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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Fahrzeugbremsen. Genauer gesagt wird eine regenerative Fahrzeugbremse für ein Fahrzeug mit Hybrid-Antrieb beschrieben. Ferner wird ein Betriebsverfahren für diese regenerative Fahrzeugbremse angegeben.
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Hintergrund
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Aufgrund knapper und damit teurer werdender fossiler Brennstoffe sind in den letzten Jahren immer mehr Kraftfahrzeuge mit einem Hybrid-Antrieb ausgerüstet worden. Solche Fahrzeuge umfassen zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor auch noch einen Elektromotor.
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Der Elektromotor treibt in bestimmten Fahrzuständen zusätzlich zum Verbrennungsmotor oder anstatt des Verbrennungsmotors das Fahrzeug an. Der Elektromotor ist ferner dazu ausgelegt, bei einer so genannten regenerativen Bremsung als Generator betrieben zu werden, um eine Fahrzeugbatterie aufzuladen. Die in der aufgeladenen Batterie gespeicherte chemische Energie findet dann in einem elektromotorischen Betrieb des Generators wieder Verwendung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.
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Während im Normalbremsbetrieb Bewegungsenergie des Fahrzeugs aufgrund des reibschlüssigen Zusammenwirkens von Bremsbacken und Bremsscheiben an den Radbremsen in Wärmeenergie umgewandelt wird, erfolgt im regenerativen Bremsbetrieb somit ein Aufladen der Fahrzeugbatterie. Da im regenerativen Bremsbetrieb das Abbremsen des Kraftfahrzeugs mittels des Generators erfolgt, können die Radbremsen unbetätigt bleiben. In der Regel ist dies sogar erwünscht, da jegliche an den Radbremsen in Wärmeenergie umgewandelte Bewegungsenergie nicht mehr zum Aufladen der Fahrzeugbatterie zur Verfügung steht.
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Um herkömmliche hydraulische Fahrzeugbremsen für den regenerativen Bremsbetrieb umzurüsten, können zusätzliche Ventileinrichtungen zwischen dem Hauptzylinder und den Radbremsen vorgesehen sein oder existierende Ventileinrichtungen geeignet angesteuert werden. Die Ventileinrichtungen werden im regenerativen Bremsbetrieb in eine sperrende Stellung geschaltet, um das Betätigen der Radbremsen zu verhindern. Das aus einem Hauptzylinder der Fahrzeugbremse verdrängte Hydraulikfluid strömt dann nicht zu den Radbremsen, sondern wird beispielsweise in den Bremsflüssigkeitsbehälter oder in eine zusätzlich vorgesehene Kammer unter Atmosphärendruck verschoben. Damit der Fahrer auch im regenerativen Bremsbetrieb das gewohnte Pedalrückwirkungsverhalten erhält, ist es im regenerativen Bremsbetrieb üblich, eine Simulationseinrichtung zuzuschalten, welche die gewohnte Pedalrückwirkung simuliert.
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Bei herkömmlichen hydraulischen Fahrzeugbremsanlagen mit zwei Bremskreisen wird für jeden der beiden Bremskreise je eine Absperrventileinrichtung sowie je ein Pedalrückwirkungs-Simulator vorgesehen. Mittels der Absperrventileinrichtungen werden im regenerativen Bremsbetrieb dann sämtliche der üblicherweise vier Radbremsen vom Hauptzylinder abgekoppelt, während zeitgleich die beiden Simulatoren hinzugeschaltet werden.
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Die herkömmlichen regenerativen Fahrzeugbremsen erfordern einen vergleichsweise hohen Aufwand hinsichtlich der zusätzlich vorgesehenen Komponenten sowie deren Ansteuerung. Dieser Aufwand führt nicht nur zu höheren Kosten und zusätzlichen Sicherheitsrisiken. Vielmehr nehmen die zusätzlichen Komponenten auch oftmals knappen Bauraum ein, erhöhen das Gesamtgewicht und sind darüber hinaus regelmäßig zu warten.
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Kurzer Abriss
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Es besteht daher ein Bedarf an einer regenerativen Fahrzeugbremse mit hoher Betriebssicherheit, die hinsichtlich eines der oben genannten oder anderer Aspekte weniger Aufwand erfordert.
