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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremskrafterzeuger für
eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem Krafteingangsglied,
das mit einem Bremspedal koppelbar oder gekoppelt ist und einem
Hauptbremszylinder, in dem eine Kolbenanordnung mit einer hydraulischen
Wirkfläche zur Erzeugung eines Bremsdrucks in der Kraftfahrzeugbremsanlage
verlagerbar ist.
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Ein
derartiger Bremskrafterzeuger ist aus dem Stand der Technik in vielfältiger
Weise bekannt. So zeigt beispielsweise das Dokument
DE 10 2005 030 223 A1 einen
derartigen Bremskrafterzeuger. Dieser Bremskrafterzeuger aus dem
Stand der Technik ist insbesondere dafür ausgelegt, um
auch eine regenerative Bremsung zu ermöglichen. Eine zur
regenerativen Bremsung ausgelegte Fahrzeugbremsanlage ist insbesondere
bei Hybridfahrzeugen einsetzbar, die beispielsweise zusätzlich
zu einem Verbrennungsmotor auch noch mit einem Elektromotor ausgerüstet
sind. Der Elektromotor kann dann, wenn er nicht als Antriebsquelle
wirkt, sondern vielmehr selbst angetrieben wird, auch als Generator
genutzt werden, um aus der kinetischen Energie des entsprechend
ausgerüsteten Hybridfahrzeugs elektrische Energie zurückzugewinnen,
die in einem Akkumulator zwischengespeichert und später
zum Antreiben des Elektromotors wieder genutzt werden kann. Die während
der Generatorwirkung des Elektromotors auftretende Fahrzeugverzögerung
kann bei derartigen Fahrzeugen zu Bremszwecken genutzt werden, wobei
man dann von einem „regenerativen Bremsen” spricht.
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Das
vorstehend genannte Dokument zum Stand der Technik sieht vor, dass
der darin beschriebene Bremskrafterzeuger bei einem herkömmlichen Bremsvorgang
ohne regeneratives Bremsen im wesentlichen wie ein herkömmlicher
Vakuumbremskraftverstärker funktioniert, wobei aber – abgesehen von
einer Notbetriebssituation – die am Bremspedal ausgeübte
Bremskraft im wesentlichen über eine hydraulisch gekoppelte
Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung abgepuffert wird. Im Falle
einer regenerativen Bremsung wird der Aufbau eines hydraulischen
Bremsdrucks zunächst unterdrückt, wobei der Fahrer
aufgrund der hydraulisch angekoppelten Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
weiterhin einen ihm vertrauten Pedalwiderstand spürt. Bei
diesem Stand der Technik wird aber während der regenerativen
Bremsung über die Hauptbremszylinderanordnung kein Bremsdruck
erzeugt. Darüber hinaus muss bei diesem Stand der Technik
eine verhältnismäßig aufwändige,
im Bedarfsfall abschaltbare Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
vorgesehen sein. Dadurch wird der Gesamtaufbau relativ kompliziert.
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Es
ist demgegenüber eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Bremskrafterzeuger der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen,
der für regenerative Bremsvorgänge geeignet ist
und bei einfachem und kostengünstigem Aufbau einen sanften Übergang
zwischen regenerativer Bremsung und rein hydraulischer Bremsung
vorsieht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Bremskrafterzeuger der eingangs bezeichneten
Art gelöst, bei dem vorgesehen ist, dass die hydraulische
Wirkfläche der Kolbenanordnung in Abhängigkeit
von einem Betätigungsmodus veränderbar ist.
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Anders
als der Stand der Technik, der im Falle einer regenerativen Bremsung überhaupt
keine aktive hydraulische Wirkfläche vorsieht, weil im
Fall einer rein regenerativen Bremsung die Kolbenanordnung im Hauptbremszylinder
passiv bleibt, sieht die vorliegende Erfindung vor, auch im Falle
einer regenerativen Bremsung nach Maßgabe der Pedalbetätigung
eine Bewegung der Kolbenanordnung in der Hauptbremszylinderanordnung
durchzuführen. Allerdings wird während der regenerativen
Bremsung nur eine kleinere hydraulische Wirkfläche der
Kolbenanordnung aktiv, wohingegen dann, wenn die regenerative Bremswirkung,
d. h. die Verzögerungswirkung des als Generator wirkenden
Elektromotors, nicht mehr ausreicht, die hydraulische Wirkfläche
der Kolbenanordnung entsprechend vergrößert wird,
um so ein großes Flüssigkeitsvolumen in die hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage
zu fördern und eine entsprechende Bremswirkung zu erreichen.
