WO2011063955A2 - Bremssystem mit speichereinrichtung mit mehrfachfunktion - Google Patents
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- WO2011063955A2 WO2011063955A2 PCT/EP2010/007146 EP2010007146W WO2011063955A2 WO 2011063955 A2 WO2011063955 A2 WO 2011063955A2 EP 2010007146 W EP2010007146 W EP 2010007146W WO 2011063955 A2 WO2011063955 A2 WO 2011063955A2
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- B60T8/4077—Systems in which the booster is used as an auxiliary pressure source
Definitions
- the present invention relates to a brake system according to the preamble of claim 1.
- CONFIRMATION COPY consists. In some systems, this free travel acts in case of failure of the brake booster or its drive as a significant pedal travel displacement, which the driver perceives as failure of the brake. This is described in WO2004 / 005095 AI.
- the main task here is in brake-by-wire operation to decouple the pedal from the brake booster.
- an additional means is proposed, which reduces the free travel in case of failure of the brake booster. This means does not work if the BKV failure already occurs during partial braking, since the agent can not be introduced into the smaller Leerwegspalt here. Extremely critical is the case with full modulation of the path simulator and simultaneous BKV failure, since the free travel is even greater here.
- the normal driver can not produce sufficient braking effect due to excessive pedal travel or insufficient brake pressure, since the ergonomic limit is approximately 60% pedal stroke.
- This object is achieved with a braking system with the features of claim 1 advantageous.
- It is advantageous z. B a recuperative braking with unchanged pedal characteristics and reduction of the pedal reaction in pressure modulation of ABS possible.
- the braking systems known from the prior art are relatively complex, especially in assembly, and require high investment at high production volume.
- a Wegsimulator braking system which acts on a tandem master cylinder THZ in BKV failure, still requires additionally a lock of the WS housing.
- a possible solution provides, in a multiplex brake system with travel simulator, in which simultaneously or successively the setting of a pressure in the individual wheel brakes, provided in the primary brake circuit between HZ and switching valves at least one fluid reservoir with an upstream solenoid valve. If this happens, especially in the case of small coefficients of friction, the pedal tappet strikes or threatens to hit the HZ piston or a connecting link during ABS pressure modulation. so pressure medium is introduced from the brake circuit or the brake circuits in the memory, so that the piston stroke lengthens, and a coincidence with the pedal plunger and thus the pedal reaction in ABS is prevented.
- a small pedal reaction can act.
- Good ABS pressure modulation requires large pressure gradients, especially in the multiplex system.
- Another possibility is to continue to fill the fluid reservoir immediately after the pressure reduction in the fluid reservoir then by closing all Radbremsventile by the piston of the HZ. Again, the distance from piston to pedal ram is increased accordingly and can be variably controlled.
- a specific pressure is regulated as a function of the generator braking effect by introduction of pressure medium into the fluid reservoir, so that no contact takes place between the HZ piston or connecting link to the pedal tappet.
- the realization of the functions by the fluid reservoir SPK and the associated solenoid valve are similar to known valve blocks for known ABS systems and is made by minor modification of standard components such as solenoid valve and storage chamber. This results in only small investment costs and the assembly takes place on existing facilities of the ABS / ESP line.
- a further solution of the problem arises when the already existing reservoir takes over the function of the above-described fluid reservoir.
- An additional fluid reservoir is not needed in this case, at least for the function according to the invention.
- the fluid can also be discharged via a switchable valve from the pressure line out into the reservoir or the return line or the pressure line is fed again.
- the locking of the Wegsimulatorgeophuses via a small piston with cylinder with hydraulic line to the valve block with connection to a standard solenoid valve.
- the solenoid valve is turned on, so that the hydraulic line to the valve block / reservoir is interrupted and the piston acting on the Wegsimulatorgeophuse prevents further movement of the Wegsimulatorgeophuses upon actuation of the pedal plunger.
- the lock is switched off or the solenoid valve is not energized, so that the hydraulic line is released to the reservoir, and the piston of the locking device can retreat due to the force acting on him from Wegsimulatorgeophuse force.
- the fluid reservoir SPK used for the path adjustment can also be used for the functions known from WO2009 / 083216.
- a specific volume of about 5 bar is stored in the storage chamber, which is the brake circuit at a certain way the HZ piston or pressure is fed or returned.
- the advantage lies in particular in a brake system with displacement simulator in that a master cylinder can be used with a smaller diameter, whereby the required spindle forces and the required engine torque are smaller.
- this storage chamber can be used in the brake system according to WO2009 / 083216 for setting the brake clearance to eliminate the residual friction of the brake lining, which makes up about 300 W.
- the HZ piston is also controlled in a Wegsimulatorsystem according to WO2006 / 111392 and stored a small volume in the Speieherkarmmer. Subsequent retraction of the pistons creates a negative pressure, which is measured via the pressure transducer. When negative pressure is reached, the subsequent piston movement is related to the movement of the brake piston.
- the individual brake pistons are set in succession to clearance.
- the fluid reservoir SPK used for setting the idle travel can advantageously also be used.
- the fluid reservoir with its associated 2/2-way solenoid valve can thus be used for the following additional functions. These are listed below: a) Nachtribu of volume from the fluid reservoir SPK in the brake circuit in vehicles with large volume intake according to DE 10 2007062839.2 with the advantage of using a small HZ piston diameter with small operating forces. For this purpose, the SPK is pre-filled with a small volume before braking and is then further filled for the Leerwegf action. b) For the brake clearance control, a small volume is stored in the fluid reservoir according to WO2009 / 083216, in which initially the 2/2-way solenoid valve of the fluid reservoir opens and closes later.
- the storage chamber is also used.
- a dependent of the generator braking torque brake pressure which is determined by the brake management according to the braking effect predetermined by the driver.
- a pressure control in the brake circuit with the involvement of the storage chambers, so that no contact of pedal plunger to HZ piston or connecting means takes place - preferably with a small free travel.
- the storage chamber thus has a multiple function for the aforementioned functions. It is sufficient in principle a fluid reservoir in the primary circuit of the push rod piston. However, it is also possible to arrange a fluid reservoir with associated storage valve in the secondary circuit of the floating piston.
- the fluid reservoir used advantageously has a piston-cylinder system, wherein in particular a fluid storage actuator or at least one spring acts on the piston for its adjustment, wherein the spring pressurizes, in particular biases, the piston of the fluid reservoir.
- the fluid in the brake line can only adjust the piston at a pressure which is greater than a preset or adjustable pressure and thus flow into the storage chamber of the fluid reservoir. At zero pressure in the brake circuit, the fluid reservoir can also be fully emptied via the storage valve.
- the fluid reservoir can be completely or partially filled or emptied by means of adjusting the piston of the piston-cylinder system for the various aforementioned functions in cooperation with the pressure sensor and the valves and the piston drive with fluid.
- the piston movement it is advantageous for the piston movement to use a switch which switches with the corresponding piston travel, or a displacement sensor for determining the piston position of the fluid reservoir. Also, a pressure sensor may be provided for determining the pressure in the fluid reservoir.
- the size of the volume of Speieherhimmmer the fluid reservoir can be advantageously adapted to the required for a ⁇ -jump fluid volume.
- brake booster used in connection with the brake system according to the invention is understood to mean that the control device of the brake system generates a required or required pressure change in the brake circuit or the wheel brakes by means of the drive of the master brake cylinder in cooperation with the wheel brake valves. An amplification of the foot force acting on the brake pedal does not take place, since, except in the normal case, a free travel between actuator and piston plunger is set / adjusted.
- the control device of the brake system can also control the other brake assistance functions in addition to the ABS, ESP and recuperation functions.
- Fig. 1 Structure of a first possible embodiment of the brake system according to the invention
- Fig. La Structure of a second possible embodiment of the brake system according to the invention.
- Fig. 2 Structure with extended functions
- Fig. 3 time course of the various functions for the
- 3a shows an alternative course of the various functions for the control of the fluid reservoir SPK
- Fig. 4 time course for adaptive Leerweg horrung.
- each wheel brake RB is assigned a respective wheel brake valve 7, so that the brake pressure in the wheel brakes sequentially, ie in multiplex mode, can be adjusted ,
- the drive 2 also adjusts the piston 3 for ABS / ESP function.
- To the electric motor 2 preferably with spindle drive 2a of the push rod piston 3 is preferably fixedly coupled, which acts in a tandem master cylinder 5 in a known manner hydraulically to the floating piston 4.
- In the brake lines BL 2/2-way wheel brake valves 7 are arranged, which together with the Brake booster enable the multiplex operation described in WO2006 / 111393.
- the brake pedal 1 acts on the pedal plunger la on a Wegsimulatorfeder 16, which is mounted in the WS housing 15. This is preferably mounted in the center of the housing 33 in the middle of the axle.
- the electric motor drive can also be replaced by a piezo element drive.
- This pedal ram la acts in case of failure of the drive or brake booster BKV directly to the piston plunger 25 for actuating the HZ pistons 3, 4.
