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Bereich der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 ein Bremsaggregat für
ein hydraulisches, ein- oder mehrkreisiges Bremssystem eines Landfahrzeuges.
Es dient zur Steuerung der Bremsanlage von Fahrzeugen, die ausschließlich, oder
zusätzlich
zu einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Maschine im
Antriebsstrang ausgestattet sind. Außerdem betrifft die Erfindung
ein hydraulisches Bremssystem für
derartige Kraftfahrzeuge.
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Hintergrund der Erfindung
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In
der Vergangenheit wurde die in Kraftfahrzeugen benötigte elektrische
Energie praktisch vollständig
aus Kraftstoff (Benzin oder Diesel) erzeugt. Allerdings gibt es
zum Beispiel bei elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen das Konzept,
die beim Bremsen freiwerdende kinetische Energie – anstatt sie
in Reibungswärme
umzusetzen – wieder
in elektrische (potentielle) Energie zurückzuwandeln. Durch entsprechende
Regeleinrichtungen soll nun auch in Kraftfahrzeugen bei Bremsphasen
zumindest ein Teil der Bremsenergie wieder zur Aufladung der Fahrzeugbatterie
(genauer gesagt des Akkumulators) verwendet werden.
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Aus
der
EP 0 595 961 A1 ist
eine Bremsanlage für
ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb bekannt, welches ein herkömmliches,
mit hydraulisch betätigten
Reibungsbremsen versehenes Bremssystems und ein elektro-regeneratives
Bremssystem umfasst. Das elektro-regenerative Bremssystem nutzt
dabei die elektrische(n) Antriebsmaschine(n) des Kraftfahrzeugs
zur Abbremsung und zur Energierückgewinnung
während
eines Bremsvorgangs aus. Der Bremskraftanteil der hydraulischen
Reibungsbremse wird in dieser bekannten Anordnung während eines
Bremsvorgangs dem Verhalten der regenerativen Bremse im Hinblick
auf eine optimale Energierückgewinnung
angepasst. Dazu wird aus dem Betätigungsgrad
des Bremspedals die einzustellende Bremskraft an den Antriebsrädern bestimmt,
während
die nicht angetriebenen Räder
in herkömmlicher
Weise direkt abhängig
von der Pedalbetätigung über die
Hydraulik gebremst werden. Für die
Antriebsräder
wird aus Betriebsgrößen der
im aktuellen Betriebszustand maximal nutzbare Bremskraftanteil der
regenerativen Bremse ermittelt und die vorgegebene Bremskraft durch
entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors eingestellt. Überschreitet
die geforderte Bremskraft den maximal nutzbaren Bremskraftanteil,
so wird der übersteigende
Bremskraftanteil durch die Reibungsbremse eingestellt.
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Für die Antriebsräder ist
eine Entkopplung der Hydraulik von der Pedalbetätigung vorgesehen, während für die nicht
angetriebenen Räder
die herkömmlich
direkte hydraulische Steuerung besteht. Dies stellt eine sehr aufwendige
Bremsanlage dar.
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Der Erfindung zugrunde liegendes Problem
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Der
Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, Maßnahmen zur Gestaltung und
funktionellen Ausgestaltung der Bremsanlage eines mit einer elektrischen
Maschine im oder am Antriebsstrang versehenen Fahrzeugs anzugeben,
bei der eine variable Abstimmung zwischen der regenerativen Abbremsung über die
elektrische Maschine und der Reibungsbremse erreicht wird, um einen
hohen Rekuperationsgrad der Energie bei für den Fahrer möglichst unverändertem
Bremsverhalten zu erzielen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Als
Lösung
dieses Problems lehrt die Erfindung ein Bremsaggregat für ein hydraulisches Bremssystem
eines Landfahrzeuges mit elektrischem Antrieb, um eine regenerative
Abbremsung über
wenigstens eine elektrische Maschine im oder am Antriebsstrang des
Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über
wenigstens einer Reibungsbremse auszuführen. Ein Bremspedal und wenigstens
ein Sensor sind zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers vorgesehen.
