DE102008051316A1

DE102008051316A1 - Bremssystem mit adaptiv steuerbarem Bremsbelaglüftspiel

Info

Publication number: DE102008051316A1
Application number: DE200810051316
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber; Valentin Unterfrauner
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch wirkendes Bremssystem mit einem Hauptbremszylinder (4), dessen mindestens einer Arbeitsraum über mindestens eine Hydraulikleitung mit den Radbremsen des Fahrzeugs verbunden ist, wobei mittels Unterdruck in den Hydraulikleitungen der Bremskolben (12a-12d) mindestens einer Radbremse (RBi) zur Erzeugung eines Lüftspiels (BLS) verstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch wirkendes Bremssystem mit einem Hauptbremszylinder, dessen mindestens einer Arbeitsraum über mindestens eine Hydraulikleitung mit den Radbremsen des Fahrzeugs verbunden ist.
Nach einer Bremsung, insbesondere bei Bremssystemen mit Scheibenbremsen, entsteht eine Restbremswirkung, da die Rückstellkräfte am Bremskolben nicht ausreichen, um die Bremsbeläge genügend weit von der Bremsscheibe abzuheben. Zur Lösung dieses Problems wurde u. a. eine Roll-Back-Dichtung entwickelt, die den Bremskolben und mit ihm den Bremsbelag von der Bremsscheibe nach dem beendeten Bremsvorgang weg bewegt. Allerdings ist das Roll-Back-Vermögen des Dichtringes auf den Bremskolben beschränkt und reicht nicht aus, Verschmutzungen, Alterung und elastische Verformungen im Bremssattel und Reibbelägen voll auszugleichen. Abhilfen mit einem Luftspalt zwischen Bremsbe lag und Bremsscheibe/Bremskolben sind in DE 44 18 701 und DE 196 01 434 beschrieben. Die vorgeschlagenen Lösungen gemäß der vorgenannten Druckschriften wurden bisher nicht eingeführt, da der zusätzliche Aufwand im Verhältnis zur Wirkung unbefriedigend ist und zudem durch das eingestellte Luftspiel beim anschließenden Bremsen ein Pedalwegverlust eintritt, wodurch nachteilig die Bremswege bei Vollbremsungen länger werden.
Nach aktuellem Entwicklungsstand der Bremsen haben Mittelklassefahrzeuge auf dem Prüfstand zur Ermittlung der NEFZ-Verbräuche einen zusätzlichen Verbrauch von ca. 0,25 l = 6 g CO₂/km durch die o. g. Restbremswirkung. Dieser Wert gilt für ein Neufahrzeug ohne Alterungseinflüsse und ist beträchtlich in Anbetracht der zukünftigen CO₂-Ziele.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hydraulisch wirkendes Bremssystem dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Restbremswirkung sicher vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mittels Unterdruck in der Hydraulikzuführleitung einer Radbremse ein Luftspiel erzeugbar bzw. einstellbar ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, mittels Unterdruck den Bremskolben einer Radbremse aktiv zurückzustellen, wobei insbesondere durch die Größe des Unterdrucks und dessen Dauer eine definierte Verstellung des Kolbens und mit ihm der Bremsbelag bzw. die Bremsbeläge zur Einstellung eines definierten Luftspiels verstellbar sind.
Der Unterdruck kann in einer ersten Ausführungsform der Erfindung mittels des Hauptbremszylinders erfolgen. Sofern der Antrieb des Hauptbremszylinders nicht schnell genug arbeitet, kann gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ein zusätzliches Aggregat zur Unterdruckerzeugung vorgesehen werden, welches mit der Hydraulikzuführleitung der jeweiligen Radbremse in Verbindung ist.
Für beide vorbeschriebenen Ausführungsformen kann vorteilhaft mindestens ein Ventil vorgesehen werden, das bzw. die zwischen dem Vorratsbehältnis für das Hydraulikmedium und dem Hauptbremszylinder und/oder dem Aggregat zur Unterdruckerzeugung und dem Hauptbremszylinder angeordnet ist bzw. sind. Mittels dieses mindestens einen Ventils wird verhindert, dass bei der Unterdruckerzeugung vom Vorratsbehältnis Hydraulikmedium in die Zuführleitung bzw. den Hauptbremszylinder oder das Aggregat einströmt.
Vorteilhaft erhält man durch die Erfindung eine einfache Lösung für hydraulische Bremssysteme, die ein definiertes Lüftspiel ermöglicht und auch diagnosefähig und außerdem adaptiv ist. Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Lösung sowohl bei elektro-pneumatischen als auch bei elektro-hydraulischen Bremssystemen eingesetzt werden.
Das Lüftspiel kann vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Bremssystem abhängig vom Fahrzustand des Fahrzeugs adaptiv eingesteuert werden.
Zur Einstellung des erforderlichen Luftspiels wird gem. der ersten Ausführungsform nach Beendigung der Bremsung durch eine bestimmte Steuerung des Tandem-Hauptbremszylinders (THZ) ein Unterdruck hinter dem Bremskolben einer Radbremse erzeugt, wodurch der Bremskolben entsprechend bewegt und das Lüftspiel erzeugt wird. Zur definierten Verstellung des Bremskolbens der Radbremse kann der Verstellweg und optional der Druck des THZ ausgewertet werden, da bei relativ langsamer Verstellung des THZ der Bremskolbenweg dem Kolben des THZ folgt und aus dem Verhältnis der Kolbenflächen von Brems- und THZ-Kolben das Lüftspiel über den THZ-Weg bestimmt werden kann. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass durch ein entsprechendes Lüftspiel von ca. 0,1 mm nur noch eine kleine Restbremswirkung, vornehmlich durch die Reibung in der Führung von Brems belag im Schwimmsattel und der Schwimmsattellagerung, vorhanden ist.
