DE102004027256A1

DE102004027256A1 - Bremssystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102004027256A1
Application number: DE102004027256A
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert; Jochen FÜHRER; Martin Baechle; Ralf Dr. Schwarz; Christian Dr. Albrich von Albrichsfeld; Lothar Kienle; Christian Courth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2004-06-03
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Ein Bremssystem (1) eines Kraftfahrzeuges mit einer elektrisch-regenerativen Bremse, insbesondere einem Generator (4), und einer Anzahl von hydraulischen Reibbremsen (2), die über ein Hydrauliksystem mit einem Bremsmittel (B) angetrieben sind, wobei das Hydrauliksystem eine Anzahl von Niederdruckspeichern (12), in die Bremsmittel (B) ableitbar ist, aufweist und mit einer elektronischen Regeleinheit (28) über steuerbare Hydraulikventile (14, 16, 18, 20, 34, 35, 36, 38) regelbar ist, soll eine hohe Systemdynamik aufweisen. Dazu weist die Hydraulikeinheit erfindungsgemäß eine Anzahl von Hochdruckspeichern (30) auf, wobei ein Hochdruckspeicher (30) ausgangsseitig eines Motorpumpenaggregates (22) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein sogenanntes regeneratives Bremssystem, mit einer Anzahl von Reibbremsen, die über ein Hydrauliksystem mit einem Bremsmittel angetrieben sind, und mit einer elektrisch-regenerativen Bremse. Sie bezieht sich weiter auf ein Verfahren für die Regelung eines derartigen Bremssystems.
In Kraftfahrzeugen können sogenannte regenerativen Bremssysteme zum Einsatz kommen, bei denen zumindest ein Teil der beim Bremsen aufgebrachten Energie im Fahrzeug gespeichert und später für den Antrieb des Fahrzeuges wiederverwendet werden kann. Dadurch kann der Energieverbrauch des Fahrzeuges insgesamt gesenkt, der Wirkungsgrad erhöht und der Betrieb damit wirtschaftlicher gestaltet werden. Kraftfahrzeuge mit einem regenerativen Bremssystem weisen im Hinblick auf variierende Systemanforderungen dazu in der Regel verschiedene Arten von auch als Bremsaktuatoren bezeichneten Bremsen, nämlich üblicherweise einerseits hydraulisch betätigte Reibbremsen und andererseits eine elektrisch-regenerative Bremse, auf.
Der Bremsdruck für die Reibbremsen wird in derartigen Systemen zumindest teilweise wie bei konventionellen Reibbremsen über ein Bremsdruckerzeugungsmittel bzw. über die Bremspedalbewegung aufgebracht. Die elektrisch-regenerative Bremse ist in der Regel als elektrischer Generator ausgebildet, über den zumindest ein Teil der gesamten Bremsleistung aufgebracht wird. Die gewonnene elektrische Energie wird in ein Speichermedium wie beispielsweise eine Bordbatterie ein- bzw. zurückgespeist und für den Antrieb des Kraftfahrzeuges über einen geeigneten Antrieb wiederverwendet.
Regenerative Bremssysteme können als sogenannte serielle regenerative Konzepte ausgeführt werden, bei denen der Anteil des Bremsmomentes, der vom Generator aufgebracht wird, möglichst hoch ist. Dagegen sind auch parallele oder sogenannte Schleppmoment-basierte regenerative Konzepte bekannt, bei denen das Bremsmoment auf die Bremsaktuatoren in vorbestimmten Verhältnissen aufgeteilt wird. Weiterhin sind Mischkonzepte dieser Bremskonzepte bekannt. Allen Systemen gemeinsam ist, dass zumindest in einigen Bereichen des aufzubringenden Bremsmomentes mit mehreren Bremsaktuatoren gleichzeitig gebremst wird, so dass sich die Gesamtverzögerung aus den Verzögerungsanteilen der Bremsaktuatoren zusammensetzt.
Grundsätzlich wird dabei im allgemeinen eine Aufteilung der Bremsenergie in Anteile der Reibbremsen und in Anteile des elektrischen Generators vorgenommen, die vom Sollbremsmoment, dem Ladezustand der Batterie und besonders dem Betriebsbereich und anderen speziellen Eigenschaften des Generators abhängig ist. Bei regenerativen Bremssystemen wird der Bremsdruck wegen der Bremsenergieaufteilung daher zumindest teilweise unabhängig vom hydraulischen Einfluss des Bremspedals aufgebaut.
Bei konventionellen Bremssystemen dagegen, die nur eine Reibbremse aufweisen, wird der Bremsdruck in Abhängigkeit der Stellung des Bremspedals aufgebaut. Dabei wird über die Stellung des Bremspedals mit oder ohne Hilfsenergie der Druck eines Bremsmittels aufgebaut, das von der Reibbremse aufgenommen wird. Die Pedalstellung korrespondiert also dabei mit dem Bremsverhalten des Kraftfahrzeuges. Ausnahmen können die Einsätze von elektronischen Sicherheitssystemen wie beispielsweise eines elektrischen Stabilitätsprogrammes (ESP) sein, die Einrichtungen zum selbständigen Bremsdruckaufbau, unabhängig von der Bremspedalsstellung, umfassen können.
Im Vergleich zu diesem konventionellen Bremsverhalten ist beim Bremsverhalten eines regenerativen Bremssystems, bestehend aus der Kombination einer elektrisch regenerativen Bremse und einer konventionellen, hydraulisch betätigten Reibungsbremse, nachteilig, dass die Stellung des Bremspedals nicht notwendigerweise mit dem Bremsverhalten des Kraftfahrzeuges korrespondiert. So kann beispielsweise während einer Erhöhung der Bremsverzögerung die Stellung des Bremspedals konstant bleiben, was für den Fahrer ein sehr ungewohntes Bremsgefühl darstellt, so dass sich nur ein ungenügender Bremskomfort einstellt.