Das Bremssystem hat einen Hauptbremszylinder zum Einspeisen von
unter Druck stehendem Hydraulikfluid in wenigstens einen Bremskreis
entsprechend dem Bremswunsch. Jeder Bremskreis hat wenigstens einen
Hydraulikfluid-Druckspeicher, wenigstens eine elektrisch gesteuerte
Pumpe zum Fördern
und unter Druck Setzen von Hydraulikfluid, und mehrere elektrisch
gesteuerte Schaltventile, sowie ein elektronisches Steuergerät, das die
Komponenten der Bremskreise in Abhängigkeit von einen Bremswunsch
und/oder Umgebungs- oder aus dem Bremssystem kommenden Kenngrößen wiedergebenden
Sensorsignalen steuert. Zwischen dem Hauptbremszylinder und dem
Hydraulikfluid-Druckspeicher ist eine Trennkammer angeordnet, mit
der das dem Bremswunsch entsprechende Volumen an Hydraulikfluid
bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Reibungsbremsen eingespeist
wird, sondern in den Hydraulikfluid-Druckspeicher fließen kann.
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Durch
den Hydraulikfluid-Druckspeicher wird es zeitlich und örtlich unmittelbar
der Ansaugseite der Pumpe zur Verfügung gestellt, so dass ein – auch schleichender – Wechsel
von einem Regenerativbremsvorgang zu einem hydraulischen Reibungsbremsvorgang
sehr schnell ausgeführt
werden kann.
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Sobald
der Bremswunsch abnimmt, erfolgt der Druckabbau in der Trennkammer über die
weiterhin geöffneten
Schaltventile oder über
die Rückschlagventile.
Falls während
eines Regenerativbremsvorgangs der Bremswunsch das durch die elektrischen
Maschinen des Fahrzeuges aufnehmbare Bremsmoment übersteigt – zum Beispiel
bei einer Panikbremsung – werden
die Sperrventile geöffnet, so
dass die Reibungsbremsen an den Rädern des Fahrzeuges mit Druck
beaufschlagt werden. Um hier einen möglichst glatten Übergang
von dem Regenerativbremsvorgang zu dem Reibungsbremsvorgang zu gestalten,
sollten die Sperrventile entweder stufenlos einstellbare Proportionalventile
sein oder mittels sehr schnellen Schaltfrequenzen quasi analog schaltbar
sein.
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Die
durch die erfindungsgemäße Anordnung regenerierte
Energie wird nicht dazu benutzt, den/die Akkumulator/en des Kraftfahrzeuges
bedingungslos voll zu laden. Vielmehr wird ein Ladezustand der Akkumulatoren
für einen
Standverbrauch und die Startfähigkeit
des Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit
von relevanten Umweltbedingungen ermittelt und eingeregelt. Ein
darüber
hinaus gehendes Laden der Akkumulatoren erfolgt nur noch in energetisch
günstigen Fahrphasen
(= Rekuperationsphasen), wenn dafür kein Kraftstoff verbraucht
wird. Sofern die Akkumulatoren in diesen Rekuperationsphasen über die
Startfähigkeits/Standverbrauchs-Ladung
hinaus geladen worden, steht elektrische Energie zur Verfügung, die direkt
ins Bordnetz gespeist werden kann, ohne vom (kraftstoffgetriebenen)
Generator aufgebracht werden zu müssen. Diese Überschusskapazität kann dazu
genutzt werden, dem sonst mittels Kraftstoff zu betreibenden Generator
weniger oder keine Energie zu entnehmen, was zu geringerem Kraftstoffverbrauch
führt.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung wird bei
Einsatz einer nur geringfügig
veränderten
herkömmlichen
Bremsanlage mit Reibungsbremsen das Potential der regenerativen
Bremsung bei Elektro-Landfahrzeugen, bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb,
oder bei Kraftfahrzeugen mit einem ausreichend dimensionierten Startergenerator
im oder am Antriebsstrang optimal ausgenützt.
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Die
elektrischen Maschinen gewinnen beim Abbremsen möglichst viel Energie zurück. Über die regenerative
Abbremsung hinausgehende Bremsanforderungen werden durch die Reibungsbremse
abgedeckt.
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Bei
ausgeschalteter elektrischer Anlage des Fahrzeugs wirkt die Reibungsbremse
auf alle Fahrzeugräder
ein. Dadurch wird die Betriebssicherheit des Fahrzeugs gewährleistet.