- a coupling 26 Between spindle 2a and piston plunger 25 is a coupling 26 which connects the spindle 2a with the piston 3 with an intact motor to allow rapid pressure build-up at low pressure.
- the Wegsimulatorfeder 16 is mounted in the Wegsimulatorgephaseuse 15. The spindle reset via the spring 31.
- a damping element may be positioned 32 to a shock upon striking is reduced to the plunger 25th
- this can also be reduced, since both positions on the pedal travel sensor 11 and the rotation angle sensor 14 of the motor 2 are known.
- the pedal travel is detected by the sensor 11 and the motor rotation via the sensor 14.
- the sensor 14 can be designed as an angle sensor, which also detects the piston travel.
- the motor drive 2 acts in a known manner via the spindle 2a on the piston 3. Instead of the spindle and other drives are conceivable, as described by way of example in WO2006 / 111392.
- the pedal travel sensor 11 is used for BKV amplification or for pressure build-up and pressure reduction and is preferably redundant.
- the functions brake force boosting and pressure modulation are also described in detail in WO2006 / 111393 and WO2006 / 111392.
- the fluid reservoir 20 comprising the piston 9 and the return spring 10 can be connected via the upstream solenoid valve 8 to the pressure line BL connecting the master cylinder 5 and the wheel brake valves 7.
- the fluid reservoir 20 performs various functions.
- a second optional fluid reservoir which is designated in Fig. 2 with 20 ', so that an emptying of both brake circuits in the fluid reservoir 20, 20 ⁇ is possible.
- the spring 10 biases the piston 9 to a value between 2 to 4 bar, in particular 3 bar before.
- the storage valve opens 8 and at the same time one or more Radbremsventile 7, and the volume flows into the storage chamber of the fluid reservoir 20, 20 ⁇ .
- the chronological process will be explained in detail with reference to FIGS. 3 to 4.
- the emptying can be defined - as explained later - done via the storage valve 8.
- a central pressure transducer 12 is a ⁇ built.
- the piston 27 is guided in the cylinder 28 and connected via a feed line 30 with a 2/2 solenoid valve 13. This is switched on at the beginning of braking and thus locks the Wegsimulatorgephaseuse. In case of failure of the motor 2, this is turned off, and the housing moves with the pedal ram la, which acts on the piston 3 to generate pressure.
- the output line of the solenoid valve 13 is connected to the reservoir 6 via the master cylinder 5.
- the cylinder 28 is small and simple and, together with the Wegsimulatorgephaseuse with spring and pedal plunger with storage the structure simple, inexpensive, easy and cheap for assembly.
- the valve block contains the remaining components.
- the brake system according to the invention advantageously has only six Solenoid valve 7, 8, 13 and a fluid reservoir 20. In comparison, a conventional ESP system requires twelve solenoid valves, two fluid reservoirs and a pump.
- FIG. 2 shows the structure with two fluid reservoirs 20, 20 'and an additional valve 8 X for the additional functions.
- shut-off valve 18, 19 is arranged in each case.
- the shut-off occurs when the piston 3 for the brake clearance control generates a vacuum or a low pressure and thus a Nachschnüffeln from the reservoir is not possible.
- this can be done by appropriate piston be avoided seals and the tandem master cylinder THZ, so that the shut-off valves are not necessary.
- FIGS 3, 3a and 4 show the time course of vehicle speed v F and wheel speed v R , wheel pressure PR, piston s K and pedal travel s P with the various phases of brake pressure control and Leerweg horrung.
- At (0) is the beginning of braking and at (1) begins the first control cycle with pressure reduction in the fluid reservoir with corresponding movement of the piston s K.
- depressurization p a i n the fluid reservoir 20
- the piston movement of the piston 3 is zero, the Pedalweg s P is delayed and later applies to the stationary piston 3.
- the pedal stroke follows here delayed to piston stroke s K to Pe ⁇ dalst Congresselantsch PA, ie when the pedal ram la impinges on the locked path simulator housing 15.
- the next pressure build-p to be made With a small delay t v, the piston 3 to the stepped pressure build up P on - In (6) of the next control cycle on the rapid piston movement starts without using the fluid reservoir 20.
- the pressure reduction times t from or gradients are due to the large cross-sections of the solenoid valve 8, 8 "and the fast piston movement much faster than conventional systems, whereby the control deviation of Wheel speed is small, which is the goal of each scheme to achieve high stability and short braking distances.
- FIG. 4 shows a further alternative to depressurization control p ab and idle travel control.
- the adaptive Leerweg horrung is shown, which allows both the distance to Pedalstsammlungelantsch PA and the pedal feedback controlled as desired. If the Leerwegabstand a too large, there is the disadvantage that in case of failure of the drive of the master cylinder, a large Pedalwegverinrung arises. If, inter alia, during the ABS control, a small pedal effect desired, the free travel is a ge against zero ⁇ controls, so that the next pressure reduction, the piston 3 moves the pedal plunger la. The target distance a will directed off to the piston movement to reduce the pressure p.
- the piston travel s k is greater than the pedal travel s p , ie an idle travel a is predetermined.
- a sufficient free travel exists, so that the control of the fluid reservoir is not necessary, except for a ⁇ -jump, in which a large pressure change is necessary.
- the use of the fluid reservoir for pressure reduction or pressure build-up is mainly suitable for larger pressure changes in the ABS control and in particular at low friction coefficient, in which the distance from the piston to the pedal plunger is small.
- the solenoid valve should be designed with a large cross-section and with short switching times, in particular short closing time. At high flow rates, however, this leads to strong pressure oscillations. It is advantageous here, the solenoid valve 8 with a stroke control over z. B. PM, so here the closing operation is controlled by a corresponding change in cross section.
- the fluid reservoir can be diagnosed on the volume displacement of the HZ-piston and the pressure transducer in both the opening pressure as well as on ⁇ acquisition volume or in the stored volume for the Nachêt in the brake circuit. The same applies to the tightness and the valve cross-section of the switching valve 8. In this context, reference is made to the disclosure of DE 10 2007062839.
- Figures 1 to 4 describe a hydraulic Leerwegf- reisciens in which the free travel a, ie the distance from the piston to the pedal plunger is changed in dynamic operation by volume from one or both brake circuits via a 2/2 solenoid valve in a storage chamber 20, 20th 'is controlled. This is necessary with ABS function on low ⁇ or recuperation, if the driver pushes the pedal plunger far and the piston 3 has to go back far enough for a low pressure level to be achieved. Changes z. B. the coefficient of friction from low to high, so this volume can advantageously be recycled back into the brake circuit. Must z. B.
- This chronological course of the pressure reduction is, especially with respect to costs and volume of the storage chamber 20, 20 'not always meet all requirements It may therefore be useful in certain applications, the necessary volume for Leerweg horrung via a 2/3 solenoid valve directly in the fluid storage reservoir. 6 respectively.
- the missing volume can be sucked in and compensated for a positive ⁇ -jump by appropriate piston and valve control, ie opening of the solenoid valve 8 in return movement of the DK piston and closed switching valves 7 to the wheel.
- the ability to aspirate additional volume can also be used to downsize the THZ.
- the solenoid valve 8 is not connected here with the Spe icherhimmmer, but with the return RL to the reservoir 6.
- a possible leakage of the solenoid valve 8 is at each braking by comparing pressure and piston position, d. H. Pressure volume curve, performed. The probability of failure of such a normally closed valve 8 is extremely rare.
- the solenoid valve 8 is designed with a large cross section, so that the sucked volume per unit time is as high as possible. This dimensioning is easily possible because the valve only has to switch at lower pressures, which are relevant for the Leerwegkescados.
- additional volume can also be used to dimension the THZ preferably stroke smaller. If this volume is required for high pressures, it can be sucked in for a short time.
- this additional volume can be replaced by appropriate Control of the solenoid valve 8 are returned to the reservoir. By allocating pressure and piston travel, this return of the volume can be monitored and, if necessary, corrected.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug, einen Hauptbremszylinder (4, 5) aufweisend, der von einem elektrischem Antrieb angetrieben ist, wobei ein Kolbenstößel (25) und eine Spindel (2a) mit einem Kolben (3) des Hauptbremszylinders (4, 5) in Wirkverbindung sind, Radbremsenventile (7) zum wahlweisen Öffnen und Verschließen der die Radbremsen (RB) mit dem Hauptbremszylinder (4, 5) verbindenden Druckleitungen (BL) aufweisend, eine Betätigungseinrichtung (1) aufweisend, insbesondere in Form eines Bremspedals, welche auf einen Wegsimulator (15, 16) wirkt, wobei im Störungsfall, insbesondere bei Ausfall des Antriebs (2), die Betätigungseinrichtung (1) mechanisch, insbesondere mit einem Pedalstößel (1a), auf den Kolbenstößel (25) zum Druckaufbau in mindestens einer Radbremse wirkt, und im Normalbetrieb ein insbesondere kleiner Leerweg zwischen dem Kolbenstößel (25) und Betätigungseinrichtung, insbesondere zwischen dem Kolbenstößel (25) und dem Pedalstößel (1a), besteht, - eine Steuereinrichtung mit Brake-by-Wire-Funktion aufweisend, die den Antrieb (2) mit Kolben (3) sowie die Radbremsventile (7) insbesondere zum wahlweise gleichseitigen oder nacheinander erfolgenden Druckaufbau und Druckabbau in den Radbremsen (RB) für die ABS-, ESP- und/oder Rekuperation-Funktion ansteuert, wobei der Vorratsbehälter (6) des Bremssystems oder Fluidspeicher (20, 20') zur Einstellung der Größe des Leerweges (a) dient.