Mit anderen Worten wird bei jeder Bremsbetätigung im Hauptbremszylinder
auch ein hydraulischer Bremsdruck erzeugt, der eine entsprechende
Bremswirkung in der Kraftfahrzeugbremsanlage hervorruft. Dementsprechend
spürt der Fahrer am Bremspedal bereits zu Beginn der Betätigung
einen ihm wohlbekannten Widerstand. Dies hat zur Folge, dass keine
zusätzliche Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung vorgesehen
werden muss, weil sich aus der Druckerzeugung im Hauptbremszylinder
bereits eine vertraute Pedalgegenkraft ergibt. Eine synthetische
Erzeugung einer Pedalgegenkraft über eine Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung,
wie dies beispielsweise beim Stand der Technik der Fall ist, kann
daher unterbleiben. Dadurch wird der Gesamtaufbau der Anordnung
gegenüber herkömmlichen Anlagen, wie sie bisher
zur Verwirklichung einer regenerativen Bremsfunktion eingesetzt
werden, erheblich vereinfacht.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kolbenanordnung
einen in dem Hauptbremszylinder verlagerbar geführten Primärkolben aufweist,
der in dem Hauptbremszylinder eine Primärdruckkammer begrenzt,
und dass in dem Hauptbremszylinder ein Zusatzkolben vorgesehen ist,
der nach Maßgabe einer Bewegung des Krafteingangsglied
bewegbar ist und der eine hydraulische Hilfskammer begrenzt, wobei
der Zusatzkolben wahlweise in Abhängigkeit von dem Betätigungsmodus
zur Erzeugung eines Bremsdrucks nutzbar ist. Bei dieser Ausführungsvariante
der Erfindung wird der Grundgedanke einer veränderbaren
hydraulischen Wirkfläche dadurch erreicht, dass der Zusatzkolben
wahlweise „aktivierbar” ist. Bei einer regenerativen
Bremsung bleibt die hydraulische Wirkfläche des Zusatzkolbens
in der hydraulischen Hilfskammer für die unmittelbare Erzeugung
eines Bremsdrucks in der Kraftfahrzeugbremsanlage zunächst
unwirksam. Die über den Zusatzkolben erzeugte Verlagerung
an Hydraulikfluids bleibt entweder ungenutzt oder kann – wie
nachfolgend noch beschrieben – zwischengespeichert werden.
Im Falle eines Übergangs von einer regenerativen Bremsung
zu einer rein hydraulischen Bremsung, d. h. dann, wenn die Verzögerungswirkung
des Elektromotors in seinem Generatorbetrieb nicht mehr ausreicht,
lässt sich dann die Wirkfläche des Zusatzkolbens „zuschalten”,
so dass das über den Zusatzkolben aus der hydraulischen Hilfskammer
heraus gepresste Hydraulikfluid zur Erzeugung eines Bremsdrucks
in der Kraftfahrzeugbremsanlage genutzt werden kann. Gegebenenfalls kann
die Wirkfläche des Zusatzkolbens später wieder deaktiviert
werden.
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Bei
dieser Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die
Hilfskammer in Serie zu der Primärkammer angeordnet ist,
wobei sich der Primärkolben durch die Hilfskammer hindurch
in die Primärdruckkammer erstreckt und mit dem Zusatzkolben
integral ausgebildet ist. So lässt sich bei dieser Ausführungsvariante
die hydraulische Hilfskammer in axialer Richtung in Serie zu der
Primärdruckkammer und ggf. einer Sekundärdruckkammer
schalten, was einen verhältnismäßig einfachen
Aufbau zur Folge hat.
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Alternativ
zu einer derartigen „Serienanordnung” der Primärdruckkammer
sowie der hydraulischen Hilfskammer sieht eine weitere Ausführungsform
der Erfindung vor, dass die Hilfskammer ringförmig ausgebildet
ist und der Zusatzkolben als Ringkolben in der Hilfskammer geführt
ist, wobei die Hilfskammer die Primärdruckkammer umgibt.
Bei dieser Anordnung sind die Primärdruckkammer und die
hydraulische Hilfskammer quasi parallel geschaltet, d. h. die hydraulische
Hilfskammer umgibt die Primärdruckkammer, wobei sie sich
axial überlappen.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, lässt sich während
der Phase der regenerativen Bremsung der in der hydraulischen Hilfskammer
erzeugte Hydraulikdruck zwischenspeichern. Hierzu kann ein Druckspeicher
vorgesehen sein, der über eine Ventilanordnung wahlweise
fluidisch mit dem Hauptbremszylinder verbindbar oder von diesem
trennbar ist. Der Druckspeicher kann eine hydraulische Kammer aufweisen,
in der ein abgedichtet geführter Kolben gegen eine vorgespannte
Feder verlagerbar ist.
