DE19537349A1 - Actuator for a hydraulic vehicle brake system with electrical signal transmission (brake-by-wire) - Google Patents
Actuator for a hydraulic vehicle brake system with electrical signal transmission (brake-by-wire)Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Betätigungselement für hydrauli sche Fahrzeugbremssysteme und hydraulische Bremssysteme mit elektrischer Signalübertragung (brake-by-wire) die derartige Betätigungselemente beinhalten.The invention relates to an actuator for hydrauli vehicle brake systems and hydraulic brake systems with electrical signal transmission (brake-by-wire) such Actuators include.
Bei hydraulischen Bremssystemen mit elektrischer Signalüber tragung aktiviert die Betätigung eines Bremspedals eine Be darfserfassungsvorrichtung wie etwa einen Potientometerwegumfor mer oder einen Kraftsensor, dessen Ausgangsgröße dazu geeignet ist, die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu den Bremsen durch elektromagnetische Betätigungsventile unter der Steuerung einer elektronischen Steuervorrichtung zu regulieren.In hydraulic brake systems with electrical signal transmission wearing activates the actuation of a brake pedal sensing device such as a potentiometer path mer or a force sensor, the output variable of which is suitable is the supply of hydraulic fluid to the brakes electromagnetic actuation valves under the control of a regulate electronic control device.
Derartige Betätigungsventile reagieren normalerweise auf den Betriebsdruck zwischen einem Einlaß und einem Auslaß, sie haben jedoch keine Wirkung dahingehend, die tatsächliche Höhe des Be triebsdrucks selbst zu steuern.Such actuation valves normally respond to the Operating pressure between an inlet and an outlet, they have however, no effect on the actual amount of the Be to control the drive pressure itself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Betätigungselement bereitzustellen, das für einen Einsatz in den eingangs genannten Bremssystemen geeignet ist.The invention has for its object an improved Provide actuator that is for use in the braking systems mentioned above is suitable.
Erfindungsgemäß umfaßt ein Bremsbetätigungselement für ein hydraulisches Bremssystem mit elektrischer Signalübertragung ein elektromagnetisches Ventil mit einem Gehäuse, einer Solenoid spule in dem Gehäuse, einem in dem Gehäuse als Reaktion auf die Erregung der Solenoidspule axial bewegbaren Anker, einem Ventil spulenkörper, der in einer Bohrung des Gehäuses bezüglich eines Anschlags, der eine zurückgezogene Stellung des Spulenkörpers festlegt, axial bewegbar ist, einer Feder, die den Spulenkörper zu dem Anschlag hin drückt, wobei der Spulenkörper dazu ausge legt ist, wahlweise die Verbindung zwischen axial beabstandeten Ablaß-, Einlaß- und Auslaßdurchtritten in dem Gehäuse zu steu ern, und an gegenüberliegenden Enden eines Mittelabschnitts von reduziertem Durchmesser mit einer inneren und äußeren Schulter an Durchmesserstufen zwischen dem Mittelabschnitt und einem in neren und äußeren Steg ausgebildet ist, von denen der innere Steg die Verbindung zwischen dem Ablaß- und dem Auslaßdurchtritt und der äußere Steg die Verbindung zwischen dem Einlaß- und dem Auslaßdurchtritt steuert, wobei der Spulenkörper an dem von dem Anker entfernten Ende zudem mit einer in Längsrichtung verlau fenden Bohrung versehen ist, die ein Nadelelement gleitend auf nimmt und deren inneres Ende durch einen radialen Durchtritt in dem Spulenkörper in Verbindung mit der Bohrung ist, wobei die Erregung der Solenoidspule bewirkt, daß der Anker den Spulenkör per von dem Anschlag weg in eine Betriebsstellung drückt, in der der innere Steg den Ablaßdurchtritt schließt und der äußere Steg die Verbindung zwischen dem Einlaßdurchtritt und dem Auslaß durchtritt öffnet, wobei der Auslaßdurchtritt eine Feedback- Kraft auf den Anker liefert, die das Produkt desjenigen Druckes umfaßt, der auf eine Fläche wirkt, die gleich der Fläche der in neren Schulter minus der Fläche des Nadelelements ist.According to the invention comprises a brake actuation element for a hydraulic brake system with electrical signal transmission electromagnetic valve with a housing, a solenoid coil in the housing, one in the housing in response to the Excitation of the solenoid coil axially movable armature, a valve Coil body in a bore of the housing with respect to a Stop, which is a retracted position of the bobbin sets, axially movable, a spring that the bobbin presses towards the stop, with the bobbin out is, optionally the connection between axially spaced To control drain, inlet and outlet passages in the housing ern, and at opposite ends of a central portion of reduced diameter with an inner and outer shoulder at diameter steps between the central section and an in neren and outer web is formed, of which the inner Bridge the connection between the drain and the outlet passage and the outer web the connection between the inlet and the Controls outlet passage, with the bobbin on the The anchor distal end also has a longitudinal length Fenden bore is provided, the sliding a needle element takes and its inner end through a radial passage in the bobbin in connection with the bore, the Excitation of the solenoid coil causes the armature to pull the bobbin pushes away from the stop into an operating position in which the inner web closes the drain passage and the outer web the connection between the inlet passage and the outlet passage opens, with the outlet passage providing a feedback Force on the anchor delivers the product of that pressure which acts on an area equal to the area of the in is the shoulder minus the area of the needle element.