Description
Bremssystem mit Speichereinrichtung mit Mehrfachfunktion
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik Bekannt sind konventionelle Bremskraftverstärker (BKV) als sog. Folgeverstärker, bei denen der Pedalweg proportional zum Kol¬ benweg des Hauptbremszylinders ist. Daneben gibt es zunehmend Systeme für Brake-by-wire-Betrieb mit Wegsimulator, bei denen die o. g. Zuordnung nicht mehr gilt. Ein solches System ist als „Elektrohydraulische Bremse (EHB)" im Bremsenhandbuch 2. Auflage, Vieweg Verlag, S. 251 und 252, beschrieben, und ist noch nicht in allen seinen Funktionen optimiert.
Für verschiedene Funktionen der Bremsanlage benötigen Wegsimulationssysteme einen Leerweg zwischen Pedalstößel und BKV-Stößel bzw. HZ-Kolben, um z . B. bei ABS-Druckmodulation keine oder geringe Pedalrückwirkung zu erzeugen oder bei rekuperativer Bremsung, bei der trotz Generatorbremswirkung dieselbe Zuordnung von Pedalweg und Kraft zur Bremswirkung ( Fahr zeugver zögerung )
BESTÄTIGUNGSKOPIE
besteht. Bei einigen Systemen wirkt dieser Leerweg bei Ausfall des Bremskraftverstärkers bzw. dessen Antrieb als erhebliche Pedalwegverlagerung, was der Fahrer als Ausfall der Bremse wahrnimmt. Dies ist in der WO2004/005095 AI beschrieben. Hauptaufgabe ist hier im Brake-by-wire-Betrieb, das Pedal von dem Bremskraftverstärker zu entkoppeln. Hier wird ein zusätzliches Mittel vorgeschlagen, welches bei Ausfall des Bremskraftverstärkers den Leerweg reduziert. Dieses Mittel wirkt nicht, wenn der BKV-Ausfall bereits bei der Teilbremsung auftritt, da hier das Mittel nicht in den kleineren Leerwegspalt eingebracht werden kann. Extrem kritisch ist der Fall bei voller Aussteuerung des Wegsimulators und gleichzeitigem BKV-Ausfall, da hier der Leerweg noch größer ist. Hier kann der Normalfahrer durch zu große Pedalwege oder zu geringen Bremsdruck keine ausreichende Bremswirkung erzeugen, da die ergonomische Grenze ca. 60 % Pedalhub beträgt.
In der DE 10 2005 018 649.1 ist ein fortschrittlicheres Wegsimulatorsystem beschrieben, welches keine Mittel zur Leerwegreduzierung aufweist, so dass dabei die ABS-Funktion auf das Pedal zurückwirkt. In der DE 10 2005 059 609.6 ist ein System mit elektromagnetischer Entkopplung beschrieben, das nur wirksam bei der ABS-Funktion oder Rekuperation ist. Hierzu muss ein Vergleich des Wegsimulatorweges mit der Kolbenstellung durchgeführt werden. Bei kleinem Abstand wird die Kopplung von Pedalstößel zur Kolbenbetätigung mit einem Leerweg freigeschaltet. Fällt während einer normalen Bremsung der Bremskraftverstärker BKV aus, so wirkt sich diese Freischaltung nicht negativ aus. Im Extremfall, also bei Ausfall des Bremskraftverstärkers auf Eis, sind ohnehin nur kleine Blockiereindrücke, d. h. Pedalwege, erforderlich, so dass sich in diesem Fall ein zusätzlicher Leerweg nicht nachteilig auswirkt. Dieses System weist nur eine Raststellung auf.
In der DE 10 06059840.7 ist ein System mit adaptiver mehrstufiger Leerwegfreischaltung beschrieben, welches nur den Leerweg nutzt und bei vorwiegend rekuperativer Bremsung und ABS-Funktion im niedrigen Reibwertbereich einschaltet, z. B. Eis. Die Auswirkung
des Extremfalles ist wie o. g. Außerdem ist der Betätigungsmagnet nicht mehr beweglich, sondern gehäusefest angeordnet.
Aufgabe der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, stufenlose, regelbare und fehlersichere Entkopplung zwischen Pedalstößel und Kolben des Hauptbremszylinders oder HZ-Kolbenbetätigung zur Realisierung der Brake-by- wire-Funktionen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhaft ist z. B eine rekuperative Bremsung mit unveränderter Pedalcharakteristik und Reduzierung der Pedalrückwirkung bei Druckmodulation von ABS möglich . Die aus dem Stand der Technik bekannten Bremssysteme sind relativ aufwändig, insbesondere in der Montage, und erfordern bei hohem Fertigungsvolumen hohe Investitionen. Außerdem ist zu berücksichtigen, dass ein Wegsimulator-Bremssystem, welches bei BKV-Ausfall auf einen Tandemhauptzylinder THZ wirkt, immer noch zusätzlich eine Arretierung des WS-Gehäuses benötigt. Hierfür sind elektromechanische und hydraulische Lösungen bekannt. Hier besteht die Aufgabe darin, diese Arretierung in die Gesamtkonstruktion zu integrieren mit minimalen Fertigungs- und Investitionskosten. Eine mögliche Lösung sieht vor, bei einem Multiplex-Bremssystem mit Wegsimulator, bei dem gleichzeitig oder nacheinander die Einstellung eines Drucks in den einzelnen Radbremsen erfolgt, im Primärbremskreis zwischen HZ und Schaltventilen mindestens einen Fluidspeicher mit einem vorgeschalteten Magnetventil vorzusehen. Tritt nun der Fall ein, insbesondere bei kleinen Reibbeiwerten, dass bei der Druckmodulation für ABS der Pedalstößel auf den HZ-Kolben oder ein Verbindungsglied trifft oder zu treffen droht,
so wird aus dem Bremskreis oder den Bremskreisen Druckmittel in den Speicher eingeführt, damit sich der Kolbenweg verlängert, und ein Zusammentreffen mit dem Pedalstößel und damit die Pedalrückwirkung bei ABS verhindert wird. Wahlweise, insbesondere im ersten Regelzyklus, kann eine kleine Pedalrückwirkung wirken. Für die gute ABS-Druckmodulation sind große Druckgradienten erforderlich, insbesondere beim Multiplex-System. Hierfür wird vorgeschlagen, ein Schaltventil mit großem Querschnitt vor dem Fluidspeicher einzusetzen und bei niedrigem Druckniveau den weiteren Druckabbau durch schnelle Rückbewegung des Kolbens zu erzielen. Hierbei entsteht eine kleine Pedalrückwirkung.
Anschließend wird bei geschlossenen Radbremsventilen durch entsprechende Kolbenbewegung weiteres Druckmittel in die Speicherkammer (SPK) bzw. den Fluidspeicher gefördert, um den notwendigen Abstand von Kolben zu Pedalstößel zu gewährleisten.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, unmittelbar nach dem Druckabbau in den Fluidspeicher anschließend durch Schließen aller Radbremsventile durch den Kolben des HZ den Fluidspeicher weiter zu füllen. Auch hier wird der Abstand von Kolben zu Pedalstößel entsprechend vergrößert und kann variabel gesteuert werden .
Wenn der Abstand von Kolbenstößel zum Pedalstößel zu groß wird, folgt durch entsprechende Kolbensteuerung ein Entleeren des Fluidspeichers in die Bremskreise, damit bei Ausfall des Bremskraftverstärkers bzw. des Antriebs des Hauptbremszylinders nur ein kleiner Leerweg entsteht. Damit ist vorteilhaft eine voll adaptive und stufenlose Leerwegeinstellung zum Pedalstößel möglich .
Bei rekuperativer Bremsung wird abhängig von der Generator- bremswirkung ein bestimmter Druck eingeregelt, indem Druckmittel in den Fluidspeicher eingeführt wird, damit keine Berührung von HZ-Kolben oder Verbindungsglied zum Pedalstößel stattfindet. Die Realisierung der Funktionen durch den Fluidspeicher SPK und dem zugehörigen Magnetventil sind ähnlich zu bekannten Ventilblöcken
für bekannte ABS-Systeme und erfolgt durch geringe Modifikation von Standardkomponenten wie Magnetventil und Speicherkammer. Damit entstehen nur kleine Investitionskosten und die Montage erfolgt auf bestehenden Einrichtungen der ABS/ESP-Linie . Eine weitere Lösung der Aufgabe ergibt sich, wenn der ohnehin vorhandene Vorratsbehälter die Funktion des vorbeschriebenen Fluidspeichers übernimmt. Ein zusätzlicher Fluidspeicher wird in diesem Fall zumindest für die erfindungsgemäße Funktion nicht benötigt. Das Fluid kann dabei ebenfalls über ein schaltbares Ventil aus der Druckleitung heraus in den Vorratsbehälter bzw. die Rücklaufleitung abgelassen bzw. der Druckleitung wieder zugeführt werde .