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Hinsichtlich
der Ventilanordnung kann vorgesehen sein, dass die hydraulische
Hilfskammer über die Ventilanordnung wahlweise mit dem
Druckspeicher zu dessen Beschickung oder mit dem Hauptbremszylinder
fluidisch verbindbar ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem
Hauptbremszylinder ein Sekundärkolben verlagerbar aufgenommen
ist, der eine Sekundärdruckkammer begrenzt. Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, dass die Ventilanordnung ein erstes Schaltventil
aufweist, über das die hydraulische Hilfskammer mit dem
Druckspeicher wahlweise verbindbar oder von diesem trennbar ist. Ferner
kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Ventilanordnung
ein zweites Schaltventil aufweist, über das die hydraulische
Hilfskammer wahlweise mit der Primärdruckkammer oder Sekundärdruckkammer
verbindbar oder von dieser trennbar ist. Eine Weiterbildung der
Erfindung sieht vor, dass der Druckspeicher über die Ventilanordnung
mit der Primärdruckkammer oder der Sekundärdruckkammer
fluidisch verbindbar ist. Mit einer derartig ausgestalteten Ventilanordnung
ist es möglich, im Falle der regenerativen Bremsung eine
hydraulische Verbindung zwischen der hydraulischen Hilfskammer und
dem Druckspeicher vorzusehen, so dass über die Verlagerung
des Zusatzkolbens der Druckspeicher gefüllt werden kann.
Bei einem Übergang von der regenerativen Bremsung zur rein
hydraulisch erzeugten Bremswirkung wird das zweite Schaltventil
geöffnet, wohingegen das erste Schalventil geschlossen
wird. Dadurch wird die hydraulische Hilfskammer mit der Primärdruckkammer
bzw. der Sekundärdruckkammer hydraulisch verbunden, so
dass der in der hydraulischen Hilfskammer erzeugte Hydraulikdruck
zusätzlich in die hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage
eingeleitet werden kann, um beispielsweise eine bestimmte Bremswirkung aufrechtzuerhalten.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der hydraulischen
Verbindung zwischen der hydraulischen Hilfskammer einerseits und
der Primärdruckkammer oder der Sekundärdruckkammer andererseits
ein Druckbegrenzungsventil vorgesehen ist, das einen maximalen Bremsdruck
in der hydraulischen Hilfskammer vorsieht. Bei dieser Erfindungsvariante
lässt sich die hydraulische Wirkfläche des Zusatzkolbens insbesondere
bei hohen Drücken wieder „deaktivieren”.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das Druckbegrenzungsventil eine
Verbindung zu einem drucklosen Reservoir vorsieht, wobei das Druckbegrenzungsventil
derart ausgebildet ist, dass es bei Übersteigen des maximalen
Bremsdrucks in der hydraulischen Hilfskammer eine Verbindung zu dem
Reservoir öffnet. Dies bedeutet, dass bei Übersteigen
des maximalen Bremsdrucks das Druckbegrenzungsventil die hydraulische
Hilfskammer mit dem drucklosen Reservoir verbindet, so dass über diese
kein weiterer Bremsdruck erzeugt werden kann. Infolge der Pedalbetätigung
trägt dann allein der Primärkolben entsprechend
seiner Verlagerung in der Primärdruckkammer mit seiner
entsprechend kleineren hydraulischen Wirkfläche zur Druckerhöhung
bei. Dadurch lässt sich der Effekt erzielen, dass für
eine weitere Drucksteigerung ein kleinerer zusätzlicher
Kraftaufwand erforderlich ist. Mit dieser Ausführungsvariante
kann also in niederen Druckbereichen, d. h. zu Beginn der hydraulischen
Bremsung, relativ schnell ein großes Hydraulikfluidvolumen
in die hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage verschoben werden.
Es kommt also zu einer relativ schnellen Füllung der hydraulischen
Kraftfahrzeugbremsanlage (quick-fall-Effekt). Nach Erreichen eines
bestimmten Druckniveaus lässt sich dann mit verhältnismäßig geringem
Kraftaufwand eine weitere Druckerhöhung erreichen.