Als Lösung für dieses Problem können sogenannte „brake-bywire"- Systeme eingesetzt werden. Bei diesen Bremssystemen wird mit elektronischen Sensoren der Bremswunsch des Fahrers am Bremspedal erfasst. Dabei wird über elektronisch angesteuerte Ventile Bremsmittel von einem Hochdruckspeicher zu den Reibbremsen geleitet. Der Hochdruckspeicher wird dabei von einem Motorpumpenaggregat mit Bremsmittel befüllt und mit dem entsprechenden Druck beaufschlagt. Bei derartigen „brake-by-wire"-Systemen wird in der Regel der benötigte Bremsdruck an den Reibbremsen mit Ausnahme von einem Ausfall von Systemkomponenten ausschließlich von dem Hochdruckspeicher aufgebracht, so dass das Bremspedal prinzipiell von den Reibbremsen entkoppelt ist, da die Steuerung bzw. die Bremsmittelabgabe an die Reibbremsen elektronisch geregelt und gesteuert wird. Durch die Entkopplung des Bremspedals von den Reibbremsen kann eine für ein regeneratives Bremssystem geeignete Pedalsteuerung in das Bremssystem integriert werden, so dass sich ein annehmbares Bremspedalgefühl einstellt. Allerdings sind „brake-by-wire"-Systeme sehr kostenintensiv und nur mit einem erhöhten Aufwand realisierbar.
Deshalb kann in einem alternativen Bremssystem zur Herstellung eines annehmbaren Pedalgefühls bei einem regenerativen Bremssystem vorgesehen sein, Bremsmittel beim Bremsen mit einer elektrisch-regenerativen Bremse in einen Druckspeicher, insbesondere einen Niederdruckspeicher, abzuleiten. Dadurch wird ein zusätzliches Bremsen der Reibbremsen simuliert, um einen dem Fahrverhalten entsprechende Pedalbewegung bzw. Pedaldruck zu erhalten.
Ein derartiges Bremssystem kann gesteuert werden, indem man es über eine elektronische Regeleinheit über elektrisch steuerbare Hydraulikventile entsprechend regelt. Neben geeigneten Niederdruckspeichern wird dabei auch ein weiteres Druckerzeugungsmittel, wie beispielsweise ein Motorpumpenaggregat, eingesetzt, um den Pedaldruck entsprechend aufzubauen bzw. einzuregeln und um Bremsmittel vom Niederdruckspeicher über geeignete Hydraulikleitungen zu den Reibbremsen zu befördern. Das Bremssystem wird dabei mit vorgegebenen Regelprozessen geregelt, wobei der Bremsmitteldruck der Reibbremsen sowie die Stellung und der Druck des Bremspedals als Regelgrößen verwendet werden. Dabei wird die Hydraulikeinheit des Bremssystem im Gegensatz zu einem „brake-by-wire"-System bewusst zum Bremspedal gekoppelt gehalten, um dieses entsprechend dem Verzögerungswunsch und der realisierten Verzögerung einregeln zu können.
Nachteilig an einem derartigen Bremssystem ist, dass durch verschiedene Regelungsphasen des Bremssystems die Situation auftreten kann, dass ausgangsseitig des Motorpumpenaggregates sämtliche Ventile des Hydrauliksystems geschlossen sind, so dass im ungünstigsten Fall das System durch einen zu hohen Druck zerstört werden kann.
Außerdem ist nachteilig, dass durch eine ungleichmäßige Förderung des Motorpumpenaggregates eine Druckpulsation auf der Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates auftritt. Diese erschwert die Regelung des Bremssystems, wobei zudem die entstehenden Druckpulsationen sich über Hydraulikleitungen zum Bremspedal übertragen und dort ein schlechtes Pedalgefühl erzeugen können.
Der Hauptnachteil eines oben beschriebenen Bremssystems ist jedoch, dass unter bestimmten Betriebsbedingungen die Systemdynamik nicht ausreichend hoch ist. Wenn sich das Kraftfahrzeug beispielsweise im Zustand einer regenerativen Bremsung mit der elektrisch regenerativen Bremse befindet und der Fahrer den Bremsdruck in dieser Phase mit hoher Dynamik verstärkt (Nachtreten), muss das Bremssystem schon aus Gründen der allgemeinen Sicherheit der aktuellen, höheren Bremswunschanforderung mit ausreichender Geschwindigkeit nachkommen. Dies ist bei dem oben beschriebenen Bremssystem nicht im ausreichendem Maße der Fall, weil das Motorpumpenaggregat in der Regel wegen einer begrenzten Förderleistung eine Druckerhöhung nur bis zu einer durch die Konstruktion vorgegebenen Grenze durchführen kann. Ähnliches gilt für Situationen, in denen der Fahrer das Bremspedal schnell löst, wodurch sich eine plötzliche Verringerung der aktuellen Bremsdruckanforderung ergibt. Bei einer derartigen Situation müsste das Motorpumpenaggregat das Bremspedal in seine ursprüngliche Situation zurückdrücken. Auch hierfür müsste die Förderrate des Motorpumpenaggregates erhöht werden, was nur mit einem sehr hohen Aufwand möglich wäre.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein regeneratives Bremssystem der oben beschriebenen Art anzugeben, das eine besonders hohe Systemdynamik aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Hydrauliksystem des Bremssystems eine Anzahl von Hochdruckspeichern aufweist, wobei ein Hochdruckspeicher ausgangsseitig des Motorpumpenaggregates angeordnet ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Erhöhung der Förderleistung des Motorpumpenaggregates zur Gewährleistung einer ausreichend hohen Systemdynamik des Bremssystems im Hinblick auf den dafür zu betreibenden Aufwand sowohl technisch als auch wirtschaftlich nicht zufriedenstellend ist. Vielmehr ist ein bestehendes Motorpumpenaggregat durchaus in gewissen Zeitpunkten dazu in der Lage, den für einen dynamischen Bremsvorgang benötigten Bremsdruck aufzubringen, wobei das vorhandene Motorpumpenaggregat lediglich das Defizit hat, der zeitlichen Anforderung nicht schnell genug nachkommen zu können. Durch die Einführung eines Hochdruckspeichers ausgangsseitig des Motorpumpenaggregates kann in der Art eines Pufferspeichers ein hoher Bremsdruck bereit und verfügbar gehalten werden und beispielsweise über ein geeignetes Steuerungsventil bei dynamischen Bremsdruckanforderungen mit einer hohen zeitlichen Dynamik abgegeben werden. Der benötigte Druckaufbau und die Bremsmittelbefüllung des Hochdruckspeichers kann von dem Motorpumpenaggregat in dafür geeigneten zeitlichen Phasen durchgeführt werden.