Die Hauptkomponente vom Bremskolben jedenfalls entfällt. Bei manchen Bremssattelkonstruktionen ist der Bremsbelag über eine Feder an den Bremskolben gekoppelt, so dass hier nur noch eine geringe Reibung in der Schwimmsattelführung wirkt.
Um bei Bremssystemen mit Schwimmsattel sicherzustellen, dass sich auch ein Luftspiel bei dem Bremsbelag, welcher auf der dem Bremskolben abgewandten Seite der Bremsscheibe angeordnet ist, einstellt, wird bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ein kleines Bremssattellüftspiel erzeugt, so dass keine Restbremswirkung mehr entsteht. Hierzu wird der Schwimmsattel in einer ersten Alternative mittels eines passiven Roll-Back-Elements, ähnlich wirkend wie eine aus dem Stand der Technik bekannte Roll-Back-Dichtung, zur Erzeugung eines Luftspiels für den am Schwimmsattel befestigten Bremsbelag nach Beendigung des Bremsvorgangs zurückbewegt. Das Roll-Back-Element kann dabei vorteilhaft zwischen Bremshalter und Schwimmsattel-Führungsbolzen wirken. In einer zweiten alternativen Ausführung wird der Schwimmsattel aktiv durch einen Aktuator zur Einstellung des Luftspiels bewegt. Der Aktuator kann vorteilhaft ein elektromagnetischer Antrieb, wie z. B. ein Magnet oder Verstellmotor, sein.
Es ist selbstverständlich möglich, dass bei allen Radbremsen gleichzeitig, nacheinander oder in Gruppen das Luftspiel eingestellt wird. Sofern die Erzeugung des Unterdrucks schnell genug erfolgen kann, ist es vorteilhaft, wenn für jede Radbremse einzeln, d. h. nacheinander, das Luftspiel eingeregelt bzw. eingestellt wird. Dies ist insbesondere möglich bei einem elektro-hydraulischen Bremssystem.
Das Luftspiel sollte und kann nicht konstant während des Fahrzeugbetriebes andauern. So müssen bei Regen die Bremsbeläge leicht oder sogar vor Beginn der Bremsung nach Rückstellung des Gaspedals verstärkt anliegen. Auch müssen die Bremsbeläge nach längerem Fahren ohne zu bremsen auf trockener Straße zur Scheibenreinigung kurzfristig angelegt werden, was bei dem erfindungsgemäßen Bremssystem auch mit einer definierten kleinen Bremskraft erfolgen kann. Aus diesem Grund muss das Luftspiel adaptiv einstellbar sein. Auch ist es vorteilhaft, wenn beim Stillstand des Fahrzeugs, z. B. Parken, kein Luftspiel eingestellt wird.
Sofern ein Luftspiel eingestellt worden ist, kann dies einen zusätzlichen Verlustweg oder eine längere Ansprechzeit beim Bremsen bedeuten, was abhängig von der Betätigungsgeschwindigkeit der Bremse eine Bremswegverlängerung zur Folge hätte. Bei einer Vollbremsung zum Verhindern eines Auffahrunfalls kann dies entscheidende Meter kosten und zum Unfall führen. Um eine Bremswegverlängerung zu vermeiden, sieht die Erfindung vor, vor Beginn der Bremsbetätigung die Bremsbacken an die Bremsscheibe anzulegen, d. h. das Luftspiel aufzuheben. Das Bremssystem muss somit erkennen, wann und ob eine Bremsbetätigung erfolgen wird. Hierfür bietet sich an, bei schneller Gaspedalrücknahme die Bremsbacken mit kleiner Bremskraft anzusteuern oder alternativ dies über einen Abstandssensor vom Fuß zum Bremspedal zu steuern. Auch kann das Signal oder die Daten von einem Abstandsmesssystem, welches den Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug oder Hindernis bestimmt, zur Ermittlung eines alsbald einzuleitenden Bremsvorgangs verwendet werden. Ebenso kann die Fahrzeuggeschwindigkeit bei der Auswertung mit berücksichtigt werden.
Bei dem Bremssystem, insbesondere einem elektro-hydraulischen System, muss das zum Anlegen der Bremsbeläge und für die Aufhebung des Luftspiels vom Hauptbremszylinder, insbesondere THZ, eingespeiste Volumen wieder nachgefördert werden, indem der Hauptbremszylinder nach Anlegen der Bremsbeläge in die Normalstellung zurückfährt und über die Schnüffellöcher des Hauptbremszylinders das Volumen ausgeglichen wird. Dieser Vorgang erfordert nur < 50 ms und ist abgeschlossen bevor der Fuß der das Fahrzeug fahrenden Person das Bremspedal berührt.
Vorteilhaft sind alle Funktionen des erfindungsgemäßen Bremssystems voll diagnosefähig. So kann z. B. durch entsprechende Hauptbremszylinder-Steuerung das Luftspiel beim Anlegen des Bremskolbens an den Bremsbelag, insbesondere bei Fahrzeugstillstand, getestet werden.
Vorteilhaft kann durch die Erfindung ein Bremsbelagverschleißsensor eingespart werden. Hierzu wird bei Fahrzeugstillstand, vorzugsweise in Parkierstellung, durch o. g. Ansteuerung der Bremskolben auf Anschlag zurückgestellt und anschließend wieder zur Anlage an die Bremsscheibe vorgestellt. Dieser Verstellweg ist proportional zum Belagverschleiß. Der zusätzliche Vorteil ist, dass der Verschleiß bei entsprechenden Diagnoseintervallen extrapoliert werden kann und im Fahrzeugdiagnosesystem erfasst wird. Daher entfällt der Zusatzaufwand bei der Fahrzeuginspektion, z. B. durch Demontage der Räder, um den Belagverschleiß zu sichten.