Das Nadelelement ist gegen eine Bewegung in Längsrichtung durch eine Kraft gehalten, die durch den angelegten Druck er zeugt wird, der dahingehend wirkt, es gegen einen Anschlag zu halten, vorzugsweise das von dem Anker abgewandte Ende der Boh rung.The needle element is against longitudinal movement held by a force created by the pressure applied who acts to stop it against an attack hold, preferably the end of the Boh facing away from the anchor tion.
Es wird daher ein Betätigungselement bereitgestellt, das die Verbindung zwischen dem Einlaßdurchtritt und dem Auslaßdurch tritt aktiv steuert anstatt einfach nur auf diesen Druck zu rea gieren.There is therefore provided an actuator that Connection between the inlet passage and the outlet passage occurs actively controls instead of just reacting to this pressure yaw.
Wenn sich das Betätigungselement in einer Ruhestellung be findet, wird vorzugsweise ein kleiner Spalt zwischen dem Anker und dem Spulenkörper vorgesehen. Dies stellt sicher, daß in die ser Stellung keine Belastung auf den Anker ausgeübt wird. Der Anker kann daher so leicht wie möglich ausgeführt werden, um Energie zu sparen, und der Anker kann ungefedert ausgeführt wer den, so daß keine Vorspannkraft überwunden werden muß, wenn das Betätigungselement durch Erregung der Spule betätigt wird.When the actuator is in a rest position finds, there is preferably a small gap between the anchor and provided the bobbin. This ensures that in the no load is exerted on the anchor. Of the Anchor can therefore be carried out as easily as possible Saving energy and the anchor can be carried out unsprung the so that no preload has to be overcome if that Actuating element is actuated by excitation of the coil.
Das Betätigungselement hat ein Solenoid mit einem Anker, der eine Kraft auf den Spulenkörper des Betätigungselements ausübt, die proportional dem Strom ist, der an das Solenoid angelegt ist. Somit wird die erzeugte Kraft umso größer, je größer der an die Spule angelegte Strom ist.The actuator has a solenoid with an armature that exerts a force on the coil body of the actuating element, which is proportional to the current applied to the solenoid is. Thus, the greater the force, the greater the force generated the coil is current applied.