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Zu diesem Zweck wird eine regenerative Fahrzeugbremse bereitgestellt, die einen ersten hydraulischen Bremskreis, dem eine erste Fahrzeugachse zugeordnet ist, einen zweiten hydraulischen Bremskreis, dem eine zweite Fahrzeugachse zugeordnet ist, sowie einen Hauptzylinder, mittels dessen die beiden Bremskreise mit Hydraulikfluid versorgbar sind, umfasst. Die regenerative Fahrzeugbremse umfasst ferner eine Regenerations-Einrichtung, die einen in Bezug auf den ersten und den zweiten Bremskreis asymmetrischen regenerativen Bremsbetrieb gestattet, in dem im Vergleich zu einem Normalbremsbetrieb ein Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders an Radbremsen des ersten Bremskreises zumindest reduziert ist und an Radbremsen des zweiten Bremskreises im Wesentlichen unreduziert erfolgt. An den Radbremsen des ersten Bremskreises kann im regenerativen Bremsbetrieb der Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders auch vollständig gesperrt sein.
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Die erste Fahrzeugachse kann im regenerativen Bremsbetrieb selektiv mit einem Generator eines Fahrzeug-Hybridantriebs koppelbar sein. Die zweite Fahrzeugachse kann hingegen in herkömmlicher Weise ausgebildet werden (also beispielsweise nicht zur Kopplung mit dem Generator vorgesehen sein). Bei einer derartigen Ausgestaltung resultiert die Asymmetrie des regenerativen Bremsbetriebs daraus, dass lediglich eine der beiden Fahrzeugachsen im regenerativen Bremsbetrieb über den zugeschalteten Generator eine Regenerationsleistung liefert. Bei der ersten Fahrzeugachse kann es sich um eine Hinterachse oder um eine Vorderachse handeln. Wenigstens die erste Fahrzeugachse kann eine angetriebene Fahrzeugachse sein.
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Das aus dem Hauptzylinder im regenerativen Bremsbetrieb in Richtung der Radbremsen des ersten Bremskreises verschobene Hydraulikfluid kann gemäß einer ersten Variante in den Bremsflüssigkeitsbehälter gefördert werden. Gemäß einer zweiten Variante wird dieses Hydraulikfluid in eine zusätzliche, unter Atmosphärendruck stehende Kammer gefördert. Gemäß einer dritten Variante umfasst die Regenerations-Einrichtung einen dem ersten Bremskreis zugeordneten Niederdruckspeicher, der zur Aufnahme von Hydraulikfluid aus dem Hauptzylinder im regenerativen Bremsbetrieb ausgebildet ist.
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Das in den Niederdruckspeicher geförderte Hydraulikfluid kann im regenerativen Bremsbetrieb erforderlichenfalls dem ersten Bremskreis (und insbesondere den Radbremsen des ersten Bremskreises) wieder zugeführt werden. Zu diesem Zweck kann eine Hydraulikpumpe vorgesehen sein, die eingangsseitig mit dem Niederdruckspeicher verbunden oder verbindbar ist. Die Hydraulikpumpe kann dazu ausgebildet sein, zur Bremsdruckerzeugung oder Bremsdruckerhöhung im regenerativen Bremsbetrieb Hydraulikfluid aus dem Niederdruckspeicher in den ersten Bremskreis zu fördern. Auf diese Weise kann während des Generatorbetriebs Bremsdruck an den Radbremsen des ersten Bremskreises aufgebaut werden. Die daraus resultierende Betätigung der Radbremsen mittels der Hydraulikpumpe im regenerativen Bremsbetrieb wird manchmal auch als ”Blending” bezeichnet.
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Die Regenerations-Einrichtung kann eine Verzögerungs-Einrichtung umfassen, die im regenerativen Bremsbetrieb einen Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders an den Radbremsen des zweiten Bremskreises im Vergleich zum Normalbremsbetrieb verzögert. Diese Verzögerung kann sich auf ein zeitliches Verhalten, auf einen Bremspedalweg oder auf beides beziehen. So kann also beispielsweise der Bremspedalweg, um im zweiten Bremskreis einen bestimmten Bremsdruck aufzubauen, im Normalbremsbetrieb kürzer sein als im regenerativen Bremsbetrieb. Gleichwohl kann der Bremsdruckaufbau an den Radbremsen des zweiten Bremskreises unreduziert erfolgen (es könnte aber beispielsweise ein längerer Pedalweg erforderlich sein, um den maximalen Bremsdruck aufzubauen).
