DE102004047291A1 - Bremskraft-Verstärkungssystem für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremskraft-Verstärkungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem die Druckdifferenz zwischen einer Unterdruckkammer und einer Überdruckkammer nutzenden Bremskraftverstärker, dessen beide Kammern von derselben Pumpvorrichtung versorgt werden. Die Pumpvorrichtung kann abwechselnd als Überdruckpumpe und als Unterdruckpumpe betrieben werden, bspw. durch Drehrichtungsumkehr eines die Pumpvorrichtung antreibenden Elektromotors. Alternativ kann die Pumpvorrichtung geeignet verschaltet mit ihrer Ansaugseite als Unterdruckpumpe und mit ihrer Förderseite als Überdruckpumpe fungiert und dementsprechend ansaugseitig mit der Unterdruckkammer und förderseitig mit der Überdruckkammer direkt oder indirekt verbunden sein. Bevorzugt ist die Pumpvorrichtung in einen Druckspeicher integriert, der vorzugsweise über ein Reduzierventil mit der zugeordneten Druckkammer des Bremskraftverstärkers verbunden ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bremskraft-Verstärkungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem die Druckdifferenz zwischen einer Unterdruckkammer und einer Überdruckkammer nutzenden Bremskraftverstärker. Zum bekannten Stand der Technik wird auf die DE 100 39 781 A1 verwiesen.
• Übliche Bremskraftverstärker von Kraftfahrzeugen sind als Unterdruck-Bremskraftverstärker aufgebaut, mit einer gegen Atmosphärendruck arbeitenden Unterdruckkammer. Zur Leistungssteigerung ist es bspw. aus der genannten Schrift bekannt, die sog. Arbeitskammer des Bremskraftverstärkers mit Überdruck (= größer als Atmosphärendruck) zu beaufschlagen, so dass als wirksame Druckdifferenz zur Bremskraftgewinnung diejenige zwischen diesem Überdruck in der Arbeitskammer und dem in der Unterdruckkammer herrschenden Unterdruck zur Verfügung steht. Gemäß dieser Schrift wird der Überdruck von einer Überdruckpumpe zur Verfügung gestellt, während der Unterdruck entweder von der Sauganlage einer das Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine abgegriffen werden oder von einer eigenständigen Vakuumpumpe erzeugt werden kann.
• Moderne quantitätsgesteuerte Brennkraftmaschinen stellen oftmals keinen ausreichenden Unterdruck in der Sauganlage zur Verfügung, so dass zur Gewinnung von Unterdruck stets eine Vakuumpumpe oder dgl. vorgesehen sein muss. Für einen grundsätzlich vorteilhaften sog. Bidruck- Bremskraftverstärker, der die Druckdifferenz zwischen einer Unterdruckkammer und einer Überdruckkammer nutzt, bedeutet dies, dass zwei Pumpen bzw. Pumpvorrichtungen erforderlich sind, nämlich eine erste zur Erzeugung von Unterdruck und eine zweite zur Bereitstellung von Überdruck.
• Diesbezüglich Verbesserungen aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist für ein Bremskraft-Verstärkungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem die Druckdifferenz zwischen einer Unterdruckkammer und einer Überdruckkammer nutzenden Bremskraftverstärker dadurch gekennzeichnet, dass beide Kammern von der selben Pumpvorrichtung versorgt werden. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
• Es wird somit vorgeschlagen, mittels einer einzigen Pumpe bzw. allgemein mit einer einzigen sog. Pumpvorrichtung sowohl den benötigten Überdruck als auch den benötigten Unterdruck für einen sog. Bidruck-Bremskraftverstärker bereit zu stellen, was selbstverständlich vorteilhafter ist, als wenn zwei eigenständige Pumpen jeweils mit zugehörigem Antrieb vorgesehen sind. Dabei bestehen verschiedene Möglichkeiten, wie mit einer einzigen Pumpe Unterdruck und Überdruck erzeugt werden kann. So kann die Pumpvorrichtung pneumatisch bzw. fluidisch geeignet verschaltet mit ihrer Ansaugseite als Unterdruckpumpe und mit ihrer Förderseite als Überdruckpumpe fungieren und dementsprechend ansaugseitig mit der Unterdruckkammer und förderseitig mit der Überdruckkammer direkt oder indirekt verbunden sein. Mittels geeigneter Ventile kann dabei der jeweilige Betrieb gezielt gesteuert werden, ferner kann (nicht nur für diese Ausführungsform) zumindest ein geeigneter Druckspeicher oder dgl. vorgesehen sein, in den die Pumpe fördert bzw. in welchem sie Unterdruck erzeugt, und der vorzugsweise über ein Reduzierventil mit der zugeordneten Druckkammer des Bremskraftverstärkers verbunden ist. Auf diese Weise kann somit im Druckspeicher ein ausreichendes Druckniveau vorgehalten werden, das dann bei Bedarf mit der zugehörigen Seite des Bidruck-Bremskraft verstärkers verbunden wird. Alternativ kann die einzige vorhandene Pumpvorrichtung abwechselnd als Überdruckpumpe und als Unterdruckpumpe betrieben werden, wobei bevorzugt die Drehrichtung der Pumpvorrichtung umgekehrt wird, bevorzugt durch Drehrichtungsumkehr eines diese antreibenden Elektromotors.
