DE3545500A1 - Elektrohydraulischer verstaerker, insbesondere zur hydraulischen betaetigung einer kupplung fuer ein fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrohydraulischen Verstärker mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei bekannten Zweikreis-Hauptbremszylindern (EP 82 367) sind im Hauptbremszylinder hintereinander ein Brems­ kolben und ein Eingangskolben angeordnet, der mit dem Bremspedal verbunden ist, bei dessen Betätigung ein Steuerventil mechanisch betätigt wird, von dem in dem Raum zwischen dem Eingangskolben und dem Bremskolben ein Druck eingesteuert wird, der in einem ersten Brems­ kreis wirksam ist und außerdem den Bremskolben betätigt, der dann den Druck für einen zweiten Bremskreis er­ zeugt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht da­ rin, einen hydraulischen Zylinder, mit dem ein Arbeits­ druck für eine Betätigungseinrichtung erzeugt wird, als elektrohydraulischen Verstärker auszubilden, um die Möglichkeit zu eröffnen, daß der Arbeitsdruck ab­ hängig von mehreren elektrischen Eingangssignalen er­ zeugt werden kann. Dabei soll die elektrohydraulische Unterstützung stets parallel zur mechanisch-hydrau­ lischen Betätigung arbeiten.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß ist die elektrohydraulische Verstärkung mit dem Nehmerzylinder integriert, der zur Erzeugung des Arbeitsdruckes vorgesehen ist. Der Arbeitskolben des Nehmerzylinders im Verstärker wird einerseits mechanisch von einem Eingangskolben betätigt, der über einen Geberzylinder hydraulisch beaufschlagt ist sowie parallel hierzu von einem mittels des Proportional­ ventils abhängig von verschiedenen elektrischen Ein­ gangsgrößen eingesteuerten hydraulischen Druck in der Steuerkammer. Bei Ausfall der elektrischen Ansteuerung bleibt also die Funktionsfähigkeit des Arbeitskolbens über den mechanisch-hydraulischen Durchgriff erhalten. Durch eine Verknüpfung mehrerer elektrischer Regel­ größen in der Elektronikschaltung läßt sich der Arbeitsdruck abhängig von verschiedenen Betriebsbedin­ gungen erzeugen. Außerdem läßt sich der zeitliche Druckanstieg und Abfall des Arbeitsdruckes steuern bzw. regeln, je nachdem, ob der Verstärker nur als Glied in einer Steuerkette oder in einem Lageregelkreis arbeitet, bei dem der Hub des Arbeitskolbens gemessen und als Istwertsignal zurückgeführt wird.

Die Bauweise des Verstärkers ist kompakt. Vorzugsweise dient der Verstärker zur Betätigung der Kupplung eines Fahrzeuges. Der Verstärker kann aber auch als Brems­ verstärker Verwendung finden, wobei in diesem Falle der Geberzylinder entfällt und die Bremskraft unmittel­ bar auf den Eingangskolben aufgebracht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektro­ hydraulischen Verstärkers mit einem Geber­ zylinder und einer Elektronikschaltung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Verstärker und

Fig. 3 eine abgeänderte Ausführung zur Erhöhung der Vorspannkraft für den Arbeitskolben.

In Fig. 1 ist ein elektrohydraulischer Verstärker 10 dargestellt, der über eine hydraulische Leitung 11 von einem Geberzylinder 12 angesteuert wird. An einem Arbeitsauslaß 14 des Verstärkers 10 ist in dem ge­ schilderten Ausführungsbeispiel eine nicht dargestellte Kupplung eines Fahrzeuges angeschlossen, die betätigt werden soll. Außerdem ist eine Elektronikschaltung 15 vorgesehen, die verschiedene elektrische Eingangs­ signale verarbeitet und ein Ausgangssignal erzeugt, das über einen Verstärker 16 ein Proportionalventil 17 ansteuert, von dem der Verstärker 10 mit einer Druck­ mittelquelle P bzw. mit einem Tank T verbunden werden kann.