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Die
Trennkammer kann mit einer Feder vorgespannt sein, um gegen aus
dem Hauptbremszylinder kommendes Hydraulikfluid eine nachgiebige
Gegenkraft auszuüben.
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Die
Trennkammer kann mit einem Schaltventil in Reihe geschaltet angeordnet
sein, das eine elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung und
eine federbetätigte
Sperrstellung hat.
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Die
Trennkammer kann entweder direkt mit dem Hauptbremszylinder verbunden
sein und das Schaltventil von dem Hauptbremszylinder aus gesehen
der Trennkammer nachgeordnet sein, oder das Schaltventil kann direkt
mit dem Hauptbremszylinder verbunden sein und die Trennkammer kann
von dem Hauptbremszylinder aus gesehen, dem Schaltventil nachgeordnet
sein.
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Eine
vom Hauptbremszylinder ausgehende Bremsleitung kann in zwei Leitungen
zu den Reibungsbremsen an den Rädern
verzweigen, in denen Einlassventile angeordnet sind, die eine federbetätigte Durchlassstellung
und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung aufweisen.
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Zwischen
den Einlassventilen und den Reibungsbremsen kann von der jeweiligen
Bremsleitung je eine Rückführleitung
ausgehen, in denen jeweils ein Auslassventil mit einer federbetätigten Sperrstellung
und eine elektromagnetisch einstellbaren Durchlassstellung angeordnet
ist.
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Die
Rückführleitungen
können
zu in einer Rückführleitung
zusammengeführt
sein, an der der Hydraulikfluid-Druckspeicher angeschlossen ist.
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Die
elektrisch gesteuerte Pumpe kann an ihrer Ansaugseite mit der Rückführleitung
verbunden sein und an ihrer Ausgangsseite durch eine Förderleitung
mit der Bremsleitung zwischen dem Hauptbremszylinder und dem Einlassventil
verbunden sein.
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In
der Leitung zwischen der Speicherkammer und der Pumpe kann ein Rückschlagventil
angeordnet sein, das bei einem fahrerbetätigten Bremseingriff und bei
geöffnetem
Schaltventil ein Abfließen
von Hydraulikfluid in den Druckspeicher verhindert.
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Zu
der Ansaugseite der Pumpe kann eine Ansaugleitung führen, in
welcher sich ein Ansaugsteuerventil mit einer federbetätigten Sperrstellung und
einer elektromagnetisch einstellbaren Durchlassstellung befinden
kann, das über
eine Leitung mit der Bremsleitung verbunden sein kann.
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In
der Bremsleitung kann sich ein Absperrschaltventil befinden, welches
durch ein Rückschlagventil überbrückt ist,
wobei das Absperrschaltventil eine federbetätigte Durchlassstellung und
eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung aufweist und das
Rückschlagventil
bei einem von einer bremswunschunabhängigen Bremssituation von den
Reibungsbremsen kommendes Hydraulikfluid auch bei einer elektromagnetisch
eingestellten Sperrstellung des Absperrschaltventils zum Hauptbremszylinder strömen lässt.
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In
der Bremsleitung kann sich zwischen dem Absperrschaltventil und
dem Hauptbremszylinder ein Simulationsschaltventil befinden, welches
durch ein Rückschlagventil überbrückt ist,
wobei das Simulationsschaltventil eine federbetätigte Durchlassstellung und
eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung hat und bei einem
Regenerativbremsvorgang in seine Sperrstellung eingestellt ist.
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Das
Druckbegrenzungsventil kann dabei so orientiert sein, dass es bei
einem Regenerativbremsvorgang kein Hydraulikfluid durchlässt, aber
bei gesperrtem Absperrschaltventil, Hydraulikfluid aus dem Bremskreis
zum Hauptbremszylinder und dessen Hydraulikreservoir hin abströmen lässt.
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Im
Normalbetrieb können
sich die Ventile in ihrer nicht angesteuerten Grundstellung befinden,
so dass die Einlassventile geöffnet
sind und die Auslassventile geschlossen sind.
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Im
ABS-Fall können
die entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet oder geschlossen und
die Pumpe angesteuert werden, um Druck in der oder den betroffenen
Radbremsen auf- oder abzubauen, oder zu halten.
