Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Bremspedal für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Bedienplatte, die um eine erste Achse drehbar in einem Fußraum des Kraftfahrzeugs gelagert ist, Mittel zum Bestimmen eines durch ein Bedienen zurückgelegten Wegs der Bedienplatte, Mittel zum Bestimmen einer auf die Bedienplatte ausgeübten Kraft und Mittel zum Erzeugen einer der Kraft entgegenwirkenden Gegenkraft.

Solche Bremspedale sind an sich bekannt und werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, bei denen eine von einem Bediener ausgeübte Bremskraft elektrisch verstärkt oder insbesondere für die elektrische und/oder elektronische Ansteuerung (Brake by Wire) eines separaten Bremssystems genutzt wird. Hierbei wird die Kraft mittels mindestens eines Sensors ermittelt und mittelbar für eine Steuerung der Bremskraftverstärkung oder des Bremssystems genutzt.

Alternativ zu der elektrischen Bremskraftverstärkung ist eine pneumatische Brems- kraftverstärkung üblich. Für diese ist die Erfindung nicht vorgesehen.

Die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft sind in den bis jetzt gebräuchlichen Kraftfahrzeugen durch ein hydraulisches Bremssystem gebildet, auf das eine Betätigung des Bremspedals unmittelbar wirkt und in dem mit der Kraft ein Druck erhöht wird, der entsprechend auf Bremsen und als die Gegenkraft wirkt.

Brake-by-Wire-Pedale sind Pedale, bei denen eine direkte Wirkverbindung zwischen dem Pedal auf der einen Seite und einem Aktor auf der anderen Seite, wie sie bei einem konventionellen Pedal besteht, nicht mehr vorhanden ist. Bei einem konventionellen Bremspedal ist das Bremspedal beispielsweise mittels eines hydraulischen Systems direkt wirkverbunden mit den Bremsen. Diese direkte Wirkverbindung ist bei einem Brake- by-Wire-Pedal nicht mehr vorhanden. Stattdessen wird beispielsweise eine Drehbewegung eines Pedalhebels um eine Drehachse sensorisch erfasst, in ein Ausgangssignal umgewandelt und zur Ansteuerung eines Bremssystems des Fahrzeugs verwendet. Die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft dienen dazu, die bei einem konventionellen Pedal existierenden haptischen Eindrücke nachzubilden, so dass ein Benutzer des Brake-by-Wire-Pedals den Eindruck eines konventionellen, also für ihn gewohnten Bremspedals vermittelt bekommt. Zum anderen erlauben Brake-by-Wire- Pedale ein eine Ansteuerung des Bremssystems im autonomen Fährbetrieb.

Solche X-by-Wire Pedale sind z.B. als stehende oder als hängende Gaspedale bereits allgemein üblich.

Auch Brake-by-Wire-Bremspedale sind bereits bekannt:

So beschreibt die DE 10 2019 101 646 A1 ein Brake-by-Wire-Bremspedal, bei dem die Gegenkraft ausschließlich durch mechanische Mittel wie z.B. Federn erzeugt wird. Hierdurch wird ein Kompakter Aufbau ermöglicht. Stehende Pedale werden nicht erwähnt.

Aus der DE 10 2019 101 754 A1 ist ein Bremspedal bekannt, bei dem Sensoren in unmittelbarer Nähe einer Drehachse des Pedals angeordnet sind. Dies bewirkt eine hohe Funktionssicherheit des Pedals. Auch hier werden stehende Pedale nicht erwähnt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Bremspedal zu schaffen, das eine sichere Ermittlung eines Pedalwegs und einer Pedalkraft erlaubt und gleichzeitig eine der Pedalkraft entgegenwirkenden Gegenkraft erzeugt. Hierbei soll das Bremspedal trotzdem einfach aufgebaut sein und möglichst wenig Bauraum beanspruchen.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das Bremspedal ist als stehendes Bremspedal ausgebildet. Dieses kann kleinräumiger gebaut sein als ein hängendes Pedal; so kann bei gleicher Funktionalität und Sicherheit ein Pedalarm um 50 mm bis 100 mm kürzer sein als bei hängenden Pedalen. Damit kann das Bremspedal insgesamt kompakter gebaut sein, weil ein wirksamer Hebelarm entsprechend kürzer ist und damit die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft kleiner dimensioniert sein können.