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Die Verzögerungs-Einrichtung kann eine erste Ventil-Einrichtung mit einem oder mehreren Ventilen umfassen. Die erste Ventil-Einrichtung ist dazu ausgebildet, im regenerativen Bremsbetrieb den Hauptzylinder mit dem Niederdruckspeicher zu verbinden und/oder im Normalbremsbetrieb den Hauptzylinder vom Niederdruckspeicher zu trennen. Des Weiteren kann die Verzögerungs-Einrichtung ein Sperr-Ventil umfassen, das zwischen dem Hauptzylinder und den Radbremsen des zweiten Bremskreises angeordnet ist. Das Sperr-Ventil kann im regenerativen Bremsbetrieb im Vergleich zum Normalbremsbetrieb und in Bezug auf den Bremspedalweg verzögert geöffnet werden, um den Bremsdruckaufbau an den Radbremsen des zweiten Bremskreises zu verzögern. Zu diesem Zweck kann eine geeignete, beispielsweise mit einem Pedalwegsensor gekoppelte Steuereinrichtung vorgesehen sein.
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Gemäß einer Variante umfasst die Regenerations-Einrichtung eine dem ersten Bremskreis zugeordnete Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung sowie eine Zuschalt-Einrichtung zum selektiven Zuschalten der Simulationseinrichtung in den ersten Bremskreis. Dem zweiten Bremskreis kann, muss jedoch keine derartige Simulationseinrichtung zugeordnet werden.
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Die Verzögerungs-Einrichtung kann ausgebildet sein, die Simulationseinrichtung eine Zeitspanne nach Beginn des regenerativen Bremsbetriebs zu aktivieren. Die Zeitspanne kann fest, variabel oder einstellbar sein. Eine Einstellbarkeit der Zeitspanne lässt sich beispielsweise über einen einstellbaren Bremspedalweg, der zu einer Aktivierung der Simulationseinrichtung führt, realisieren (hierbei kann ein Pedalwegsensor Verwendung finden). Mit dem Zuschalten der Simulationseinrichtung kann der Bremsdruckaufbau an den Radbremsen des zweiten Bremskreises einhergehen. So kann der Bremsdruckaufbau an diesen Radbremsen beispielsweise eine unmittelbare Folge des Zuschaltens der Simulationseinrichtung sein.
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Die Simulationseinrichtung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. In einer beispielhaften Realisierung umfasst die Simulationseinrichtung eine Hydraulikkammer mit einem darin verschieblich aufgenommenen Kolben, der die Hydraulikkammer in eine eingangsseitige Unterkammer sowie in eine ausgangsseitige Unterkammer aufteilt. Die beiden Unterkammern können selektiv miteinander verbindbar sein. Ferner kann die eingangsseitige Unterkammer mit dem Hauptzylinder verbunden oder verbindbar ausgebildet werden.
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Die Zuschalt-Einrichtung kann eine zweite Ventil-Einrichtung mit einem oder mehreren Ventilen umfassen. Bei einer Simulationseinrichtung mit zwei variablen Unterkammern kann die zweite Ventil-Einrichtung dazu ausgelegt sein, eine Zuschalt-Stellung und/oder eine Abschalt-Stellung einzunehmen. In der Zuschalt-Stellung ist die Simulationseinrichtung mittels einer fluidischen Trennung der beiden Unterkammern dem ersten Bremskreis zugeschaltet. In der Abschalt-Stellung ist die Simulationseinrichtung hingegen mittels einer fluidischen Kopplung der beiden Unterkammern abgeschaltet (das heißt, dem ersten Bremskreis nicht zugeschaltet).
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Die zweite Ventileinrichtung kann zumindest teilweise die erste Ventil-Einrichtung umfassen. Mit anderen Worten kann wenigstens ein Ventil sowohl zur ersten Ventil-Einrichtung als auch zur zweiten Ventil-Einrichtung gehören. Bei einer derartigen Realisierung der Ventil-Einrichtungen ist es möglich, in der Zuschalt-Stellung die ausgangsseitige Unterkammer der Simulationseinrichtung mit dem Niederdruckspeicher zu verbinden und/oder in der Abschalt-Stellung die ausgangsseitige Unterkammer wahlweise mit dem Niederdruckspeicher zu verbinden und von dem Niederdruckspeicher zu trennen. Im regenerativen Bremsbetrieb kann in der Abschalt-Stellung die ausgangsseitige Unterkammer mit dem Niederdruckspeicher verbunden sein, während im Normalbremsbetrieb in derselben Stellung die ausgangsseitige Unterkammer vom Niederdruckspeicher getrennt ist.