Die vorgeschlagene Lösung erlaubt vorteilhaft ein definiertes Luftspiel mit einer, wenn überhaupt, nur sehr kleinen Restbremswirkung und damit eine erhebliche Reduzierung von CO₂. Das erfindungsgemäße Bremssystem ist darüber hinaus voll diagnosefähig und erspart und verbessert die Bremsbelagsverschleißanzeige als wesentliche Sicherheitsfunktion. Die Lösung ist außerdem sehr kostengünstig.
Für eine schnelle Markteinführung eignet sich die oben beschriebene zweite Ausführungsform, da sie eine Add-On-Lösung zu bestehenden ABS/ESP-Konzepten mit Vakuumverstärker darstellt, in der eine elektromotorische Saug-Druck-Einheit mit Umschaltventilen an den bestehenden Tandemhauptbremszylinder mit Vakuum-Bremskraftverstärker anbaubar ist und zusätzlich mit dem ABS-Einlassventil die Luftspiel-Steuerung mit demselben Verteiler der einzelnen Radbremsen ermöglicht. Bei Markteinführung des elektromotorischen Bremskraftverstärkers gemäß der DE 10 2005 018 649 entfällt bis auf die Umschaltventile dieser Zusatzaufwand.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen die zwei möglichen Ausführungsformen der Erfindung sowie Regelkonzepte näher erläutert.
Es zeigen:
1: Eine erste Ausführungsform der Erfindung;
1a: eine zweite alternative Ausführungsform der Erfindung mit zusätzlichem Kolben-Zylinder-Aggregat;
2: Steuervorgang zur Einstellung eines Luftspiels;
3: Steuervorgang zur Aufhebung des Luftspiels vor dem Einleiten des Bremsvorgangs;
4: Steuervorgang zur Ermittlung des Bremsbelagverschleißes;
5: Steuervorgang bei minimalem und maximalem Bremsbelagverschleiß;
6: erste Alternative mit Roll-Back-Element für Schwimmsattel;
7: zweite Alternative mit Aktuator zur Verstellung des Schwimmsattels zur Einstellung eines Luftspiels für den Bremsbelag, der auf der dem Bremskolben abgewandten Seite der Bremsscheibe angeordnet ist.
Die 1 zeigt ein Bremssystem mit Regelventilen 18, 18a, 18b, 18c wie es im Wesentlichen in der DE 10 2005 018 649 beschrieben ist, und auf deren Offenbarungsgehalt im Übrigen Bezug genommen wird. Das Bremssystem umfasst u. a. den elektromotorischen Bremskraftverstärker (BKV) 2, 8 mit Tandem-Hauptbremszylinder (THZ) 4 sowie dessen Druckstangenkolben (DK) 3 und Schwimmkolben (SK) 3a, das Bremspedal 1, den Pedalweggeber 5, die Regelventile 18 bis 18c, die Umschaltventile 16, 16a und 17, den Druckgeber 15, die Radbremsen RBa bis RBd und den Vorratsbehälter (ECU) 19. Wie in der DE 10 2005 018 649 beschrieben, vereint das Bremssystem die Bremskraftverstärkung mit der Druckmodulation ABS und ESP.
Die vorliegende Erfindung erweitert das Bremssystem der DE 10 2005 018 649 um die aktive Einstellung eines Lüftspiels in den einzelnen Radbremsen.
Wird nach erfolgter Bremsung das Fahrzeug über das nicht gezeichnete Gaspedal oder die Geschwindigkeits-Regelanlage beschleunigt oder mit konstanter Geschwindigkeit gefahren, so werden in der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung bzw. deren Steuerung die Umschaltventile 16 und 16a geschlossen, so dass der THZ 4 vom Vorratsbehälter 6 getrennt ist. Anschließend wird der DK-Kolben 3 des THZ 4 mittels des elektromotorischen Antriebs aus der Normalstellung zurück gefahren, was bewirkt, dass sich ein Unterdruck in dem Arbeitsraum und den Hydraulikleitungen einstellt. Soll nun z. B. der Bremskolben 12c der Radbremse RBc durch den Unterdruck bewegt werden, so muss das Regelventil 18b geöffnet und die Regelventile 18, 18a, 18c, welche den übrigen Radbremsen zugeordnet sind, geschlossen werden. Solange sich der DK-Kolben 3 weiter bewegt, wird bei geöffnetem Ventil 18b der Bremskolben 12c der Radbremse RBc zurückgefahren. Aus dem Flächenverhältnis von Bremskolben 12c und DK-Kolben 3 ergibt sich bei einem einzustellenden Luftspiel von z. B. 0,1 mm die notwendige Verstellbewegung des DK-Kolbens 3, wenn die Bewegung im Verhältnis zur Druckmodulation für ABS langsam erfolgt und keine dynamischen Einflussfaktoren wirken.