Dies erleichtert auch die Zusammenfassung aller Pedale (also Gas-, Brems- und gegebenenfalls Kupplungspedal) zu einer Baugruppe und somit die Montage in das Kraftfahrzeug. Außerdem kann in Kraftfahrzeugen für den autonomen Fährbetrieb die Baugruppe relativ einfach verschwenkbar befestigt werden oder in eine Verkleidung integriert werden, so dass die Pedale nicht im Fußraum stören und Passagiere sich bequemer im Fahrgastraum einrichten können.

Schließlich sind stehende Pedale sicherer: Einerseits ragen sie bei einem Frontalaufprall des Kraftfahrzeugs weniger in den Fahrgastraum. Andererseits erlauben sie den Einsatz von Fersen-Airbags, was die passive Sicherheit der Passagiere weiter erhöht.

Die Unteransprüche betreffen die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung.

In einer ersten Ausgestaltung umfassen die Mittel zum Bestimmen der Kraft mindestens zwei berührungslos arbeitende Sensoren. Diese haben sich bereits in der Praxis bewährt und sind als mehrkanalige Sensoren verfügbar, so dass eine hohe Redundanz der Sensorik und damit eine sehr hohe Betriebssicherheit gegeben ist.

In einer weiteren Ausgestaltung umfassen die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft mindestens zwei Arme, die in einer Ruheposition in einem spitzen Winkel a von 40° bis 60° zueinander stehen und die mittels elastischer Elemente und/oder Gelenken in Wirkverbindung stehen. Hierdurch stehen zwei örtlich unabhängige Achsen für die Bestimmung des Pedalwegs zur Verfügung, was die Betriebssicherheit weiter erhöht. Weiterhin ist die Mechanik zum Erzeugen der Gegenkraft robust und kompakt. Der Winkel a ist im Wesentlichen abhängig von einer gewünschten Progressivität einer Pedalkennlinie und von einer Lagerstelle des zweiten Arms. Hierbei wird versucht, in einer Volllastposition des Bremspedals zumindest annähernd eine Parallelität der Arme zu erzielen, weil hier die Progressivität am größten ist.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Bedienplatte separat an einem Pedalarm ausgebildet. Dies verbessert die Haptik des Bremspedals. Alternativ ist ein Pedalarm als die Bedienplatte ausgebildet. Dies vereinfacht den Aufbau des Bremspedals und erhöht die Kompaktheit.

In einer weiteren Ausgestaltung ist für eine Betätigung des Pedalarms ein Endanschlag ausgebildet. Hierdurch wird verhindert, dass bei einer sehr hohen Kraft die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft beschädigt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Bremspedal ein Gehäuse. Dies vermindert die Gefahr einer Verschmutzung der Sensoren und erhöht so die Betriebssicherheit. Außerdem ist ein Schutz gegen mechanische Beschädigungen verhindert.

Anhand der beigefügten, sehr schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines stehenden Bremspedals und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines stehenden Bremspedals.

1. Ausführungsbeispiel

Wie aus der Figur 1 ersichtlich umfasst ein im Längsschnitt dargestelltes Bremspedal eines ersten Ausführungsbeispiels einen Pedalarm 1 , der an seinem unteren Ende mittels eines ersten Gelenks 2 um eine erste Achse 3 drehbar gelagert ist. Das untere Ende ist im eingebauten Zustand des Bremspedals zu einem Boden eines Kraftfahrzeugs hin gerichtet sowie mittelbar an diesem befestigt, und die erste Achse 3 ist senkrecht zu einer Zeichnungsebene und somit in etwa parallel zu Radachsen des Kraftfahrzeugs.