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Auch was den Hauptzylinder anbelangt, sind unterschiedlichste Ausgestaltungen denkbar. So kann der Hauptzylinder zwei mittels eines verschieblichen Kolbens getrennte Hydraulikkammern umfassen, wobei eine erste Hydraulikkammer dem ersten Bremskreis und eine zweite Hydraulikkammer dem zweiten Bremskreis zugeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung des Hauptzylinders kann die Verzögerungs-Einrichtung dadurch realisiert sein, dass ein Hydraulikkammer-Schließweg der zweiten Hydraulikkammer länger ist als ein Hydraulikkammer-Schließweg der ersten Hydraulikkammer. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht einen regenerativen Bremsbetrieb, in dem nach einem ersten Pedalweg Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikkammer und erst nach einem zweiten, längeren Pedalweg Hydraulikfluid aus der zweiten Hydraulikkammer verdrängt wird. Der Schließwegunterschied kann bis zu einigen Millimetern betragen (zum Beispiel ungefähr 0,7 mm bis 3 mm).
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Die Verzögerungs-Einrichtung kann bewirken, dass bei einer Betätigung des Hauptzylinders mittels des Bremspedals Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikkammer des Hauptzylinders im Wesentlichen widerstandsfrei (also z. B. mit einem Druck weniger als ungefähr 1 bis 5 bar) derart in den ersten Bremskreis entweichen kann, dass das Hydraulikvolumen der zweiten Hydraulikkammer im Wesentlichen konstant bleibt. Zu diesem Zweck kann im regenerativen Bremsbetrieb die erste Hydraulikkammer mit dem Niederdruckspeicher gekoppelt oder koppelbar sein, so dass das Hydraulikfluid aus der ersten Hydraulikkammer im Wesentlichen widerstandsfrei in den Niederdruckspeicher entweichen kann. Wenn dann bei einer Aktivierung der Simulationseinrichtung durch die Verzögerungs-Einrichtung im regenerativen Bremsbetrieb die zugeschaltete Simulationseinrichtung einer Betätigung des Hauptzylinders einen Widerstand entgegenstellt, kommt es zu einem Austritt von Hydraulikfluid aus der zweiten Hydraulikkammer in den zweiten Bremskreis. Dabei baut sich an den Radbremsen des zweiten Bremskreises dann verzögert (aber zumindest im Wesentlichen unreduziert) ein Bremsdruck auf.
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Die regenerative Fahrzeugbremse kann ferner eine dritte Ventil-Einrichtung umfassen, die zum hydraulischen Abkoppeln der Radbremsen wenigstens des ersten Bremskreises im regenerativen Bremsbetrieb von einem im ersten Bremskreis (zum Beispiel mittels des Hauptzylinders) aufgebauten Hydraulikdruck ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich eine Betätigung der Radbremsen und eine damit einher gehende Umwandlung der Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Wärmeenergie vermeiden. Die dritte Ventil-Einrichtung kann ein oder mehrere Ventile (zum Beispiel Ventile einer Fahrzeugstabilitäts-Regeleinrichtung) umfassen. Beispielsweise kann das oben erläuterte Sperr-Ventil der Verzögerungs-Einrichtung zur dritten Ventil-Einrichtung gehören.