Wenn das Betätigungselement in einem Fahrzeugbremssystem in stalliert ist, wird die Spule mit einer elektronischen Steuerung verbunden, die einen Erregerstrom einer Größe abgibt, die von dem Bremsbedarf des Fahrers abhängt und die Fahrzeugdynamik, die Aufhängung, die Lastverlagerung und dergleichen in Betracht zieht, soweit diese Parameter eine Wirkung auf das gebremste Rad haben. Der Einlaßdurchtritt ist mit einer Hochdruckfluidquelle verbunden, vorzugsweise einer motorgetriebenen Pumpe, der Aus laßdurchtritt ist mit der Bremse verbunden und der Ablaßdurch tritt ist mit einem Fluidspeicher verbunden, von dem die Pumpe versorgt wird. Auf den Bedarf des Fahrers hin wird Strom an das Solenoid angelegt mit dem Ergebnis, daß der Anker auf den Spu lenkörper einwirkt, um die Verbindung zwischen der Energiequel le, dem Speicher und der Bremse zu steuern.When the actuator in a vehicle brake system in is installed, the coil with an electronic control connected, which emits an excitation current of a size of depends on the driver's braking requirements and the vehicle dynamics Suspension, load transfer and the like into consideration pulls as far as these parameters have an effect on the braked wheel to have. The inlet passage is with a high pressure fluid source connected, preferably a motor-driven pump, the off let passage is connected to the brake and the drain passage occurs is connected to a fluid reservoir from which the pump is supplied. At the driver's need, electricity is supplied to the Solenoid applied with the result that the anchor on the Spu steering body interacts with the connection between the energy source to control the memory and the brake.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren weiter erläutert, von denenExemplary embodiments of the invention are described below of the accompanying figures, of which
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Auslegung eines hydraulischen Bremssystems mit elektrischer Si gnalübertragung zeigt, welches eine erste Ausführungsform eines elektromagnetischen Betätigungselementes umfaßt, Fig. 1 shows a first embodiment of the invention gnalübertragung shows by way of interpretation of a hydraulic brake system with electric Si, comprising a first embodiment of an electromagnetic actuating element,
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Aus führungsform eines elektromagnetischen Betätigungselements zeigt, und Fig. 2 shows a Fig. 1 corresponding representation of a second imple mentation form of an electromagnetic actuator, and
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Details aus Fig. 2 ist. Fig. 3 is an enlarged view of a detail from Fig. 2.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Bremssystem mit elek trischer Signalübertragung kann ein Bremspedal 1 einen Wegumfor mer 2 in Form eines Potentiometers betätigen, dessen Ausgangs größe einem elektronischen Steuermodul 3 zugeführt wird, das ebenfalls Signale von Übertragern bzw. Umformern empfängt, die auf die Fahrzeugdynamik, Aufhängungsdurchbiegungen und Lastver lagerungen reagieren, soweit diese Parameter das Verhalten eines Rades 4 beeinflussen, das von einer hydraulischen Radbremse 5 gebremst werden kann. Die Betätigung der Bremse 5 wird durch ein hydraulisches Betätigungselement 6 gesteuert.In the brake system shown in the drawing with elec trical signal transmission, a brake pedal 1 can actuate a Wegumfor mer 2 in the form of a potentiometer, the output size of which is fed to an electronic control module 3 , which also receives signals from transformers or converters that respond to vehicle dynamics, Suspension deflections and load displacements react insofar as these parameters influence the behavior of a wheel 4 , which can be braked by a hydraulic wheel brake 5 . The actuation of the brake 5 is controlled by a hydraulic actuation element 6 .
