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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet von mehrkreisigen Bremsanlagen mit
hydraulischen Bremskreisen für Kraftfahrzeuge.
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Auf
dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaus sind seit langer Zeit hydraulische
Bremsen wegen ihrer Effizienz und Funktionssicherheit üblich.
Für eine die Funktionssicherheit noch weiter steigernde
Redundanz sorgen dabei mehrkreisige Bremssysteme, bei denen oft
mehrere hydraulische Bremskreise durch einen oder mehrere Hauptbremszylinder
druckbeaufschlagt werden. Der Druck wird dabei zunächst
durch Betätigung eines Bremspedals erzeugt und dann gegebenenfalls
verstärkt. Vom Hauptbremszylinder aus werden, oft gesteuert
durch Ventile, die Radbremsen druckbeaufschlagt und damit betätigt.
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Es
ist ebenfalls bekannt, die Bremsen eines Fahrzeugs durch zusätzliche
Verzögerungselemente zu entlasten. Dabei kann beispielsweise
eine Motorbremse eingesetzt werden, die durch die Ventilsteuerung
auch gut dosierbar ist oder es können elektrische Einrichtungen
eingesetzt werden, wie Wirbelstrombremsen oder Generatoren. Als
Generatoren kommt üblicherweise die in jedem Fahrzeug vorhandene
Lichtmaschine in Frage, die zum Aufladen der Starterbatterie und
zur elektrischen Versorgung der Aggregate des Kraftfahrzeugs dient
oder auch ein größer dimensionierter Antriebsmotor
des Fahrzeugs, wie er in Hybridfahrzeugen vorhanden ist. Dieser
Antriebsmotor kann generatorisch betrieben werden, um eine dem Fahrzeugantrieb
dienende Batterie aufzuladen. Somit kann kinetische Energie des
Fahrzeugs bei der Verzögerung gespeichert und später
zur Beschleunigung des Fahrzeugs wieder verwendet werden. Der Vorgang
der Bremsunterstützung unter Aufladung einer Batterie wird
rekuperatives Bremsen genannt.
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Bei
derartigen Verzögerungsvorgängen eines Fahrzeugs
stellen sich allerdings vielfältige Probleme. Der Fahrer
möchte üblicherweise die Bremswirkung durch Betätigung
des Bremspedals geeignet dosieren können, um den Bremsweg
und das Maß der Bremsverzögerung für
die jeweils vorliegende Verkehrssituation optimieren zu können.
Er spürt gleichzeitig mit der erzielten Fahrzeugverzögerung die
Gegenkraft im Bremspedal, so dass ihm ein iterativer Steuerungsprozess
ermöglicht ist.
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Tritt
zu der direkten Bremswirkung der Bremskreise ein zusätzliches
Verzögerungsaggregat in Form eines betriebenen Generators
hinzu, so ist dessen Verzögerungswirkung einerseits für
den Fahrer nicht optimal spürbar, andererseits ist die
Verzögerungswirkung des Generators auch von vielen Randbedingungen
abhängig und nicht zuletzt zeitlich veränderlich.
Beispielsweise kann die Bremswirkung des Generators bei sich ändernder
Fahrzeuggeschwindigkeit zu- oder abnehmen und beim Auskuppeln des
Antriebsgetriebes fällt die Verzögerungswirkung
zeitweise ganz weg, so dass sie nach dem Wiedereinkuppeln behutsam
zugesteuert werden muss. Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn
die Batterie voll geladen ist, da dann die weitere erzeugte elektrische
Leistung anderweitig abgeführt werden muss.
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Die
Kombination aus mechanischer Bremsung und zusätzlicher
Verzögerung des Fahrzeugs durch andere Einflüsse
ist damit für den Fahrer zwar handhabbar, jedoch unter
Komfortgesichtspunkten nicht optimal steuerbar. Der Fahrer kann Änderungen der
Fahrzeugverzögerung nur durch Ausgleich der Bremskräfte über
das Bremspedal kompensieren.
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Aus
dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren bekannt, die
den Fahrer bei der Steuerung von Bremsen unter Komfort- und Sicherheitsaspekten
unterstützen sollen. Unter derartige Verfahren fallen sowohl
die Schlupfregelung als auch das dynamische Kurvenbremsen zur Erhöhung
der Fahrstabilität.
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STAND DER TECHNIK
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So
ist aus der
DE 4128087
A1 ein Bremsdruckregelsystem für ein Fahrzeug
bekannt, mit dem bei Kurvenbremsungen eine unterbremste Hinterachse
verhindert wird. Der Bremsdruck an der Vorderachse wird dabei durch
den Fahrer vorgegeben, der Bremsdruck an der Hinterachse in Abhängigkeit hiervon
geregelt.
