DE102005061543A1

DE102005061543A1 - Hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102005061543A1
Application number: DE102005061543A
Authority: DE
Inventors: Jakob Unterforsthuber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: DE102005061543B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage mit einem zweikreisigen Hauptbremszylinder mit Bremsfluid-Reservoir, mit einer Blockierschutzeinrichtung, die Bremsdruckmodulationsventilanordnungen und je Bremskreis eine Rückförderpumpe besitzt, und mit einer automatischen Bremseinrichtung, die im Zusammenwirken mit der Blockierschutzeinrichtung und deren Rückförderpumpe die Fahrzeugbewegung fahrerunabhängig und radindividuell abbremsen und/oder stabilisieren kann. Dabei ist die Rückförderpumpe des der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreises saugseitig an das Bremsfluid-Reservoir und nicht an den Hauptbremszylinder angeschlossen, dessen erste Kammer wie üblich den der Vorderachse des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreis versorgt, während an dessen zweite Kammer ein Drucksensor angeschlossen ist, mit Hilfe dessen der vom Fahrer vorgegebene Bremswunsch erkannt wird und anhand von dessen Signalen die Rückförderpumpe und ggf. die Bremsdruckmodulationsventilanordnung des Hinterachs-Bremskreises geeignet angesteuert wird. Dabei kann der an den Hinterrädern des Fahrzeugs angelegte Bremsfluid-Druck in Abhängigkeit vom Bremsfluid-Druck an den Vorderrädern des Fahrzeugs sowie zumindest eines weiteren Parameters, abgeleitet von einem Fahrerassistenzsystem oder einem Fahrdynamik-Regelsystem, geregelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage mit einem zweikreisigen Hauptbremszylinder mit Bremsfluid-Reservoir, mit einer Blockierschutzeinrichtung, die Bremsdruckmodulationsventilanordnungen und je Bremskreis eine sog. Rückförderpumpe besitzt, und mit einer automatischen Bremseinrichtung, die im Zusammenwirken mit der Blockierschutzeinrichtung und deren Rückförderpumpe die Fahrzeugbewegung fahrerunabhängig und radindividuell abbremsen und/oder stabilisieren kann.

Zum technischen Umfeld wird neben der DE 33 45 694 C auf die DE 19825278 A1 sowie auf die EP 1 481 864 B1 verwiesen, darüber hinaus auf die heute in Serie bspw. bei Personenkraftwagen eingesetzten modernen Bremsanlagen. Diese modernen Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge enthalten eine dem Fachmann auch unter der Bezeichnung ESP (oder auch DSC) bekannte Fahrdynamikregelung, die mit den für eine ebenfalls allgemein bekannte Blockierschutzregelung (ABS) bereits vorhandenen Bauelementen arbeitet. Diese Fahrdynamikregelung kann ein Fahrzeug bei Schleudergefahr durch gezielte Bremseneingriffe stabilisieren, wobei der fahrerunabhängige Bremsdruckaufbau von der genannten Rückförderpumpe, die ursprünglich nur für die Blockierschutzregelung vorgesehen war, übernommen wird. Üblicherweise ist dieses System dabei so ausgelegt, dass sowohl die beiden Radbremszylinder der Vorderachse eines zweispurigen Fahrzeugs, als auch dessen beide Hinterachs-Radbremszylinder von diesem System angesteuert werden.

Bekannt sind ferner sog. elektrohydraulische Bremsanlagen, bei denen die einzelnen Radbremsen durch geeignete Ansteuerung von zugeordneten Hydraulikventilen durch eine elektronische Steuereinheit entsprechend dem Bremswunsch des Fahrers oder entsprechend diesem übergeordneten Kriterien betätigt werden, wobei der Hydraulikdruck von einer eigenständigen Hydraulikpumpe bereit gestellt wird. Bekannt ist es weiterhin, nur die der Hinterachse eines Fahrzeugs zugeordneten Bremsen solchermaßen zu betätigen, während der der Fzg.-Vorderachse zugeordnete Hydraulik-Bremskreis wie üblich aufgebaut ist und insbesondere aus einem Hauptbremszylinder gespeist wird, der vom Fahrer mit seinem Bremspedal entsprechend betätigt wird. Hierzu wird auf die o. g. EP 1 481 864 B1 verwiesen.