Die Bauweise des Geberzylinders 12 ist bekannt. An einem Kupplungspedal 19 ist ein Stift 20 angelenkt, der an einem an einer Feder 21 abgestützten Kolben 22 anliegt, der in einer Zylinderbohrung 23 verschiebbar ist, die über Öffnungen 24 mit einem Nachfüllbehälter 25 verbunden ist. Wird Druck auf das Kupplungspedal 19 ausgeübt und damit der Kolben 22 nach links ver­ schoben, so wird zunächst die Nachfüllöffnung 24 ver­ schlossen, worauf im Federraum 26 ein hydraulischer Druck erzeugt wird, der über die Leitung 11 zum Ver­ stärker 10 geführt wird. Wird der Druck auf das Pedal 19 beendet, so schiebt die Feder 21 den Kolben 22 nach rechts zurück, bis die Öffnung 24 freikommt und damit der Federraum 26 in Verbindung mit dem Nach­ füllbehälter 25 gelangt, so daß ein Defizit an hydrau­ lischer Flüssigkeit nachgefüllt werden kann und damit der Hub am Eingang des Verstärkers 10 konstant gehal­ ten wird. Der Hub des Zylinders 22 wird von einem Wegaufnehmer 28 gemessen und als Eingangssignal auf die Elektronikschaltung 15 gegeben.

Der Verstärker 10 besteht aus einem Eingangskolben oder ersten Kolben 30, der in einer Zylinderbohrung 31 eine über die Leitung 11 mit dem Geberzylinder 12 verbundene Eingangskammer 32 von einer mit einem Tank T verbundenen Kammer 33 abteilt, und einen Stö­ ßel 34 aufweist, der sich unter Abdichtung durch eine Gehäusebohrung 35 in eine Steuerkammer 36 erstreckt, die über einen Kanal 37 mit dem Proportionalventil 17 verbunden ist. Der erste Kolben 30 ist somit als Differentialkolben ausgebildet.

Ein Arbeitskolben oder zweiter Kolben 40 ist in einer Zylinderbohrung 41 verschiebbar und teilt die Steuer­ kammer 36 von einer Arbeitskammer 42 ab, in der eine Feder 43 angeordnet ist, welche den zweiten Kolben 40 stets in Anlage an den Stößel 34 des ersten Kolbens 30 hält, so daß im Regelfall der Kolben 40 nicht vom Stößel 34 abheben kann und damit der mechanische Durchgriff beider Kolben erhalten bleibt.

Der Arbeitsraum 42 ist über eine Öffnung 44 mit einem Nachfüllbehälter 45 verbunden. Der Kolben 40 weist außerdem einen konischen Abschnitt 46 auf, der mit einer Ringspule 47 zusammenwirkt, die innerhalb eines im Querschnitt U-förmigen Polschuhs 48 aus magnetisch leitfähigem Material angeordnet ist. Beim Verschieben des Kolbens 40 ändert sich infolge des konischen Ab­ schnitts der Luftspalt gegenüber dem Polschuh 48.

Dadurch wird die Induktion der Ringspule 47 verändert und ist ein Meßsignal verfügbar, welches den Hub des Kolbens 40 anzeigt und auf die Elektronikschaltung 15 geführt wird. Ein derartiger induktiver Weggeber ist in der Anmeldung P 35 25 199 näher erläutert.

Die Wirkungsweise des Verstärkers 10 ist wie folgt: Der bei Betätigung des Geberzylinders 12 in der Ein­ gangskammer 32 über die Leitung 11 eingesteuerte Druck beaufschlagt den ersten Kolben 30 und über den Stößel 34 wird der zweite Kolben 40 entgegen der Kraft der Feder 43 verschoben, die Öffnung 44 zum Nachfüll­ behälter 45 abgedeckt und dann anschließend in der Arbeitskammer 42 ein hydraulischer Druck erzeugt, der über die Leitung 14 zum Kupplungszylinder geführt wird, womit die Kupplung betätigt wird.