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Es
ist grundsätzlich auch bekannt, die Bremskraft derart zu
verteilen, dass eine möglichst starke Abbremsung des Fahrzeugs
unter Berücksichtigung der Kraftschlussausnutzung erreicht
wird, wobei statisch und/oder dynamisch stärker belastete Räder
auch entsprechend stärker bremsbelastet werden können.
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Aus
der
EP 0173954 B1 ist
ein System bekannt, bei dem die Bremsdrücke für
einzelne Bremsen mittels einer Bezugsmasse für das Fahrzeug
und der durch den Fahrer vorgegebenen Sollverzögerung in
einem abgespeicherten fahrzeugspezifischen Kennlinienfeld ermittelt
werden. Die ermittelten Bremsdrücke werden in die Bremsen
eingesteuert und bedarfsweise bei Abweichung der Fahrzeugverzögerung
vom Sollwert nachgeregelt bis die Sollverzögerung erreicht
ist.
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Aus
der
DE 3313078 A1 ist
eine Bremsdruckregeleinrichtung bekannt, die die Abnutzung verschiedener
Radbremsen ermittelt und berücksichtigt, so dass ein gleichmäßiger
Verschleiß der einzelnen Radbremsen auf Dauer erzielt wird.
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Aus
der
DE 102005046606 ist
eine Bremsanlage bekannt, bei der je ein Bremskreis einer der Achsen
eines Fahrzeugs zugeordnet ist, so dass eine Antischlupfeinrichtung
sowie eine Fahrdynamikregeleinrichtung ausschließlich in
einem Bremskreis vorgesehen sein kann, wodurch der konstruktive
Gesamtaufwand minimiert wird.
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Schließlich
ist aus der
DE 10316090
A1 ein Bremssystem bekannt, mit mehreren Bremskreisen, die
grundsätzlich hydraulisch wirken und auf Reibungsbremsen
einzelner Räder einwirken, sowie mit einem Generator beziehungsweise
einem Antriebselektromotor, der generatorisch betreibbar ist und
zum Verzögern der einem Bremskreis zugeordneten Räder
zusätzlich genutzt werden kann. Eine Steuereinrichtung
ist vorgesehen, um die Bremskraftverteilung auf alle einzelnen Räder
unter Berücksichtigung verschiedener fahrdynamischer Größen
zu optimieren.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Vor
dem Hintergrund des Standes der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine Bremseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
zu schaffen, die auch komplexe brems- und fahrdynamische Regelvorgänge
unterstützt, eine möglichst hohe Zuverlässigkeit
aufweist und dabei konstruktiv möglichst einfach aufgebaut
ist.
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Die
Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch
15 und einer Hydraulikeinrichtung gemäß Anspruch
16 gelöst.
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Das
beschriebene Bremssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die direkt
mittels der Bremsdruckerzeugungseinrichtung angesteuerte Gruppe von
Bremskreisen wenigstens zwei getrennte hydraulische Bremskreise
aufweist, so dass für eine ausreichende Redundanz und damit
Funktionssicherheit beim Ausfall der elektrischen Systeme gesorgt
ist.
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Die
Bremskreise der zweiten Gruppe sind ausschließlich mittels
einer Hydraulikpumpe antreibbar und somit nicht unmittelbar durch
ein Bremspedal mit einem Bremszylinder druckbeaufschlagbar.
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Im
Normalfall wird mittels einer Schätzung oder eines Sensors
der Bremswunsch erfasst, beispielsweise durch einen Positionssensor
oder Drucksensor am Bremspedal und ein entsprechendes Signal wird
an die Steuerungseinrichtung abgegeben. Diese erfasst den Bremswunsch
und kann zur Bestimmung der notwendigen Bremsbetätigung
der Bremskreise der zweiten Gruppe aus dem gemessenen Weg des Bremspedals
die eingestellte Bremswirkung der Bremskreise der ersten Gruppe
bestimmen oder dies mittels eines Beschleunigungssensors ermitteln.
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Es
ergibt sich aus dem erfassten Bremswunsch und der tatsächlich
erfolgenden Bremswirkung eine bestimmte Differenzbremswirkung, die durch
die Räder erzeugt werden muss, die durch die Bremskreise
der zweiten Gruppe angesteuert werden.
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Die
Steuereinrichtung berücksichtigt weiter die Verzögerungswirkung,
die durch gegebenenfalls betriebene Wirkaggregate auf die entsprechenden Räder
wirkt und subtrahiert diese Verzögerungswirkung von der
mittels der Bremseinrichtung einzustellenden Bremswirkung. Im Ergebnis
steuert die Steuereinrichtung entsprechende Ventile der zweiten Gruppe
von Bremskreisen an, um mittels des entsprechend aufgebauten Hydraulikdrucks
die Radbremsen zu betätigen. Insoweit lässt sich
die Erfindung sowohl bei Standardfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor
als auch bei Hybridfahrzeugen einsetzen, die über mehrere
verschiedene Antriebssysteme verfügen.