Ähnlich erfolgt die Arretierung des Wegsimulatorgehäuses über einen kleinen Kolben mit Zylinder mit Hydraulikleitung zum Ventilblock mit Anschluss an einem Standard-Magnetventil. Bei Bremsbeginn wird das Magnetventil eingeschaltet, so dass die Hydraulikleitung zum Ventilblock/Vorratsbehälter unterbrochen ist und der auf das Wegsimulatorgehäuse wirkende Kolben eine weitere Bewegung des Wegsimulatorgehäuses bei Betätigung des Pedalstößels verhindert. Bei Ausfall des Bremskraftverstärkers BKV oder dessen Antrieb wird die Arretierung abgeschaltet bzw. das Magnetventil nicht bestromt, so dass die Hydraulikleitung zum Vorratsbehälter freigegeben ist, und der Kolben der Arretierungseinrichtung aufgrund der auf ihn vom Wegsimulatorgehäuse wirkenden Kraft zurückweichen kann. Hinsichtlich Kosten gilt dasselbe wie für die o. g. Leerwegschaltung. Alle Komponenten, wie z. B. THZ, Motor mit Antrieb, WS mit Gehäuse, WS-Arretierung, Ventilblock ECU und Sensoren, sind vorteilhaft in einer integrierten Baueinheit zusammengefasst . Der zur Leerwegeinstellung genutzte Fluidspeicher SPK kann jedoch auch für die aus der WO2009/083216 bekannten Funktionen genutzt werden. Bei dem aus der WO2009/083217 bekannten Bremssystem wird in der Speicherkammer ein bestimmtes Volumen mit ca. 5 bar gespeichert, welches dem Bremskreis bei einem bestimmten Weg des
HZ-Kolbens oder Druck eingespeist oder zurückgeführt wird. Der Vorteil liegt insbesondere bei einem Bremssystem mit Wegsimulator darin, dass ein Hauptzylinder mit kleinerem Durchmesser verwendet werden kann, wodurch die erforderlichen Spindelkräfte und das erforderliche Motormoment kleiner werden. Weiterhin kann diese Speicherkammer bei dem Bremssystem gemäß WO2009/083216 für eine Einstellung des Bremslüftspiels genutzt werden, um die Restreibung des Bremsbelages, was ca. 300 W ausmacht, zu beseitigen. Hierzu wird ebenso bei einem Wegsimulatorsystem nach WO2006/111392 der HZ-Kolben ausgesteuert und ein kleines Volumen in der Speieherkämmer abgespeichert. Bei anschließendem Zurückfahren der Kolben entsteht ein Unterdruck, der über den Druckgeber gemessen wird. Wenn Unterdruck erreicht ist, steht die anschließende Kolbenbewegung in Relation zur Bewegung des Bremskolbens. Vorzugsweise werden die einzelnen Bremskolben hintereinander auf Lüftspiel eingestellt. Für all die vorbeschriebenen Funktionen kann der für die Einstellung des Leerweges genutzte Fluidspeicher SPK vorteilhaft ebenfalls verwendet werden .
Beim erfindungsgemäßen Bremssystem kann der Fluidspeicher mit seinem zugeordneten 2/2-Wege-Magnetventil somit für folgende Zusatzfunktionen verwendet werden. Diese sind nachfolgend aufgeführt : a) Nachförderung von Volumen aus dem Fluidspeicher SPK in den Bremskreis bei Fahrzeugen mit großer Volumenaufnahme entsprechend DE 10 2007062839.2 mit dem Vorteil der Verwendung eines kleinen HZ-Kolben-Durchmessers mit kleinen Betätigungskräften. Hierzu wird bereits die SPK vor der Bremsung mit einem kleinen Volumen vorgefüllt und wird dann für die Leerwegf nktion weiter gefüllt. b) Für die Bremslüftspielsteuerung wird entsprechend der WO2009/083216 ein kleines Volumen im Fluidspeicher gespeichert, bei dem sich zunächst das 2/2-Wege-Magnetventil des Fluidspeichers öffnet und später schließt. Bei der
anschließenden Rückstellung des Hauptzylinder-Kolbens kann dann über Unterdruck in den Kolbenkammern nacheinander das Lüftspiel der Bremskolben eingestellt werden, da auch hier der Unterdruck zur Verstellung des Bremskolbens wirkt. Hierzu sind zusätzlich je ein Absperrventil zwischen Vorratsbehälter und Hauptzylinder bzw. Tandem-Hauptzylinder THZ notwendig, damit nicht über die Kolbendichtung Bremsflüssigkeit angesaugt wird.
Es kann eine Vorfüllung des Fluidspeichers bei Bremsbetätigung erfolgen. Da die Lüftspieleinstellung ein kleines Zusatzvolumen an Fluid erfordert, kann sich dies unter Umständen negativ bei der anschließenden Bremsbetätigung im Pedalweg bemerkbar machen. Um dies zu vermeiden, kann nach der Lüftspieleinstellung ein entsprechendes kleines Volumen in der Speicherkammer durch entsprechende Kolben- und Schaltventil-Steuerung abgespeichert werden. Dieses wird nach Bremsbeginn bei einer entsprechenden Kolbenstellung nach Schließen des Schnüffellochs in den Hauptzylinder-Kreis eingespeist .
Bei rekuperativer Bremsung wird die Speicherkammer ebenfalls genutzt. Damit im Vergleich zur normalen Bremsung dieselbe Pedalcharakteristik gegeben ist, erfolgt ein vom Generatorbremsmoment abhängiger Bremsdruck, der vom Bremsenmanagement entsprechend der vom Fahrer vorgegebenen Bremswirkung bestimmt wird. Hierbei erfolgt eine Drucksteuerung im Bremskreis unter Einschaltung der Speicherkämmer, damit keine Berührung von Pedalstößel zum HZ-Kolben oder Verbindungsmittel stattfindet - vorzugsweise mit einem kleinen Leerweg.
Die Speicherkammer hat für die vorgenannten Funktionen somit eine Mehrfachfunktion. Es genügt grundsätzlich ein Fluidspeicher im Primärkreis des Druckstangenkolbens. Es ist jedoch auch möglich, im Sekundärkreis des Schwimmkolbens einen Fluidspeicher mit zugehörigem Speicherventil anzuordnen.
Der eingesetzte Fluidspeicher weist vorteilhaft ein Kolben-Zylinder-System auf, wobei insbesondere ein Fluidspei- cherantrieb oder mindestens eine Feder auf den Kolben zu dessen Verstellung wirkt, wobei die Feder den Kolben des Fluidspeichers druckbeaufschlagt, insbesondere vorspannt. So kann in einer möglichen Ausführungsform das in der Bremsleitung befindliche Fluid erst bei einem Druck, der größer als ein voreingestellter oder einstellbarer Druck ist, den Kolben verstellen und somit in die Speicherkammer des Fluidspeichers strömen. Bei Druck Null im Bremskreis kann der Fluidspeicher auch über das Speicherventil voll entleert werden.
Der Fluidspeicher kann mittels Verstellen des Kolbens des Kolben-Zylinder-Systems für die verschiedenen vorgenannten Funktionen im Zusammenwirken mit dem Drucksensor sowie den Ventilen und dem Kolbenantrieb mit Fluid vollständig oder teilweise befüllt oder entleert werden.
Für die vorgeschriebenen Funktionen ist es für die Kolbenbewegung vorteilhaft, einen Schalter, der bei entsprechendem Kolbenweg schaltet, oder aber einen Wegsensor zur Ermittlung der Kol- benstellung des Fluidspeichers einzusetzen. Auch kann ein Drucksensor zur Ermittlung des Drucks im Fluidspeicher vorgesehen werden .
Die Größe des Volumens der Speieherkämmer des Fluidspeichers kann vorteilhaft dem für einen μ-Sprung benötigten Fluidvolumen angepasst sein.
Der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem verwendete Begriff Bremskraftverstärker wird dahingehend verstanden, dass die Steuereinrichtung des Bremssystems mittels des Antriebs des Hauptbremszylinders im Zusammenwirken mit den Radbremsventilen eine geforderte bzw. benötigte Druckänderung im Bremskreis bzw. den Radbremsen erzeugt. Eine Verstärkung der auf das Bremspedal wirkenden Fußkraft erfolgt nicht, da bis auf Ausnahmen im Normalfall ein Leerweg zwischen Betätigungseinrichtung und Kolbenstößel eingestellt/eingeregelt wird.