Dafür ist ein Hochdruckspeicher vorteilhafterweise derart ausgangsseitig des Motorpumpenaggregates angeordnet, dass dieser mit Bremsmittel mit einem Motorpumpenaggregat befüllbar ist.
Um im Hochdruckspeicher für eine Bremsung mit Reibbremsen einen entsprechend erhöhten Hydraulikdruck vorhalten zu können, ist der Hochdruckspeicher zweckmäßigerweise ausgangsseitig über ein Absperrventil mit einer zu einer Reibbremse führenden Hydraulikleitung verbunden.
Für den dafür benötigten Überdruck und um zu vermeiden, dass sich der Hochdruckspeicher auch bei normalen nicht regenerativen Bremsvorgängen mit Bremsmittel füllt und sich dadurch der Pedalweg verlängert, ist der Hochdruckspeicher vorzugsweise mit einem wählbaren Mindestdruck, der über dem des Hydrauliksystems liegt, beaufschlagt. In einer Bremssystemanordnung mit ansonsten üblichen Auslegungsparametern beträgt der Mindestdruck dabei vorteilhafterweise etwa 120 bar.
Der Füllstand des Hochdruckspeichers wird zweckmäßigerweise überwacht. Um dies möglichst einfach zu realisieren, weist der Hochdruckspeicher vorzugsweise ein Überdruckventil auf.
Dieses kann mit einem Niederdruckspeicher verbunden sein, um entsprechenden Überdruck des Hochdruckspeichers über das Ventil abzugeben.
Für einen einfachen und wirtschaftlichen Bremssystemaufbau ist einer Anzahl von einer Reibbremse zugehörigen Hydraulikleitungen zweckmäßigerweise jeweils ein gemeinsamer Hochdruckspeicher zugeordnet.
Um eine Druckpulsation von auf das Bremspedal zurückwirkendem Bremsmittel zu vermeiden und damit das Bremssystem und den Pedalkomfort leichter regeln zu können, ist vorteilhafterweise eine Anzahl von zusätzlichen Niederdruckspeichern vorgesehen, wobei ein Niederdruckspeicher eingangsseitig des als Bremsdruckerzeugungsmittel vorgesehenen Motorpumpenaggregates angeordnet ist. Über den Niederdruckspeicher kann ein unregelmäßiges Pumpverhalten des Bremsdruckerzeugungsmittel bzw. des Motorpumpenaggregates ausgeglichen werden. Der Niederdruckspeicher wirkt dabei als Puffer und glättet den Druckverlauf auf der Niederdruckseite des Druckerzeugungsmittels.
Um dabei den Niederdruckspeicher nicht über ein Druckerzeugungsmittel, das dem Bremspedal zugeordnet ist, zu befüllen, ist dieses zweckmäßigerweise entkoppelbar. Zweckmäßigerweise ist der Niederdruckspeicher dazu über ein regelbares Hydraulikventil mit dem Motorpumpenaggregat verbunden.
Für eine besonders einfache Ausführung des Bremssystems ist einer Mehrzahl von Bremsdruckerzeugungsmitteln, insbesondere Motorpumpenaggregaten, vorteilhafterweise ein gemeinsamer zusätzlicher Niederdruckspeicher zugeordnet.
Wenn für eine Dämpfung von Druckpulsationen im Bremsmittel, das auf das Bremspedal zurückwirkt, keine zusätzlichen Niederdruckspeicher verwendet werden sollen, ist in einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung das Motorpumpenaggregat eingangsseitig über ein Schaltventil oder alternativ über eine parallele Kombination eines Schaltventils und eines Rückschlagventils mit einem Niederdruckspeicher verbunden. Dabei wird der bereits im Bremssystem vorhandene Niederdruckspeicher neben der Ableitung von Bremsmittel zur Simulation einer Reibbremsung zusätzlich auch zur Dämpfung der durch ein Motorpumpenaggregat verursachten Druckpulsation verwendet.