Im Bereich eines oberen Endes des Pedalarms 1 ist eine Bedienplatte 4 befestigt, hier mittels eines Gelenks, das eine besonders gute Haptik ermöglicht. Denn die Bewegung der Bedienplatte 4 erfolgt hierdurch weitestgehend linear. Die Bedienplatte 4 ist hier über einen Steg 6 mit vorbestimmtem Abstand zu dem Pedalarm 1 gehalten. An dem Steg 6 ist zwischen der Bedienplatte 4 und dem Pedalarm 1 ein Endanschlag 7 ausgebildet, der mit einer feststehenden Gegenfläche 8 zusammenwirkt. Ein freies, von der Bedienplatte 4 aus gesehen hinter dem Pedalarm 1 herausragendes Ende des Stegs 6 ist als Führungshülse 5 ausgebildet.

Der Bedienplatte 4 und somit dem Pedalarm 1 sind Mittel zum Erzeugen einer Gegenkraft zugeordnet. Diese umfassen zwei elastische Elemente, hier in Form von Schraubendruckfedern 9, zwei Arme 10, 1 1 sowie einen Verbindungsarm 12.

Ein erster der Arme 10 erstreckt sich von der Bedienplatte 4 aus gesehen hinter dem Pedalarm 1 und parallel oder in einem spitzen Winkel von maximal 15° zu diesem im unbedienten Zustand.

Der erste Arm 10 ist an seinem unteren Ende mittels eines zweiten Gelenks 13 um eine zweite Achse 14 drehbar gelagert. Ein oberes Ende befindet sich in etwa in Höhe des oberen Endes des Pedalarms 1 . Zwischen den Endbereichen des ersten Arms 10 und des Pedalarms 1 ist eine erste der Schraubendruckfedern 9 eingespannt.

Unterhalb der ersten Schraubendruckfeder 9 ist ein Zapfen 15 als Gegenstück zu der Führungshülse 5 gelenkig an dem ersten Arm 10 befestigt. Der Zapfen 15 ist axial verschiebbar in der Führungshülse 5 gelagert. Unterhalb des Zapfens 15 ist an dem ersten Arm 10 ein Ende eines Verbindungsarms 12 gelenkig befestigt, dessen anderes Ende an einem zweiten der Arme 1 1 gelenkig befestigt ist.

Der zweite Arm 1 1 ist exzentrisch pendelnd in einem dritten Gelenk 17 gelagert und verläuft unbedient, also bei nicht betätigter Bedienplatte 4, in einem spitzen Winkel a von 40° bis 60°, hier etwa 40° zu dem ersten Arm 10. Das dritte Gelenk 17 ist in der oberen Hälfte des zweiten Arms 11 angeordnet. Zwischen einem unteren Endbereich des ersten Arms 10 und einem unteren Endbereich des zweiten Arms 11 ist eine zweite der Schraubendruckfedern 9 eingespannt.

Die Achsen aller Gelenke verlaufen parallel.

Jedes der elastischen Elemente 9 kann ein System mehrerer und/oder unterschiedlicher elastischer Mittel umfassen.

Mittel Bestimmen eines durch ein Bedienen zurückgelegten Wegs der Bedienplatte 4 (Pedalweg) umfassen zwei berührungslos arbeitende Sensoren 18, 19. Ein erster der Sensoren 18 ist dem ersten Gelenk 2 zugeordnet und ist z.B. vierkana- lig als induktiver Sensor ausgeführt. Er bestimmt zusammen mit einer Auswerteeinheit eine Winkelverstellung des Pedalarms 1 und darüber indirekt einen Pedalweg, der durch eine Betätigung des Bremspedals bewirkt wird. Hierfür ist ein Rotor so an dem ersten Gelenk 2 befestigt, dass er mit dem Pedalarm 1 dreht, während eine Leiterplatte, auf der unter Anderem ein Stator angeordnet ist, relativ zu dem Rotor ortsfest zugeordnet ist.

Ein zweiter der Sensoren 19 ist bezüglich der Bestimmung des Pedalwegs redundant und z.B. als Hallsensor zweikanalig ausgeführt. Der zweite Sensor 19 ist dem dritten Gelenk 17 zugeordnet und bestimmt zusammen mit der Auswerteeinheit eine Winkelverstellung des zweiten Arms 11 . Über diese Winkelverstellung kann unter Einbeziehung der Geometrien der Arme 10, 11 und Charakteristika der Schraubendruckfedern 9 der Pedalweg berechnet werden.

