des Gelenks 9 gewickelt. Ein erster Endabschnitt 14 der Drehfeder 11 liegt am Pedalbock 10 an bzw. ist an diesem befestigt und der andere Endabschnitt 15 liegt an dem Kurbelelement 2 an bzw. ist an diesem befestigt, zum Beispiel indem Endabschnitt 15 aufgrund einer Federvorspannung fest am Gelenk 8 anliegt.

Die in der Fig. 5 dargestellte alternative Ausführungsform der Betätigungseinrichtung weist vier Hebelarme 16,17,18,19 als Übertragungselemente auf, die scherenförmig miteinander über vier Drehpunkte (Co, D, E, F) der Gelenke 20,21,22,23 verbunden sind. Diese befinden sich in einer ersten Endstellung. Diese Ausführungsform der Erfindung mit vier scherenförmig angeordneten Hebelarmen 16,17,18,19 ist insbesondere für eine Fremdkraft-Bremsanlage, vorzugsweise ein"elektrohydraulisches Bremssystem (EHB)"vorgesehen. Bei einem EHB-System wird zumindest in der"normalen" Betriebsart, bei der der Bremsdruck mit Hilfe einer

Fremdenergiequelle, insbesondere einer Motor-Pumpen- Speichereinheit, erzeugt wird, mit Hilfe des Bremsenbetätigungspedals aus einem Hauptzylinder ein Flüssigkeitsvolumen verdrängt und in einen hydraulischen Speicher (Simulatorspeicher) 24 geleitet. Mit Hilfe der genannten vier Hebelarme 16,17,18,19 kann auch diesem Simulatorspeicher 24 eine Druck-Volumen-Kennlinie aufgeprägt werden, die zur gewünschten progressiven Charakteristik des Betätigungspedals führt. Diese Anordnung ist in der Fig. 5 dargestellt.

Dazu wird an einem der vier Gelenke 20,21,22,23, hier am Gelenk 22, ein Kolben 25 des Simulatorspeichers 24 angeordnet, der von dem Flüssigkeitsvolumen in dem Druckraum 26 des Simulatorspeichers 24 beaufschlagt ist. Mit Hilfe einer Spreizfeder 27 werden die miteinander verbundenen Hebelarme 16,17,18,19 in einer ersten Endstellung gehalten, wobei drei Drehpunkte D, E, F der Gelenke 21,22,23 entlang einer ersten Geraden ausgerichtet sind und mit den übrigen zwei Hebelarmen 16,17 ein Dreieck bilden. Der an dem Gelenk 22 angeordnete Kolben 25 wird so in eine definierte Stellung gebracht. Der Simulatorspeicher 24 weist eine erste Öffnung 28 zum Anschluß der Hydraulik auf, die in Wirkverbindung mit dem Betätigungspedal steht, und eine zweite Öffnung 29 zur Entlüftung auf. In dieser Position ist der Simulatorspeicher 24 und damit das Pedalgefühl"weich"in dem Sinne, daß bereits ein kleiner in den Druckraum 26 des Simulatorspeichers 24 eingebrachte Druck den Kolben 25 verschiebt.

Bei der in der Fig. 6 gezeigten mittleren Stellung wurde durch Betätigen des Betätigungspedals ein größeres Flüssigkeitsvolumen in den Druckraum 26 des Simulatorspeichers 24 gebracht. Die Spreizfeder 27 bewirkt, daß über den Gelenkmechanismus das Gelenk 22 zum Gelenk 20 hin gezogen wird. Dadurch bildet sich im Druckraum 26 ein

hydraulischer Druck, welcher der Betätigung des Betätigungspedals entgegensteht. Das Pedalgefühl ist dadurch "härter".

Bei der in der Fig. 7 dargestellten zweiten Endstellung der Betätigungseinrichtung nach Fig. 5 und 6 liegen die vier Drehpunkte Co, D, E, F der Gelenke 20,21,22,23 auf einer geraden Linie, wobei die Gelenke 21 und 23, die vertikal zur Zeichenebene beabstandet sind, in der Zeichenebene übereinander liegen. In dieser Lage bewirkt die Spreizkraft der Spreizfeder 27, daß der Kolben 25 mit großer Kraft in Richtung des Gelenkpunkts 20 zurückgezogen wird. Der dem Betätigungspedal entgegenstehende hydraulische Druck ist maximal, woraus ein"sehr hartes"Pedalgefühl resultiert.

Für viele Anwendungsfälle im praktischen Einsatz wird nicht die gesamte Variationsbreite zwischen der"weichen"und der "sehr harten"Stellung benötigt. Um diese zu begrenzen, kann zum Beispiel zwischen den Gelenken 22 und 20 ein Anschlag eingefügt werden, der die"weiche"Endstellung ausschließt.

Auf der anderen Seite kann die"harte"Endstellung durch einen Anschlag modifiziert werden. Zu diesem Zweck ist es vorgesehen, daß zwischen den Gelenken 21 und 22 Anschlagelemente angeordnet sind, so daß diese nicht zur Deckung gebracht werden können, beziehungsweise einen bestimmten Anstand zueinander nicht unterschreiten können.

In der Fig. 8 ist eine Kennlinie für die Pedalbetätigung (Kraft-Weg-Kennlinie) der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung in einer Darstellung der Pedalkraft (P) über den Pedalweg (s) dargestellt. Bei der Ruheposition des Pedals (s=so) ergibt sich eine Betätigungskraft F gleich Fo. Es genügt eine kleine Pedalkraft, um das Betätigungspedal zu bewegen. Beim Pedalweg Smax wird die Pedalkraft F unendlich groß.