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Ändert
sich die Verzögerungswirkung des oder von Wirkaggregaten
allmählich oder schlagartig, so reagiert die Steuereinrichtung
und verändert die Bremswirkung der Bremskreise der zweiten Gruppe
Mit dem Ziel, die Gesamtbremswirkung vorteilhaft konstant zu halten.
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Dabei
wird die Steuereinrichtung durch verschiedene Sensoren unterstützt,
die eine frühzeitige Prognose der sich ändernden
Verzögerungswirkung eines Wirkaggregates erlauben.
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Eine
mögliche, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass wenigstens eines der Räder, deren Radbremsen
mit Bremskreisen der zweiten Gruppe oder auch der ersten Gruppe
verbunden sind, zusätzlich mit einem Wirkaggregat verbunden
ist, welches eine Verzögerung des jeweiligen Rades bewirkt.
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Als
Wirkaggregat dient dabei vorteilhaft ein Generator. Dieser kann
die kinetische Energie in Elektrizität umwandeln, die entweder
in einer Batterie gespeichert oder verbraucht werden kann. Damit können
eventuell auftretende Wärmeprobleme bei der Dissipation
der Verzögerungsenergie vermieden werden und die kinetische
Energie des Fahrzeugs kann vorteilhaft zurück gewonnen
werden.
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Die
Erfindung kann vorteilhaft dadurch ausgestaltet werden, dass der
entsprechende Generator ein generatorisch betriebener elektrischer
Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs ist.
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Dies
ist im Falle von ausschließlich elektrisch betriebenen
Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, die sowohl einen elektrischen
Antriebsmotor als auch einen Verbrennungsmotor aufweisen, möglich.
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Durch
eine entsprechende Ladesteuerung kann das Aufladen der Batterie
gesteuert werden. Ist die Batterie gefüllt, so verringert
sich die effektive Verzögerungsleistung des Generators.
In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, elektrische Verbraucher
wie beispielsweise einen Heizwiderstand oder die Beleuchtung des
Fahrzeugs an den Generator anzuschließen, um die elektrische
Energie zu verbrauchen.
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Eine
derartige Steuerung des Wirkaggregats kann neben der Ansteuerung
der hydraulischen Bremskreise ebenfalls von der Steuereinrichtung übernommen
werden.
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Die
Steuerung ist dann vorteilhaft mit einem Batterieladungssensor und/oder
einem Generatorleistungssensor verbunden, wodurch eine frühzeitige Prognose
der Verzögerungsleistung des Generators ermöglicht
wird. Damit kann die Steuereinrichtung rechtzeitig eingreifen, um
ein Rucken des Fahrzeugs zu vermeiden.
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Außer
der Ausbalancierung zwischen der Verzögerungswirkung eines
Wirkaggregates und der Bremswirkung unmittelbar durch eine hydraulische Bremse
kann die Steuerungseinrichtung auch fahrdynamische Aufgaben wahrnehmen,
indem beispielsweise beim Auftreten von Schlupf bei der Beschleunigung
eine Radbremse automatisch angesprochen wird, um das Durchdrehen
des entsprechenden Rades zu vermeiden, beim schnellen Durchfahren
einer Kurve vor dem Verlust der Fahrstabilität entsprechend
einseitig gebremst wird, um die Straßenlage des Fahrzeugs
zu verbessern, oder indem durch die Steuereinrichtung die Kurvenfahrt mittels
Abbremsung des kurveninneren Rades dynamisch unterstützt
wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
je ein Bremskreis der ersten Gruppe mit einer Radbremse eines Vorderrades
eines Kraftfahrzeuges verbunden ist.
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Auf
diese Weise ist sichergestellt, dass die Bremsen der Vorderräder
unabhängig voneinander mit redundanten hydraulischen Bremskreisen
angesprochen werden können und eine entsprechende Bremssicherheit
erzielt wird. Entsprechende verzögernde Wirkaggregate werden
dann bevorzugt mit Wirkung auf die Hinterräder des Kraftfahrzeugs
eingesetzt, die mit einem oder mehreren Bremskreisen der zweiten
Gruppe verbunden sind.
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Dies
bietet sich insbesondere dann an, wenn die Hinterachse angetrieben
ist, sei es mittels eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors
oder wahlweise eines der beiden.
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Besonders
vorteilhaft kann es vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung
mit Mitteln zur Beeinflussung der Bremskraftverteilung auf die Bremskreise
der ersten Gruppe verbunden ist.
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In
diesem Fall kann die Steuereinrichtung alle notwendigen fahrdynamischen
Regelungen bei der Ansteuerung einzelner Radbremsen oder Gruppen
von Radbremsen und bei der Verteilung der Bremskraft übernehmen.