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Weitere
Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden
für einen
Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der
auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen ist.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Hydraulikbremssystems in einer
hydraulischen Bremsanlage mit ABS/ASR-Funktion.
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Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter
Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Hydraulikbremssystems mit X-Bremskraftaufteilung,
in einer hydraulischen Bremsanlage mit ABS/ASR-Funktion bei dem
die vorliegende Erfindung realisiert ist. Ein von einem Fahrer zu
betätigendes
Bremspedal 10 betätigt
ein Eingangsglied eines pneumatischen Bremskraftverstärkers 12,
dessen Ausgangsglied auf eine Druckstange eines Hauptbremszylinders 14 wirkt.
Der Hauptbremszylinder 14 hat eine erste 16 und
eine zweite Zylinderkammer 18, die beide mit einem Hydraulikreservoir 20 kommunizieren.
Die beiden Zylinderkammern 16, 18 sind durch einen
Zwischenkolben 22 voneinander getrennt und speisen beide
jeweils einen Bremskreis I, II über
ein Elektro/Hydraulikaggregat 50. Am Bremspedal 10 ist
zur Durchführung
der regenerativen Abbremsung wenigstens eine Messeinrichtung 10a vorgesehen,
die ein Maß für den Betätigungsweg
x und/oder die Betätigungskraft
des Bremspedals durch den Fahrer (= Bremswunsch) abgibt. Nachstehend
ist nur der eine – in 1 linke – Bremskreis
I beschrieben, während
der andere Bremskreis II wegen seiner mit dem Bremskreis I identischen
Funktionalität
und Struktur unerörtert
bleiben kann.
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Eine
vom Hauptbremszylinder 14 ausgehende Bremsleitung 112 verzweigt
sich in zwei zu den Radbremsen 104 und 106 führende Bremsleitungen 114 und 116.
In den Bremsleitungen 114 und 116 sind Einlassventile 118 bzw. 120 vorgesehen,
welche eine federbetätigte
Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung
aufweisen. Zwischen den Einlassventilen und den Radbremsen geht
von der jeweiligen Bremsleitung je eine Rückführleitung 122 bzw. 124 aus.
In diesen Rückführleitungen
ist je ein Auslassventil 126 und 128 angeordnet.
Die Auslassventile haben eine federbetätigte Sperrstellung und eine
elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung. Die Rückführleitungen 122 und 124 werden
in einer Rückführleitung 130 vereinigt,
an welcher eine Niederdruck-Speicherkammer 132 angeschlossen
ist. Außerdem
weist der Bremskreis eine durch einen elektrischen Motor 134 angetriebene,
hochdruckerzeugende Pumpe 136 auf. Diese ist an ihrer Ansaugseite 136a mit
der Rückführleitung 130 verbunden.
Ausgangsseitig ist die Pumpe 136 durch eine Förderleitung 148 mit
der Bremsleitung 114 zwischen dem Hauptbremszylinder 14 und
Einlassventil 118 verbunden.
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Ferner
ist in der Leitung zwischen Speicherkammer 132 und der
Pumpe 136 ein Rückschlagventil 174 angeordnet,
welches bei geöffnetem
Auslassventil (126 oder 128) das Entstehen von
Unterdruck in den Radbremszylindern verhindert. Saugseitig führt zu der
Pumpe 136 neben der Rückführleitung 130 eine
Ansaugleitung 176, in welcher sich ein Ansaugsteuerventil 178 mit
einer federbetätigten
Sperrstellung und einer elektromagnetisch einstellbaren Durchlassstellung
befindet. Dieses Ansaugsteuerventil 178 ist über eine
Leitung 180 mit der Bremsleitung 112 verbunden.
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Zwischen
der Rückführleitung 130 und
der vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 112 sind
ein als Simulator wirkender Trennzylinder 150 und ein Schaltventil 152 in
Reihe geschaltet angeordnet. Das Schaltventil 152 hat eine
elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung und eine federbetätigte Sperrstellung.