In der DE 33 45 694 C ist eine Bremsanlage beschrieben, bei der mit Hilfe eines Bremsdruckmodulators in den Hinterradbremsen unabhängig von den Vorderradbremsen ein Hydraulikdruck erzeugt werden kann, und zwar mittels separater Pumpe, Speicher und Druckschalter, was relativ aufwändig ist. In der DE 198 25 278 A ist ein ähnlicher Ansatz beschrieben, wobei auf den Aufbau der Bremshydraulik nicht näher eingegangen wird, sondern der Fokus neben der Anordnung eines Sensors zur Erfassung des vom Fahrer vorgegebenen Bremswunsches auch darauf gelegt wird, hinsichtlich welcher Kriterien und Bedingungen der Druck im Bremskreis der Hinterachse eingestellt wird.

Hiermit soll nun eine möglichst einfach gestaltete hydraulische Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden, mit der sich unter Zuhilfenahme möglichst vieler Serienelemente von heute üblichen Bremsanlagen ein rein elektrohydraulisches Bremssystem an der Fahrzeug-Hinterachse bzw. an den Hinterrädern des Fahrzeugs möglichst einfach darstellen lässt (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).

Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine hydraulische Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rückförderpumpe des der Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreises saugseitig an das Bremsfluid-Reservoir und nicht an den Hauptbremszylinder angeschlossen ist, dessen erste Kammer wie üblich den der Vorderach se des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreis versorgt, während an dessen zweite Kammer ein Drucksensor angeschlossen ist, mit Hilfe dessen der vom Fahrer vorgegebene Bremswunsch erkannt wird und anhand von dessen Signalen die Rückförderpumpe und ggf. die Bremsdruckmodulationsventilanordnung des Hinterachs-Bremskreises geeignet angesteuert wird.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine autarke Bremsdruckmodulation in den Hinterradbremsen eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, und zwar unter Verwendung von bereits im Fahrzeug vorhandener Komponenten bzw. mit nur geringfügigen Modifikationen und Ergänzungen und insbesondere ohne Erhöhung der Komplexität des Systems und ohne Verschlechterung der Ausfallsituation. Dies ist mit einer Bremsanlage erzielbar, die gemäß Anspruch 1 gestaltet ist und für die die beigefügte einzige Figur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in üblicher Darstellung zeigt.
So ist mit der Bezugsziffer 1 ein übliches Hydroaggregat einer Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage mit sog. ESP-Funktion gekennzeichnet. Der Block 1a dieses Hydroaggregats ist dabei den beiden Radbremszylindern VL und VR der Fahrzeug-Vorderachse VA zugeordnet und bildet den ersten Bremskreis, während der Block 1b des Hydroaggregats 1 den beiden Radbremszylindern HL und HR der Hinterachse HA zugeordnet ist und den zweiten Bremskreis bildet. Der Buchstabe L kennzeichnet dabei die linke Fahrzeugseite und der Buchstabe R die rechte Fahrzeugseite. Den einzelnen Radbremszylindern VL, VR, HL, HR zugeordnete Einlassventile EV, über welche Bremsfluid gesteuert in die Radbremszylinder gelangen kann, sind dieser (üblichen) Nomenklatur folgend mit EVVL, EVVR, EVHL, EVHR bezeichnet. Gleiches gilt für zugeordnete Auslassventile AV, über die Bremsfluid gesteuert aus den einzelnen Radbremszylindern VL, VR, HL, HR abgeführt werden kann.