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Es
kann außerdem zur Erhöhung des Fahrkomforts vorgesehen
sein, dass die den Bremskreisen der ersten Gruppe zugeordneten Hydraulikpumpen
mechanisch von dem Pumpenantrieb abkoppelbar sind, insbesondere
durch eine durch die Drehrichtung der Pumpenantriebswelle steuerbare
Freilaufkupplung.
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Damit
wird die Hydraulikpumpe oder werden die Hydraulikpumpen der ersten
Gruppe von Bremskreisen in dem Fall, wenn sie nicht zur Erzielung
einer Verzögerungswirkung des Fahrzeugs benötigt werden,
das heißt beispielsweise bei Teilbremsungen im Falle von
Fahrdynamikregelungen von dem Pumpenantrieb abgekoppelt. In diesem
Zustand wird nur noch die Hydraulikpumpe oder eine Gruppe von Hydraulikpumpen
angetrieben, die die Bremskreise der zweiten Gruppe mit Druck versorgen.
Damit stehen der Steuereinrichtung die Möglichkeiten zur
Verfügung, die durch diese Bremskreise angesprochenen Radbremsen
mit Druck zu beaufschlagen. Gleichzeitig sind die Hydraulikpumpen
der ersten Gruppe von Bremskreisen abgekoppelt, so dass keine den
Fahrkomfort störende Wirkung der Pumpen wie beispielsweise
das Pumpenpulsieren auftritt, das den Fahrer, wenn eine Betätigung
des Bremspedals notwendig würde, stören könnte.
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Es
kann auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass die den Bremskreisen
der ersten Gruppe zugeordneten Hydraulikpumpen über Ventile
ansaugseitig mit dem jeweiligen Druckausgang verbindbar und insbesondere über
federbelastete Rückschlagventile mit der Hochdruckseite
des jeweiligen Bremskreises verbunden sind.
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In
diesem Fall ist durch die entsprechende Leitungsführung
der Hydraulikleitungen und die Steuerung der Ventile sichergestellt,
dass die Hydraulikpumpen der ersten Gruppe von Bremskreisen keinen
Druck aufbauen. Sie bewegen die Hydraulikflüssigkeit in
einem Leerlaufkreis.
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Die
Erfindung bezieht sich außer auf eine oben beschriebene
Bremseinrichtung auch auf ein Verfahren zum Betrieb einer solchen
Bremseinrichtung, bei dem die Bremskreise der zweiten Gruppe und
gegebenenfalls die Wirkung der Wirkaggregate in Abhängigkeit
vom Bremswunsch und von der tatsächlich durch die erste
Gruppe von Bremskreisen erzielten Bremswirkung gesteuert werden.
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ZEICHNUNGEN
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrieben:
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Dabei
zeigt
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1 den
hydraulischen Leitungsplan einer erfindungsgemäßen
Bremseinrichtung mit drei hydraulischen Bremskreisen;
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2 die
Funktion einer mechanischen Entkoppelungseinrichtung für
Hydraulikpumpen;
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3 eine
hydraulische Entkoppelungseinrichtung zur Entkoppelung von Hydraulikpumpen
von Bremskreisen.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
in der 1 dargestellte Bremseinrichtung gleicht in einzelnen
Teilen einem bekannten Standardmodulationssystem mit aktivem Druckaufbau.
Die Vorderachse mit dem linken Vorderrad 4 und dem rechten
Vorderrad 4a ist mit zwei getrennten Bremskreisen ausgestattet,
dem ersten Bremskreis 1 und dem zweiten Bremskreis 2,
von denen jeder ein vollständiges modulationsfähiges
Bremssystem darstellt. Der dritte Bremskreis 3 ist ebenso
wie der erste und der zweite Bremskreis 1, 2 hydraulisch
ausgebildet und versorgt gemeinsam die beiden Hinterradbremsen der
Räder 5, 6. Die einzelnen Bremskreise sind
durch gestrichelte Linien angedeutet. Es ist ein gemeinsamer Pumpenantrieb
M für die hydraulischen Pumpen 15, 15a, 15b aller
drei Bremskreise vorgesehen, so dass in jedem Bremskreis einzeln
für sich ein aktiver Druckaufbau erfolgen kann. Individuelle
Bremswirkungen auf einzelne Räder können entweder
durch individuelle Steuerung der Bremskreise 1, 2 der
ersten Gruppe oder individuelle Ansteuerung der Radbremsen des Bremskreises 3 der
zweiten Gruppe erfolgen.