Die Bewegung des DK-Kolbens 3 kann auch anhand des Druckverlaufs mittels des Sensors 15 überwacht werden. Für die Steuerung des Lüftspiels genügt eine Genauigkeit von ±40%. Dadurch, dass die Anpresskraft des Bremskolbens entfällt, entspannt sich auch die resultierende Kraft auf den Bremsbelag bzw. dessen Auflagekraft auf den nicht gezeichneten Bremshalter. Bei vielen Bremssattelausführungen ist der Bremsbelag durch Rastfedern mit dem Bremskolben oder auch dem Schwimmsattel verbunden, so dass eine Zurückstellung des Bremskolbens automatisch den Bremsbelag von der Restbremswirkung eliminiert. Auch die Lagerkräfte in den nicht gezeichneten Führungsbolzen des Schwimmsattels werden geringer, so dass letztlich nur noch eine sehr geringe Restbremswirkung übrig bleibt. In den 2 bis 5 werden die zeitlichen Abläufe der Lüftspiel-Steuerung näher erläutert.
In der gezeichneten Stellung der THZ DK-Kolben 3 und SK-Kolben 4 sind die sog. Schnüffellöcher zum Nachsaugen der Bremsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 6 geöffnet. Diese Stellung wird als Normalstellung bezeichnet. Ein Zurückfahren des DK-Kolbens 3 aus dieser Normalstellung gegen die normale Betätigungsrichtung bedeutet einigen konstruktiven Aufwand. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, über entsprechende Vorwärtsbewegung des DK-Kolbens 3 zwei Bremskolben eines Bremskreises mit kleinem Druck zu beaufschlagen, anschließend nur einen ersten Bremskolben über Unterdruck zurückzufahren, wobei ein größeres Lüftspiel als notwendig eingestellt wird. Der andere zweite Bremskolben verharrt währenddessen aufgrund des ihm zugeordneten geschlossenen Regelventils in seiner Stellung. Anschließend wird der erste Bremskolben auf ein kleineres Lüftspiel durch entsprechende DK-Kolbenbewegung bewegt und anschließend der zweite Bremskolben wiederum über DK-Kolben-Rückbewegung auf das entsprechende Lüftspiel gesteuert. Während der Druckbeaufschlagung, d. h. Ventilbewegung, aus der Normalstellung heraus mit kleinem Druck sind z. B. die Regelventile 18b und 18c des Bremskreises, der vom DK-Kolben 3 versorgt wird, offen. Ebenso sind die Umschaltventile 16 und 16a geöffnet. Während der Rückbewegung des DK-Kolbens 3 ist das Umschaltventil 16 und ein Regelventil, z. B. 18c, geschlossen, wobei der Bremskolben 12c auf das doppelte Lüftspiel bewegt wird. Der DK-Kolben 3 verharrt anschließend in der „Normalstellung” bei offenem Umschaltventil 16 und ebenfalls geöffnetem Regelventil 18b. Hierbei bewegt sich der Bremskolben 12d in seine Ausgangsstellung ohne Lüftspiel. Im nächsten Schritt wird bei offenen Ventilen 16 und 18b der Bremskolben 12c auf das normale Lüftspiel durch entsprechende DK-Kolbenbewegung gebracht. Das Regelventil 18c ist hierbei geschlossen. Anschließend werden das Umschaltventil 16 und das Regelventil 18b geschlossen und die DK-Kolbenrückbewegung bei offenem Regelventil 18c aktiviert. Hierbei wird beim zweiten Bremskolben 12d das Lüftspiel eingestellt. Danach fährt der Kolben in die Normalstellung bei geschlossenem Regelventil 18c und offenem Umschaltventil 16. In der Normalstellung sind alle Ventile offen.
Eine weitere Steuermöglichkeit zur Vermeidung der Rückbewegung aus der Normalstellung besteht darin, ähnlich der vorgenannten, den DK-Kolben 3 aus der Normalstellung heraus mit geringer Druckbeaufschlagung beider Bremskolben 12c und 12d bei offenen Ventilen zu bewegen. Anschließend wird der DK-Kolben 3 bei geschlossenem Umschaltventil 16 und offenem Regelventil 18b zurückbewegt, bis im Kolben 12c das Lüftspiel erreicht ist. Anschließend wird das Regelventil 18b geschlossen und Regelventil 18c geöffnet und der DK-Kolben 3 weiterbewegt, bis beim Bremskolben 12d ebenfalls das Lüftspiel erreicht ist. Danach wird das Regelventil 18c ebenfalls geschlossen, und der DK-Kolben 3 fährt bei offenem Umschaltventil 16 in die Normalstellung zurück. Nach Erreichen der Normalstellung werden alle noch nicht geöffneten Ventile wieder geöffnet. Es hat sich herausgestellt, dass diese Steuerung am einfachsten zu realisieren ist.
Für die Lüftspiel-Steuerung der Bremskolben gibt es verschiedene Steuermöglichkeiten. Eine weitere besteht darin, ein Umschaltventil 17 im Primärkreis in der Verbindung von THZ 4 zu den Radbremsen anzuordnen. Zur Lüftspiel-Steuerung wird im entsprechenden Bremskreis in beiden Radbremsen ein kleiner Druck erzeugt. Ein Zurückfahren von DK-Kolben 3 und SK-Kolben 3a bewirkt bei offenem Regelventil 18 und geschlossenen Regelventilen z. B. 18a, 18b u. 18c, im Bremskolben 12a der Bremse RBa einen Unterdruck. Dieser ist feststellbar über Druckgeber 15. Eine entsprechende Kolbenbewegung von DK-Kolben 3, die mittels des Sensors 14 ermittelt werden kann, ergibt ähnlich den vorgenannten Beispielen das erwünschte Lüftspiel in der Radbremse RBa. Der Hubsensor 14 kann durch den üblichen und nicht gezeichneten Drehwinkelsensor des EC-Motors des BKV 8 ersetzt werden. Mit erheblichem Mehraufwand kann das Lüftspiel am Bremskolben direkt durch einen an der Radbremse angeordneten Sensor 37 gemessen bzw. geregelt werden.