Der der Fzg.-Vorderachse VA zugeordnete Block 1a des Hydroaggregats 1 ist wie derzeit üblich aufgebaut, d.h. es sind neben einem Trennventil TV sowie einem Schaltventil SV insbesondere eine Rückförderpumpe RFP vorgesehen sowie weitere übliche Elemente wie Rückschlagventile, Drosseln und ein Hydraulik-Druckspeicher SK. All diese genannten und in der Anordnung vollkommen üblichen Elemente bilden eine Blockierschutzeinrichtung mit einer Bremsdruckmodulationsventilanordnung und können in Zusammenwirken mit einem figürlich nicht dargestellten geeigneten elektronischen Steuergerät eine automatische Bremseinrichtung bilden, die unter Zuhilfenahme der Rückförderpumpe RFP die Fahrzeugbewegung fahrerunabhängig und radindividuell abbremsen und/oder stabilisieren kann.
Mit der Bezugziffer 2 ist die ebenfalls übliche Bremsen-Betätigungseinheit für den Fahrer des Fahrzeugs in ihrer Gesamtheit bezeichnet, bestehend aus einem Bremspedal 2a, mit dem unter Zwischenschaltung eines Bremskraftverstärkers 2b ein zweikreisiger Hauptbremszylinder 2c betätigt wird, der aus einem Bremsfluid-Reservoir 2d gespeist wird. Der erste Kreis bzw. eine erste Kammer 2cVA des Hauptbremszylinders 2c versorgt dabei – wie ersichtlich – über das üblicherweise offene Trennventil TV die Einlassventile EV der Vorderachse VA, während die Rückförderpumpe RFP durch das üblicherweise geschlossene Schaltventil SV saugseitig und über ein Rückschlagventil druckseitig vom Hydraulikkreislauf abgetrennt ist. Bekanntlich werden dann, wenn eine fahrerunabhängige Abbremsung ausgelöst insbesondere durch ein Fahrdynamikregelsystem (ESP) erfolgen soll – dieser Zustand wird als „unüblich" bezeichnet – das Trennventil TV geschlossen und das Schaltventil SV geöffnet, so dass dann die Rückförderpumpe Hydraulikmedium aus dem Hauptbremszylinder 2c bzw. dessen Kammer 2cVA ansaugen und zu den Einlassventilen EVVL, EVVR, von denen dann zumindest eines offen ist, fördern kann.
Der der Fzg.-Hinterachse HA zugeordnete Block 1b des Hydroaggregats 1 ist erfindungsgemäß gegenüber dem Block 1a sowie gegenüber dem üblichen Stand der Technik, nach welchem der Block 1b im wesentlichen identisch zum Block 1a wäre, geringfügig abgewandelt aufgebaut. Insbesondere ist die Rückförderpumpe RFP* saugseitig an das Bremsfluid-Reservoir 2d angeschlossen, so dass diese stets mit Bremsfluid versorgt wird. Ein Schaltventil analog dem Block 1a ist hier nicht vorhanden, jedoch ein dem Trennventil TV (aus dem Block 1a) im Aufbau sehr ähnliches Ventil TV*, das als Druckregelventil fungiert. Zumeist werden nämlich bei den heute üblichen Hydroaggregaten mit zwei Blöcken analog dem hier gezeigten Block 1a für das sog. Trennventil TV regelbare Druckbegrenzungsventile eingesetzt, so wie dies hier auch figürlich dargestellt ist. Im Block 1b gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieses regelbare Druckbegrenzungsventil TV* (hierfür kann auch ein Druckregelventil generell vorgesehen sein oder es wird hierfür auch der Begriff Druckregelventil TV* verwendet) nun funktionsgerecht zwischen einer von der Rückförderpumpe RFP* druckseitig weg und zu den Einlassventilen EVHL, EVHR hin führenden sog. Vorförderleitung 3a und einer von den Auslassventilen AVHL und AVHR zum Bremsfluid-Reservoir 2d führenden Rückförderleitung 3b vorgesehen. Ein geeignet in dieser Rückförderleitung 3b vorgesehenes Rückschlagventil verhindert, dass Bremsfluid unter Druck über das zumindest teilweise geöffnete Druckregelventil TV* zu den Auslassventilen AVHL, AVHR gelangen kann. Mit diesem Druckregelventil TV* bzw. regelbaren Druckbegrenzungsventil TV* ist somit ein gewünschter Bremsfluid-Druck vor den Einlassventilen EVHL und EVHR der Hinterachs-Bremszylinder einstellbar.