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Auch ist es denkbar, dass die Fahrzeugbremse eine Einrichtung umfasst, die im regenerativen Bremsbetrieb eine Bremsdruck-Verteilung zwischen der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse gegenüber dem Normalbremsbetrieb zugunsten der ersten Fahrzeugachse anhebt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die Hydraulikpumpe aktiviert werden, um im ersten Bremskreis einen Bremsdruck aufzubauen oder zu erhöhen. Das Anheben der Bremsdruck-Verteilung zugunsten der ersten Fahrzeugachse kann in einem unteren Bremsdruckbereich (beispielsweise unterhalb einer vorgegebenen Bremsdruck-Obergrenze) erfolgen, ohne den Bremsdruckaufbau an den Radbremsen des zweiten Bremskreises zu reduzieren. Die Einrichtung kann ein Supply-Ventil umfassen, mittels dessen der Hydraulikpumpe Hydraulikfluid (beispielsweise aus dem Bremsflüssigkeitsbehälter) zuführbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer regenerativen Fahrzeugbremse mit einem ersten hydraulischen Bremskreis, dem eine erste Fahrzeugachse zugeordnet ist, einem zweiten hydraulischen Bremskreis, dem eine zweite Fahrzeugachse zugeordnet ist, und einem Hauptzylinder, mittels dessen die beiden Bremskreise mit Hydraulikfluid versorgbar sind, bereitgestellt. Gemäß diesem Verfahren wird ein in Bezug auf den ersten und den zweiten Bremskreis asymmetrischer regenerativer Bremsbetrieb durchgeführt, in dem im Vergleich zu einem Normalbremsbetrieb ein Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders an Radbremsen des ersten Bremskreises zumindest reduziert wird und an Radbremsen des zweiten Bremskreises im Wesentlichen unreduziert erfolgt.
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Im regenerativen Bremsbetrieb kann ferner ein Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders im zweiten Bremskreis im Vergleich zum Normalbremsbetrieb verzögert werden. Dabei kann sich die Verzögerung auf einen Bremspedalweg beziehen. Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Verzögerung einstellbar ist, beispielsweise um zwei oder mehr unterschiedliche Pedalwegcharakteristika (zum Beispiel sportlich/normal/Parken) zu implementieren.
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Der Bremsdruckaufbau im zweiten Bremskreis kann erst eine bestimmte Zeitspanne nach Beginn des regenerativen Bremsbetriebs erfolgen. Die Zeitspanne kann variabel und/oder einstellbar sein. Die Einstellbarkeit der Zeitspanne kann sich beispielsweise auf den Bremspedalweg beziehen, ab dem der Bremsdruckaufbau im zweiten Bremskreis erfolgt.
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Der Beginn des Bremsdruckaufbaus im zweiten Bremskreis kann mit dem Zuschalten einer dem ersten Bremskreis zugeordneten Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung einhergehen. So kann der Bremsdruckaufbau im zweiten Bremskreis beispielsweise eine unmittelbare Folge des Zuschaltens der Simulationseinrichtung sein.
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Gemäß einer weiteren Implementierung wird im regenerativen Bremsbetrieb eine Bremsdruck-Verteilung zwischen der ersten Fahrzeugachse und der zweiten Fahrzeugachse gegenüber dem Normalbremsbetrieb zugunsten der ersten Fahrzeugachse zumindest bereichsweise (etwa in einem vorgegebenen Bremsdruckbereich) erhöht. Eine solche Änderung der Bremsdruck-Verteilung kann beispielsweise zu Beginn einer regenerativen Bremsung unter Zuhilfenahme der Hydraulikpumpe erfolgen. Zwar kann die Effizienz des regenerativen Bremsbetriebs durch Aufbau eines Bremsdrucks an den Radbremsen der ersten Fahrzeugachse eingeschränkt werden oder sogar auf null zurückgehen, eine solche Maßnahme ist jedoch in einigen Betriebszuständen durchaus tolerierbar. Ein solcher Betriebszustand kann beispielsweise bei einer vom Generator vollständig oder annähernd vollständig aufgeladenen Fahrzeugbatterie vorliegen, wobei der Generator von der ersten Fahrzeugachse und/oder der Fahrzeugbatterie abgekoppelt ist.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Aspekte der hier beschriebenen regenerativen Fahrzeugbremse sowie des hierfür vorgesehenen Betriebsverfahrens ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer zweikreisigen regenerativen Fahrzeugbremse;
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2 ein Zustandsdiagramm von Betriebszuständen der regenerativen Fahrzeugbremse gemäß 1;
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3A eine schematische Darstellung der Bremskreise der Fahrzeugbremse gemäß 1 im Normalbremsbetrieb;
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3B eine Schnittdarstellung einer Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung der Fahrzeugbremse gemäß 1 sowie der dieser Simulationseinrichtung zugeordneten Ventil-Einrichtungen im Normalbremsbetrieb;
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4A eine schematische Darstellung der Bremskreise der Fahrzeugbremsanlage gemäß 1 zu Beginn eines regenerativen Bremsbetriebs;