Das Erzeugen eines definierten Luftspiels an allen vier Radbremsen bedeutet bei Bremsbetätigung ein Zusatzvolumen, d. h. einen zusätzlichen Pedalweg, was wiederum die zeitliche Ansprechcharakteristik verschlechtert und bei einer Vollbremsung einen verlängerten Bremsweg bedeutet. Dieser Volumenausgleich kann durch entsprechende Steuerung mittels eines schnellen Bremskraftverstärkers BKV 2 mit THZ 4 vor der Bremsbetätigung erfolgen. Dieser Vorgang wird anhand von 4 beschrieben. Der Start für diese Volumenausgleichsteuerung kann bei schneller Rückstellung des Gaspedals erfolgen. Diese Lösung funktioniert allerdings nicht bei Fahrzeugen mit Geschwindigkeits-Regelanlage, bei denen der Fuß nicht auf dem Gaspedal stehen muss. Hier kann z. B. ein einfacher Abstandssensor 7 am Bremspedal 1 vorgesehen werden, welcher bei Annäherung des Fußes an das Bremspedal den Ansprechabstand a misst. Bei Unterschreiten eines bestimmten Abstandes kann dann z. B. der Start für den Volumenausgleich eingeleitet werden.
Das Lüftspiel sollte insbesondere bei Regen nicht wirken. Regen oder eine nasse Fahrbahn kann dem Bremssystem z. B. durch das Ansteuersignal des Scheibenwischers, welches dem ECU 19 über den Bus zugeführt wird, signalisiert werden. Gleichsam ist es möglich, z. B. das Signal eines Regensensors zu verwenden. Hier kann zusätzlich zu den vorgenannten Kriterien kurz von der Bremsung mit erhöhtem Druck von < 5 bar die Bremsscheibe frei gebremst werden. Bei längerer Fahrt bei trockener Straße ohne Bremsbetätigung kann über kurze Zeit durch Anlegen der Bremsbeläge die Scheibe gereinigt werden.
Auch in Parkstellung oder bei kleinen Geschwindigkeiten kann das Lüftspiel ausgeschaltet werden. Dasselbe kann für tiefe Temperaturen gelten, welche von der ECU 19 mittels eines Temperaturfühlers im Motorraum oder den vorhandenen Außentemperaturfühlern zugeführt werden.
Als Alternative zum bevorzugten elektro-motorischen Bremskraftverstärker kann auch ein Vakuum- oder hydraulischer Bremskraftverstärker eingesetzt werden, wodurch zusätzliche Umschaltventile 9 und die Druckversorgungsleitung 10 erforderlich sind. Nach heutigem Stand der Technik ist jedoch die Dynamik von diesen Verstärkern nicht ausreichend, um eine hinreichend schnelle Steuerung von Lüftspiel und Volumenausgleich durchzuführen. Für diese Bremskraftverstärker wird in 1a eine Add-On-Lösung vorgeschlagen. Diese besteht aus den bereits beschriebenen Umschaltventilen 16 und 16a und einer Saug-Druck-Steuerung 38, bestehend aus Kolben 49, Spindel 41 mit elektro-motorischem Antrieb 40, sowie Wegsensor 14. Anstelle dieses Wegsensors 14 kann bei Verwendung eines E-Motors auch dessen integrierter Drehwinkelgeber verwendet werden. Als Alternative zum E-Motor kann auch ein Linearmagnet verwendet werden, da die erforderliche Leistung zur Erzielung des benötigten Unterdrucks nicht sehr hoch ist. Soll nun das Lüftspiel, z. B. in der Radbremse 11a, eingestellt werden, so werden alle nicht gezeichneten E-Ventile mit E-Motor 44 und Pumpe 45 der ABS/ESP HCU (Hydr. Computing unit) 42 geschlossen. Ebenso werden die Umschaltventile 16 und 16a geschlossen. Der Kolben 39 fährt einen bestimmten Weg, wie bereits beim Tandem-Hauptbremszylinder beschrieben, zurück, wobei das E-Ventil 43 offen ist. Auch hier kann der Vorgang über den Druckgeber 14 überwacht werden. Nachdem das Lüftspiel eingesteuert ist, schließt das E-Ventil 43. Der Kolben 39 fährt weiter zurück und steuert nacheinander in den übrigen Radbremsen 11b bis 11d das erforderliche Lüftspiel ein. Danach bleibt der Kolben 39 stehen, die Umschaltventile und alle E-Ventile werden geöffnet. Soll nun das Lüftspiel ausgeschaltet werden oder wird der Bremsvorgang eingeleitet, so erfolgt eine schnelle Verstellung des Kolbens 39 in die Ausgangsstellung. Hierbei sind die Umschaltventile 16 und 16a geschlossen. Dadurch erfolgt vor der Bremsung der Volumenausgleich, und es entsteht kein Nachteil in der Ansprechcharakteristik der Bremse. Das Druckniveau ist im Bereich < 2 bar, somit sind die Verstellleistung und der konstruktive Aufwand sowie das Gewicht gering. Der Druckgeber 15 ist in jedem ESP-System vorhanden und muss ggf. im Messbereich für den Unterdruck erweitert werden.