Parallel zu dieser hydraulisch-mechanischen Betätigung des Kolbens 40 wird dieser zusätzlich über den von dem Proportionalventil 17 in der Steuerkammer 36 einge­ steuerten Druck elektrohydraulisch beaufschlagt. Bei­ spielsweise wird der Hub am Geberzylinder 12 von dem Weggeber 28 gemessen und als Sollwertsignal der Schal­ tung 15 zugeführt, die dementsprechend ein Ausgangs­ signal liefert, welches das Ventil 17 betätigt und einen dem Sollwert entsprechenden gewünschten Druck in der Steuerkammer 36 erzeugt, welcher die von dem ersten Kolben 30 ausgeübte Kraft unterstützt und damit als elektrohydraulische Verstärkung auf den Kolben 40 wirkt. Der Hub des Kolbens 40 wird von dem bereits geschilderten induktiven Weggeber 49 gemessen. Das elektrische Istwertsignal des Kolbenhubes wird in der Schaltung 15 mit dem Sollwertsignal des Gebers 28 verglichen und hieraus ein Fehlersignal gebildet, von dem über das Ventil 17 der Druck in der Steuerkammer 36 derart eingestellt wird, daß eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem Sollwert und dem vom Kolben 40 ausgeführten Hub erzielt wird. In diesem Fall arbeitet der Verstärker im elektrohydraulischen Lageregelkreis. Es ist damit eine sehr genaue und feinfühlige Betätigung der Kupplung mög­ lich, die beispielsweise zum Optimieren der Betätigung von Kupplungen und Bremsen eines automatischen Gangschalt­ getriebes beim Wechseln der Gänge gefordert wird. Wird der Verstärker 10 lediglich angesteuert ohne Rückführung des Hubsignales des Kolbens 40, so läßt sich beispiels­ weise mit einer kleinen Eingangskraft am Geberzylinder 12 ein zum Betätigen von Kupplungen großer Fahrzeuge im Arbeitsraum 42 erforderlicher hoher Druck erzeugen.

Der Schaltung 15 lassen sich weitere elektrische Hilfs­ regelgrößen zuführen, beispielsweise ein Drehsignal vom Getriebe und/oder vom Fahrzeugmotor sowie ein Tachosignal entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit. Durch logische Verknüpfung dieser Signale in der Schaltung 15 läßt sich ein Leerlauf des Motors bei stillstehendem Fahrzeug er­ kennen und läßt sich elektrohydraulisch durch Ansteuern des Verstärkers 10 die Kupplung automatisch ausrücken, um Getriebegeräusche und Verluste zu mindern, ohne daß das Kupplungspedal 19 betätigt wird. Dabei hebt der Kolben 40 vom Stößel 34 ab. Der in der Steuerkammer 36 eingesteuerte Druck wirkt aber über den Stößel 34 auf den Kolben 30 zurück, so daß ein Kupplungsgefühl beim Betätigen des Pedals 19 erhalten bleibt.

Bei einem Fahrzeug mit Antiblockiersystem kann ferner beim Bremsen die Kupplung automatisch betätigt und damit der Motor abgekuppelt werden, um die Fahrsicherheit zu er­ höhen. Beim Bremsen des Fahrzeuges wird in bekannter Weise ein ABS-Signal erzeugt, das bei drohendem Blockie­ ren der Räder zum Modulieren des Bremsdruckes dient. Das ABS-Signal wird außerdem der Schaltung 15 zugeführt. Von dem in der Steuerkammer 36 eingesteuerten Druck wird die Kupplung ausgerückt, ohne daß das Kupplungspedal 19 be­ tätigt wird. Auch in diesem Zustand ist über den auf den Stößel 34 des Kolbens 30 wirkenden Steuerdruck in der Kammer 36 ein Kupplungsgefühl am Geberzylinder 12 vorhan­ den, wenn das Pedal 19 nur leicht betätigt wird.

Auch bei ausgefallener Elektronik, wenn also die elektro- hydraulische Verstärkung entfällt, bleibt das Kupplungs­ gefühl infolge des mechanisch-hydraulischen Durchgriffs am Verstärker 10 erhalten.

Zum Ausrücken der Kupplung bei Vorliegen eines ABS-Signals, zum Abkuppeln des Motors im Leerlauf und Stillstand des Fahrzeuges sowie bei einer reinen Verstärkung der Kupp­ lungskraft kann die Hubmessung des Kolbens 40 in Wegfall geraten. Zur Kupplungsbetätigung bei automatischen Ge­ trieben wird der Verstärker im Lageregelkreis, also mit Rückführung des Kolbenhubes 40 betrieben.

In Fig. 2 ist die bauliche Ausführung eines Verstärkers im Längsschnitt dargestellt. Mit Fig. 1 übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Ventil 17 zum Einsteuern des Drucks in der Steuerkammer 36 ist mit dem Verstärker 10 integriert und somit unmit­ telbar im Gehäuse 52 des Verstärkers angeordnet. In einer abgestuften Bohrung 53 ist eine Büchse 54 mit einer Boh­ rung 55 eingesetzt, in welcher ein Ventilkolben 56 ver­ schiebbar ist. Die Büchse 54 ist mit radialen Bohrungen 57 versehen, welche in einen Kanal 57′ münden, der mit einem Tank T verbunden ist. Ferner weist die Büchse 54 radiale Bohrungen 58 auf, die über den Kanal 37 in die Steuerkammer 36 münden, und radiale Bohrungen 59, die über einen Kanal 59′ an eine Druckmittelquelle P angeschlossen sind.