Insgesamt sind also zwei Sensoren 18, 19 zum Bestimmen des Pedalwegs vorhanden, die unabhängig voneinander arbeiten und somit zusätzliche Sicherheit zu der Redundanz der Sensoren 18, 19 durch die Anzahl der Kanäle bieten.

Mittel zum Bestimmen einer auf die Bedienplatte 4 ausgeübten Kraft sind aus den beiden Sensoren 18, 19 gebildet, indem in der Auswerteeinheit eine Differenz der zu einem Zeitpunkt gemessenen Pedalwege bestimmt wird. Mit dieser Differenz lässt sich unter Einbeziehung der Charakteristika der Schraubendruckfedern 9 die Pedalkraft berechnen.

Zum Schutz des Bremspedals vor z.B. mechanischer Beschädigung und vor Schmutz ist ein Gehäuse 20 derart angeordnet, dass es das Bremspedal mit Ausnahme der Bedienplatte 4 und des Endanschlags 7 umschließt. Auf diese Weise ist die Funktion des Bremspedals dauerhaft gewährleistet. Das Gehäuse 20 dient gleichzeitig als Widerlager für das erste, das zweite und das dritte Gelenk 2, 13, 17 sowie als die Gegenfläche 8. Außerdem ist eine Außenseite des Gehäuses 20 so ausgebildet, dass das Bremspedal sicher an einer vorbestimmten Stelle des Kraftfahrzeugs befestigt werden kann. In einer Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist die Bedienplatte 4 starr mit dem Pedalarm 1 verbunden. Hierbei entfallen die Führungshülse 5, der Zapfen 15 sowie die zu diesen gehörigen Gelenke.

2. Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel, das in der Figur 2 als Längsschnitt dargestellt ist, unterscheidet sich von dem ersten durch Folgendes:

Der Pedalarm 1 ist gleichzeitig als Bedienplatte 4 ausgebildet. Daher entfallen wie bei der Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels die Führungshülse 5, der Zapfen 15 sowie die zu diesen gehörigen Gelenke.

Der Pedalarm 1 ist außerhalb des Gehäuses 20 angeordnet, das trotzdem den ersten Sensor 18 einschließt. Der Endanschlag 7 ist an einer dem Gehäuse 20 zugewandten Seite der Bedienplatte 4 angeordnet.

Im Übrigen entsprechen sich die beiden Ausführungsbeispiele.

Im nicht autonomen Fährbetrieb ist das Bremspedal wie üblich in einem Fußraum des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer bedienbar angeordnet. Wenn der Fahrer das Kraftfahrzeug abbremsen möchte, betätigt er das Bremspedal je nach der gewünschten Verzögerung durch mehr oder weniger weites und/oder starkes Treten der Bedienplatte 4. Dem Treten und somit der Kraft wirken die Mittel zum Erzeugen der Gegenkraft progressiv entgegen, bis der Endanschlag 7 auf die Gegenfläche 8 trifft und so eine Weiterbewegung des Pedalarms 1 verhindert. Dies entspricht einer maximalen Bremsleistung.

Die Sensoren 18, 19 bestimmen eine Rotation des Pedalarms 1 beziehungsweise des zweiten Arms 1 1 und leiten entsprechende Signale an die Auswerteeinheit weiter. Aus den Signalen wird hier der Pedalweg berechnet. Weil wegen der ersten Schrauben- druckfeder 9 unterschiedliche Pedalwege berechnet werden, kann aus diesem Unterschied die Pedalkraft berechnet werden. Dieses Prinzip ist z.B. für eine andere Funktion bei der Bestimmung eines Lenkwinkels und einer Lenkkraft bekannt. Die so ausgewerteten Signale werden an eine Steuereinheit ausgegeben, die einen Bremsvorgang entsprechend steuert.

Bezugszeichenliste

1 Pedalarm

2 erstes Gelenk

3 erste Achse Bedienplatte

5 Führungshülse

6 Steg

7 Endanschlag

8 Gegenfläche

9 Schraubendruckfeder

10 erster Arm

11 zweiter Arm

12 Verbindungsarm

13 zweites Gelenk

14 zweite Achse

15 Zapfen

16

17 drittes Gelenk

18 erster Sensor

19 zweiter Sensor

20 Gehäuse