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Erfindungsgemäß kann
ferner eine Drucksensorik vorgesehen sein, die eine Erfassung des gegenwärtigen
Drucks in dem Druckspeicher oder/und in der hydraulischen Hilfskammer
oder/und in der Primärdruckkammer oder/und in der Sekundärdruckkammer
ermöglicht. Je nach Bedarf lassen sich mit der Drucksensorik
an verschiedenen Stellen des erfindungsgemäßen
Bremskrafterzeugers sowie der hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage
Druckniveaus erfassen, wobei nach Maßgabe der erfassten
Drücke beispielsweise die Ventilanordnung angesteuert werden
kann oder eine Rückmeldung hinsichtlich der Steuerung der
regenerativen Bremsung erfolgen kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist
eine Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung zum Ausüben
einer Betätigungskraft auf den Primärkolben vorgesehen.
Die Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung kann beispielsweise
in Form einer herkömmlichen Kammeranordnung mit einer Unterdruckkammer
und einer wahlweise mit der Unterdruckkammer oder der Umgebungsatmosphäre gekoppelten
Arbeitskammer ausgebildet sein, wobei die beiden Kammern durch eine
bewegliche Wand voneinander getrennt sind, die mit dem Primärkolben sowie
mit dem hydraulischen Zusatzkolben mechanisch verbunden ist. Die
Kammeranordnung wird in üblicher Weise über ein
pedalbetätigtes Steuerventil angesteuert, so dass infolge
einer Pedalbetätigung an der beweglichen Wand eine Druckdifferenz
aufgebaut wird, die zu einer entsprechend verstärkten Betätigungskraft
am Hauptbremszylinder, d. h. am Primärkolben und am hydraulischen
Zusatzkolben, führt.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem
Bremskrafterzeuger der vorstehend beschriebenen Art.
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Darüber
hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines
Bremskrafterzeugers der vorstehend beschriebenen Art, bei dem in
einer Normalbetriebssituation die maximale hydraulische Wirkfläche
genutzt wird und in einer regenerativen Bremssituation eine verkleinerte
hydraulische Wirkfläche zum Erzeugen eines hydraulischen
Bremsdrucks genutzt wird.
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Eine
Weiterbildung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass der Zusatzkolben in der Normalbetriebssituation
zur Erzeugung des hydraulischen Bremsdrucks genutzt wird, wobei
die hydraulische Zusatzkammer über die Ventilanordnung mit
der Primärdruckkammer oder der Sekundärdruckkammer
verbunden ist, und wobei in der regenerativen Bremssituation die
Zusatzkammer über die Ventilanordnung mit dem Druckspeicher
verbunden ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert, wobei sowohl auf die Vorrichtungsmerkmale
als auch auf die Funktionsweise, d. h. auf die vorstehend geschilderten
Verfahren eingegangen wird. Es stellen dar:
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1 eine
schematische achsenthaltende Übersichtsdarstellung eines
erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers mit einer
schematisierten Kraftfahrzeugbremsanlage;
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2 eine
Ansicht entsprechend 1 einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung; und
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3 ein
Kraft-Weg-Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise beider
Ausführungsformen.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Bremskrafterzeuger in einer
schematischen achsenthaltenden Schnittansicht gezeigt und allgemein
mit 10 bezeichnet. Dieser umfasst ein Krafteingangsglied 12, das
mit einem Bremspedal 14 bei 16 gelenkig gekoppelt
ist und das entlang einer Längsachse A verlagerbar geführt
ist. Bei einer Betätigung des Bremspedals 14 wird
eine Kraft F auf das Krafteingangsglied 12 ausgeübt.
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Der
erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger 10 weist
ferner einen Hauptbremszylinder 18 auf, in dem eine mehrteilige
Kolbenanordnung aufgenommen ist. Der Hauptbremszylinder 18 umfasst
einen Primärkolben 20, sowie einen Sekundärkolben 22. Der
Primärkolben 20 ist mit einem Zusatzkolben 24 zur
gemeinsamen Bewegung gekoppelt. Der Primärkolben 20 ist
in einem Kragen 26 des Zylindergehäuses 28 dichtend
geführt. Er weist eine hydraulische Wirkfläche 30 auf,
die in eine Primärdruckkammer 32 hinein ragt und
diese teilweise begrenzt. Der Primärkolben 20 ist
als langer zylindrischer Körper ausgebildet, wobei an seinem
im 1 rechten Ende der Zusatzkolben 24 angebracht
ist. Auch der Zusatzkolben 24 ist in dem Zylindergehäuse 28 dichtend
geführt und begrenzt mit seiner hydraulischen Wirkfläche 34 eine
hydraulische Hilfskammer 36, die in Serie zu der Primärkammer 32 angeordnet
ist. In der hydraulischen Hilfskammer 36 ist eine Rückstellfeder 38 angeordnet,
die sich einenends an dem Kragen 36 abstützt und
anderenends den Zusatzkolben 24 in die in 1 gezeigte
Stellung vorspannt. Diese Ausgangsstellung ist durch eine Anlageschulter 40 des
Zylindergehäuses 28 definiert.