• Die beigefügte Prinzipskizze zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein Bremskraftverstärker eines PKW's bezeichnet, auf den ein Bremspedal 2 einwirken kann, derart, dass in einem nachgeschalteten hydraulischen zweikreisigem Hauptbremszylinder 3 ein gewünschter bzw. mittels des Bremspedals 2 vorgegebener Bremsdruck aufgebaut wird.
• Der grundsätzlich wie üblich aufgebaute Bremskraftverstärker besitzt eine Überdruckkammer und eine Unterdruckkammer, wobei die Druckdifferenz zwischen diesen beiden Kammern die Hilfskraft zur Erzeugung des Bremsdrucks bereitstellt. In die nicht explizit dargestellte Unterdruckkammer führt eine Unterdruckleitung 4 und in die nicht explizit dargestellte Überdruckkammer führt eine Überdruckleitung 5. Erzeugt wird Unterdruck bzw. Überdruck, der über diese genannten Leitungen an die jeweilige Kammer des Bremskraftverstärkers 2 angelegt wird, mittels einer bspw. als Flügelzellenpumpe ausgebildeten sog. Pumpvorrichtung 6, die von einem Elektromotor 7 angetrieben wird. Die Drehrichtung des Elektromotors 7 kann gewechselt und somit die Pumpvorrichtung 6 entweder als Unterdruckpumpe (zur Bereitstellung von Unterdruck) oder als Überdruckpumpe (zur Bereitstellung von Überdruck) betrieben werden.
• Demzufolge ist der Ausgang 6a der Pumpvorrichtung 6 über eine sich verzweigende Leitung sowohl mit der Unterdruckleitung 4 als auch mit der Überdruckleitung 5 verbunden, wobei in jedem der Leitungszweige ein entsprechendes Rückschlagventil 8a bzw. 8b vorgesehen ist, derart, dass bei Vorliegen von Überdruck am Pumpen-Ausgang 6a nur das der Über druckleitung 5 zugeordnete Rückschlagventil 8a auf Durchgang schalten kann und bei Vorliegen von Unterdruck am Pumpen-Ausgang 6a nur das der Unterdruckleitung 4 zugeordnete Rückschlagventil 8b.
• Stromab des Rückschlagventils 8a und somit im „Überdruckabschnitt" des Systems ist ein Druckspeicher 9 vorgesehen bzw. an das Leitungssystem angeschlossen, so dass dieser Druckspeicher 9 von der Pumpvorrichtung 6 befüllt wird. Die Leitungsverschaltung ist wie ersichtlich ferner derart, dass im zur Überdruckleitung 5 führenden Leitungszweig, der sich an das Rückschlagventil 8a anschließt und mit dem Druckspeicher 9 verbunden ist, ein Druck-Reduzierventil 10 vorgesehen ist. Somit ist also möglich, den Druckspeicher 9 mittels der Pumpvorrichtung 6 bspw. mit einem Überdruck von 2 bar zu befüllen, wohingegen der Bremskraftverstärker 2 bzw. dessen Überdruckkammer aufgrund des Reduzierventils 10 nur mit einem Druck in der Größenordnung von 600 mbar beaufschlagt wird, um dessen Druckbeanspruchung im vertretbaren bzw. üblichen Rahmen zu halten.
• Sowohl im „Unterdruckabschnitt" des Systems (in der Figur als Unterdrucksystem bezeichnet), und zwar an die Unterdruckleitung 4, als auch im „Überdruckabschnitt" des Systems (in der Figur als Überdrucksystem bezeichnet), und zwar an den Druckspeicher 9, ist jeweils ein Drucksensor 11b bzw. 11a vorgesehen bzw. angeschlossen, dessen bzw. deren Messwerte in einer elektronischen Steuereinheit 12 verarbeitet werden, die daraufhin den Elektromotor 7 geeignet ansteuert, um die Pumpvorrichtung 6 zu betreiben. Diese Steuereinheit 12 kann somit dafür Sorge tragen, dass im Bremskraftverstärker 2 stets eine ausreichende Druckdifferenz zur Verfügung steht bzw. dass in den beiden Druckkammern desselben jeweils der festgelegte Arbeitsdruck herrscht.
• Vor einem Bremsvorgang betrage der Unterdruck in der Unterdruckkammer des Bremskraftverstärkers 2 bspw. – 400 mbar und der Überdruck in der Überdruckkammer bspw. 600 mbar. Gleichzeitig sei der Druckspeicher 9 auf einen Überdruck von bspw. 2 bar befüllt. Nach einem Bremsvorgang fällt der Unterdruck im Bremskraftverstärker 2 bspw. auf Umgebungsdruck ab und es reduziert sich der Überdruck in dessen Überdruckkammer, der jedoch sofort aus dem Druckspeicher 9 über das Reduzierventil 10 wieder auf das Ausgangsniveau angehoben wird.