Für eine geeignete Steuerung und Regelung des Bremssystems wird dieses zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Regeleinheit über steuerbare Hydraulikventile geregelt. Eine Einregelung des Arbeitsdrucks am Bremspedal wird dabei vorzugsweise über die Steuerung von auf der Nieder- und Hochdruckseite eines Motorpumpenaggregates angeordnete Hydraulikventile vorgenommen. Dabei kann über das Öffnen eines Ventils auf der Hochdruckseite des Motorpumpenaggregates bzw. auf der Seite des Hochdruckspeichers das Bremspedal zurückgedrückt werden, während durch das Öffnen eines Ventils auf der Niederdruckseite das Bremspedal nach unten nachgibt. Dabei kann eine geeignete Einregelung des Bremspedals über ein wechselseitiges Umschalten von Hydraulikventilen auf der Hoch- und Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates vorgenommen werden.
Um Druckpulsationen am Bremspedal zu vermeiden bzw. auftretende Druckpulsationen nicht dämpfen zu müssen und gleichzeitig einer erhöhte Bremsdruckanforderung nachkommen zu können, sind ein Motorpumpenaggregat und ein ausgangseitig des Motorpumpenaggregates angeordneter Hochdruckspeicher vorteilhafterweise über ein gemeinsames Schaltventil jeweils ausgangsseitig mit einer zu einer Reibbremse führenden Hydraulikleitung und mit einer zum Bremspedal führenden Hydraulikleitung verbunden. Dabei kann wie analog bereits oben beschrieben bei einer hohen bzw. dynamischen Bremsdruckanforderung Bremsmittel über das Schaltventil vom Hochdruckspeicher zu den Reibbremsen gedrückt werden.
Das Bremspedal wird dabei zweckmäßigerweise über die Steuerung von auf der Hochdruckseite eines Motorpumpenaggregates angeordnete Hydraulikventile, wie insbesondere das dem Hochdruckspeicher und dem Motorpumpenaggregat zugeordnete Schaltventil, eingeregelt. Bei einer Einregelung des Bremspedals über die Hochdruckseite des Motorpumpenaggregates kann die Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates über entsprechend geschlossene Hydraulikventile vom Bremspedal entkoppelt gehalten werden, so dass sich auftretende Druckpulsationen bei Betrieb des Motorpumpenaggregates nicht auf das Bremspedal auswirken.
Für eine exakte Bestimmung des Bremswunsches wird ein Sollbremsmoment über das Bremspedal des Bremssystems ermittelt. Dazu weist das Bremspedal vorzugsweise einen Pedalweggeber und einen Drucksensor auf, der in der zum Druckerzeugungsmittel bzw. dem Bremspedal führenden Hydraulikleitung positioniert ist. Der Drucksensor und der Pedalweggeber können dabei für eine hohe Betriebssicherheit vorteilhafterweise redundant ausgeführt sein. Aus einer Ermittlung der Position des Bremspedals bzw. des Pedalweges, die über den Weggeber erfolgt, und dem anliegenden Bremspedaldruck, der sich über die Drucksensoren ergibt, lässt sich das Sollbremsmoment ermitteln.
Für eine geeignete Steuerung und Regelung des Bremssystems wird dieses zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Regeleinheit über steuerbare Hydraulikventile geregelt.
Um den für einen Bremsvorgang und insbesondere für die durchzuführenden Regelprozesse der Regeleinheit erforderlichen Bremsdruck des Bremsmittels an den Reibbremsen erfassen zu können, ist in einer zu einer Reibbremse führenden Hydraulikleitung vorteilhafterweise ein Drucksensor zur Messung des Drucks des Bremsmittels positioniert. Dabei können in ausgewählten oder auch in allen Hydraulikleitungen, die zu einer Reibbremse führen, Drucksensoren positioniert sein. Über die Erfassung des Bremsmitteldrucks kann das Bremssystem in Verbindung mit einem Sollbremsmoment über die elektronische Steuereinheit eingeregelt werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die geeignete Einbindung eines Hochdruckspeichers auch in verschiedenen Betriebszuständen stets Bremsmittel mit ausreichend hohem Betriebsdruck in ausreichend großen Mengen bereitgehalten werden kann, so dass eine hohe Systemdynamik des Bremssystems, bei der auch schnelle Änderungen von Sollbremsmomenten hinreichend schnell umgesetzt werden können, gewährleistet ist. Die dafür im Bremssystem vorgesehenen Hochdruckspeicher dienen ebenfalls als Sicherheitsdruckpuffer, so dass eine Zerstörung des Bremssystem durch Motorpumpenaggregate bei auswärtsseitig geschlossen Hydraulikventilen vermieden werden kann.
Ein weiterer Vorteil des Bremssystem ist der hohe Bremskomfort. Dies kann insbesondere erreicht werden, indem auftretende Druckpulsationen eines Druckerzeugungsmittels, wie insbesondere eines Motorpumpeaggregates, über zusätzliche Niederdruckspeicher geglättet werden oder eine Dämpfung der Druckpulsationen über Ventile mit vorhandenen Niederdruckspeichern vorgenommen wird. Alternativ kann die Regelung des Bremspedals, bei einer entsprechend oben beschriebenen Anordnung eines Hochdruckspeichers mit einem zugeordneten Schaltventil, über die Hochdruckseite des Motorpumpenaggregates vorgenommen werden, so dass sich die Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates vom Bremspedal entkoppeln lässt.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass sich mit dem beschriebenen Bremssystem und dem Verfahren elektronische Sicherheitsprogramme wie ABS und ESP realisieren lassen. Außerdem kann mit dem System eine sogenannte OHB-V Funktion durchgeführt werden. Dabei kann ein nicht ausreichender Druck, der über einen Bremskraftverstärker bzw. ein Bremsdruckerzeugungsmittel aufgebracht wird, mit dem weiteren Bremsdruckerzeugungsmittel zusätzlich verstärkt werden.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 ein Diagramm über den Bremswunsch und die Bremsmomentverteilung einer Reibbremse und eines Generators bei einem Bremsvorgang, der in die Phasen 1 bis 8 aufgeteilt ist,
2 schematisch ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs,
3 eine alternative Ausführungsform eines Bremssystems, und
4 eine weitere alternative Ausführungsform eines Bremssystems.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 2 ist ein Prinzipschaltplan eines Bremssystems 1 für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Bei dem Bremssystem 1 handelt es sich um ein regeneratives Bremssystem 1, das neben den vier Reibbremsen 2 auch einen elektrischen Generator 4 zur Erzeugung von elektrischer Energie aufweist. Das Bremssystem 1 ist als regeneratives serielles Bremssystem 1 ausgelegt, wobei ein möglichst hohes Bremsmoment über den elektrischen Generator 4 aufgebracht werden soll, um eine hohe Wirtschaftlichkeit des Kraftfahrzeuges zu erzielen.