Die Steuereinrichtung des Bremssystems kann selbstverständlich bei allen möglichen Ausführungsformen neben der ABS-, ESP- und Rekuperationsfunktion auch die übrigen Bremsassistenzfunktionen mitsteuern .
Nachfolgend werden einige mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems anhand von Zeichnungen näher erläutert .
Es zeigen:
Fig. 1: Aufbau einer ersten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems;
Fig. la: Aufbau einer zweiten möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems;
Fig. 2: Aufbau mit erweiterten Funktionen;
Fig. 3: zeitlicher Verlauf der verschiedenen Funktionen für die
Steuerung des Fluidspeichers SPK;
Fig. 3a: alternativer Verlauf der verschiedenen Funktionen für die Steuerung des Fluidspeichers SPK;
Fig. 4: zeitlicher Verlauf zur adaptiven Leerwegsteuerung.
Die Figur 1 zeigt den Grundaufbau des hochdynamischen Motorantriebs 2, welcher den Kolben 3 zur Druckänderung in den Radbremsen RB verfährt, wobei jeder Radbremse RB jeweils ein Radbremsenventil 7 zugeordnet ist, so dass der Bremsdruck in den Radbremsen sequentiell, d.h. im Multiplexbetrieb, eingestellt werden kann. Der Antrieb 2 verstellt den Kolben 3 zudem für ABS/ESP-Funktion . An den E-Motor 2 mit vorzugweise Spindelantrieb 2a ist der Druckstangenkolben 3 vorzugsweise fest gekoppelt, welcher im Tandemhauptzylinder 5 in bekannter Weise hydraulisch auf den Schwimmkolben 4 wirkt. In den Bremsleitungen BL sind 2/2-Wege-Radbremsventile 7 angeordnet, welche zusammen mit dem
Bremskraftverstärker den in WO2006/111393 beschriebenen Multiplex-Betrieb ermöglichen. Das Bremspedal 1 wirkt über den Pedalstößel la auf eine Wegsimulatorfeder 16, welche im WS-Gehäuse 15 gelagert ist. Dieses ist vorzugsweise in Achsmitte im Ge- häuseflansch 33 gelagert.
Der elektromotorische Antrieb kann selbstverständlich auch durch einen Piezoelementeantrieb ersetzt werden.
Dieser Pedalstößel la wirkt bei Ausfall des Antriebs bzw. Bremskraftverstärkers BKV direkt auf den Kolbenstößel 25 zur Betätigung der HZ-Kolben 3, 4. Zwischen Spindel 2a und Kolbenstößel 25 ist eine Kupplung 26, welche bei intaktem Motor die Spindel 2a mit dem Kolben 3 verbindet, um einen schnellen Druckaufbau bei niedrigem Druck zu ermöglichen. Die Wegsimulatorfeder 16 ist in dem Wegsimulatorgehäuse 15 gelagert. Die Spindelrückstellung erfolgt über die Feder 31. Im Pedalstö¬ ßelkolben la kann ein Dämpfungselement 32 angeordnet werden, damit ein Stoß bei Auftreffen auf den Stößel 25 reduziert wird. Durch entsprechende Geschwindigkeitsregelung des Kolbens 3 bei Annäherung an den Pedalstößel la kann dies auch reduziert werden, da beide Positionen über den Pedalwegsensor 11 und den Drehwinkelsensor 14 des Motors 2 bekannt sind.
Der Pedalweg wird vom Sensor 11 und die Motordrehung über den Sensor 14 erfasst. Der Sensor 14 kann als Winkelsensor, der auch den Kolbenweg erfasst, ausgebildet sein. Der Motorantrieb 2 wirkt in bekannter Weise über die Spindel 2a auf den Kolben 3. Anstelle der Spindel sind auch andere Antriebe denkbar, wie sie beispielhaft in WO2006/111392 beschrieben sind.
Der Pedalwegsensor 11 wird zur BKV-Verstärkung bzw. zum Druckaufbau und Druckabbau verwendet und ist vorzugsweise re- dundant . Die Funktionen Bremskraftverstärkung und Druckmodulation sind ebenfalls ausführlich in den WO2006/111393 und WO2006/111392 beschrieben.
Neu bei dem erfindungsgemäßen Bremssystem ist, dass der Fluidspeicher 20, den Kolben 9 und die Rückstellfeder 10 aufweisend, über das vorgeschaltete Magnetventil 8 mit der den Hauptzylinder 5 und die Radbremsventile 7 verbindenden Druck- leitung BL verbindbar ist. Mittels des Kolbenwegschalters oder Sensors 24 und dem zentralen Drucksensor 12 erledigt der Fluidspeicher 20 verschiedene Funktionen. Nicht gezeichnet ist ein zweiter optionaler Fluidspeicher, der in Fig. 2 mit 20' bezeichnet ist, so dass eine Entleerung beider Bremskreise in die Fluidspeicher 20, 20 Λ möglich ist.
Die Feder 10 spannt den Kolben 9 auf einen Wert zwischen 2 bis 4 bar, insbesondere 3 bar, vor. Erfolgt nun der beschriebene größere Druckabbau in den Fluidspeicher 20, 20 λ für den erforderlichen Leerweg a, so öffnet das Speicherventil 8 und gleichzeitig ein oder mehrere Radbremsventile 7, und das Volumen strömt in die Speicherkammer des Fluidspeichers 20, 20 Λ . Im Detail wird der zeitliche Vorgang anhand der Figuren 3 bis 4 erläutert. Die Entleerung kann definiert - wie später erläutert - über das Speicherventil 8 erfolgen. Für die Druckmodulation und auch Fluidspeicher-Steuerung ist ein zentraler Druckgeber 12 ein¬ gebaut .
Am Wegsimulatorgehäuse 15 liegt der Stößel 27a des Kolbens 27 mit Unterstützung einer Rückstellfeder 29 an. Der Kolben 27 ist im Zylinder 28 geführt und über eine Zuleitung 30 mit einem 2/2 Magnetventil 13 verbunden. Dieses wird zu Beginn der Bremsung eingeschaltet und arretiert somit das Wegsimulatorgehäuse. Bei Ausfall des Motors 2 wird dieses abgeschaltet, und das Gehäuse bewegt sich mit dem Pedalstößel la, der auf die Kolben 3 zur Druckerzeugung wirkt. Die Ausgangsleitung des Magnetventils 13 ist mit dem Vorratsbehälter 6 über den Hauptzylinder 5 verbunden. Der Zylinder 28 ist klein und einfach und macht zusammen mit dem Wegsimulatorgehäuse mit Feder und Pedalstößel mit Lagerung den Aufbau einfach, kostengünstig, leicht und günstig für die Montage . Im Ventilblock sind die restlichen Komponenten untergebracht. Das erfindungsgemäße Bremssystem weist vorteilhaft lediglich sechs
Magnetventils 7 , 8, 13 und einen Fluidspeicher 20 auf . Im Vergleich dazu benötigt ein herkömmliches ESP-System zwölf Magnetventile, zwei Fluidspeicher sowie eine Pumpe.
Das System hat in der Ausgangsstellung bereits einen kleinen Leerweg a0 zwischen Pedalstößel la und Kolbenstößel 25 bzw. Spindel 2a. Dies ist auch in den zeitlichen Abläufen der Figuren 3, 3a und 4 dargestellt. Dieser kleine Leerweg a0 ist günstig für eine kleine Anfangskraft in der Pedalcharakteristik. Außerdem trifft bei schneller Pedalbetätigung der Pedalstößel nicht unmittelbar auf die Spindel.
Die Figur 2 zeigt den Aufbau mit zwei Fluidspeichern 20, 20' und zusätzlichem Ventil 8X für die Zusatzfunktionen.
Für die Funktion der Nachförderung, wie sie in DE 10 2007062839.2 beschrieben ist, sind vorzugsweise zwei Fluidspeicher 20, 20 λ günstig. Entsprechend dem Nachfördervolumen von z. B. 2 cm3 ist der Fluidspeicher 20, 20 Λ vor der Bremsung bereits vorgefüllt. Der Kolben 9 ist deshalb in einer Zwischenstellung. Für die Leer¬ wegsteuerung ist eine weitere Volumenaufnahme von ca. 3 - 4 cm3 notwendig. Dementsprechend ist der Fluidspeicher 20, 20 λ von seinem Volumen her dimensioniert bzw. bemessen. Die Rückstellfeder 10 ist bei dieser Funktion auf einen Druck von 6 bis 8 bar ausgelegt. Zur schnellen Füllung und Entleerung sind hier Magnetventile 8, 8Λ mit großem Ventilquerschnitt eingesetzt. Vorzugsweise ist ein Positionsschalter oder Sensor 24 eingesetzt. Für die Funktion der Bremslüftsteuerung sind noch gegebenenfalls zusätzliche Absperrventile 18 und 19 notwendig.