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4B ein schematisches Diagramm des Bremsdrucks an beiden Achsen der Fahrzeugbremse gemäß 1 zu Beginn des regenerativen Bremsbetriebs;
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5A eine schematische Darstellung der Bremskreise der Fahrzeugbremsanlage gemäß 1 während einer ersten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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5B und 5C schematische Diagramme des Bremsdrucks an beiden Achsen der Fahrzeugbremse gemäß 1 während der ersten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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6A eine schematische Darstellung der Bremskreise der Fahrzeugbremsanlage gemäß 1 während einer zweiten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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6B eine Schnittdarstellung der Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung gemäß 3B sowie der Ventil-Einrichtungen in der zweiten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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6C ein schematisches Diagramm des Bremsdrucks an beiden Achsen der Fahrzeugbremse gemäß 1 während der zweiten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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6D ein schematisches Diagramm, welches eine Einstellbarkeit der Verzögerung des Bremsdruckaufbaus an der Vorderachse veranschaulicht;
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7A eine schematische Darstellung der Bremskreise der Fahrzeugbremsanlage gemäß 1 während einer dritten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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7B ein schematisches Diagramm des Bremsdrucks an beiden Achsen der Fahrzeugbremse gemäß 1 während der dritten Phase des regenerativen Bremsbetriebs;
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8 ein schematisches Diagramm, welches das Anheben der Bremsdruckverteilung zugunsten der Hinterachse im regenerativen Bremsbetrieb veranschaulicht; und
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9 ein schematisches Diagramm, welches den zeitabhängigen Verlauf des Pedalwegs sowie des Bremsdruckaufbaus an der Vorderachse und der Hinterachse veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele einer regenerativen Fahrzeugbremse sowie eines hierfür vorgesehenen Betriebsverfahrens anhand der Figuren erläutert. Übereinstimmende Elemente sind dabei in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer regenerativen Fahrzeugbremse 10 für ein zweiachsiges Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb. An jeder der beiden Fahrzeugachsen sind jeweils zwei Radbremsen 12, 14, 16, 18 vorgesehen. In 1 bezeichnet HR das rechte Hinterrad, HL das linke Hinterrad, VL das linke Vorderrad und VR das rechte Vorderrad.
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Die Fahrzeugbremse 10 umfasst zwei hydraulische Bremskreise 20, 22. Die Radbremsen 12, 14, 16, 18 sind den beiden Bremskreisen 20, 22 gemäß einer Schwarz/Weiß- oder Hinterachse/Vorderachse-Aufteilung zugeordnet. Mit anderen Worten versorgt der erste Bremskreis 20 die beiden Radbremsen 12, 14 der Hinterachse mit Hydraulikfluid, während der zweite Bremskreis 22 die beiden Radbremsen 16, 18 der Vorderachse mit Hydraulikfluid versorgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt der Hybridantrieb zumindest auf die Hinterachse.
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Die in 1 dargestellte Fahrzeugbremse umfasst ferner ein Bremspedal 24 mit einem diesem Bremspedal 24 zugeordneten Pedalwegsensor 26, einen mit dem Bremspedal 24 gekoppelten Bremskraftverstärker 28 sowie einen dem Bremskraftverstärker 28 in Betätigungsrichtung des Bremspedals 24 nachfolgenden Hauptzylinder 30. Dem Hauptzylinder 30 ist ein Bremsflüssigkeitsbehälter 32 zugeordnet, in dem unter Atmosphärendruck Hydraulikfluid bevorratet wird.
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Wie in 1 nur schematisch angedeutet, umfasst der Hauptzylinder 30 zwei separate Hydraulikkammern mit jeweils veränderlichem Volumen. Die beiden Hydraulikkammern des Hauptzylinders 30 sind mit jeweils einem der beiden Bremskreise 20, 22 hydraulisch koppelbar, um Hydraulikfluid zu den Radbremsen 12, 14, 16, 18 zu fördern.
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Zwischen dem Hauptzylinder 30 und den Radbremsen 12, 14, 16, 18 ist ein Hydraulikaggregat 34 angeordnet. Das Hydraulikaggregat 34 umfasst weitere maßgebliche Komponenten der regenerativen Fahrzeugbremse 10, wie beispielsweise eine Vielzahl von Ventilen, eine Hydraulikpumpe sowie eine Regenerations-Einrichtung, die einen in Bezug auf die beiden Bremskreise 20, 22 asymmetrischen regenerativen Bremsbetrieb gestattet. Die einzelnen Komponenten des Hydraulikaggregats 34 werden weiter unten ausführlicher erläutert.