Der Kolbenschieber 56 weist zwischen zwei Kolbenabschnitten 63 und 64 eine ringförmige Ausnehmung 65 auf, so daß bei Verschieben des Kolbenschiebers 56 die radialen Bohrungen 58 über die ringförmige Ausnehmung entweder mit den Boh­ rungen 59 und damit mit der Druckmittelquelle verbunden werden, wobei über den Abschnitt 63 die Verbindung zum Tank abgesperrt wird, oder aber der Kanal 37 über den Ab­ schnitt 63 am Tank angeschlossen wird, wobei die Verbindung zwischen der Druckmittelquelle und dem Ringraum 65 von dem Kolbenabschnitt 64 unterbrochen wird. In der dargestellten Mittellage ist der Kolben 56 von einer Feder 61 zentriert und dabei der Kanal 37 sowohl gegenüber der Druckmittel­ quelle als auch gegenüber dem Tank abgeschlossen. Die Ver­ stellung des Kolbenschiebers 56 erfolgt durch einen Stö­ ßel 62 des Proportionalmagneten, dessen Einzelheiten nicht dargestellt sind.

Der erste Kolben 30 ist in einer in das Gehäuse 50 einge­ setzten Büchse 66 geführt, in deren Boden 67 die Gehäuse­ bohrung 35 und eine Dichtung 68 vorgesehen sind. Die Ent­ lüftung der Kammer 33 erfolgt über Bohrungen 69 in der Büchse 66 und einen Kanal 60 zum Tank T.

Die Hubmessung des zweiten Kolbens 40 erfolgt durch einen Weggeber 70, der mit einem federbelasteten Stift 71 ver­ sehen ist, dessen Spitze 72 auf dem konischen Abschnitt 46 des Kolbens 40 aufliegt. Bei der Verschiebung des Kol­ bens verschiebt sich der Stift 71 in radialer Richtung und betätigt ein nicht dargestelltes Meßglied am Meßgeber 70. Der Meßgeber 70 kann als induktives Gerät, mit Poten­ tiometer, als Hallsensor u.ä. ausgebildet sein.

Der Raum zwischen den Kolbenabschnitten 73 und 74 ist über eine Öffnung 74 mit dem nicht dargestellten Nach­ füllbehälter verbunden, während der Raum zwischen dem Kolbenabschnitt 74 und 76 über eine Öffnung 77 mit dem Tank verbunden ist.

Die Querschnittsfläche des Stößels 34 multipliziert mit dem maximalen in der Steuerkammer 36 einsteuer­ baren Druck erzeugt eine auf den Stößel 34 wirkende Kraft, die kleiner bzw. höchstens gleich der Kraft sein darf, die in der Arbeitskammer 42 auf den zwei­ ten Kolben 40 wirkt und die durch die Querschnitts­ fläche des Kolbens 40 multipliziert mit dem maximalen Arbeitsdruck in der Arbeitskammer 42 zuzüglich der Federkraft 43 bestimmt ist. Ist diese Bedingung er­ füllt, so bleibt der Stößel 34 in mechanischer Anlage an dem Kolben 40 und ist somit der mechanische Durch­ griff aufrecht erhalten. Dabei ist ein Betätigungsdruck in der Kammer 32 eingesteuert, das Kupplungspedal also betätigt. Wird jedoch die Kupplung durch ein ABS-Sig­ nal ausgerückt, liegt also kein Druck am Kolben 30 an, so hebt der Kolben 40 vom Stößel 34 ab.

In Fig. 3 sind zur Erhöhung der Vorspannkraft in der Arbeitskammer 42 zwei Federn 81 und 82 wirkungsmäßig parallel, konstruktiv jedoch hintereinander angeordnet. Die erste Feder 81 stützt sich mit ihrem linken Ende am Gehäuse 50 und am rechten Ende über einen Ring 82 a an einer Schulter 83 in einer Sackbohrung 84 des Kol­ bens 40 ab. Die zweite Feder 82 stützt sich mit ihrem linken Ende an einem ebenfalls am Gehäuse 50 abgestütz­ ten Stift 85 und mit ihrem rechten Ende am Boden 86 des Kolbens 40 ab. Durch die Parallelschaltung der beiden Federn 81 und 82 ergibt sich eine erhöhte Vorspannkraft. Im Hinblick auf die gewählte Bauweise lassen sich zwei Federn in der Arbeitskammer 42 bzw. im Kolben 40 unter­ bringen. Würde für eine gleichgroße Vorspannkraft nur eine Feder vorgesehen sein, so müsste diese entsprechend größer bauen.