Um das Hauptbremsmoment für die hydraulisch betätigten Reibbremsen 2 aufzubringen, ist das Hydrauliksystem des Bremssystems 1 mit einem Bremskraftverstärker versehen, der als Tandemhauptzylinder 8 mit Hilfskraft ausgelegt ist. Dabei wird der vom Tandemhauptzylinder 8 aufgebrachte Bremsdruck über Hydraulikleitungen 10 mit einem Bremsmittel B an die Reibbremsen 2 weitergegeben.
Weiterhin umfasst das Bremssystem 1 für die üblicherweise z. B. in einem ABS anfallenden Regelvorgänge in seinem Hydrauliksystem eine Anzahl von Niederdruckspeichern 12, in die bei Betrieb des Generators 4 Bremsmittel B abgeleitet werden kann. Als Druckerzeugungsmittel für das Bremsmittel B ist ein Motorpumpenaggregat 22 vorgesehen.
Um bei einer besonders schnellen Sollbremsmomenterhöhung dieser dynamisch nachkommen zu können, weist das Bremssystem 1 eine Anzahl von mit der Ausgangsseite des Motorpumpenaggregats 22 verbundenen Hochdruckspeichern 30 auf, von denen bei einer derartigen Anforderung Bremsmitteldruck für die Reibbremsen 2 aufgebracht wird. Dabei wird Bremsmittel B dynamisch in die Hydraulikleitungen 10 abgegeben, die zu den Reibbremsen 2 führen. Dieser erhöhte Druck wird neben einer plötzlichen Sollbremsmomenterhöhung, wie es beim sogenannten „Nachtreten" auftritt, ebenfalls bei einem plötzlichen Bremsabbruch bei Lösen des Bremspedals 6 zum Zurückdrücken des Bremsmittels B verwendet.
Damit die Hochdruckspeicher 30 während eines Bremsvorgangs nicht ungewollt mit Bremsmittel B von einem Motorpumpenaggregat 22 gefüllt werden, was eine Bewegung des Bremspedals 6 bewirken würde, sind die Hochdruckspeicher 30 mit etwa 120 bar vorgespannt. Der Fülldruck wird dabei über das Motorpumpenaggregat 22 aufgebracht. Um in den Hochdruckspeichern 30 einen entsprechend erhöhten Hydraulikdruck vorhalten zu können, sind die Hochdruckspeicher 30 ausgangsseitig über ein Absperrventil 35 mit zu den Reibbremsen 2 führenden Hydraulikleitungen 10 verbunden.
Außerdem weist das Bremssystem 1 eine Anzahl von zusätzlichen Niederdruckspeichern 32 auf.
Um die Funktionsweise des Bremssystems 1 näher zu erläutern ist in 1 ein Bremsvorgang schematisch dargestellt, wobei die dargestellten Kurven im Vergleich zum realen Verlauf vereinfacht bzw. linearisiert gezeichnet sind. Kurve 1 zeigt den Verzögerungswunsch, der über das Bremspedal 6 vom Fahrer des Kraftfahrzeuges eingegeben wird, Kurve 2 den Bremsmomentanteil der Reibbremsen 2 und Kurve 3 den Bremsmomentanteil des Generators 4 in Abhängigkeit der Zeit. Dabei wird eine bestimmte Anfangsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges zugrunde gelegt.
Der Bremsvorgang ist im dargestellten Beispiel in acht Phasen unterteilt. In Phase 1 wird das Bremspedal 6 kräftig niedergetreten. Dabei wird zunächst bei noch nicht voll betätigtem Bremspedal 6 das gesamte Bremsmoment vom Generator 4 aufgebracht. Bei Phase 2 wird der Bereich verlassen, in dem der Generator 4 das Bremsmoment vollständig leisten kann, so dass in dieser Phase 2 der Bremsmomentanteil der Reibbremse 2 ansteigt. Dabei entspricht dieser Bremsmomentanteil der Differenz zwischen dem angeforderten Bremsmoment und dem vom Generator 4 aufgebrachten Bremsmoment. In Phase 3 werden die Bremsmomentanteile von Generator 4 und der Reibbremse 2 konstant gehalten.