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2 veranschaulicht die verschiedenen Betriebszustände der regenerativen Fahrzeugbremse 10 gemäß 1 als Reaktion auf einen Fahrerwunsch, das Fahrzeug abzubremsen. Hierbei wird zunächst bei Betätigen des Bremspedals 24 in Schritt 202 der Bremswunsch des Fahrers erfasst. Die Erfassung des Bremswunsches kann beispielsweise mittels des Pedalwegsensors 26 erfolgen.
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Im nächsten Schritt 204 wird entschieden, ob dem Bremswunsch mittels eines Normalbremsbetriebs oder eines regenerativen Bremsbetriebs nachgekommen werden soll. Gemäß einer Variante wird hierzu die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ausgewertet. Beispielsweise kann dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer Geschwindigkeitsuntergrenze (beispielsweise 10 km/h) oder oberhalb einer Geschwindigkeitsobergrenze (beispielsweise 100 km/h) liegt, entschieden werden, die Fahrzeugbremse 10 im Normalbremsbetrieb zu betreiben (Zustand I. in 2). Gemäß einer mit der ersten Variante kombinierbaren zweiten Variante kann eine Entscheidung für den Normalbremsbetrieb auch dann getroffen werden, wenn eine Notbremsung erfolgt. Eine Notbremsung liegt in der Regel dann vor, wenn mittels des Pedalwegsensors 26 eine besonders schnelle Betätigung des Bremspedals 24 erfasst wird.
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Im Normalbremsbetrieb werden die Radbremsen 12, 14, 16, 18 in herkömmlicher Weise hydraulisch betätigt, ohne dass ein Generator zum Aufladen einer Batterie (nicht dargestellt) hinzugeschaltet wird. Während der Normalbremsung wird in Schritt 206 die aktuelle Fahrzeugverzögerung ermittelt und dem Bremswunsch in Schritt 202 erforderlichenfalls nachgeführt. Das Fahrzeug kann so auf geregelte Weise abgebremst werden.
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Wird in Schritt 204 eine Entscheidung gegen den Normalbremsbetrieb getroffen, erfolgt ein regenerativer Bremsbetrieb. Im regenerativen Bremsbetrieb ist der Generator hinzugeschaltet, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen.
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Der in 2 veranschaulichte regenerative Bremsbetrieb ist in Bezug auf den Bremsdruckaufbau in den beiden Bremskreisen 20, 22 asymmetrisch. Während nämlich im Vergleich zum Normalbremsbetrieb ein fahrerinduzierter Bremsdruckaufbau mittels des Hauptzylinders 30 an den Radbremsen 12, 14 der angetriebenen Hinterachse (Bremskreis 20) gesperrt ist, erfolgt der Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse (Bremskreis 22) zwar verzögert, aber insgesamt unreduziert.
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Zur Erläuterung der daraus resultierenden Asymmetrie des regenerativen Bremsbetriebs wird zunächst der Fall einer regenerativen Bremsung ohne Blending (Schritt 208 bzw. Zustand II. in 2) betrachtet. Beim regenerativen Bremsen ohne Blending werden in einer ersten Phase (Schritt 210 bzw. Zustand II.I in 2) zunächst sowohl die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse als auch die Radbremsen 16, 18 der Vorderachse hydraulisch vom Hauptzylinder 30 abgekoppelt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform werden nur die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse hydraulisch vom Hauptzylinder 30 abgekoppelt, während die Radbremsen 16, 18 der Vorderachse zwar mit dem Hauptzylinder 30 gekoppelt bleiben, mittels des Hauptzylinders 30 aber kein signifikanter Bremsdruck an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse aufgebaut wird. Eine weitere Alternative sieht vor, dass sämtliche Radbremsen 12, 14, 16, 18 mit dem Hauptzylinder 30 gekoppelt bleiben, eine Betätigung des Hauptzylinders 30 jedoch zu keinem signifikanten Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 12, 14, 16, 18 führt.