Hier sind zwei alternative Ausführungsformen
möglich:
Entweder ist der Trennzylinder 150 direkt mit dem Hauptbremszylinder 14 verbunden
und das Schaltventil 152 ist direkt mit der Rückführleitung 130 verbunden
(das ist die in der Fig. veranschaulichte Variante), oder der Trennzylinder 150 ist
direkt mit der Rückführleitung 130 verbunden und
das Schaltventil 152 ist direkt mit dem Hauptbremszylinder 14 verbunden.
Mit anderen Worten ist zwischen dem Hauptbremszylinder 14 und
der Speicherkammer 132 eine freigeb- oder sperrbare Trennkammer
vorgesehen, mit der das dem Bremswunsch entsprechende Volumen an
Hydraulikfluid bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Bremsen
eingespeist wird, sondern in die Speicherkammer 132 fließen kann.
Von dort kann es im Rahmen eines hydraulischen Reibungsbremsvorganges
praktisch ohne zeitliche Verzögerung
unmittelbar abgerufen werden, sollte der Regenerativbremsvorgang
nicht ausreichen, um das erforderliche Bremsmoment „auf die
Straße” zu bringen.
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Dabei
hat der Trennzylinder 150 einen Trennkolben 150a,
der mit einer Federanordnung 150b belastet ist, um – im Fall
der Regenerativbremsung – gegen
aus dem Hauptbremszylinder 14 kommendes Hydraulikfluid
eine nachgiebige Gegenkraft auszuüben. Dabei kann die Federanordnung 150b durch
mehrere, mit unterschiedlichen Federeigenschaften (Federkonstanten)
ausgestattete Federn gebildet sein, um dem Fahrer in – weiter
unten im Detail erläuterten – regenerativen
Bremsphasen ein möglichst
realitätsnahes „Bremsgefühl” zu vermitteln. Dieses
Bremsgefühl
kann durch zusätzliche – nicht weiter
veranschaulichte – Blenden
mit entsprechendem Durchlassquerschnitt im Hydraulikpfad zwischen
dem Hauptbremszylinder 14 und der Rückführleitung 130 fein
abgestimmt werden.
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In
der Bremsleitung 116 befindet sich ein Absperrschaltventil 170,
welches durch ein Druckbegrenzungsventil 172 überbrückt ist.
Das Absperrschaltventil 170 weist eine federbetätigte Durchlassstellung
und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung auf. Das Druckbegrenzungsventil 172 lässt bei
einem von einer bremswunschunabhängigen
Bremssituation, zum Beispiel in einem Schlupfregelfall von den Radbremsenkommendes
Hydraulikfluid auch bei einer elektromagnetisch eingeschalteten
Sperrstellung des Absperrschaltventils 170 zum Hauptbremszylinder 14 strömen.
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In
der Bremsleitung 116 befindet sich zwischen dem Absperrschaltventil 170 und
dem Hauptbremszylinder 14 ein Simulationsschaltventil 190, welches
durch ein Druckbegrenzungsventil 192 überbrückt ist. Das Simulationsschaltventil 190 hat
eine federbetätigte
Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung.
Im Simulationsbetrieb, also während
einer regenerativen Bremsung, ist das Simulationsschaltventil 170 in
seine Sperrstellung geschaltet. Das zugehörige Druckbegrenzungsventil 192 ist
so orientiert, dass es in diesem Fall kein Hydraulikfluid durchlässt, aber
während
einer regenerativen Bremsung, also bei gesperrtem Absperrschaltventil 170,
zum Beispiel in einem plötzlich
auftretenden Schlupfregelungsfall Hydraulikfluid aus dem Bremskreis
zum Hauptbremszylinder 14 und dessen Hydraulikreservoir 20 hin
abströmen
läßt.
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Im
Normalbetrieb sind die Ventile in ihrer nicht angesteuerten Grundstellung.
Dies bedeutet, dass die Einlassventile 118 und 120 geöffnet, die Auslassventile 126 und 128 geschlossen
sind. Dadurch werden die entsprechenden Radbremsen mit dem vom Fahrer
durch Betätigen
des Pedals eingesteuerten Druck beaufschlagt. Im ABS-Fall werden die
entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet oder geschlossen und
die Pumpe angesteuert, um Druck in der oder den betroffenen Radbremsen
auf- oder abzubauen, oder zu halten.