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Der
Sekundärkolben 22 ist ebenfalls dichtend und verschiebbar
in dem Zylindergehäuse 28 aufgenommen. Er begrenzt
eine Sekundärdruckkammer 42 und ist über
eine Rückstellfeder 44 in die in 1 gezeigte
Ausgangsstellung vorgespannt.
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Zwischen
die Hauptbremszylinderanordnung 18 und das Krafteingangsglied 12 ist
eine pneumatische Kammeranordnung geschaltet, bei der in einem Kammergehäuse 46 eine
bewegliche Wand 48 angeordnet ist. Die bewegliche Wand 48 ist
unmittelbar mit dem Zusatzkolben 24 zur gemeinsamen Bewegung gekoppelt.
Sie trennt eine pneumatische Arbeitskammer 50 von einer
Unterdruckkammer 52. Die Arbeitskammer 50 wird
in herkömmlicher Weise über ein in 1 nur
schematisch angedeutetes Steuerventil 54 angesteuert, das über
entsprechende Dichtsitze verfügt, die je nach Betätigungszustand
eine Verbindung von Arbeitskammer 50 und Unterdruckkammer 52 bzw.
eine Trennung dieser beiden Kammern und eine Verbindung der Arbeitskammer 50 mit
der Umgebungsatmosphäre zum Druckaufbau an der beweglichen
Wand 48 ermöglichen.
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In 1 erkennt
man ferner, dass die hydraulische Hilfskammer 36 sowie
die Primärkammer 32 an ein separates Fluidsystem
angeschlossen ist. Dieses umfasst eine Ventilanordnung mit einem
ersten Schaltventil 60 sowie einem zweiten Schaltventil 62.
Parallel zu dem ersten Schaltventil 60 ist ein Rückschlagventil 64 geschaltet. Über
das erste Schaltventil 60 ist die Hilfskammer 36 mit
einem Druckspeicher 66 fluidisch verbindbar. Dieser umfasst
eine Speicherkammer 68, in der ein Kolben 70 gegen
eine Spannfeder 72 verlagerbar geführt ist. Mit dem
Druckspeicher 66 ist ein Wegsensor 74 gekoppelt,
der Auskunft über den aktuellen Füllzustand des Druckspeichers 66 gibt.
Bei Öffnung des ersten Schaltventils 60 lässt
sich infolge einer Verlagerung des Zusatzkolbens 24 der
Druckspeicher 66 füllen. Das Rückschlagventil 64 ist
derart verschaltet, dass es eine Entleerung des Druckspeichers 66 zulässt und
eine Füllung über diesen Leitungszweig blockiert.
Das zweite Schaltventil 62 erlaubt in der 1 gezeigten
geöffneten Stellung einen Fluidstrom von der Zusatzkammer 36 in
die Primärdruckkammer 32. In die fluidische Verbindung
ist ein Drucksensor 76 geschaltet, der eine Druckerfassung
des gegenwärtigen, in der Primärdruckkammer 32 herrschenden Drucks
erlaubt.
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In 1 erkennt
man ferner eine schematisch dargestellte, an die Hauptbremszylinderanordnung 18 angeschlossene
hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage 80, die über
ein Antiblockiersystem (ABS) und eine elektronische Stabilitätsregelung (ESC)
verfügt. Diese dient zur Ansteuerung von einzelnen Radbremseinheiten 82, 84, 86, 88.
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In 3 zeigt
die Kurve 100 den Bremskraft- und den hierzu proportionalen
Bremsdruckverlauf über dem Weg s für einen herkömmlichen
Hauptbremszylinder bei dessen Betätigung. Die Kurve 102 zeigt
den flacheren Verlauf der Ausführungsform gemäß 1.