Das Betätigungselement 6 beinhaltet ein proportionales elek tromagnetisches Ventil und umfaßt ein Gehäuse 7, in dem ein An ker 8 und eine Solenoidspule (nicht gezeigt) angeordnet sind. Die Spule umgibt den Anker 8, der in dem Gehäuse 7 axial ver schiebbar ist. Das Gehäuse 7 weist eine vordere Verlängerung 9 auf, die mit einer längs verlaufenden Bohrung 10 versehen ist, in der ein Spulenkörper 11 läuft. Obwohl die Verlängerung 9 ei nen Teil des Gehäuses 7 bildet, kann sie getrennt von derjenigen Komponente sein, in der der Magnet und die Spule angeordnet sind. Normalerweise wird der Spulekörper 11 mit seinem inneren Ende von einer Druckfeder 13, die auf das entgegengesetzte Ende des Spulenkörpers wirkt, gegen eine Anschlagfläche 12 in der Nä he des Ankers 8 gedrückt. Die Gehäuseverlängerung 9 ist mit axial beabstandeten radialen Ablaß-, Auslaß- bzw. Einlaßdurch tritten 14, 15, 16 versehen. Der Ablaßdurchtritt 14 ist mit ei nem Fluidspeicher 17 verbunden, der Auslaßdurchtritt 15 ist mit der Bremse 5 verbunden und der Einlaßdurchtritt 16 ist mit einer Energiequelle 18 verbunden, vorzugsweise mit einer motorgetrie benen Pumpe oder einer von einem Elektromotor getriebenen Pumpe und kann einen hydraulischen Druckspeicher versorgen. In beiden Fällen saugt die Pumpe Fluid aus dem Speicher 17 an.The actuator 6 includes a proportional elec tromagnetic valve and includes a housing 7 in which an armature 8 and a solenoid coil (not shown) are arranged. The coil surrounds the armature 8 , which is axially slidable in the housing 7 ver. The housing 7 has a front extension 9 , which is provided with a longitudinal bore 10 in which a bobbin 11 runs. Although the extension 9 forms a part of the housing 7 , it can be separate from the component in which the magnet and the coil are arranged. Normally, the coil body 11 is pressed with its inner end by a compression spring 13 , which acts on the opposite end of the coil body, against a stop surface 12 in the vicinity of the armature 8 . The housing extension 9 is provided with axially spaced radial outlet, outlet or inlet passages 14 , 15 , 16 . The drain passage 14 is connected to a fluid reservoir 17 , the outlet passage 15 is connected to the brake 5 and the inlet passage 16 is connected to an energy source 18 , preferably a motor-driven pump or a pump driven by an electric motor and can supply a hydraulic pressure accumulator . In both cases, the pump draws fluid from the storage 17 .
Der Spulenkörper 11 ist mit einem Mittelabschnitt 20 redu zierten Durchmessers versehen, der sich zwischen einem inneren bzw. äußeren Steg 21, 22 befindet. Zusätzlich erstreckt sich ei ne Bohrung 23 von dem äußeren Ende des Spulenkörpers 11, das von dem Anker 8 entfernt ist, nach innen und endet mit seinem inne ren geschlossenen Ende in einem Diametraldurchtritt 24, der in den Mittelabschnitt 20 reduzierten Durchmessers führt. Ein Nade lelement 25, das bezüglich des Gehäuses 7 befestigt ist, befin det sich in der Bohrung 23.The bobbin 11 is provided with a central portion 20 reduced diameter, which is located between an inner or outer web 21 , 22 . In addition, egg ne bore 23 extends from the outer end of the bobbin 11 , which is removed from the armature 8 , inward and ends with its inner closed end in a diametrical passage 24 , which leads into the central portion 20 of reduced diameter. A needle element 25 , which is fastened with respect to the housing 7 , is located in the bore 23 .
An der Durchmesserstufe zwischen dem inneren Steg 21 und dem Mittelabschnitt 20 ist eine innere Schulter 26 gebildet und an der Durchmesserstufe ,zwischen dem äußeren Steg 22 und dem Mit telabschnitt 20 ist eine äußere Schulter 27 gebildet.At the diameter step between the inner web 21 and the central section 20 , an inner shoulder 26 is formed and at the diameter step, between the outer web 22 and the middle section 20 , an outer shoulder 27 is formed.
In der in der Zeichnung dargestellten Ruhestellung, in der die Bremsen nicht betätigt sind, wird der Spulenkörper 11 durch die Kraft der Feder 13 gegen den Anschlag 12 gehalten und der Anker 8 befindet sich in einer Ruhestellung, in der ein kleiner Spalt zwischen seinem äußeren Ende und einem benachbartem Ende des Spulenkörpers 11 vorgesehen ist. Der Steg 22 schließt den Einlaßdurchtritt 16, um die Druckquelle 18 von der Bremse zu trennen, und zwischen der Bremse 5 und dem Speicher 17 ist an dem Steg 21 vorbei eine Verbindung hergestellt.In the rest position shown in the drawing, in which the brakes are not actuated, the coil body 11 is held by the force of the spring 13 against the stop 12 and the armature 8 is in a rest position in which there is a small gap between its outer end and an adjacent end of the bobbin 11 is provided. The web 22 closes the inlet passage 16 to separate the pressure source 18 from the brake, and a connection is made between the brake 5 and the accumulator 17 past the web 21 .