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Weisen
die Antriebsräder
des Fahrzeugs einen zu hohen Antriebsschlupf auf, liegt also ein
Fall für
die Schlupfregelung vor, wird das entsprechende Umschaltventil in
seine Sperrstellung und das Ansaugventil in seine Durchlassstellung
geschaltet. Durch Aktivieren der Pumpe wird ohne Pedalbetätigung Hydraulikfluid
aus dem Hydraulikreservoir angesaugt und über das geöffnete Einlassventil in den oder
die betroffenen Radbremszylinder eingesteuert. Dadurch kann unabhängig von
der Bremspedalbetätigung
Druck in den Radbremsen aufgebaut werden. Der Druckabbau erfolgt
durch Öffnen
der Auslassventile, Schließen
der Ansaugventile und Öffnen
der Umschaltventile.
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Als
weitere, optionale Verbesserung des vorstehend beschriebenen Bremssystems
kann der Trennzylinder 150 durch ein Rückschlagventil 155 überbrückt sein,
das aus der vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 112 kommendes Hydraulikfluid
sperrt. Außerdem
kann eine Leitung 157 von der mit der Niederdruck-Speicherkammer 132 verbundenen
Seite des Trennzylinders 150 zu der Leitung zwischen dem
Simulationsschaltventil 190 und dem Absperrschaltventil 170 führen. Der
Effekt dieser Maßnahmen
ist, dass zum Beispiel in dem Trennzylinder 150 auftretendes
Ausgasen des Hydraulikfluids nicht dazuführen kann, dass sich darin Gasblasen
fangen und den Bremspedalweg erheblich negativ beeinträchtigen.
Vielmehr ist es durch diese Ergänzung
auf sichere Weise möglich,
ein Durchströmen
des Trennzylinders 150 zu bewirken. Dabei kann das Durchströmen von
Hydraulikfluid durch den Trennzylinder 150 auch bei einem Übergang
von regenerativem Bremsen zu hydraulisch betätigtem Reibungsbremsen durch
die Leitung 157 von der mit der Niederdruck-Speicherkammer 132 verbundenen
Seite des Trennzylinders 150 zu der Leitung zwischen dem
Simulationsschaltventil 190 und dem Absperrschaltventil 170 erfolgen.
Während des
normalen Bremsbetriebes erlaubt das Rückschlagventil 155 ebenfalls
ein Strömen
von Hydraulikfluid zurück
in das Reservoir 20 des Hauptbremszylinders 14.
Ein weiterer Vorteil dieser möglichen
Ergänzung
besteht darin, dass der Bremsdruck in den Radbremsen schneller abgebaut
werden kann.
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Neben
der vorstehend erläuterten
und in den Fig. dargestellten, hydraulisch betätigten Reibungsbremsen ist
im Rahmen des Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs eine regenerative Abbremsung über eine
oder mehrere für
den Antrieb des Kraftfahrzeuges verwendete elektrische Maschinen
möglich.
Dabei wird/werden die als Generator geschaltete(n) elektrische(n) Maschine(n)
zur Ladung des/der Akkumulators/en angesteuert. Zur Steuerung des/der
elektrische(n) Maschine(n) ist dabei in der Regel eine eigene Steuereinheit
vorgesehen. Diese steht mit der die hydraulische Bremsanlage steuernden
Steuereinheit in Datenkommunikationsverbindung.
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Diese
Steuereinheit für
die hydraulische Bremsanlage empfängt ein Maß für die Bremspedalbetätigung,
Größen für die Radgeschwindigkeiten der
Fahrzeugräder
und den Druck in den einzelnen Fahrzeugbremsen sowie den Druck am
Ausgang des Hauptbremszylinders. Ferner dient ein beispielsweise
serieller Bus als Verbindung zur Motorsteuereinheit dazu, eine das
von der regenerativen Bremse eingestellte Bremsmoment repräsentierende
Größe zu empfangen
und eine das einzustellende Bremsmoment repräsentierende Größe abzugeben.
Ferner sind Ausgangssteuerleitungen zur Steuerung der diversen Ventile
sowie der Pumpe vorgesehen.
