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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.
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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.
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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.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hydraulisch wirkendes
Bremssystem dahingehend weiter zu entwickeln, dass die Restbremswirkung
sicher vermieden wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Lüftspiel kann vorteilhaft beim erfindungsgemäßen
Bremssystem abhängig vom Fahrzustand des Fahrzeugs adaptiv
eingesteuert werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
werden anhand von Zeichnungen die zwei möglichen Ausführungsformen
der Erfindung sowie Regelkonzepte näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1:
Eine erste Ausführungsform der Erfindung;
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1a:
eine zweite alternative Ausführungsform der Erfindung mit
zusätzlichem Kolben-Zylinder-Aggregat;
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2:
Steuervorgang zur Einstellung eines Luftspiels;
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3:
Steuervorgang zur Aufhebung des Luftspiels vor dem Einleiten des
Bremsvorgangs;
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4:
Steuervorgang zur Ermittlung des Bremsbelagverschleißes;
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5:
Steuervorgang bei minimalem und maximalem Bremsbelagverschleiß;
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6:
erste Alternative mit Roll-Back-Element für Schwimmsattel;
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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.
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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.
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Die
vorliegende Erfindung erweitert das Bremssystem der
DE 10 2005 018 649 um die aktive Einstellung
eines Lüftspiels in den einzelnen Radbremsen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
Sk ist der Weg-Zeit-Verlauf des jeweiligen
Bremskolbens, mit SDK 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 SK und
SDK erreicht. Nach Ende der SK-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.
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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 SDK-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.
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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 Sk-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.
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Die 4 zeigt
die Steuerung zur Ermittlung des Bremsbelagverschleißes.
Es ist auf der Ordinate der Kolbenweg SK für SK1(min)
und SK2(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 ΔSK1 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.
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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.
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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.
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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
- RBa–RBd
- Radbremsen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4418701 [0002]
- - DE 19601434 [0002]
- - DE 102005018649 [0021, 0032, 0032, 0033]