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Die
Hydraulikpumpe, die der Vorderachse zugeordnet ist, kann pro Radbremse
als Einkolbenpumpe 15, 15b ausgeführt
sein, während die den dritten Bremskreis 3 versorgende
Hydraulikpumpe 15a als Dreikolbenpumpe ausgebildet sein
kann. Andere Pumpenkonfigurationen mit anderen Kolbenzahlen oder
auch Pumpen, die nach anderen Prinzipien arbeiten wie zum Beispiel
Zahnradpumpen, sind ebenfalls denkbar. Der Hauptbremszylinder 9 der
Bremsbetätigungseinrichtung 7 ist mit dem dritten
Bremskreis 3 nicht verbunden. Im elektrischen Fehlerfall werden
deshalb nur die Bremskreise 1, 2, die den Vorderradbremsen
zugeordnet sind, angesprochen, was aber wegen der Redundanz und
der zur Verfügung stehenden Bremskraftverstärkung
ausreicht.
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Im
ungebremsten Fall sind alle Ventile stromlos. Das Druckregelventil 18a des
dritten Bremskreises 3 ist dann offen, so dass von den
Radbremszylindern der Hinterräder 5, 6 zu
dem drucklosen Reservoir 16a ein Ausgleich erfolgen kann.
Im teilgebremsten Fall werden die Bremskreise 1, 2 normal
hydraulisch betätigt, während der dritte Bremskreis über
die Steuereinrichtung 22, die den Bremswunsch durch einen
Sensor 21 abgreift, mittels der Steuerausgänge 32 über
das Druckregelventil 18a sowie die Druckaufbauventile 11a, 12a und
die Druckabbauventile 13a, 14a gesteuert wird.
Das Druckregelventil 18a kann vorteilhaft als stetig stellbares
Druckregelventil ausgebildet sein, das mittels einer vorgegebenen Druckdifferenz
gesteuert wird. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass ein absoluter
Druck angesteuert wird. Hierzu ist jedoch notwendig, entsprechende Drucksensoren
im Hochdruckteil des dritten Bremskreises 3 vorzusehen.
Dieser beziehungsweise diese Sensoren können beispielsweise
in der Nähe der Radbremszylinder angeordnet sein.
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Die
vorliegende Erfindung macht einen Hochdruckspeicher für
den nicht direkt hydraulisch angesprochenen Bremskreis 3 überflüssig,
ohne auf die notwendige Redundanz zu verzichten. Diese ist durch
einen mehrkreisigen Aufbau der Vorderradbremseinrichtung gegeben.
Auch die Steuerbarkeit einzelner Radbremsen ist, sowohl an den Vorderrädern
durch unterschiedliches Ansprechen der Einzelbremskreise als auch
an den Hinterrädern durch entsprechende Steuerung mittels
der Steuereinrichtung 22 realisierbar.
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Die 1 zeigt
ein mehrkreisiges Bremssystem mit einem ersten Bremskreis 1,
der ebenso aufgebaut ist, wie der zweite Bremskreis 2 auf
der rechten Seite der Figur und einen dritten Bremskreis 3, der
den einzigen Bremskreis der zweiten Gruppe von Bremskreisen bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet.
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Im
Folgenden wird zunächst die Funktion des ersten Bremskreises 1 beschrieben,
danach die Besonderheit des dritten Bremskreises 3.
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Die 1 zeigt
einen ersten Bremskreis 1 auf der rechten Seite, der einem
Vorderrad 4a, eines zweiachsigen Kraftfahrzeuges zugeordnet
ist sowie einen zweiten Bremskreis 2, der einem Vorderrad 4 des
Kraftfahrzeuges zugeordnet ist. Die Bremskreise sind jeweils durch
strichpunktierte Linien angedeutet. In dem konkreten Fall, dass
das Kraftfahrzeug nur drei Bremskreise aufweist, bilden die ersten
beiden Bremskreise die erste Gruppe von Bremskreisen, die unmittelbar
hydraulisch betätigbar sind, während der dritte
Bremskreis die zweite Gruppe von Bremskreisen bildet, die mit einer
hydraulischen Bremsbetätigungseinrichtung 7 nicht
verbunden, sind.
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Die
hydraulische Bremsbetätigungseinrichtung 7 weist
ein Bremspedal 8 sowie einen Doppel-Hauptbremszylinder 9 auf,
in dem ein Hydraulikdruck zum Betätigen der Bremseinrichtung
beim Treten des Bremspedals 8 aufgebaut wird.
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Zunächst
soll anhand des ersten Bremskreises 1 die Grundfunktion
eines derartigen Moduls beispielhaft erläutert werden.
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Wird
das Bremspedal 8 betätigt, so steht ein erhöhter
Bremsdruck in dem Hauptbremszylinder 9 an. Dieser wird über
das sogenannte Umschaltventil 10, dessen weitere Funktion
weiter unten noch erläutert wird, zu dem Druckaufbauventil 12 geleitet,
das dem Rad 4a zugeordnet ist.