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Ziel
der erfindungsgemäßen Lösung ist,
bei Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen möglichst viel der Energie zurück zu gewinnen,
die beim Abbremsen freigesetzt wird. Da die regenerative Abbremsung über die
Antriebsmaschine des Fahrzeugs nicht ausreichend ist, um alle Bremsanforderungen
des Fahrzeugs abzudecken, ist das Fahrzeug zusätzlich mit einer Reibungsbremse
ausgerüstet.
Die regenerative Abbremsung und die Reibungsbremse sind so aufeinander
abzustimmen, dass möglichst
viel Energie zurück
gewonnen werden kann während
gleichzeitig die sonstigen Funktionen einer Bremsanlage (ABS, VSC,
TC, ESP, etc.) ebenfalls zur Verfügung stehen.
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In
der die hydraulische Bremsanlage steuernden Steuereinheit werden
die Abbremsungen aus Reibungsbremse und regenerativer Bremse koordiniert.
Dazu wird der Steuereinheit wenigstens ein, die Bremspedalbetätigung wiedergebendes
Signal zugeführt.
Ist die elektrische Anlage in Betrieb, können die elektrische(n) Maschine(n)
das Fahrzeug abbremsen. Bei Beginn einer normalen Bremsung (also
keiner Not- oder Panikbremsung) werden mit Betätigen des Bremspedals in der
hydraulischen Bremsanlage die Ventile derart angesteuert, dass kein
oder nur ein geringer Bremsdruckaufbau in den Radbremszylindern
stattfindet, der zu keiner bzw. zu keiner nennenswerten hydraulischen
Bremswirkung führt.
Vielmehr wird ein Regenerativbremsvorgang eingeleitet. Dazu wird
das Simulationsschaltventil 190 in seine elektromagnetisch
eingeschaltete Sperrstellung gebracht. Auch das Ansaugsteuerventil 178 wird
in seine elektromagnetisch eingeschaltete Sperrstellung gebracht.
Außerdem
wird das mit dem Trennzylinder 150 in Reihe geschaltete
Schaltventil 152 in seine federbetätigte Durchlassstellung gebracht.
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Die
Bremspedalbetätigung
durch den Fahrer lässt
Hydraulikfluid in den hauptzylinderseitigen Teil des Trennzylinders 150 einströmen, während der
von dem Hauptbremszylinder 14 abgetrennte Teil des Trennzylinders 150 komprimiert
wird und das darin befindliche Hydraulikfluid in die Niederdruck-Speicherkammer 132 entweicht
und diese zumindest teilweise füllt.
Abhängig
von der Betätigung
des Bremspedals und ggf. weiteren Betriebsgrößen wird der Bremswunsch des
Fahren abgeleitet. Dieser wird in ein Sollbremsmoment umgesetzt,
das dann in der Steuereinheit für
die elektrische Maschine in entsprechende Betriebsparameter für diese
umgesetzt wird. Sobald die Speicherkammer gefüllt ist ohne dass der Bremswunsch
beendet ist oder abnimmt, wird bei einem darüber hinausgehenden Bremswunsch
zusätzlich
zur regenerativen Abbremsung Bremsdruck in den hydraulischen Bremsen
aufgebaut und so eine überlagerte
Abbremsung durch die Reibungsbremse entsprechend dem Bremswunsch
erreicht.
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Sofern
der Bremswunsch abnimmt oder beendet ist, bevor die Speicherkammer
vollständig
gefüllt
ist, erfolgt der Druckabbau in dem Simulator bzw. der Speicherkammer
derart, dass das Simulationsschaltventil 190 in seiner
Sperrstellung bleibt und das Ansaugsteuerventil 178 seine
Durchlassstellung einnimmt oder in ihr verbleibt. Außerdem verbleibt
das mit dem Trennzylinder 150 in Reihe geschaltete Schaltventil 152 in
seiner Durchlassstellung.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung bleibt die
dem Fahrer bekannte Pedalcharakteristik erhalten. Insbesondere wird
im Bereich der regenerativen Abbremsung trotz des geringen Bremsdrucks,
welcher der Federkraft in dem Simulator (und ggf. dem Gegendruck
der Speicherkammer) entspricht, kein vom erwarteten abweichendes
Pedalverhalten erzeugt.