Der flachere Verlauf ist dadurch bedingt, dass die hydraulische
Wirkfläche 30 des Primärkolbens 20 kleiner
ist als die hydraulische Wirkfläche des Primärkolbens
bei einem herkömmlichen Hauptbremszylinder, die etwa der
hydraulischen Wirkfläche des Sekundärkolbens entsprechen
würde. Aufgrund der kleineren hydraulischen Wirkfläche 30 und
damit des infolge der Betätigung des Primärkolbens 20 kleineren,
aus der Primärdruckkammer 32 verdrängten Volumens
an Hydraulikfluid, verläuft die Kurve entsprechen flacher.
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Die
Gerade 104 zeigt den Verlauf der Druckaufnahme in dem Druckspeicher 66.
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Der
Weg s1 ist der Weg, bei dem die maximale regenerative Bremswirkung
erreicht ist. Eine größere Bremswirkung kann über
die Verzögerungswirkung des Generators nicht erreicht werden.
Der Druck p1 ist der Druck, der bei Erreichen
der maximalen Verzögerungswirkung durch den Generator bereits
durch eine infolge der Pedalbetätigung erfolgte Verlagerung
des Primärkolbens 20 in der Primärdruckkammer 32 sowie
der Sekundärdruckkammer 42 erreicht wurde. Der
Druck p2 ist der in der hydraulischen Hilfskammer 10 erzeugte
Druck bei Erreichen der maximalen regenerati ven Bremswirkung. Schließlich
ist der Druck p3 der Gesamtdruck, der bei einer
Verbindung der Kammern 32 und 36 bei Erreichen
der maximalen regenerativen Bremswirkung erzielbar ist.
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Die
Vorrichtung gemäß 1 funktioniert wie
folgt und wird wie folgt betrieben.
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Zu
Beginn einer Bremsung wird das Bremspedal 14 von dem Fahrer
betätigt, wodurch die Kraft F auf das Krafteingangsglied 12 ausgeübt
wird. In der Folge kommt es zu einem Druckaufbau an der beweglichen
Wand 48, wie an sich bekannt, wodurch mit entsprechend
verstärkter Betätigungskraft der Primärkolben 30 zusammen
mit dem Zusatzkolben 24 verlagert wird. Zu Beginn der Bremsung
ist das Schaltventil 62 in seine geschlossene Stellung
geschaltet, so dass keine Verbindung zwischen der Hilfskammer 36 und
der Primärdruckkammer 32 besteht. Das Schaltventil 60 ist
in seine geöffnete Stellung geschaltet, so dass die Hilfskammer 36 mit
dem Druckspeicher 66 hydraulisch gekoppelt ist. Infolge der
Verlagerung des Primärkolbens dringt dieser in die Primärdruckkammer 32 ein
und verschiebt ein – gegenüber einer herkömmlichen
Hauptbremszylinderanordnung – kleineres Volumen an Hydraulikfluid in
das hydraulische Bremssystem 80. Demzufolge wird eine verhältnismäßig
geringe Bremswirkung über das hydraulische Bremssystem
erzeugt, was durch die strichlierte Kurve in 3 wiedergegeben ist.
Parallel hierzu wird ein Generator über die Fahrzeugbewegung
angetrieben, wobei dessen Verzögerungswirkung zum Abbremsen
des Fahrzeugs genutzt wird.
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Sobald
bei Erreichen des Betätigungswegs s1,
bei dem der Bremsdruck p1 über
die Verlagerung des Primärkolbens 20 und eine
entsprechende Verlagerung des Sekundärkolbens 22 in
dem Kraftfahrzeugbremssystem erzeugt wurde, die maximale regenerative
Bremswirkung erreicht ist, wird das Schaltventil 60 geschlossen
und das Schaltventil 62 geöffnet. Bei jeder weiteren
Verlagerung des Krafteingangsglieds 12 wird nun auch die
Wirkfläche 34 des Zusatzkolbens 24 zur
Druckerzeugung genutzt. Von diesem Zeitpunkt an verhält
sich der Hauptbremszylinder 18 wie ein herkömmlicher
Hauptbremszylinder. Das aus der Zusatzkammer 36 verdrängte
Hydraulikfluid fließt über das Ventil 62 in
die Primärdruckkammer 32 ein, so dass bei jeder
weiteren Betätigung des Bremspedals 14 ein entsprechend
großes Hydraulikfluidvolumen aus dem Hauptbremszylinder 18 in
das hydraulische Bremssystem hinein verdrängt wird. Es
kommt also bei Überschreiten des Wegs s1 (bei
Erreichen der maximalen regenerativen Bremswirkung) zu einem entsprechenden Anstieg
der hydraulisch erzeugten Bremswirkung und zu einem Verhalten des
Bremssystems, wie es der Fahrer von einem herkömmlichen
Bremssystem kennt.