Claims (17)

1. Elektrohydraulischer Verstärker, insbesondere zur hydraulischen Betätigung einer Kupplung für ein Fahrzeug, mit einem von einem Eingangsdruck beauf­ schlagbaren ersten Kolben, einem eine Arbeitskammer von einer Steuerkammer abteilenden, axial hinter dem ersten Kolben angeordneten zweiten Kolben, einem Ventil zur Einsteuerung eines Druckes in der Steuer­ kammer und einer mit der Arbeitskammer verbundenen Betätigungseinrichtung, insbesondere einem Kupplungs­ zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Steuerkammer (36) abhängig von einer in einer Elektronikschaltung (15) getroffenen Auswahl von elektrischen Eingangsgrößen mittels des elektrisch betätigten Ventils (17) einstellbar ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als elektrische Ein­ gangssignale für die Elektronikschaltung (15) die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Stellung eines die Ein­ gangskraft für den ersten Kolben (30) bestimmenden Pedals, die Motordrehzahl, die Verstellung der Be­ tätigungseinrichtung, insbesondere die Kupplungs­ stellung, die Gangstellung eines Getriebes und/oder ein Signal für einen ABS-Betrieb auswählbar sind und in der Elektronikschaltung durch eine logische Ver­ knüpfung mehrerer Signale ein Ansteuersignal für das Ventil (17) gebildet wird.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des die Eingangskraft für den ersten Kolben (30) bestim­ menden Pedals als Sollwert für eine Steuerung des Druckes in der Arbeitskammer (42) dient.

4. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des die Eingangskraft für den ersten Kolben (30) bestim­ menden Pedals als Sollwert für den Druck in der Arbeits­ kammer (42) und die Hubstellung des zweiten Kolbens (40) als Istwert für einen Lageregelkreis dient.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (17) ein Drei-Wege-Proportionalventil ist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (17) am Verstärker (10) integriert ist und die Arbeitsöffnung (37) des Ventils unmittelbar in die Steuerkammer (36) mündet.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (30) ein Differentialkolben mit einem Stößel (34) ist, der abdichtend durch eine Gehäuse­ bohrung (35) geführt ist und in die Steuerkammer (36) ragt

8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Stößels (34) in der Steuerkammer (36) mal dem maximalen von dem Ventil (17) in der Steuerkammer ein­ steuerbaren Druck kleiner/gleicher der Querschnitts­ fläche des zweiten Kolbens (40) in der Arbeitskammer (42) mal dem maximal auf den zweiten Kolben aufgebrach­ ten Druck in der Arbeitskammer (42) ist.

9. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (40) von einer in der dem Arbeitsraum (42) angeordneten Feder (43) in Anlage an den Stößel (34) des ersten Kolbens (30) gedrückt ist.

10. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (40) zur Erhöhung der Vorspannkraft von einer zweiten Feder (82) beaufschlagt ist, die axial gegenüber der ersten Feder (81) in einer Bohrung (84) des zweiten Kolbens (40) angeordnet und an einem sich durch die erste Feder (81) erstreckenden gehäuseseiti­ gen Zapfen (85) abgestützt ist.

11. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kolben (40) einen konischen Abschnitt (46) zur Messung des Kolbenhubes aufweist.

12. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß von dem konischen Ab­ schnitt (46) ein federbelasteter Sensor (70) betätigbar ist.

13. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine gehäuseseitige Ringspule (47) mit radial ausgerichteten Polschuhen (48) im Bereich des konischen Abschnitts (46) ange­ ordnet ist.

14. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kolben (30) in einer im Gehäuse (50) befestigten Büchse (66) verschiebbar ist, in deren Boden (67) die Bohrung (35) für den Stößel (34) vorgesehen ist.

15. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (42) über eine von dem zweiten Kolben (40) verschließbare Öffnung (44) mit einem Nachfüll­ behälter (45) verbunden ist.

16. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem von dem Ventil (17) in der Steuerkammer (36) ein­ gesetzten Druck der erste Kolben (30) in Anlage an dem zweiten Kolben (40) gehalten ist.

17. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines ABS-Signals von dem von dem Ventil (17) in der Steuerkammer (36) eingesteuerten Druck der zwei­ te Kolben (40) zum Ausrücken der Kupplung betätigbar ist.