Nochmals kurz auf die beiden Rückförderpumpen RFP und RFP* eingehend sind diese hier wie auch im üblichen Stand der Technik hydraulisch voneinander getrennt, werden aber von einem gemeinsamen Elektromotor M angetrieben. Im Falle von ABS-Regelvorgängen wird dabei im Block 1a diese Rückförderpumpe RFP wie üblich genutzt, um das aus den Radbremsen über die dann offenen Ventile AVVL, AVVR entnommene Hydraulikvolumen in den Hauptbremszylinder 2c zurückzufördern.
Anders als im Block 1a, in welchem bei üblichen durch den Fahrer ausgelösten Bremsvorgängen das Bremsfluid aus dem Hauptbremszylinder 2cVA zu den Einlassventilen EV der Vorderachse VA gelangt, wird nun im Block 1b das Bremsfluid stets, d.h. insbesondere auch im bei Umsetzung eines Fahrer-Bremswunsches von der Rückförderpumpe RFP* aus dem Bremsfluid-Reservoir 2d zu den üblicherweise offenen Einlassventilen EV der Hinterachse HA gefördert. Dies erfolgt durch das Druckregelventil TV* geregelt insbesondere in Abhängigkeit vom Bremsdruck im Vorderachs-Bremskreis. Dieser bei üblichen Bremsvorgängen vom Fahrer mit seinem Bremspedal 2a vorgegebene Bremsdruck wird dabei am zweiten Kreis bzw. an der zweiten Kammer 2cHA des zweikreisigen bzw. zwei Kammern aufweisenden Hauptbremszylinders 2c abgegriffen, wobei in üblichen Bremsanlagen aus dieser zweiten Kammer 2cHA der Hinterachs-Bremskreis versorgt wird. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nun erfindungsgemäß an diese zweite Kammer 2cHA bzw. an diesen zweiten Kreis 2cHA des Hauptbremszylinders 2c ein Drucksensor 4 angeschlossen. Dessen Signale werden in einer nicht gezeigten elektronischen Steuereinheit für die geeignete Ansteuerung insbesondere des Druckregeventils TV* verwendet. Daneben ist selbstverständlich mit jedem Bremsvorgang der die Rückförderpumpen bzw. die Rückförderpumpe RFP* antreibende Pumpenmotor in Betrieb zu nehmen.
Der Druck, der mittels des Drucksensors 4 gemessen wird, entspricht bis auf vernachlässigbare Unterschiede dem Bremsfluid-Druck im der Vorderachse VA zugeordneten Bremskreis bzw. im Block 1a. An den Hinterrädern des Fahrzeugs bzw. an der Hinterachse HA und somit im Block 1b wird nun durch Ansteuern der Rückförderpumpe RFP* ebenfalls Druck erzeugt, der in Abhängigkeit vom Druck an den Vorderrädern bzw. im Block 1a geregelt wird. Damit ist eine ideale Bremskraftverteilung zwischen der Vorderachse VA und der Hinterachse HA des Fahrzeugs über dem gesamten Verzögerungsbereich desselben möglich. Um diese Druckregelung im Hinterachs- Bremskreis bzw. im Block 1b mit ausrechender Genauigkeit durchführen zu können, wird dieser Druck selbst ebenfalls gemessen, und zwar mittels eines an geeigneter Stelle, hier stromab des Einlassventils EVHL vorgesehenen Drucksensors 5.