In Phase 4 ist die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges auf einen Bereich abgefallen, in dem der Generator 4 beginnt, mit einem höheren Wirkungsgrad zu arbeiten, so dass der Bremsmomentanteil der Reibbremse 2 auf null abnimmt und der Bremsmomentanteil des Generators 4 auf 100% ansteigt. In Phase 5 bleiben die Bremsmomentanteile analog zu Phase 3 konstant. Bei Phase 6 wird der optimale Arbeitsbereich des Generators 4 wieder verlassen, so dass der Bremsmomentanteil der Reibbremse 2 wieder ansteigt. Dabei ist das Kraftfahrzeug bei Ende von Phase 6 derart verzögert, dass der Generator kein Bremsmoment mehr aufbringen kann und der Bremsmomentanteil der Reibbremsen 2 auf 100% ansteigt. Während Phase 7 kommt das Kraftfahrzeug zum Stillstand und in Phase 8 wird das Bremspedal 6 durch den Fahrer gelöst, so dass der Bremswunsch sowie das Bremsmoment der Reibbremsen 2 auf null zurückgeht.
Die Phasen des Bremsvorganges werden über eine elektronische Regeleinheit 28 eingeregelt, die insbesondere auch das Bremsmoment des Generators 4 einregelt.
Außerdem wird das Bremssystem 1 mit der elektronischen Regeleinheit 28 entsprechend der Phasen eines Bremsvorgangs über entsprechend elektronisch ansteuerbare Hydraulikventilen einregelt. Die Ventile 14, 16 und 38 sind danach bezeichnet, ob sie stromlos, also ohne elektrische Ansteuerung, geöffnet oder geschlossen sind. Das SO-Ventil 14 ist stromlos geöffnet und das SG-Ventil 16 sowie das Speicher-SG-Ventil 38 stromlos geschlossen. Das EU-Ventil 18 entspricht einem elektronischen Umschaltventil.
Ein Regelvorgang weist grundsätzlich einen ersten Regelprozess auf, der das Sollbremsmoment an den Reibbremsen 2 einregelt und einen zweiten Regelprozess, der zur Einstellung einer durch das Bremssystem 1 vorgegebenen Kraft/Weg-Verzögerungslinie für das Bremsmittel B verwendet wird, um eine entsprechende Position und Auswirkung auf die Kraft des Bremspedals 6 zu erreichen.
Als Eingangs- und Steuergrößen dienen dabei das Sollbremsmoment und der Bremsmitteldruck an den Reibbremsen 2. Wie sich aus 2 erkennen lässt, wird zunächst über einen Weggeber 24, der am Bremspedal 6 positioniert ist, und einen Drucksensor 26, der sich an der zum Tandemhauptzylinder 8 führenden Hydraulikleitung 10 befindet, das Sollbremsmoment über die elektronische Regeleinheit 28 bestimmt. Der Bremsmitteldruck an den Reibbremsen 2 ergibt sich über einen Drucksensor 26, der in einer Hydraulikleitung 10 einer Reibbremse positioniert ist.
Wie sich aus 2 erkennen lässt, weist das Bremssystem 1 zwei Niederdruckspeicher 12, zwei Hochdruckspeicher 30, zwei Niederdruckspeicher 32 und für jede Reibbremse 2 eine Anzahl weiterer Hydraulikkomponenten auf. Im folgenden wird der Regelablauf des Bremssystems 1 für den oben beschriebenen Bremsvorgang lediglich an einer Reibbremse 2 erläutert. Die Systemkomponenten der anderen Reibbremsen 2 funktionieren entsprechend.
Bei Phase 1 des Bremsvorgangs wird über die elektronische Regeleinheit 28 das SG-Ventil 16 voll geöffnet und das SO-Ventil 14 geregelt geöffnet, so dass Bremsmittel B über die Hydraulikleitung 10 der Reibbremse 2 aus dem Tandem-Hauptzylinder 8 in den Niederdruckspeicher 12 abgeführt wird. Durch das Ableiten von Bremsmittel B wird der Betrieb einer Reibbremse simuliert. Das Bremspedal 6 gibt entsprechend dem abgeleiteten Druckvolumen nach, so dass sich ein komfortables bzw. dem Verzögerungsverhalten entsprechendes Bremsgefühl einstellt. Die Gegenkraft des Bremspedals 6 wird über den Staudruck des SO-Ventils 14 erzeugt.
Um in Phase 2 das Bremsmoment der Reibbremse 2 zu erhöhen wird Bremsmittel B aus dem Niederdruckspeicher 12 in die Hydraulikleitung 10 der Reibbremse 2 gepumpt. Dazu wird das Motorpumpenaggregat 22 eingesetzt, das ausgangsseitig des Niederdrucksspeichers 12 positioniert ist, und als elektrisch über die Regeleinheit ansteuerbare Pumpe ausgelegt ist. Die Einregelung des entsprechenden Bremsdrucks der Reibbremse 2 erfolgt über das SO- Ventil 14. Der Druck im Tandemhauptzylinder 8 und damit der anliegende Druck am Bremspedal 6 wird mit dem EU-Ventil 18 eingeregelt. Überflüssiges Bremsmittel B wird geregelt über das SG-Ventil 16 in den Druckspeicher 12 abgegeben.
Um das Bremsmoment der Reibbremse 2 in Phase 4 zu verringern, wird über das SG-Ventil 16 Bremsmittel B in den Niederdruckspeicher 12 abgeleitet. Dabei wird durch eine geeignete Regelung des ASR-Ventils 20 und des SO-Ventils 14 der Druck im Tandemhauptzylinder 8 konstant gehalten, so dass die Bremsmomentumverteilung nicht auf das Bremspedal 6 zurückwirkt.