Wenn bei Bedarf das Pedal 1 von dem Fahrer betätigt wird, das wiederum auf den Wegumformer 2 einwirkt, wird durch das Steuermodul 3 ein Erregerstrom an die Solenoidspule des Betäti gungselements 6 angelegt. Der Anker 8 wird in dem Gehäuse 10 proportional zur Höhe des Erregerstroms nach vorne geschoben und bewirkt, daß der Spulenkörper 11 axial verschoben wird, um zu nächst zu bewirken, daß der Steg 21 den Speicher 17 von der Bremse 5 trennt und anschließend der Steg 22 die Druckquelle 18 durch den Auslaßdurchtritt 15 in Verbindung mit der Bremse bringt. Dieser Druck wirkt ebenfalls auf das innere Ende des Na delelements 25, um eine Feedback-Kraft auf den Spulenkörper 11 zu erzeugen, die auf den Anker 8 wirkt, wobei die Feedback-Kraft das Produkt desjenigen Druckes umfaßt, der auf eine Fläche wirkt, die gleich der Fläche der inneren Schulter 26 minus der Fläche des Nadelelements 25 ist. Der auf das Nadelelement 25 wirkende Druck hält deren äußeres Ende gegen einen Anschlag, vorzugsweise das von dem Anker 8 abgewandte Ende der Bohrung 10.If the pedal 1 is operated by the driver when required, which in turn acts on the travel converter 2 , an excitation current is applied to the solenoid coil of the actuating element 6 by the control module 3 . The armature 8 is pushed forward in the housing 10 in proportion to the magnitude of the excitation current and causes the coil body 11 to be axially displaced in order first to cause the web 21 to separate the memory 17 from the brake 5 and then the web 22 brings the pressure source 18 through the outlet passage 15 in connection with the brake. This pressure also acts on the inner end of the needle member 25 to generate a feedback force on the bobbin 11 which acts on the armature 8 , the feedback force comprising the product of the pressure acting on a surface which is equal to the area of the inner shoulder 26 minus the area of the needle member 25 . The pressure acting on the needle element 25 holds its outer end against a stop, preferably the end of the bore 10 facing away from the armature 8 .
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist auf das dem Anker 8 abgewandte Ende des Spulenkörpers 10 ein Aufsatz 30 mit einer Innenbohrung 31 aufgesetzt, in der ein Endabschnitt 32 des Spu lenkörpers 11 gleitbar aufgenommen ist. Das äußere Ende der In nenbohrung 31 ist durch eine Endwand 33 verschlossen. Der Endab schnitt 32 ist von größerer Fläche als der Rest des Spulenkör pers 11. Die in die Feedback-Kraft eingehenden Druckkräfte wer den von den entsprechenden Abmessungen des Spulenkörpers 10, der Nadel 25 und des Aufsatzes 30 bestimmt.In the embodiment according to FIG. 2, an attachment 30 with an inner bore 31 is placed on the end of the coil body 10 facing away from the armature 8 , in which an end section 32 of the coil body 11 is slidably received. The outer end of the inner bore 31 is closed by an end wall 33 . The Endab section 32 is of a larger area than the rest of the spool body 11th The compressive forces entering the feedback force are determined by the corresponding dimensions of the bobbin 10 , the needle 25 and the attachment 30 .
Wenn das Bremspedal losgelassen wird, setzen die Feder 13 und die Feedback-Kraft den Spulenkörper 11 in seine zurückgezo gene Stellung in Anlage an den Anschlag 12 zurück, wobei der An ker 8 mitgenommen wird.When the brake pedal is released, the spring 13 and the feedback force put the bobbin 11 in its retracted position into abutment against the stop 12 , with the ker 8 being carried along.
Da der Anker 8 nicht gefedert ist, wird Energie gespart, weil während der anfänglichen Vorwärtsbewegung des Ankers keine Vorspannkraft oder andere Rückstellkraft überwunden werden muß. Die Bereitstellung bzw. das Vorhandensein des kleinen Spalts zwischen dem Anker 8 und dem Spulenkörper 11 ist einfach ein Ausdruck des Nichtvorhandenseins der Vorspannkraft.Since the armature 8 is not sprung, energy is saved because no preload or other restoring force has to be overcome during the initial forward movement of the armature. The provision or the presence of the small gap between the armature 8 and the coil body 11 is simply an expression of the absence of the prestressing force.
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