Im Rahmen der Einstellung eines an den Hinterrädern bzw. an der Hinterachse gewünschten Bremsdrucks können weitere Parameter und Randbedingungen berücksichtigt werden, wie bspw. die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder dessen aktuelle Querbeschleunigung. Ferner können in den hinteren Radbremsen links (EVHL) und rechts (EVHR) unterschiedliche Drücke erzeugt werden, und zwar durch geeignetes Ansteuern der jeweiligen Einlassventile EV und Auslassventile AV. Beim Bremsen in einer Kurve oder auf mü-split (μ-split) sind auf diese Weise stabilisierende Effekte und die Fahrdynamik unterstützende Effekte ohne Einfluss auf das für den Fahrer am Bremspedal 2a spürbare Pedalgefühl erzielbar. Die erforderlichen Sensoren zur geeigneten Ansteuerung durch eine elektronische Steuereinheit sind durch das DSC-System (= ESP-System) bereits vorhanden.
Vorteilhafterweise kann mit einer hier vorgeschlagenen hydraulischen Zweikreis-Bremsanlage auch in Verbindung mit einer dem Fachmann bekannten Bremsenergie-Rückgewinnung oder einer Schleppmomentregelung des Fahrzeug-Antriebaggregats zusammen mit allen an einer Verzögerung des Fahrzeugs beteiligten Komponenten eine regelbare Summenbremswirkung erzeugen werden. Mit einer Betätigung des Bremspedals 2a erwartet der Fahrer nämlich eine verlässliche, reproduzierbare Bremswirkung. Das Fzg.-Antriebsaggregat und insbesondere eine mit diesem in Antriebsverbindung stehende und für die Bremsenergie-Rückgewinnung als Generator arbeitende Elektromaschine liefert jedoch eine stark geschwindigkeitsabhängige Bremskraft. Diese sollte mit Hilfe einer bilanzierfähigen Radbremsanlage zur gewohnten Bremsleistung ergänzt werden, ohne dass der Fahrer z. B. durch ein pulsierendes Bremspedal irritiert wird. Dies ist mit einer vorgeschlagenen Bremsanlage aufgrund der individuell ansteuerbaren Hinterachs-Bremsen in Verbindung mit einer geeigneten Ansteuerung des Druckregeventils TV* einfach möglich.
Auch Fahrerassistenzsysteme wie aktive Geschwindigkeitsregelungen insbesondere in Abhängigkeit von vorausfahrenden Fahrzeugen benötigen in bestimmten Situationen eine stärkere Verzögerung als mit dem Fzg.-Antriebsaggregat und ggf. einem Elektro-Generator alleine erzielbar ist. Das vorgestellte Bremsenkonzept kann auch diese Aufgabe bis zu einer Verzögerung von ca. 2 m/s² übernehmen, ohne dass der Fahrer durch ein verändertes Pedalgefühl irritiert wird. Ein Druckabbau in den hinteren Radbremsen erfolgt über die Auslassventile AVHL, AVHR. Bei einer ABS-Regelung kann der Vordruck wie üblich über das regelbare Druckbegrenzungsventil TV* eingestellt werden, die Regelung des Raddrucks erfolgt wie gewohnt mit den Einlassventilen EVHL, EVHR und den Auslassventilen AVHL, AVHR.
Ein Ausfall des vorderen Bremskreises, d.h. im Block 1a, kann über den Drucksensor 4 in der zweiten Kammer 2cHA des Hautbremszylinders erkannt werden. Dann ergibt sich zwar ein verlängerter Pedalweg aus der Überbrückung des vorderen Bremskreises, die Bremswirkung an der Hinterachse HA steht jedoch ohne weitere Wegzunahme zur Verfügung und kann vom Fahrer situationsgerecht angepasst werden. Zusätzlich kann dann die Zuordnung zwischen dem vom Fahrer vorgegebenen Bremswunsch und der umgesetzten Fahrzeug-Verzögerung dahingehend geändert werden, dass dann mit der Hinterachs-Bremsanlage alleine eine höhere Verzögerung erzielt wird, als diese bei einer Festabstimmung im Zusammenwirken mit der funktionstüchtigen Vorderachs-Bremsanlage bewirkt. Die Gefahr einer überbremsten Hinterachse besteht in diesem Fall selbstverständlich nicht. Eine deutliche Verbesserung der Ausfallsituation ergibt sich dabei generell mit Einsatz eines Pedalkraftsensors. Die Erfassung des Fahrerwunsches kann dann unmittelbar und nicht durch den Bremskraftverstärker verfälscht erfolgen. Für bestimmte Regelvorgänge ergibt sich ein Vorteil aus der zeitlich früheren Verfügbarkeit der Fahreraktivität.