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Bei
Abbremsungen in Gefahren- bzw. Grenzsituationen ist aber eine gleichmäßige, bzw.
gezielt vorwählbare
Bremskraftverteilung vorteilhaft. Daher öffnet das Steuergerät die Auslassventile
nicht, wenn solche Situationen beim Bremsbeginn erkannt werden.
Die Reibungsbremse bremst sofort an, so dass die vorgegebene Bremskraftverteilung
gewährleistet ist.
Derartige Bremssituationen sind beispielsweise so genannte Panikbremsungen,
die u. a. aus der Betätigungsgeschwindigkeit
des Bremspedals abgeleitet werden können.
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Ferner
gibt es Betriebssituationen, in denen der Anteil der regenerativen
Abbremsung reduziert werden muss. Dies ist z. B. dann der Fall,
wenn die Batterie voll ist, die Ladeleistung über der Zeit zu hoch oder infolge
einer Veränderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit die Abhängigkeit des Motorbremsmoments
von der Fahrzeuggeschwindigkeit sich auf die Gesamtabbremsung auswirkt.
In diesen Betriebssituationen würde
sich die Gesamtabbremsung verringern, wenn der Fahrer den Pedalweg
nicht verändert.
Da erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass die Steuereinheit des Elektroantriebs das momentan eingestellte
Motormoment an die Bremsensteuereinheit zurückmeldet, werden in solchen
Fällen
die Auslassventile, sofern sie noch offen sind, geschlossen und die
Pumpe gestartet. Dadurch wird das Flüssigkeitsvolumen, das sich
in der Speicherkammer angesammelt hat, wieder in den Bremskreis
zurückgebracht. Damit
kann ohne Pedalwegveränderung
der Anteil der Reibungsbremse erhöht werden.
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Um
zu vermeiden, dass sich dadurch die erforderliche Pedalkraft am
Fahrerfuß erhöht, kann
vorgesehen sein, dass in Betriebssituationen, in denen der Anteil
der Reibungsbremse erhöht
wird, zusätzlich
zur Pumpe auch noch das Umschaltventil angesteuert wird, so dass
der Bremsdruck im Rad erhöht werden
kann, ohne dass sich die Gegenkraft am Pedal erhöht.
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Liegt
keine dieser besonderen Betriebssituationen vor, so werden die Ventile
im Ausführungsbeispiel
nach Maßgabe
eines in der Steuereinheit abgelegten Zusammenhangs des Füllgrades
der Speicherkammer zum Pedalweg geschlossen. Die Ventile werden
dabei dann geschlossen, wenn ein bestimmter Pedalweg, der einem
bestimmten Füllungsgrad der
Speicherkammer entspricht, überschritten
ist.
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Eine
andere vorteilhafte Vorgehensweise besteht darin, dass bei der regenerativen
Abbremsung die Speicherkammer vollständig gefüllt wird. Setzt bei gefüllter Speicherkammer
das Antiblockiersystem der Reibungsbremse ein, so kann ein Druckabbau wegen
der gefüllten
Speicherkammer nur langsam vor sich gehen. Daher werden erfindungsgemäss über die
Steuereinheit der oder die Antriebsmotoren kurzfristig auf Antrieb
geschaltet, um das überschüssige Bremsmoment
der Räder
zu kompensieren. Bei geöffneten
Ventilen ist dabei der Widerstand gegen das Pedal durch die Feder
in der Speicherkammer bestimmt. Diese Feder ist in der Regel schwach
dimensioniert, damit im Blockierfall der Bremsdruck auf kleine Werte
abgebaut werden kann. Wenn während der
regenerativen Abbremsungsphase die Speicherkammerfeder den einzigen
Widerstand gegen das Pedal darstellt, muss in einigen Ausführungsbeispielen
die Feder evtl. etwas stärker
ausgeführt
werden. Dies bedeutet aber, dass im Antiblockierfall der Bremsdruck
nicht auf kleine Werte abgebaut werden kann. Auch in diesem Fall
können
die Antriebsmaschinen des Elektrofahrzeugs auf Antrieb geschaltet werden,
um das zu große
Bremsmoment der Reibungsbremse zu kompensieren. Alternativ dazu
kann die Härte
der Rückstellfedern
am Pedal oder im Hauptbremszylinder vergrößert werden, um während der
regenerativen Abbremsphase die Pedalgegenkraft zu erhöhen.