In den Zuleitungen ZL, die den Vorratsbehälter 6 mit dem Tan¬ demhauptzylinder 5 verbinden, ist jeweils ein Absperrventil 18, 19 angeordnet. Die Absperrung erfolgt, wenn der Kolben 3 für die Bremslüftspielsteuerung ein Vakuum bzw. einen niedrigen Druck erzeugt und somit ein Nachschnüffeln aus dem Vorratsbehälter nicht möglich ist. Alternativ kann dies durch entsprechende Kolben-
dichtungen und dem Tandemhauptzylinder THZ vermieden werden, so dass die Absperrventile nicht notwendig sind.
Anstelle des Kolbenstößels 25 kann die Kraftübertragung auch auf den Schaft der Spindel 2a erfolgen. Die Figuren 3, 3a und 4 zeigen den zeitlichen Verlauf von Fahrzeuggeschwindigkeit vF und Radgeschwindigkeit vR, Raddruck PR, Kolben sK und Pedalweg sP mit den verschiedenen Phasen der Bremsdruckregelung und Leerwegsteuerung. Bei (0) ist Bremsbeginn und bei (1) beginnt der erste Regelzyklus mit Druckabbau in dem Fluidspeicher mit entsprechender Bewegung des Kolbens sK. Beim Druckabbau pa in den Fluidspeicher 20 wird die Kolbenbewegung des Kolbens 3 Null, der Pedalweg sP kommt verzögert und trifft später auf den ruhenden Kolben 3. Zum Zeitpunkt (3), wenn geringes Druckniveau erreicht ist und der Druckabbaugradient durch die Fluidspeicher-Füllung entsprechend klein wird, erfolgt der weitere Druckabbau über die Kolbenbewegung sK des Kolbens 3, 4 bis zum Zeitpunkt (4) . In dieser Phase erfolgt eine kleine Pedal¬ rückwirkung, die Fluidspeicher-Füllung wird unterbrochen. Anschließend erfolgt eine schnelle Kolbenbewegung des Kolbens 3,4 und ein entsprechendes Volumen wird in den Fluidspeicher 20 bei geschlossenen Radbremsventilen 7 gefördert. Der Kolbenhub wird so gewählt, dass er deutlich über der Arretierposition des Pe¬ dalkolbens PA ist, mit Abstand a. Hierbei können variable - auch im Zeitverlauf - Kolbengeschwindigkeiten verwendet werden. Der Pedalhub folgt hier verzögert zu Kolbenhub sK bis zum Pe¬ dalstößelanschlag PA, d.h. wenn der Pedalstößel la auf das arretierte Wegsimulatorgehäuse 15 auftrifft. Bei (5) soll der nächste Druckaufbau pauf erfolgen. Mit einer kleinen Verzögerung tv bewegt sich der Kolben 3 zum gestuften Druckaufbau paUf- Bei (6) beginnt der nächste Regelzyklus über die schnelle Kolbenbewegung ohne Nutzung des Fluidspeichers 20. Die Druckabbauzeiten tab oder Gradienten sind infolge der großen Querschnitte des Magnetventils 8, 8" und die schnelle Kolbenbewegung erheblich schneller als bei konventionellen Systemen, wodurch die Regelabweichung der
Radgeschwindigkeit klein wird, was das Ziel jeder Regelung ist, um eine hohe Stabilität und kurze Bremswege zu erreichen.
Die Figur 3a zeigt eine Alternative beim Druckabbau pab. Hier erfolgt der Druckabbau pabi nach dem Zeitpunkt (1) nur durch Öffnen des Schaltventils 8 in den Fluidspeicher 20 bis zum Zeitpunkt (4a) , wie dies auch bei heutigen ABS/ESP-Systemen der Fall ist, mit dem Unterschied, dass der Fluidspeicher 20 im Primärkreis angeordnet ist, und dass im höheren Druckbereich infolge der größeren Querschnitte der Fluidspeicherventils 8 größere Gradienten erzielt werden. Auch hier steht bei (1) der Kolben 3 still, und der Pedalstößel la trifft verzögert auf diesen bzw. den Kol¬ benstößel 25. Hier dauert die Phase größeren Schlupfes ent¬ sprechend länger, so dass bei (5) wieder ein Druckaufbau mit entsprechender Kolben- und Pedalstößelbewegung folgt, letzterer trifft nun auf die Arretierung PA. Es erfolgt ein erneuter Druckabbau pab2 bei (6) in den Fluidspeicher 20. Erst im nächsten Regelzyklus ist bei (9) der Kolben 3 in genügendem Abstand zur Pedalstößelanschlag PA, so dass ein schneller Druckabbau pab3 über den Kolben 3 erfolgen kann. Die Figur 4 zeigt eine weitere Alternative zur Druckabbausteuerung pab und Leerwegsteuerung. Zwischen den Zeitpunkten (1) und (3) erfolgt wieder der Druckabbau pab in den Fluidspeicher 20. Bei (3) erfolgt nun eine Druckhaltephase mittels geschlossener Rad¬ bremsventile 7, wobei gleichzeitig der Fluidspeicher weiter gefüllt wird und der Kolben deutlich über den Pedalstößelanschlag PA kommt. Danach erfolgt bei Zeitpunkt (3a) ein weiterer Druckabbau pab über die Kolbenverstellung bis zum Zeitpunkt (4) . Durch diesen Druckabbau pab ist die Zeitdauer des größeren Radschlupfes größer, so dass nach dem Zeitpunkt (5) der gestufte Druckaufbau pauf erfolgt . Auch hier erfolgt keine Pedalrückwirkung. Zuvor hat der Kolben 3 einen Leerweg von ai. Bei (6) erfolgt der Druckabbau pab für den nächsten Regelzyklus über die schnelle Kolbenverstellung bis zum Zeitpunkt (7) . Hier schließt das entsprechende Radbremsventil 7 ggf. mit einem kurzen Stop der Kolbenbewegung. Die Kolbenbewegung wird fortgesetzt mit Ent-
leerung des Fluidspeichers 20 bis zum Zeitpunkt (8) mit einem Leerweg a2. Hier wird die adaptive Leerwegsteuerung gezeigt, die sowohl den Abstand zum Pedalstößelanschlag PA als auch die Pedalrückwirkung beliebig steuern lässt. Wird der Leerwegabstand a zu groß, entsteht der Nachteil, dass beim Ausfall des Antriebs des Hauptzylinders eine große Pedalwegverlängerung entsteht. Wird zwischenzeitlich z.B. während der ABS-Regelung, eine kleine Pedalwirkung gewünscht, so wird der Leerweg a gegen Null ge¬ steuert, so dass beim nächsten Druckabbau der Kolben 3 den Pedalstößel la bewegt. Der Sollabstand asoll richtet sich nach der Kolbenbewegung zum Druckabbau pab. Bei Erreichen eines Spei¬ cherkammerdrucks po von 8 - 10 bar erfolgt der weitere Druckabbau über die Kolbenbewegung des Kolbens 3, um einen höheren Druckgradienten im unteren Druckbereich von ca. ca. 0 - 1 bar zu erzielen. Das entsprechende Volumen, welches vom Solldruck p0 ab bis auf 0 - 1 bar Radzylinderdruck vom Kolben 3 gefördert werden muss, entspricht der maximalen Pedalrückwirkung und gilt für alle Fälle, wo die Kolbenstellung s vor dem Pedalanschlag PA liegt. Die Pedalrückwirkung kann nur bei einem Leerweg a gleich Null durch eine Kolbenbewegung oder auch Kolbengeschwindigkeit verändert werden. Auch kann abhängig von der Fahrbahn, Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Außentemperatur der Regler oder auch dem Kunden durch entsprechende Programmierung das beschriebene Verfahren zur Drucksteuerung und Pedalrückwirkung entsprechend der Figuren 3, 3a und 4 ausgewählt werden. Bei herkömmlichen Systemen ist der Druckabbau auf pmin ~ 3 - 4 bar Speicherdruck entsprechend kleinen Druckgradienten begrenzt, was bei insbesondere Eis und Aqua- planing nachteilig ist.
Zu berücksichtigen ist ferner, dass bei Wegsimulatorsystemen der Kolbenweg sk größer ist als der Pedalweg sp, also ein Leerweg a vorgegeben ist. Somit ist bei einer normalen Regelung im hohen Druckbereich ein genügender Leerweg vorhanden, so dass die Ansteuerung des Fluidspeichers nicht notwendig ist, ausgenommen bei einem μ-Sprung, bei dem eine große Druckänderung notwendig ist.
Die Verwendung des Fluidspeichers zum Druckabbau bzw. Druckaufbau bietet sich vorwiegend bei größeren Druckänderungen bei der ABS-Regelung auch insbesondere bei niedrigem Reibbeiwert an, bei der der Abstand von Kolben zum Pedalstößel klein ist. Das Magnetventil soll mit einem großen Querschnitt und mit kurzen Schaltzeiten, insbesondere kurzer Schließzeit, ausgebildet sein. Bei großen Durchflussmengen führt dies jedoch zu starken Druckschwingungen. Es ist hier vorteilhaft, das Magnetventil 8 mit einer Hubregelung über z. B. P M zu betreiben, damit hier der Schließvorgang über eine entsprechende Querschnittsänderung gesteuert wird.