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Grundsätzlich
leiten die Druckaufbauventile 11, 12 den erhöhten
Hydraulikdruck an die Bremszylinder der Räder 4, 4a weiter,
so dass die entsprechenden Reibungsbremsen beispielsweise in Form von
Scheibenbremsen betätigt werden. Das Entbremsen geschieht,
wenn das Bremspedal gelöst wird, ebenfalls über
die Ventile 11, 12. Beim selbständigen
Entbremsen während der Betätigung des Bremspedals,
beispielsweise beim Eingreifen einer ABS-Steuerung, wird wenigstens
eines der Druckabsenkventile 13, 14 geöffnet,
der Hydraulikdruck in dem entsprechenden Radbremszylinder abgesenkt und
die Hydraulikflüssigkeit zur Ansaugseite der Hydraulikpumpe 15, 15b abgeführt.
Auf der Ansaugseite der Hydraulikpumpe 15, 15b ist
zudem ein Hydraulikspeicher 16, 16b zum Volumenausgleich
für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Ein Rückschlagventil 17 sorgt
dafür, dass von der Ansaugseite der Hydraulikpumpe aus
keine Hydraulikflüssigkeit zu den Druckabsenkventilen 13, 14 beziehungsweise
zum Speicher 16 fließen kann.
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Üblicherweise
ist eine Blockierschutzvorrichtung für die einzelnen Räder
vorgesehen, die ein Blockieren der Räder bei zu starkem
Bremsen verhindert. Es sind dazu beispielsweise nicht dargestellte Drehzahlfühler
an den Rädern 4, 4a vorgesehen, die beim
Blockieren eines Rades ein Signal an eine Steuereinrichtung 22 abgeben.
Darauf wird das dem Rad zugeordnete Bremsdruckaufbauventil 11, 12 geschlossen
und gleichzeitig das zugehörige Bremsdruckabsenkventil 13, 14 geöffnet,
um die Blockade des Rades aufzuheben. Gleichzeitig wird die Hydraulikpumpe 15, 15b angetrieben,
um die an ihrer Ansaugseite ankommende Hydraulikflüssigkeit
wieder auf die Primärseite des Bremskreises zu pumpen.
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Dreht
sich das entsprechende Rad wieder, so kann mittels Öffnung
des Bremsdruckaufbauventils 11, 12 der Druck und
damit die Bremswirkung wieder erhöht werden, so lange bis
wieder eine Blockade droht. Dieser iterative Prozess benötigt
auf der Primärseite des Bremskreises Hydraulikflüssigkeit
unter hohem Druck, die aus dem Hauptbremszylinder durch die Bremsbetätigung
des Fahrers bereitgestellt wird. Die Hydraulikpumpe 15, 15b leert
den Hydraulikspeicher 16 und sorgt dafür, dass
die Hydraulikflüssigkeit rückgefördert
wird.
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Der
beschriebene Vorgang kann in ähnlicher Form auch dann durchgeführt
werden, wenn beim Anfahren des Fahrzeugs an einem Rad oder an mehreren
Rädern Schlupf droht oder wenn eine Radbremse zum Zweck
einer Fahrdynamikregelung betätigt wird, ohne dass im Hauptbremszylinder
Bremsdruck ansteht. In beiden Fällen kann der benötigte Druck
zur Betätigung des Radbremszylinders durch die Hydraulikpumpe 15, 15b geliefert
werden.
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In
diesem Fall werden die Umschaltventile 10, 10a ebenso
wie die Hydraulikpumpen 15, 15b angesteuert.
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Gleichzeitig
wird das sogenannte Ansaugventil 18, 18b geöffnet,
so dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Bereich des Hauptbremszylinders
zur Ansaugseite der Hydraulikpumpe 15, 15b gelangen kann.
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Die
Funktion des dritten Bremskreises 3 auf der linken Seite
der 1 ist grundsätzlich ebenso wie die des
ersten Bremskreises 1, mit der Ausnahme, dass der dritte
Bremskreis 3 vom Hauptbremszylinder 9 vollständig
abgekoppelt ist. Bei der Beschreibung der Funktionsweise des dritten
Bremskreises sind folgende Zustände zu unterscheiden:
- 1. Beim verzögerungsfreien Lauf des
Kraftfahrzeugs wird weder eine Radbremse eines Rades 5, 6 betätigt
noch zur Verzögerung ein Wirkaggregat 20, beispielsweise
in Form eines generatorisch betriebenen Antriebselektromotors, genutzt.
- 2. Im Falle einer Teilbremsung findet bevorzugt rekuperatives
Bremsen statt, das heißt es wirkt ein bekanntes Bremsmoment
durch das Wirkaggregat 20 auf die Räder 5, 6.