Die 2 zeigt den zeitlichen Steuervorgang für das Einstellen eines Lüftspiels entsprechend der einfachen Steuerung. Im Diagramm sind die Wege der Kolben und der Druck hinter dem Bremskolben dargestellt. Mit S_k ist der Weg-Zeit-Verlauf des jeweiligen Bremskolbens, mit S_DK der Weg-Zeitverlauf des DK-Kolbens 3, mit p der Druck hinter dem Bremskolben sowie mit BLS die Größe des Lüftspiels gekennzeichnet. Mit V16 und V18 sind die Stellungen der Ventile 16 und 18 gekennzeichnet. Die Kurve M zeigt die Bewegungsrichtung der Verstellung des DK-Kolbens 3 an. Zum Zeitpunkt t₀ erfolgt die Ansteuerung des Umschaltventils 16/16a und bei t₁ die Ansteuerung des Motors zur Rückverstellung des DK-Kolbens 3 aus der Normalstellung, bei der die Schnüffellöcher offen sind. Beide Schaltpunkte t₀ und t₁ können auch zusammengelegt werden. Mit Zurückfahren des DK-Kolbens 3 steigt der Unterdruck p an, was nach Überschreiten eines bestimmten Wertes zur Bewegung des Bremskolbens SK führt. Während der Bewegung von DK-Kolben 3 und Bremskolben SK bleibt der Druck annähernd konstant und weit unter dem Grenzwert –1 bar als Indiz, dass sich der Kolben bewegt. Voller bzw. maximaler Unterdruck würde ein Indiz dafür sein, dass sich der Kolben nicht bewegt bzw. klemmt. Zum Zeitpunkt t₂ ist der Sollwert von BLS über die beschriebene Korrelation von Kolbenfläche und entsprechendem Weg von S_K und S_DK erreicht. Nach Ende der S_K-Bewegung nimmt der Unterdruck ab. Bis zu t₃ erfolgt keine weitere Bewegung. Danach wird der DK-Kolben 3 in die Normalstellung bewegt, die zum Zeitpunkt t₄ erreicht wird. Während der DK-Kolbenbewegung bleibt das Regelventil 18 ge schlossen, und die Umschaltventile 16 und 16a werden zum Druckausgleich geöffnet.
Bei t₄ wird das Regelventil 18 geöffnet, so dass beidseitig des Bremskolbens Atmosphärendruck herrscht. Nach t₄ kann durch Druckerhöhung das Lüftspiel ausgeschaltet werden. Bei weiterer Bewegung des DK-Kolbens 3 aus der Normalstellung kann aus dem Druckverlauf und S_DK-Weg das Lüftspiel zum Wiederanlegen ermittelt werden, so dass hiermit eine Diagnose des Luftspiels erfolgt. Entscheidend ist, dass die Zeitdauer des Unterdrucks und dessen Höhe gering sind, um ein Ausgasen von eingeschlossener Luft in der Bremsflüssigkeit zu vermeiden. Daher muss zum Zeitpunkt t₄, wenn keine Druckerhöhung erfolgt, der DK-Kolben 3 in Normalstellung und die Umschaltventile geöffnet sein, damit voller Druckausgleich auf die Bremskolben wirkt und diese in der Lüftspiel-Stellung verharren. Die Reibkräfte der Roll-Back-Dichtung sind relativ hoch. Bei dieser definierten Lüftspiel-Steuerung können auch andere Dichtungen eingesetzt werden, was dem Anbremsverhalten bei kleinen Bremsverzögerungen zu Gute kommt.
Die 3 beschreibt den Vorgang der Volumenausgleichsteuerung. Zum Zeitpunkt t₅ erfolgt die schnelle Rücknahme des Gaspedals, was zum Zeitpunkt t₆ zur Motoransteuerung und Bewegung des DK-Kolbens 3 führt und die Bremsbeläge nach entsprechendem S_k-Weg wieder anlegt. Zum Zeitpunkt t₇ ist dies erfolgt, was zu einer Umpolung des Motors und zum Öffnen der Umschaltventile 16 und 16a führt. In dieser Rückbewegung werden die Regelventile 18–18c geschlossen und über Manschetten des HZ-Kolbens wird durch den Unterdruck das entsprechend fehlende Volumen in die HZ-Kammern angesaugt. Zum Zeitpunkt t₆ herrscht wieder Druckausgleich. Zum Zeitpunkt t₉ kann dann die Bremse normal betätigt werden, ohne das ein Volumen- bzw. Pedalwegverlust zum Druckaufbau vorhanden ist. Auch hier ist entscheidend, dass dieser Vorgang sehr schnell, z. B. < 50 ms, erledigt wird.
Die 4 zeigt die Steuerung zur Ermittlung des Bremsbelagverschleißes. Es ist auf der Ordinate der Kolbenweg SK für S_K1(min) und S_K2(max) Verschleiß dargestellt. Der treppenförmige Verlauf stellt die Unterdruckintervalle zur Zurückbewegung des Kolbens in die Ausgangsstellung bzw. zum Anschlag dar. Dieser Steuervorgang für den Bremskolbenanschlag wird anhand von 5 näher beschrieben. Nachdem der Bremskolben auf Anschlag liegt, erfolgt wieder die Bewegung in Richtung Anlage an die Bremsscheibe. Bei minimalem Verschleiß ist dies nach ΔS_K1 bzw. ΔS₁ des Steuerkolbens erfolgt. Bei großem Verschleiß genügt ein HZ-Vollhub nicht, so dass in mehreren Stufen Δ S2 + Δ S2' die gesamte Kolbenbewegung, welche proportional zum Verschleiß ist, ermittelt werden kann. Dieser Test kann in größeren Abständen, z. B. alle 10.000 km, erfolgen. Der Vorteil ist eine Extrapolation der Verschleißwerte, so dass die aufwändige Überprüfung im Service entfallen kann.