Bei Ausfall der hinteren Radbremsen (z. B. bei Ausfall der Elektrik) steht die Vorderradbremse ohne Verschlechterung der Charakteristik zur Verfügung. In beiden Fällen kann der Fahrer geeignet gewarnt werden. Bei Ausfall der Bremskraftverstärkung ist die Situation ähnlich wie heute. An der Zuordnung der Raddrücke zueinander und zur Pedalkraft ändert sich nichts.
Eine vorgeschlagene Bremsanlage besticht insbesondere durch ihre geringen Kosten, da keine Neuentwicklung von Bauteilen erforderlich ist, sondern bekannte und bewährte Komponenten zum Einsatz kommen, die insbesondere in modernen PKW's bereits vorhanden sind. Vorteilhafterweise ist für den Hinterachs-Bremskreis kein Speicher und keine eigenständige Ladevorrichtung erforderlich, so dass auch keine Gewichtserhöhung oder Komplexitätssteigerung durch zusätzliche Steuergeräte oder Vernetzungen benötigt wird. Vorteilhafterweise wird eine sog. Momentenbilanzierung bspw. für ein System zur Bremsenergierückgewinnung ermöglicht. Ohne Einfluss auf das für den Fahrer spürbare Pedalgefühl ist eine sichere Ansteuerung durch ein Fahrerassistenzsystem und durch Fahrzustands-Stabilisierungssysteme möglich. Insbesondere kann eine der Situation entsprechende optimale Bremskraftverteilung eingestellt werden, bspw. auch bremsentemperaturabhängig. Es ist möglich, einen kürzeren Pedalweg zu erzielen, wobei auch ein größeres Luftspiel an den Bremsen möglich ist. Schließlich erhält man hiermit eine redundante Bremskraftverstärkung, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage mit einem zweikreisigen Hauptbremszylinder (2c) mit Bremsfluid-Reservoir (2d), mit einer Blockierschutzeinrichtung, die Bremsdruckmodulationsventilanordnungen und je Bremskreis eine Rückförderpumpe (RFP, RFP*) besitzt, und mit einer automatischen Bremseinrichtung, die im Zusammenwirken mit der Blockierschutzeinrichtung und deren Rückförderpumpe die Fahrzeugbewegung fahrerunabhängig und radindividuell abbremsen und/oder stabilisieren kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückförderpumpe (RFP*) des der Hinterachse (HA) des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreises saugseitig an das Bremsfluid-Reservoir (2d) und nicht an den Hauptbremszylinder (2c) angeschlossen ist, dessen erste Kammer (2cVA) wie üblich den der Vorderachse (VA) des Fahrzeugs zugeordneten Bremskreis versorgt, während an dessen zweite Kammer (2cHA) ein Drucksensor (4) angeschlossen ist, mit Hilfe dessen der vom Fahrer vorgegebene Bremswunsch erkannt wird und anhand von dessen Signalen die Rückförderpumpe (RFP*) und ggf. die Bremsdruckmodulationsventilanordnung des Hinterachs-Bremskreises geeignet angesteuert wird.
Hydraulische Zweikreis-Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 1, wobei der an den Hinterrädern des Fahrzeugs angelegte Bremsfluid-Druck in Abhängigkeit vom Bremsfluid-Druck an den Vorderrädern des Fahrzeugs sowie zumindest eines weiteren Parameters, abgeleitet von einem Fahrerassistenzsystem oder einem Fahrdynamik-Regelsystem, geregelt wird.