In Phase 6 des Bremsvorgangs wird Bremsmittel B aus dem Niederdruckspeicher 12 mit dem Motorpumpenaggregat 22 über das SO-Ventil 14 zurück zur Hydraulikleitung 10 der Reibbremse 2 gepumpt, um das Bremsmoment dort zu erhöhen. Da üblicherweise die Bremsdruckanforderung in dieser Phase sehr hoch und dynamisch ist, wird zusätzlich Bremsmittel B aus dem Hochdruckspeicher 30 über das SO-Ventil 14 zu der Reibbremse 2 geführt. Dabei wird der Bremsmitteldruck im Tandemhauptzylinder 8 durch das SO-Ventil 14 konstant gehalten und überflüssiges Bremsmittel B über das SG-Ventil 16 in den Druckspeicher 12 abgegeben.
In Phase 8 wird der Druck an der Reibbremse 2 über das SG-Ventil 16, über Abgabe von Bremsmittel B in den Niederdruckspeicher 12, abgebaut. Dabei wird der Druck im Tandemhauptzylinder 8 vom Motorpumpenaggregat 22 und dem ASRV Ventil 20 auf dem vom Fahrer über den Pedalweg und über eine Kraft/Weg-Verzögerungskennlinie eingeregelt. Das SO-Ventil 14 regelt einen Staudruck ein, der höher ist als der Druck im Tandemhauptzylinder 8, so dass dabei das Bremspedal 6 an seine ursprüngliche Position zurückgedrückt wird.
Um während des Bremsvorganges Druckpulsationen auf der Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates 22 zu glätten und damit einen besseren Bremskomfort beim Bremspedal 6 zu erreichen, ist dort ein zusätzlicher Niederdruckspeicher 32 angeordnet. Um diesen nicht über den Tandemhauptzylinder 8 mit Bremsmittel B zu füllen, z. B. während einer OHB-Bremsung, wird dieser, wenn das Motorpumpenaggregat 22 nicht betrieben wird, über das Niederdruckspeicherventil 34 abgesperrt.
In 3 ist ein alternatives Bremssystem 1' dargestellt, das weitestgehend dem Bremssystem 1 entspricht, jedoch keine zusätzliche Niederdruckspeicher 32 aufweist. Dieses Bremssystem 1' ist jedoch ebenfalls für eine Dämpfung von Druckpulsationen auf der Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates 22 ausgelegt. Dazu ist das Motorpumpenaggregat 22 eingangsseitig über das hydraulische Schaltventil 36 mit dem Niederdruckspeicher 12 verbunden. Dabei wird der bereits im Bremssystem 1' zur Simulation einer Reibbremsung vorhandene Niederdruckspeicher 12 neben der Ableitung von Bremsmittel B zusätzlich zur Dämpfung der durch ein Motorpumpenaggregat 22 verursachten Druckpulsation auf der Niederdruckseite verwendet. Zusätzlich kann parallel zum Schaltventil 36 noch das Rückschlagventil geschaltet sein.
In 4 ist eine weitere Ausführungsalternative des Bremssystems 1, 1'' dargestellt. Dieses ist insbesondere dafür ausgelegt, Druckpulsationen am Bremspedal 6 zu vermeiden bzw. auftretende Druckpulsationen auf der Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates 22 nicht dämpfen zu müssen und gleichzeitig einer erhöhten Bremsdruckanforderung nachkommen zu können. Dafür sind das Motorpumpenaggregat 22 und der ausgangseitig des Motorpumpenaggregates 22 angeordnete Hochdruckspeicher 30 über ein gemeinsames analogisiertes Speicher-SG-Ventil 38 jeweils ausgangsseitig mit der zu einer Reibbremse 2 führenden Hydraulikleitung 10 und mit der zum Bremspedal 6 führenden Hydraulikleitung 10 verbunden. Die Regelung des Bremspedals 6 kann so lediglich über die Hochdruckseite des Motorpumpenaggregates 22 vorgenommen werden und das Bremspedal 6 von der Niederdruckseite des Motorpumpenaggregates 22 über das geschlossenes Eu-Ventil 18 entkoppelt gehalten werden. Durch den damit erreichten besonders einfach gehaltenen regeltechnischen Aufbau erhält das Bremssystem 1'' eine besonders hohe intrinsische Stabilität.
Bei Phase 1 des in 1 dargestellten Bremsvorgangs wird das ASR-Ventil 20 geöffnet gehalten und Bremsmittel B über das SO-Ventil 14 und das geöffnete SG-Ventil 16 in den Niederdruckspeicher 12 abgegeben, um ein Bremsen mit Reibbremsen zu simulieren. Dabei wird der Pedaldruck mit dem SO-Ventil 14 geregelt. Gleichzeitig wird mit dem Motorpumpenaggregat 22, bei geschlossenem Speicher-SG-Ventil 38 Druck in dem Hochdruckspeicher 30 aufgebaut. In Phase 2 wird bei geöffnetem ASR-Ventil 20 der Bremsdruck bei der Reibbremse 2 er höht, wobei der Bremsdruck über das analogisierte Speicher-SG-Ventil 38 eingeregelt wird bzw. Bremsmittel B aus dem Hochdruckspeicher 30 zu der Reibbremse 2 geleitet wird. Der Druck am Bremspedal 6 wird dabei mit dem SO-Ventil 14 eingeregelt. In Phase 3 ist das ASR-Ventil 20 geöffnet und der Druck am Bremspedal 6 wird mit dem SO-Ventil 14 und dem analogisiertem Speicher-SG-Ventil 38 konstant gehalten. Der Bremsmitteldruck an der Reibbremse 2 wird mit dem SO-Ventil 14 und dem SG-Ventil 16 ebenfalls konstant gehalten.