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Anzumerken
ist, dass der in dem Druckspeicher 66 „gespeicherte” Druck
bei Bedarf, insbesondere dann, wenn die Verzögerungsleistung
der regenerativ arbeitenden Verzögerungseinrichtung, insbesondere
des Generators, nachlässt, durch entsprechende Ansteuerung
der Ventile 60 und 62 der Druck aus dem Druckspeicher 66 zur
Erhöhung der Bremswirkung nutzbar ist.
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Gemäß der
ersten Ausführungsvariante der Erfindung lässt
sich also in einer ersten Betätigungsphase bei einer regenerativen
Bremsung lediglich die Wirkfläche 30 des Primärdruckkolbens 20 aktivieren, wohingegen
die Wirkfläche 34 des Zusatzkolbens 24 für
eine Erzeugung einer Bremswirkung zunächst inaktiv bleibt.
Reicht die Verzögerungswirkung der regenerativ wirkenden
Verzögerungseinrichtung (Generator) nicht mehr aus, um
dem durch die Bremspedalbetätigung vorgegebenen Fahrerbremswunsch
zu genügen, so wird durch entsprechendes Umschalten der
Ventile 60 und 62 die Wirkfläche 34 zugeschaltet, d.
h. aktiviert, woraufhin bei jeder weiteren Verlagerung des Primärkolbens 20 mit
dem Zusatzkolben 24 eine entsprechend steilere Kennlinie
erreicht werden kann. Jede weitere Betätigung des Krafteingangsglieds 12 über
das Bremspedal 14 hat dann eine entsprechende Druckerhöhung
zur Folge.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Ausführungsform gemäß 1 liegt
darin, dass der Fahrer während jeder Bremspedalbetätigung
eine im Hauptbremszylinder erzeugte Pedalgegenkraft verspürt. Eine
synthetische Gegenkrafterzeugung, etwa über eine Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung,
ist nicht erforderlich, weshalb die erfindungsgemäße Anordnung
trotz ihrer Eignung zur regenerativen Bremsung gegenüber
herkömmlichen Systemen aus dem Stand der Technik vereinfacht
aufgebaut werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass der über
den Zusatzkolben erzeugte Hydraulikdruck in dem Druckspeicher 66 zwischengespeichert
werden kann und in der Folge nutzbar bleibt.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei dieselben
Bezugszeichen für dieselben Komponente wie bei 1 verwendet
wurden. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu der Ausführungsform
gemäß 1 im Detail erläutert.
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In 2 erkennt
man, dass der Primärkolben 20 hinsichtlich seiner
Wirkfläche 30 im wesentlichen genauso dimensioniert
ist, wie der Sekundärkolben 22. Der Primärkolben 20 ist über
die Rückstellfeder 38 in seine in 2 gezeigte
Ausgangsstellung gegen die Schulter 40 vorgespannt. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 darin,
dass der Zusatzkolben nicht in Serie zu dem Primärkolben
angeordnet ist, sondern als Ringkolben 110 ausgeführt
ist. Dieser Ringkolben 110 ist in einer entsprechenden
ringförmigen Hilfskammer 112 dichtend aufgenommen,
die in derselben Weise über eine entsprechende Ventilanordnung
mit der Primärdruckkammer 32 kommuniziert, wie
bereits mit Bezug auf 1 erläutert. Der Zusatzkolben 110 ist
unmittelbar mit der beweglichen Wand 48 gekoppelt und wird über
diese betätigt. Er weist eine ringförmige hydraulische
Wirkfläche 34 auf.
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In
die Verbindungsleitung zwischen der hydraulischen Hilfskammer 112 und
der Primärdruckkammer 32 ist zusätzlich
zu dem Schaltventil 62 noch ein Druckbegrenzungsventil 114 eingebaut,
welches mit einem Stufenkolben 116 ausgeführt
ist, der über eine Spannfeder 118 in 2 nach
unten vorgespannt ist. An das Druckbegrenzungsventil 114 ist
ein druckloses Fluidreservoir 120 angeschlossen. Ferner erkennt
man einen Stößel 122, auf dessen Funktion im
Folgenden noch eingegangen wird. In dem Stufenkolben 116 ist
ein erstes Rückschlagventil 124 sowie in zweites
Rückschlagventil 126 vorgesehen. Der Stufenkolben 116 ist
dicht in dem Gehäuse des Druckbegrenzungsventils 114 verlagerbar
geführt.