Der Fluidspeicher ist über die Volumenverdrängung der HZ-Kolben und den Druckgeber sowohl im Ansprechdruck als auch im Auf¬ nahmevolumen oder im gespeicherten Volumen für die Nachförderung in den Bremskreis diagnostizierbar. Dasselbe gilt auch für die Dichtheit und dem Ventilquerschnitt des Schaltventils 8. In diesem Zusammenhang wird auf den Offenbarungsgehalt der DE 10 2007062839 verwiesen .
Die Figuren 1 bis 4 beschreiben eine hydraulische Leerwegf- reischaltung, bei der der Leerweg a, d. h. der Abstand vom Kolben zum Pedalstößel im dynamischen Betrieb verändert wird, indem Volumen aus einem oder beiden Bremskreisen über ein 2/2 Magnetventil in eine Speicherkammer 20, 20' gesteuert wird. Dies ist notwendig bei ABS-Funktion auf low μ oder auch Rekuperation, wenn der Fahrer den Pedalstößel weit durchdrückt und der Kolben 3 weit zurückfahren muss, damit ein niedriges Druckniveau erreicht wird. Ändert sich z. B. der Reibbeiwert von low auf high, so kann vorteilhaft dieses Volumen wieder in den Bremskreis zurück geführt werden. Muss z. B. bei einem μ-Sprung ein großes Volumen aus dem Bremskreis in die Spei eherkämmer 20, 20' gefördert werden, so erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt und beschrieben, der erste Pab in die Spei eherkämmer 20, 20' . Hierbei begrenzt der Fülldruck, z. B. 10 bar, das unterste Druckniveau. Der weitere Druckabbau auf nahe 0 bar, erfolgt in der Weise dass der DK-Kolben 3 bei ge- schlossenen Schaltventilen 7 zum Rad weiteres Volumen zur Er-
zielung des gewünschten Leerweges a in die Speiehe kämmer 20, 20' fördert. Dieser zeitliche Verlauf des Druckabbaus wird, insbesondere bezüglich Kosten und Bauvolumen der Speicherkammer 20, 20' nicht immer allen Anforderungen gerecht Es kann daher bei bestimmten Anwendungen sinnvoll sein, das notwendige Volumen zur Leerwegsteuerung über ein 2/3 Magnetventil direkt in der Fluidspeicher-Vorratsbehälter 6 zu führen. Das fehlende Volumen kann bei einem positiven μ-Sprung durch entsprechende Kolben- und Ventilsteuerung, d. h. Öffnung des Magnetventils 8 bei Rückbewegung des DK-Kolbens und geschlossenen Schaltventilen 7 zum Rad wieder angesaugt und ausgeglichen werden. Die Möglichkeit des Ansaugens von zusätzlichem Volumen kann auch zur Verkleinerung des THZ genutzt werden.
Damit ist ein schnellerer Druckabbau möglich bei noch geringerem Aufwand .
Die Figur la stimmt weitgehend mit Figur 1 überein und beschreibt den Aufbau einer derart weiter vereinfachten Ausführungsform.
Das Magnetventil 8 wird hier nicht mit der Spe icherkämmer , sondern mit dem Rücklauf RL zum Vorratsbehälter 6 verbunden. Der Pe- dalstößelweg wird über den Pedalwegsensor 11 und der Kolbenweg über den Inkrementalgeber-Motor gleich (=) Spindelhub gemessen. Wird hier nun in Verbindung mit einem Regelsignal ABS zum Pab oder Rekuperation durch Bremswirkung des Generators festgestellt, dass der Leerweg a kleiner wird oder zu klein ist, so erfolgt eine Öffnung des Magnetventils 8 bei gleichzeitiger oder zeitlich versetzter Kolbenbewegung bis der gewünschte Leerweg a erreicht ist. Danach wird das Magnetventil 8 wieder geschlossen, und der Kolben 3 folgt den weiteren Steuersignalen zur Druckmodulation für Pauf und Pab. Von der Kolbenbewegung für die Leerwegfreischaltung kann bewusst eine kleine Pedalrückwirkung erzeugt werden, um dem Fahrer bei ABS den Einsatz der Regelung zu signalisieren. Hierbei wird kurzzeitig bei Kolbenrückbewegung der Leerweg a=0, indem die Kolbenkraft der Pedalkraft entgegen wirkt. Anschließend erfolgt die beschriebene Leerwegsteuerung.
Erfolgt nun bei der ABS-Regelung ein positiver μ-Sprung oder erfolgt eine Abschaltung des Generatorbremsmomentes, so erfolgt eine Öffnung des Magnetventils 8 zur Verbindung mit dem
Fluidspeicher bei gleichzeitiger Schließung der Schaltventile 7 zu den Radbremsen. Anschließend wird durch kurzzeitige Rück- bewegung des DK-Kolbens entsprechendes Volumen aus dem Vorratsbehälter angesaugt. Danach folgt, wie oben beschrieben, die normale Kolbensteuerung entsprechend den Steuersignalen vom Pedalweggeber oder ABS-Regler oder Bremsmanagement bei Reku- peration.
Eine mögliche Undichtigkeit des Magnetventils 8 wird bei jeder Bremsung durch Vergleich von Druck und Kolbenstellung, d. h. Druckvolumen-Kennlinie, durchgeführt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit eines solchen stromlos geschlossenen Ventils 8 ist jedoch äußerst selten.
In Figur la ist die Leerwegsteuerung nur für den DK-Kreis beschrieben. Entsprechend Fig. 2 kann auch der Speicherkammer-Kreis mit einbezogen werden. Von Vorteil ist, dass die Relation der Kolbenstellungen gleich bleibt und der Druckabbau schnell und gleichzeitig in beiden Kreisen erfolgen kann, ebenso das Ansaugen.
Vorzugsweise wird das Magnetventil 8 mit großem Querschnitt ausgeführt, damit das angesaugte Volumen pro Zeiteinheit möglichst hoch ist. Diese Dimensionierung ist leicht möglich, da das Ventil nur bei kleineren Drücken, die für die Leerwegfreischaltung relevant sind, schalten muss.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur Reduzierung der Ansaugzeit eine Druckquelle in die Leitung zum Vorratsbehälter einzuschalten .
Das Ansaugen von zusätzlichem Volumen kann auch dazu verwendet werden, den THZ vorzugweise Hub kleiner zu dimensionieren. Wenn für hohe Drücke dieses Volumen benötigt wird, so kann es kurzzeitig angesaugt werden. Bei Druckreduzierung bei Rücknahme des Bremspedals kann dieses zusätzliche Volumen durch entsprechende
Steuerung des Magnetventils 8 wieder in den Vorratsbehälter zurück geführt werden. Über die Zuordnung von Druck und Kolbenweg kann diese Zurückförderung des Volumens überwacht und ggf. korrigiert werden .
Bezugszeichenliste
1 Bremspedal
la Pedalstößel
2 Motorantrieb
2a Spindel
3 Druckstangenkolben DK
4 Schwimmkolben
5 Brems Zylinder HZ
6 Vorratsbehälter
7 Radbremsventile
8 Magnetventil für Fluidspeicher
9 Kolben
10 Rückstellfeder
11 Pedalwegsensor
12 Drucksensor
13 Magnetventil zur Arretierung von Kolben 27
14 Inkrementalgeber Motor / Drehwinkelsensor
15 Wegsimulatorgehäuse
16 Wegsimulatorfeder
17
18 Absperrventil
19 Absperrventil
20 Fluidspeicher/Speicherkammer
21
22 Bremskreis
23
24 Kolbensensor
25 Kolbenstößel
26 Kupplung
27 Arretierkolben
27a Stößel des Kolbens 27
28 Zylinder
29 Rückstellfeder
30 hydraulische Leitung
31 Spindelrückstellfeder
32 Dämpfungselement
33 Gehäuseflansch
BL Bremsleitung/Druckleitung
ZL Zufuhrleitung
RB Radbremse
RL Rücklauf
vR Radgeschwindigkeit
vF Fahrzeuggeschwindigkeit
pR Raddruck
sP Pedalweg
sK Kolbenhub DK
Asp-red reduzierter Pedalhub mit SPK
tv Verzögerungszeit für Druckaufbau
a Abstand Kolben zu Pedalstößel
tab Druckabbauzeit
PA Pedalstößelarretierung
Po Speicherkammerdruck bei Umschaltung auf Kolbensteuerung
Claims
P a t e n t a n s p r ü c h e
Bremssystem für ein Kraftfahrzeug,
- einen Hauptbremszylinder (4, 5) aufweisend, der von einem elektrischem Antrieb angetrieben ist, wobei ein Kolbenstößel (25) und/oder eine Spindel (2a) mit einem Kolben (3) des Hauptbremszylinders (4, 5) in Wirkverbindung ist,
Radbremsenventile (7) zum wahlweisen Öffnen und Verschließen der die Radbremsen (RB) mit dem Hauptbremszylinder (4, 5) verbindenden Druckleitungen (BL) aufweisend,
- eine Betätigungseinrichtung (1) aufweisend, insbesondere in Form eines Bremspedals, welche auf einen Wegsimulator (W) wirkt,
- wobei im Störungsfall, insbesondere bei Ausfall des Antriebs (2), die Betätigungseinrichtung (1) mechanisch, insbesondere mit dem Pedalstößel (la), auf den Kolbenstößel (25) zum Druckaufbau in mindestens einer Radbremse wirkt, und im Normalbetrieb ein insbesondere kleiner Leerweg (a0) zwischen dem Kolbenstößel (25) und der Betätigungseinrichtung, insbesondere zwischen dem Kolbenstößel (25) und dem Pedalstößel (la) , besteht,
- eine Steuereinrichtung mit Brake-by-Wire-Funktion aufweisend, die den Antrieb (2) mit Kolben (3) sowie die Radbremsventile (7) insbesondere zum wahlweise gleichzeitigen oder nacheinander erfolgenden Druckaufbau und Druckabbau in den Radbremsen (RB) für die ABS-, ESP-, und/oder Rekuperation-Funktion ansteuert, ,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Vorratsbehälter (6) oder ein Fluidspeicher (20, 20') zur Einstellung der Größe des Leerweges (a) dient.