In Phase 4 wird bei zunehmendem Generatorbremsmomentanteil der Bremsdruck des Bremsmittels 8 an der Reibbremse 2 durch Ablassen von Bremsmittel B mit dem SG-Ventil 16 in den Druckspeicher 12 abgebaut. Der Druck am Bremspedal 6 wird dabei mit dem SO-Ventil 14 und dem analogisierten Speicher-SG-Ventil 38 konstant gehalten, wobei das ASR-Ventil 20 geöffnet bleibt.
In Phase 5 werden analog zu Phase 3 die Bremsmomentanteile von Reibbremse 2 und Generator 4 weiter konstant gehalten. In Phase 6 wird zusätzlicher Bremsdruck über das Motorpumpenaggregat 22 und den Hochdruckspeicher 30 in der Reibbremse 2 aufgebaut, während der Bremspedaldruck mit dem SO-Ventil 14 konstant gehalten wird. Phase 7 entspricht den Phasen 3 und 5, bei denen die Bremsmomentanteile konstant gehalten werden, bzw. insbesondere das Bremsmoment der Reibbremse 2, da der Bremsmomentanteil des Generators 4 bereits auf null abgesunken ist.
In Phase 8 erfolgt ein Bremsdruckabbau durch eine Regelung des SG-Ventils 16 in den Niederdruckspeicher 12, während gleichzeitig das Bremspedal 6 mit dem Motorpumpenaggregat 22 über das ASR-Ventil 20 zurückgedrückt wird. Dabei ist das EU-Ventil 18 und das SO-Ventil 14 geschlossen.

1: Bremssystem
2: Reibbremse
4: Generator
6: Bremspedal
8: Tandemhauptzylinder
10: Hydraulikleitung
12: Niederdruckspeicher
14: SO-Ventil
16: SG-Ventil
18: EU-Ventil
20: ASR-Ventil
22: Motorpumpenaggregat
24: Weggeber
26: Drucksensor
28: Regeleinheit
30: Hochdruckspeicher
32: Niederdruckspeicher
34: Niederdruckspeicherventil
35: Absperrventil
36: Schaltventil
38: Speicher-SG-Ventil
B: Bremsmittel

Claims

Bremssystem (1) eines Kraftfahrzeuges mit einer elektrisch-regenerativen Bremse, insbesondere einem Generator (4), und einer Anzahl von hydraulischen Reibbremsen (2), die über ein Hydrauliksystem mit einem Bremsmittel (B) angetrieben sind, wobei das Hydrauliksystem eine Anzahl von Niederdruckspeichern (12), in die Bremsmittel (B) ableitbar ist, aufweist und mit einer elektronischen Regeleinheit (28) über steuerbare Hydraulik-ventile (14, 16, 18, 20, 34, 35, 36, 38) regelbar ist, und wobei ein als Druckerzeugungsmittel für das Bremsmittel (B) vorgesehenes Motorpumpenaggregat (22) ausgangsseitig mit einem Hochdruckspeicher (30) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dessen Hochdruckspeicher (30) über ein Absperrventil (35) mit einer zu einer Reibbremse (2) führenden Hydraulikleitung (10) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dessen Hochdruckspeicher (30) mit einem wählbaren Mindestdruck, der über dem des Hydrauliksystems liegt, beaufschlagt ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 3, bei dem als Mindestdruck etwa 120 bar gewählt ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Hochdruckspeicher (30) ein Überdruckventil aufweist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 5, dessen Überdruckventil zu einem Niederdruckspeicher (12) führt.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Motorpumpenaggregat (22) und der Hochdruckspeicher (30) ausgangsseitig über ein gemeinsames hydraulisches Regelventil (38) jeweils mit einer zu einer Reibbremse (2) führenden Hydraulikleitung (10) und mit einer zum Bremspedal (6) des Kraftfahrzeuges führenden Hydraulikleitung (10) verbunden sind.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem einer Anzahl von zu Reibbremsen (2) führenden Hydraulikleitungen (10) jeweils ein gemeinsamer Hochdruckspeicher (30) zugeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das Motorpumpenaggregat (22) eingangsseitig mit einem zusätzlichen Niederdruckspeicher (32) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 9, dessen zusätzlicher Niederdruckspeicher (32) über ein regelbares Niederdruckspeicherventil (34) mit dem Motorpumpenaggregat (22) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem einer Mehrzahl von Motorpumpenaggregaten (22) ein gemeinsamer zusätzlicher Niederdruckspeicher (32) zugeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Motorpumpenaggregat (22) eingangsseitig über ein Schaltventil (36) oder über eine parallele Kombination eines Schaltventils (36) und eines Rückschlagventils mit einem Niederdruckspeicher (12) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem in einer zu einer Reibbremse (2) führenden Hydraulikleitung (10) ein Drucksensor (26) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem in einer zum Bremspedal (6) des Kraftfahrzeugs führenden Hydraulikleitung (10) ein Drucksensor (26) angeordnet ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Bremspedal (6) des Kraftfahrzeugs mit einer Anzahl von Weggebern (24) versehen ist.
Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems (1) eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der Druck in einer zum Bremspedal (6) des Kraftfahrzeugs führenden Hydraulikleitung (10) über die Steuerung von auf der Nieder- und/oder Hochdruckseite eines Motorpumpenaggregates (22) angeordnete Hydraulikventile (14, 16, 18, 20, 38) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Bremsdruck auf die Reibbremsen (12) über Hydraulikventile (14, 16) eingestellt wird, wobei die auf das Bremspedal (6) wirkende Kraft in der Art einer Mehrgrößenregelung über ein Regelventil (38) eingestellt wird.