Die 5 zeigt den Steuervorgang kurz vor Anschlag des Bremskolbens. Der erste Teil nach t₁ entspricht dem in 3 bereits beschriebenen. Zum Zeitpunkt t₁₀ erfolgt ein Anstieg des Unterdrucks, sobald der Kolben auf Anschlag läuft, was als Ausgangsbasis für die Messung des Bremsbelagverschleißes genutzt wird. Bei t₁₁ wird der Motor abgeschaltet und das Umschaltventil 16, 16a geschlossen. Bei t₁₂ erfolgt eine Rückbewegung des DK-Kolbens in die Ausgangsstellung.
Die 6 zeigt einen Ausschnitt aus der Schwimmsattellagerung mit Bremshalter 33, Bremssattel 11a und Führungsbolzen 31. Hier wird vorgeschlagen, für ein Lüftspiel des Sattels ein Roll-Back-Element 30 einzusetzen, welches nach Ende der Druckbeaufschlagung neben dem Lüftspiel beim Bremskolben auch auf der Sattelseite ein Lüftspiel erzeugt. Damit ist das Restbremsmoment nahezu Null, da der Bremskolben den Bremsbelag mit einer Spreizfeder ankoppelt und damit einen Abstand zur Bremsscheibe schafft.
Die Lösung gem. der 7 hat ebenfalls die Aufgabe, ein Lüftspiel auf der Sattelseite zu erzeugen. Hier ist im Füh rungsbolzen 31 ein Magnetanker mit Lagerzapfen 32 mit einem Spreizelement 34 versehen, dessen Reibung größer ist als die Reibung der beiden Führungszapfen des Sattels. Bei Beginn der Bremsung wird der Magnet mit einer Spule bestromt und zieht den Anker mit Bremssattel 11 an. Auf der Gegenseite wird durch die Reaktionskraft des Bremskolbens der Bremssattel 11 über den Bremsbelag 52 auf die Bremsscheibe gedrückt und erzeugt somit bekanntlich die Bremswirkung. Nach Ende der Bremsung wird der Magnet 46 abgeschaltet, und der Rückstellbolzen 35 mit Druckfeder 36 erzeugt ein definiertes Lüftspiel BLS₂ und damit die Rückstellung des Sattels. Dadurch, dass bei Bremsbeginn ähnlich 1 über einen Abstandsgeber zum Bremspedal der Magnet aktiviert wird, hat dieses Lüftspiel BLS₂ keine Pedalwegverlängerung zur Folge.
Vorstehend sind viele realisierbare Lösungen beschrieben, welche eine adaptive Steuerung des Luftspiels mit dem Ziel ermöglichen, die Bremswirkung sehr gering zu halten, wodurch sich eine hohe Reduktion von CO₂ und Kraftstoffverbrauch ergibt. Gemäß dem Erfindungsgedanken kann nicht nur bremskolbenseitig, sondern auch auf der Sattelseite ein Lüftspiel mit den erfindungsgemäßen Lösungen gezielt eingestellt werden, so dass die Restbremswirkung nahezu Null wird.

1: Bremspedal
2: BKV
3: DK-Kolben
3a: SK-Kolben
4: THZ, Tandem-Hauptbremszylinder
5: Pedalweggeber
6: Vorratsbehälter
7: Abstandssensor
8: Elektro-motorischer Antriebs des Bremskraftverstärkers (BKV)
9: Umschaltventil
10: Druckversorgungsleitung
11a–d: Bremssattel
12a–d: Bremskolben
14: DK-Wegsensor
15: Druckgeber im DK-Kreis
16: Umschaltventil
16a: Umschaltventil
17: Umschaltventil
18: Regelventil
18a: Regelventil
18b: Regelventil
18c: Regelventil
19: Vorratsbehälter ECU
20: Temperaturgeber an HCU
21: Fuß
29: Bremskolbendichtung
30: Roll-back-Element
31: Führungsbolzen
32: Magnetanker mit Lagerbolzen
33: Bremshalter
34: Spreizelement
35: Rückstellbolzen
36: Rückstellfeder
37: Bremskolbensensor
38: Sauger-Druck-Steuereinheit
39: Hilfskolben
40: E-Motor
41: Spindel
42: ECU (ABS, ESP)
43: E-Ventil mit Rückschlagventil von ABS/ESP
44: HCU Motor
45: HCU Pumpe
46: Magnetkreis mit Spule
52: Sattelseitiger Bremsbelag
59: Bremsscheibe
BLS: Luftspiel
RB_a–RB_d: Radbremsen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4418701 [0002]
- DE 19601434 [0002]
- DE 102005018649 [0021, 0032, 0032, 0033]

Claims

Hydraulisch wirkendes Bremssystem mit einem Hauptbremszylinder (4), dessen mindestens einer Arbeitsraum über mindestens eine Hydraulikleitung mit mindestens einer Radbremse des Fahrzeugs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Unterdruck in der mindestens einen Hydraulikleitung der Bremskolben (12a–12d) mindestens einer Radbremse (RB_a–RB_b) zur Erzeugung eines Luftspiels (BLS) verstellbar ist.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem ein elektro-hydraulisches Bremssystem ist, bei dem der oder die Kolben (3, 3a) des Hauptbremszylinders (4) mittels eines elektrischen Antriebs verstellbar ist bzw. sind.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremssystem ein pneumatisch-hydraulisches Bremssystem ist, bei dem der Hauptbremszylinder (4) pneumatisch verstellbar ist.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung das Luftspiel (BLS) in Abhängigkeit der Fahrsituation einstellt oder einregelt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steue rung bei Regen und/oder nasser Fahrbahn kein Luftspiel (BLS) in den Radbremsen einregelt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bei trockener Fahrbahn nach einer gewissen Fahrzeit und/oder Fahrstrecke das Luftspiel (BLS) aufhebt, und für eine vorbestimmbare Zeit die Bremsbeläge der Radbremsen gegen die Bremsscheiben zur Erzielung einer Bremswirkung druckbeaufschlagt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bei normaler Fahrt ohne Betätigung der Bremse durch die fahrende Person ein Luftspiel (BLS) eingestellt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einregelung des Luftspiels (BLS) durch Auswertung der Strom-Weg-Kennlinie des elektrischen Antriebs des Hauptbremszylinders (4) erfolgt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck durch Verstellen des Kolbens (3, 3a) des Hauptbremszylinders (4) erzeugbar ist.