Der Verzögerungswunsch, der vom Fahrer durch Betätigen
des Bremspedals 8 geäußert wird, kann
mittels Sensoren 21 oder durch Schätzung aufgenommen und
an die Steuereinrichtung 22 weitergegeben werden. Dieser
ist das Verzögerungsmoment des Wirkaggregats 20 bekannt
oder dies wird mittels eines Leistungssensors 23 gemessen
und übermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann
auch mittels eines Ladungssensors 24 der Ladezustand einer
Batterie 25, die durch das Wirkaggregat geladen wird, erfasst
und an die Steuereinrichtung 22 gegeben werden, um den
Lastzustand des Wirkaggregats 20 festzustellen.
Unter
Berücksichtigung des Bremswunsches, der tatsächlich
durch die ersten Bremskreise 1,2 auf hydraulischem
Wege erzielten Verzögerungswirkung und des bekannten Verzögerungsmoments des
Wirkaggregats 20 berechnet die Steuereinrichtung 22 die
durch den dritten Bremskreis zu erzielende Bremsverzögerung
und stellt diese primär durch Ansteuerung des Umschaltventils 18a, das
als Druckdifferenzsteuerungsventil arbeitet, ein. Dies ist durch
Modulation des Umschaltventils 18a bei gegebenenfalls laufender
Hydraulikpumpe 15a möglich. Der so erzeugte und
eingestellte Hydraulikdruck wird an die Bremsdruckaufbauventile 11a, 12a übermittelt,
die den Druck an die Radbremszylinder der Räder 5, 6 weitergeben.
Das Entbremsen erfolgt bei üblichen Teilbremsvorgängen
vorteilhaft über das Ventil 18a und die Ventile 11a, 12a.
Beim radindividuellen Druckabbau, zum Beispiel bei ABS-Einsteuerung erfolgt
die Entbremsung über die Ventile 13a oder 14a.
Die
notwendige Betätigung des dritten Bremskreises 3 wird
durch die zusätzliche Verzögerungswirkung des
Wirkaggregates 20 über die Antriebswelle 27 auf
die Räder 5, 6 grundsätzlich
vermindert und es wird entsprechend Energie über das Wirkaggregat
zurück gewonnen und beispielsweise in der Batterie 25 gespeichert.
In
den Fällen, in denen das Verzögerungsmoment des
Wirkaggregats 20 schwankt, also beispielsweise, wenn die
Batterie 25 voll ist, das Fahrzeug sich verlangsamt oder
der Antriebsstrang durch einen Getriebeschaltvorgang von den Rädern
abgekoppelt wird, muss, um die Gesamtverzögerung konstant
zu halten, durch die Steuereinrichtung 22 entsprechend entweder,
soweit möglich, das Verzögerungsmoment des Wirkaggregats
erhöht werden, beispielsweise durch Zuschalten eines elektrischen
Verbrauchers 28 und/oder es muss die Ansteuerung des dritten
Bremskreises 3 so geändert werden, dass die veränderte
Bremskraft das geänderte Verzögerungsmoment des Wirkaggregats 20 ausgleicht.
Dies
ist bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung
wesentlich einfacher möglich als bei herkömmlichen
Bremseinrichtungen, da einerseits durch die direkte Betätigung
der ersten Bremskreise 1,2 die dort erzielte Bremswirkung
konstant bleibt und vom Fahrer gut steuerbar ist und andererseits
der Ausgleich von Bremswirkungen durch die Steuereinrichtung 22 zwischen
den beiden unabhängigen Teilbremseinrichtungen 3, 20 relativ einfach
und stetig zu realisieren ist.
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Im
Bereich der Steuereinrichtung 22 sind in der 1 zudem
noch Sensoren 29 (Querbeschleunigungssensor), 30 (Schlupfsensor)
und 31 (Fahrgeschwindigkeitssensor) dargestellt. Außerdem
kann ein Fahrtrichtungssensor vorgesehen sein, der der Steuereinrichtung 22 hilft,
zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt
zu unterscheiden, so dass bei Rückwärtsfahrt die
Bremsen der Hinterachse stärker belastet werden können.
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Zudem
kann die Steuereinrichtung 22 mit Drehzahlfühlern
an den Rädern 5, 6 verbunden sein, sowie
mit einem Sensor, der die Betätigung der Getriebekupplung
anzeigt.
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Die
entsprechenden Ausgänge 32 sind mit den steuerbaren
Ventilen der Bremskreise verbunden.
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In
der 2 ist die Struktur und Funktionsweise der Steuereinrichtung 22 der Übersichtlichkeit halber
weggelassen. Sie ist grundsätzlich jedoch mit der in der 1 dargestellten
vergleichbar. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
der 2 ist eine Bremseinrichtung dargestellt, die in
großen Teilen der in 1 dargestellten
entspricht, wobei der Einfachheit halber im rechten Teil der Figur
ein einzelner, zwei Räder umfassender Bremskreis anstelle
der den einzelnen Vorderrädern zugeordneten ersten und
zweiten Bremskreise gezeigt ist Es ist dort jedoch beispielhaft
eine auf die Erfindung anwendbare Einrichtung dargestellt, die den
Komfort dadurch erhöht, dass eine jeweils nicht benötigte
Hydraulikpumpe 15, die für die Hydraulikpumpen 15 und 15b aus
der 1 steht, dann, wenn sie nicht benötigt
wird, vom Antriebsstrang des Pumpenantriebsmotors 36 abgekoppelt wird.