• Sodann setzt die elektronische Steuereinheit 12 den Elektromotor 7 und somit die Pumpvorrichtung 6 derart in Gang, dass die Unterdruckkammer der Bremskraftverstärkers 2 wieder auf den Ausgangswert von – 400 mbar evakuiert wird. Anschließend steuert die Steuereinheit 12 den Elektromotor 7 im umgekehrten Drehsinn an, so dass die Pumpvorrichtung 6 als Überdruckpumpe arbeitet und den Druckspeicher 9 auf den Ausgangswert von 2 bar befüllt.
• Gegenüber einem nur mit Unterdruck gegenüber Atmosphärendruck arbeitenden Bremskraftverstärker, für dessen Versorgung mit ausreichendem Unterdruck eine elektrische Vakuumpumpe zeitlich sehr lange betrieben werden muss, weil im Bereich niedrigen Vakuums die Pumpe frühzeitig in Sättigung geht, ist hier ein vorteilhaftes sog. „Bidruck-Konzept" realisiert, bei dem nur ca. die Hälfte des theoretisch erreichbaren Vakuums erzeugt wird, welches schnell und mit kurzen Pumpenlaufzeiten erreichbar ist. Der Unterschied zu der für den Bremskraftverstärker erforderlichen Druckdifferenz wird dadurch ausgeglichen, dass statt Atmosphärendruck ein Überdruck am Bremskraftverstärker anliegt. Die Höhe dieses Überdrucks ist vorzugsweise so bemessen, dass in Summe eine Druckdifferenz ähnlich der bei Unterdruck-Bremskraftverstärkern üblichen anliegt, d.h. ca. 1000 mbar. Dadurch sind keine Modifikationen an den sensiblen Teilen der Bremsgeräte erforderlich. Vorteilhafterweise geht die Überdruckseite der Pumpvorrichtung 6 erst bei höheren Absolutwerten in Sättigung, d.h. der erforderliche Differenzdruck ist ebenfalls sehr schnell erreicht. Die Gesamtlaufzeit der vorteilhafterweise einzigen Pumpvorrichtung 6 ist erheblich niedriger als im Falle eines reinen Unterdruck-Bremskraftverstärkers.
• Gegenüber dem eingangs dargestellten bekannten Stand der Technik mit einem Bidruck-Bremskraftverstärker und zwei Einrichtungen zur Erzeugung von Unterdruck einerseits und zur Erzeugung von Überdruck andererseits zeichnet sich das hier vorgeschlagene Bremskraft-Verstärkungssystem durch reduzierten Bauaufwand aus und sichere Funktionsweise aus und ist insbesondere unabhängig vom jeweiligen Antriebsaggregat des Fahrzeugs, da ein von diesem ggf. erzeugter Unterdruck nicht benötigt wird. Somit ist das vorgeschlagene Konzept auch eine Lösung für die Problematik einer ausreichenden Versorgung in großen Höhenlagen. Eine herkömmliche Vakuumpumpe schafft in großen Höhen nur noch einen Teil der Druckdifferenz von Meereshöhe. Beim vorgeschlagenen Bidruckkonzept hingegen kann das fehlende Vakuumniveau durch ein höheres Überdruckniveau ausgeglichen werden. Dadurch steht auf Passstraßen die gleiche Bremsleistung zur Verfügung wie auf Meereshöhe.
• Besonders vorteilhaft ist im übrigen der vorgeschlagene Druckspeicher 9, der ein Reservoir zur Verfügung stellt, mit dem mehrere Male gebremst werden kann, ohne dass die Pumpvorrichtung 6 diesen nachladen muss. Im übrigen kann im sog. Überdruckabschnitt des Systems noch eine Lufttrocknung vorgesehen sein, jedoch kann ohnehin eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims (5)

1. Bremskraft-Verstärkungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem die Druckdifferenz zwischen einer Unterdruckkammer und einer Überdruckkammer nutzenden Bremskraftverstärker (2), dessen beide Kammern von der selben Pumpvorrichtung (6) versorgt werden.
2. Bremskraft-Verstärkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung (6) abwechselnd als Überdruckpumpe und als Unterdruckpumpe betrieben wird.
3. Bremskraft-Verstärkungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehrichtung der Pumpvorrichtung (6) umgekehrt wird, bevorzugt durch Drehrichtungsumkehr eines diese antreibenden Elektromotors (7).
4. Bremskraft-Verstärkungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung geeignet verschaltet mit ihrer Ansaugseite als Unterdruckpumpe und mit ihrer Förderseite als Überdruckpumpe fungiert und dementsprechend ansaugseitig mit der Unterdruckkammer und förderseitig mit der Überdruckkammer direkt oder indirekt verbunden ist.
5. Bremskraft-Verstärkungssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung (6) in einen Druckspeicher (9) fördert, der vorzugsweise über ein Reduzierventil (10) mit der zugeordneten Druckkammer des Bremskraftverstärkers (2) verbunden ist.