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltventile (16, 16a) in den Verbindungsleitungen zwischen Vorratsbehälter (6) und Arbeitsraum bzw. Arbeitsräumen des Hauptbremszylinders (4) angeordnet sind.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass der Unterdruck mittels eines Aggregats (14, 38, 49, 40, 41), insbesondere eines angetriebenen Kolben-Zylinder-Systems oder eines Pumpsystems erzeugbar ist, wobei das Aggregat (14, 38, 49, 40, 41) mit der Zuführleitung zu mindestens einer, insbesondere allen Radbremsen oder zumindest mit einer Zuführleitung des Hauptbremszylinders (4) in Verbindung ist.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Umschaltventile (16, 16a) in den Verbindungsleitungen zwischen Vorratsbehältnis (6) und Aggregat (14, 38, 49, 40, 41) angeordnet sind.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Radbremse ein gesteuertes Regelventil (18, 18a, 18b, 18c) zugeordnet ist, welches in der Hydraulikleitung angeordnet ist, die den Arbeitsraum des Bremskolben-Zylindersystems der Radbremse mit dem Hauptbremszylinder (4) oder dem Aggregat (14, 38, 49, 40, 41) verbindet, wobei bei verschlossenem Regelventil (18, 18a, 18b, 18c) der Bremskolben (12a, 12b, 12c, 12d) durch die eingeschlossene Hydraulikmenge in Position gehalten und das Lüftspiel (BLS) somit in der Radbremse aufrechterhalten wird.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (30; 32, 35, 36, 46) eine Kraft auf den Bremssattel (11), insbesondere den Schwimmsattel, zur Verstellung des Bremssattels (11) ausübt, derart, dass sich nach Beendigung des Bremsvorgangs ein Lüftspiel (BLS₂) bei dem an der dem Bremskolben abgewandten Seite der Bremsscheibe (59) angreifenden Bremsbelag (52) einstellt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) ein Roll-Back-Element, insbesondere eine Roll-Back-Dichtung, ist, die eine Verstellkraft vom Radträger (33) in den Führungsbolzen (31) des Bremssattels (11) einleitet.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen Aktuator (32, 35, 36, 46), insbesondere einen Elektromagneten (46) aufweist, mit dem eine Verstellkraft in den Schwimmsattel (11), insbesondere dessen Führungsbolzen (31), einleitbar ist, wobei der Aktuator bzw. Elektromagnet sich an dem Radträger bzw. Bremsträger (33) abstützt.
Hydraulisch wirkendes Bremssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Aktuators (32, 35, 36, 46) der am Bremssattel (11) angeordnete Bremsbelag (52) gegen die Bremsscheibe (59) bewegbar ist.
Verfahren unter Verwendung eines hydraulisch wirkenden Bremssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung eines Luftspiels in einer Radbremse die Verbindung zwischen Hauptbremszylinder (4) und Vorratsbehälter (6) mittels eines Umschaltventils (16, 16a) geschlossen wird und durch Verstellen des Kolbens (3, 3a) des Hauptbremszylinders (4) und/oder mittels des Aggregats (14, 38, 49, 40, 41) ein Unterdruck in der Hydraulikleitung zur Radbremse erzeugt wird bzw. eine bestimmte Menge des Hydraulikmediums aus dem Arbeitsraum des Bremskolben-Zylinder-Systems der Radbremse gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erzielung des gewünschten Luftspiels (BLS) das der Radbremse zugeordnete Regelventil (18, 18a, 18b, 18c) zur Aufrechterhaltung des Luftspiels (BLS) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in den einzelnen Radbremsen ein definiertes Luftspiel (BLS) nacheinander mittels des Hauptbremszylinders oder des Aggregats eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einstellung des Luftspiels der Kolben (3, 3a) des Hauptbremszylinders (4) in die Normalstellung bewegt wird und alle Ventile in die OFFEN-Stellung geschaltet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftspiel (BLS) in den einzelnen Radbremsen aufgehoben wird, in dem die Bremskolben durch Erzeugung eines Überdrucks in den Hydraulikleitungen derart verstellt werden, dass sich eine leichte Bremskraft durch das Anliegen der Bremsbelage an der Bremsscheibe einstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftspiel (BLS) in den einzelnen Radbremsen aufgehoben wird, sobald das Bremssystem anhand der Fahrsituation erkennt, dass ein Bremsvorgang unmittelbar bevorsteht.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Bewegung des Gaspedals, insbesondere dessen Geschwindigkeit, der Geschwindigkeit des die Bremse betätigenden Fußes, dem Abstand des das Bremspedal betätigenden Fußes relativ zum Bremspedal und/oder dem Signal eines Abstandswarnsystems das Bremssystem die bevorstehende Einleitung eines Bremsvorganges erkennt.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abstandssensor (7) die Entfernung des Fußes zum Bremspedal in mindestens eine, vorzugsweise in drei Richtungen ermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung aus dem zeitlichen Verlauf des Drucksignals die Bewegung des Bremskolbens ermittelt.