Dies geschieht dadurch, dass der Antriebsmotor 36 grundsätzlich
in beiden Drehrichtungen die entsprechende Antriebswelle 37 treiben
kann und dass die Hydraulikpumpe 15a eines weiteren Bremskreises 3 unabhängig
von der Drehrichtung der Welle 37 einen Hydraulikdruck
erzeugen kann. Auf der Welle 37 ist zwischen dem Antriebsmotor 36 und
der Hydraulikpumpe 15 eine mechanische Freilaufeinrichtung 38 gebildet,
die dafür sorgt, dass die Hydraulikpumpe 15 des
ersten Bremskreises nur in einer Drehrichtung der Welle 37 angetrieben
wird, in der entgegen gesetzten Laufrichtung jedoch nicht.
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Damit
wird verhindert, dass, wenn im dritten Bremskreis 3 Druck
mittels der Hydraulikpumpe 15a aufgebaut wird, die Pumpen
des ersten und zweiten Bremskreises mitlaufen und ungewollte Pulsationen erzeugen,
die der Fahrer bei einer eventuellen Betätigung des Bremspedals
spüren würde. Dies kann z. B. beim Teilbremsen
der Fall sein.
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In
der 3 ist eine Bremseinrichtung ähnlich der
in der 2 dargestellten gezeigt, wobei der Einfachheit
halber im rechten Teil der Figur wieder ein einzelner, zwei Räder
umfassender Bremskreis anstelle der in der 1 den einzelnen
Vorderrädern zugeordneten ersten und zweiten Bremskreise
gezeigt ist. Die Aufgabe der Entkopplung der Hydraulikdruckerzeugung
des ersten/zweiten Bremskreises 1/2 von der Hydraulikdruckerzeugung
in dem dritten Bremskreis 3 wird hier nicht durch einen
mechanischen Freilauf der Antriebswelle der Hydraulikpumpen gelöst,
sondern dadurch, dass die Hydraulikpumpe 15 des ersten
Bremskreises 1, die wieder stellvertretend für
die Hydraulikpumpen 15, 15b des ersten und zweiten
Brmskreises steht, zwar gleichzeitig mit der Hydraulikpumpe 15a des
weiteren Bremskreises 3 betrieben, jedoch im Entkopplungsfall
die Ausgangsseite der Hydraulikpumpen 15/15b jeweils über
ein Schaltventil 39, das in diesem Fall geöffnet
wird, mit der Ansaugseite jeweils derselben Hydraulikpumpe 15, 15b verbunden
wird, so dass die jeweilige Pumpe Hydraulikflüssigkeit
im Kreis fördert. Dadurch ist ein Leerlauf der Hydraulikpumpen 15, 15b gewährleistet,
so dass Pulsationen vermieden werden.
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Die
Hydraulikpumpen 15, 15b sind über je ein
federbelastetes Rückschlagventil 40 mit der Hochdruckseite
des ersten/zweiten Bremskreises 1/2 verbunden,
um etwa auftretende Pulsationen der Hydraulikpumpe 15/15b abzufedern
beziehungsweise Druckspitzen über die Primärseite
des jeweiligen Bremskreises 1 abzubauen.
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Die
erfindungsgemäße Bremseinrichtung erlaubt somit
eine komfortable Nutzung von Rekuperationsbremsvorgängen,
wobei Schwankungen innerhalb eines Teilsystems der Bremseinrichtung
abgefangen und ausgeglichen werden können und somit für
den Fahrer beziehungsweise Insassen des Fahrzeugs unmerklich bleiben.
Zudem ist ein weiteres Teilsystem der Bremseinrichtung vorgesehen,
das von den Ausgleichsvorgängen unbeeinflusst bleibt und
konventionell funktioniert. Eine kompetente Steuereinrichtung steuert
in geeigneter Weise alle auftretenden Brems- und Verzögerungswirkungen.
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Dadurch,
dass die Steuereinrichtung 22 auf Schwankungen der Verzögerungswirkung
des Wirkaggregats 20 reagieren kann, ist eine stetige Verblendung
mit der Bremswirkung des dritten Bremskreises 3 möglich,
wodurch ein ruckfreies Bremsen in komfortabler Weise ermöglicht
ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4128087
A1 [0008]
- - EP 0173954 B1 [0010]
- - DE 3313078 A1 [0011]
- - DE 102005046606 [0012]
- - DE 10316090 A1 [0013]