Bremssystem nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens einer Radbremse (RB) oder mindestens einem Bremskreis ein Fluidspeicher (20, 20') zugeordnet ist, dessen Speicherkammer über ein schaltbares Speicherventil (8) mit der Druckleitung (BL) wahlweise verbindbar ist, wobei die Druckleitung (BL) einen Arbeitsraum (Ai, A2) des Kolben-Zylinder-Systems (5) und mindestens ein Radbremsenventil (7) verbindet.
Bremssystem nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass über ein schaltbares Speicherventil (8) eine Druckleitung (BL) wahlweise mit dem Vorratsbehälter (6) oder einer Rückleitung (RL) zum Vorratsbehälter (6) verbindbar ist, wobei die Druckleitung (BL) einen Arbeitsraum (Ai, A2) des Kolben-Zylinder-Systems (5) und mindestens ein Radbremsenventil (7) verbindet.
Bremssystem nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung bei aktiver ABS-Funktion, ESP-Funktion und/oder Rekuperations- Funktion die Speicherkammer des Fluidspeichers (20, 20') zur Auf- und Abgabe von Fluid aus bzw. in den Bremskreis nutzt, wobei sich der Leerweg (a) bei der Aufnahme von Fluid in die Speicherkammer vergrößert und bei der Abgabe von Fluid in den Bremskreis sich der Leerweg (a) verkleinert.
Bremssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fluidspeicher (20, 20') insbesondere im Druckkolbenkreis angeordnet ist und das Befüllen und Entleeren des Fluidspeichers (20, 20'), insbesondere auch zur Einstellung eines Bremsbelaglüftspiels in einer Radbremse (RB) sowie zum Nachfüllen des Bremskreises mit Fluid, mittels der Schaltventile (7) und dem Speicherventil (8) sowie mittels entsprechender Ansteuerung des Kolbenantriebs (2) erfolgt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei der ABS-, ESP- und/oder Rekuperation-Funktion der Druckabbau in einer Radbremse (RB) entweder
a) allein mittels des der jeweiligen Radbremse (RB) zugeordnetem und geöffnetem Speicherventils (8) erfolgt und das Fluid aus dem Bremskreis nur in den Fluidspeicher (20, 20') strömt (Fig. 3a)
oder
b) durch insbesondere zusätzliche Verstellung des Kolbens (3,
4) des Kolben-Zylinder-Systems (5) im unteren Druckbereich, insbesondere bei einem Druck kleiner 10 bar, bei gleichzeitig geschlossenem Speicherventil (8) erfolgt (Fig. 3),
oder
c) durch alleinige Verstellung des Kolbens (3, 4) des Kolben-Zylinder-Systems (5) bei gleichzeitig geschlossenem Speicherventil (8) erfolgt (Fig. 3, Zeitpunkt (6), oder
d) zunächst durch Füllung des Fluidspeichers (20, 20') in der ersten Stufe und anschließend in einer zweiten Stufe durch die Kolbenbewegung des Hauptzylinders (4, 5) ein weiterer Druckabbau erfolgt, wobei zwischen der ersten Stufe und der zweiten Stufe eine Unterbrechung des Druckabbaus Pab erfolgt, während derer der Fluidspeicher (20, 20') weiter gefüllt wird, damit der Leerweg (a) vergrößert wird.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein
Drucksensor den Fluiddruck in der Speieherkämmer des Fluidspeichers, insbesondere zur Drucksteuerung und Diagnose, oder in einem Bremskreis oder ein Sensor (24) die Kolbenverstellung des Kolbens des Fluidspeichers (20, 20') ermittelt .
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Steuereinrichtung für die Verstellung des Kolbens (3, 4) des Kolben-Zylinder-Systems (5) die Druck-Volumen-Kennlinien der einzelnen Radbremsen (RB) berücksichtigt, und insbesondere diese ermittelt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die
Steuereinrichtung mittels des Kolbenantriebs (2) einen variablen Druckgradienten im Bremskreis oder die Kolbengeschwindigkeit zur Pedalrückwirkung einregelt bzw. -steuert .
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Wegsimulatorgehäuse (15) sich an einem Kolben (27) eines Kolbenzylindersystems (27, 28, 29) abstützt, und der Arbeitsraum des Kolbenzylindersystems (27, 28, 29) mittels eines, insbesondere im oder am Ventilblock angeordnetem, Absperrventils (13) zur Arretierung des Wegsimulatorgehäuses (15) absperrbar ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der
Hauptbremszylinder (4, 5), der Antrieb (2), der insbesondere koaxial zum Hauptbrems zylinder (4, 5) angeordnete Wegsimulator (W) , das das Wegsimulatorgehäuse (15) arretierende Kolbenzylindersystem (27, 28, 29), zusammen mit allen Schaltventilen, Speicherkammer mit Sensoren und Druckgeber im Ventilblock als eine Baueinheit zusammengefasst sind.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Fluidspeicher (20, 20') bei entsprechender Ansteuerung der Schaltventile (7) und des Speicherventils (8) gefüllt wird und das im Fluidspeicher (20, 20') gespeicherte Fluidvolumen bei Bremsbeginn in den
Bremskreis eingespeist wird, wobei insbesondere das Schnüffelloch bzw. die Schnüffellöcher des Hauptzylinders (5) durch den bzw. die Kolben (3, 4) geschlossen ist bzw. sind.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremssystem in einem Fahrzeug mit vollem oder teilweisen elektrischem Antrieb angeordnet ist, wobei die Pedalcharakteristik von Kraft und Weg des Bremspedals bei Wirken eines Generatorbremsmoments (Reku- peration) durch Befüllen des Fluidspeichers (20, 20') oder des Vorratsbehälters (6) und der variablen Verstärkung über den Antrieb (2) bestimmt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei rekuperativer Bremsung oder ähnlicher Brake-by-wire-Funktion zur Erreichung einer optimalen Pedalcharakteristik der vom Bremsmanagement bestimmte Druck durch Füllung des Fluidspeichers (20, 20') oder Ablassen von Fluid in den Vorratsbehälter (6) und Drucksteuerung im Bremskreis erfolgt, damit ein bestimmter Leerweg (a) entsteht.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Wegsimulatorgehäuse (15) bei jeder Bremsung durch Schließen des Absperrventils (13) arretiert wird und im Störungsfall das Absperrventil (13) geöffnet bleibt.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einstellung des Leerweges (a) variabel und adaptiv erfolgt, wobei ein Leerweg a gleich Null eine Rückwirkung des Kolbenstößels (25) auf die Betätigungseinrichtung (1) bewirkt.
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Magnetventil (8) einen großen Ventilquerschnitt aufweist, wobei mittels einer Hubsteuerung des Ventils (8), insbesondere mittels PWM-Verfahren, die Schließcharakteristik des Ventils (8) derart beinflussbar ist, dass keine zu großen Druckschwingungen im Bremskreis entstehen .
Verfahren zum Betrieb eines Bremssystems, mit einer Betätigungseinrichtung, einem Hauptbremszylinder mit Vorratsbehälter und zumindest einer Radbremse und dieser zugeordnetem Radbremsventil , wobei im Normalbetrieb ein Leerweg zwischen der Betätigungseinrichtung und einem Kolben des HauptZylinders vorgesehen ist, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Leerwegsteuerung vorgesehenes Flüssigkeitsvolumen über ein Magnetventil aus der zumindest einen Radbremse direkt bzw. über den Hauptzylinder dem Vorratsbehälter oder dem Fluidspeicher zugeführt wird.
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Legal Events
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