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Die
Grundfunktionsweise der Ausführungsform gemäß 2 entspricht
im wesentlichen der Funktionsweise der Ausführungsform
gemäß 1.
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Im
Falle einer regenerativen Bremsung wird die Wirkfläche 34 des
ringförmigen Zusatzkolbens 110 deaktiviert, indem
das Ventil 62 geschlossen und das Ventil 60 geöffnet
wird. Eine Verlagerung des Zusatzkolbens 110 führt
dazu, das Hydraulikfluid aus der hydraulischen Hilfskammer 112 herausgepresst und
in den Druckspeicher 66 zum Laden desselben hineingepresst
wird.
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Nach
Beendigung der regenerativen Bremsung wird hingegen das Schaltventil 60 geschlossen und
das Schaltventil 62 geöffnet, so dass es über
das Druckbegrenzungsventil 114 zu einer fluidischen Verbindung
zwischen der Hilfskammer 112 und der Primärdruckkammer 32 kommt.
Dadurch kann zusätzlich zu der hydraulischen Wirkfläche 30 des
Primärdruckkolbens 20 auch die hydraulische Wirkfläche 34 dazu
genutzt werden, um Hydraulikfluid in die Fahrzeugbremsanlage zu
drücken. Auf diese Weise lässt sich die Fahrzeugbremsanlage
relativ schnell mit Hydraulikfluid füllen (Quick-fill-Funktion).
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Das
Druckbegrenzungsventil 114 hat die Aufgabe, den Druck in
der ringförmigen Druckkammer 112 auf einen vorbestimmten
Höchstwert zu begrenzen. Dies ge schieht dadurch, dass mit
zunehmendem Druck in der Druckkammer 112 der Kolben 116 in 2 nach
oben gegen den Widerstand der Feder 118 gedrückt
wird. Schließlich gelangt der Stößel 122 in
Wechselwirkung mit dem Rückschlagventil 126 und öffnet
dieses, so dass es über die entsprechende Fluidleitung
zu einer Druckentlastung der Ringkammer 112 in das drucklose
Reservoir 120 kommen kann. Der Druckaufbau in der Primärdruckkammer 32 bleibt
aufgrund des Rückschlagventils 124 von dieser
Druckentlastung jedoch unberührt. Mit anderen Worten wird
bei Erreichen des vorbestimmten Höchstdrucks in der Ringkammer 112,
d. h. ab einem bestimmten Betätigungsgrad, die hydraulische
Wirkfläche 34 wieder deaktiviert. Wird der Druck in
der Primärdruckkammer 32 und dementsprechend auch
in der Sekundärdruckkammer 42 weiter erhöht, so
trägt zur weiteren Druckerhöhung der Zusatzkolben 110 nicht
mehr bei. Dies hat wiederum zur Folge, dass nunmehr lediglich die
Wirkfläche 30 des Primärdruckkolbens 20 zum
weiteren Druckaufbau genutzt wird, wodurch sich der Kraftaufwand
am Krafteingangsglied 12 entsprechend reduziert. Demgemäß wird
während der regenerativen Bremsung der Bremsdruck lediglich über
den Primärdruckkolben 20 erzeugt, wohingegen der
Zusatzkolben 110 passiv bleibt. Im Anschluss an die regenerative
Bremsung wird also die Wirkfläche 34 des Zusatzkolbens 110 zusätzlich
zur Wirkfläche 30 des Primärkolbens 20 zum
weiteren Druckaufbau genutzt, bis schließlich der vorbestimmte
Maximaldruck erreicht wird. Bei Erreichen dieses vorbestimmten Maximaldrucks
schaltet sich dann das Druckbegrenzungsventil 114 selbsttätig
in seinen vorstehend beschriebenen Zustand, wobei in der Folge wieder
nur der Primärdruckkolben 20 zum weiteren Druckaufbau
verwendet wird.
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Die
Ausführungsform gemäß 2 hat
dieselben Vorteile wie die Ausführungsform gemäß Figur
eins, nämlich einen einfachen Aufbau unter Vermeidung einer
Pedalgegenkraft-Simulationsvorrichtung sowie unter Nutzung des in
dem Druckspeicher 66 zwischengespeicherten Drucks. Sie
eignet sich in gleicher Weise, wie die Ausführungsform
gemäß 1 für die Verwendung
bei Bremssystemen, die auch eine regenerative Bremswirkung unterstützen sollen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005030223
A1 [0002]