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Das Abbremsen des Fahrzeugs erfolgt in Zustand II.I allein durch den Generatorbetrieb, da die Radbremsen 12, 14, 16, 18 aufgrund deren Abkopplung vom Hauptzylinder 30 nicht mit Hydraulikfluid versorgbar (und damit nicht betätigbar) sind oder jedenfalls keinen signifikanten Beitrag zur Fahrzeugverzögerung liefern. Während dieser ersten Phase des regenerativen Bremsbetriebs wird damit ein maximaler Anteil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Form von chemischer Energie in der vom Generator gespeisten Batterie gespeichert. Wie in 2 veranschaulicht, erfolgt auch in Schritt 210 ein fortlaufender Vergleich der aktuell gemessenen Fahrzeugverzögerung (Schritt 206) mit dem aktuell gemessenen Bremswunsch (Schritt 202).
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Nach einer gewissen Zeitspanne (die beispielsweise durch Erreichen eines vorgegebenen Bremspedalwegs definiert sein kann) wird während des regenerativen Bremsbetriebs in eine zweite Phase gewechselt, die in 2 durch Schritt 212 veranschaulicht ist (Zustand II.II). In Schritt 212 bleiben die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse vom Hauptzylinder 30 fluidisch abgekoppelt, während in herkömmlicher Weise ein Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse erfolgt. Im Vergleich zum Normalbremsbetrieb erfolgt dieser Bremsdruckaufbau an der Vorderachse zwar verzögert in Bezug auf den Bremspedalweg (das heißt, zur Erzielung der gleichen Bremskraft an der Vorderachse ist im regenerativen Bremsbetrieb ein längerer Pedalweg zu überwinden). Allerdings ist der maximal an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse aufbaubare Bremsdruck im Vergleich zum Normalbetrieb nicht gesperrt oder begrenzt. Mit anderen Worten erfolgt an diesen Radbremsen 16, 18 ein insgesamt unreduzierter Bremsdruckaufbau.
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In dem in 2 veranschaulichten Zustand II.II, also bei gebremster Vorderachse, nimmt die Effizienz des Generatorbetriebs zwar etwas ab, da an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse ein Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs in Wärmeenergie umgesetzt wird (und daher für den Generatorbetrieb verloren geht). Dafür ergibt sich bei gewissen Ausführungsformen eine sicherere und weniger aufwändige Konstruktion. Diese Vorteile werden weiter unten ausführlicher erörtert.
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Wie bereits erläutert, erfolgt in Schritt 212 ein Bremsdruckaufbau lediglich an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse, während die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse weiterhin vom Hauptzylinder 30 fluidisch getrennt sind und damit unbetätigt bleiben. Wird nun in Schritt 212 durch Verzweigen zu den Schritten 206 und 202 ermittelt, dass die aktuelle Fahrzeugverzögerung hinter dem Bremswunsch des Fahrers zurückbleibt, kann es erforderlich werden, auch an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse einen Bremsdruck aufzubauen. In diesem Fall tritt der regenerative Bremsbetrieb in eine dritte Phase ein, die in 2 durch Schritt 214 (Zustand III.) veranschaulicht ist.
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Gemäß Schritt 214 erfolgt ein so genanntes Blending an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse. Hierzu bleiben die Radbremsen 12, 14 zwar vom Hauptzylinder 30 abgekoppelt, jedoch wird in dem den Radbremsen 12, 14 zugehörigen Bremskreis 20 fahrerunabhängig ein Bremsdruck mittels der Hydraulikpumpe des Hydraulikaggregats 34 aufgebaut, um die Radbremsen 12, 14 zu betätigen und die Hinterachse abzubremsen. Auch in der optionalen dritten Phase des regenerativen Bremsbetriebs erfolgt fortlaufend ein Vergleich der aktuellen Fahrzeugverzögerung (Schritt 206) mit dem aktuellen Bremswunsch des Fahrers (Schritt 202), um zu gewährleisten, dass der aktuelle Bremszustand mit dem Fahrerwunsch noch übereinstimmt. Ferner ist vorgesehen, dass im regenerativen Bremsbetrieb von jedem der Zustände II.I, II.II und III. in den Normalbremsbetrieb (Zustand I.) gewechselt werden kann. Ein solcher Wechsel kann beispielsweise im Fehlerfall oder bei einer Notbremsung erforderlich werden.
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3A zeigt schematisch weitere Einzelheiten des Aufbaus der Fahrzeugbremsanlage 10 gemäß 1. Insbesondere veranschaulicht 3A die Komponenten des Hydraulikaggregats 34 sowie deren Stellung im Normalbremsbetrieb (Zustand I. in 2).
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Wie in 3A gezeigt, umfasst das Hydraulikaggregat 34 eine Regenerations-Einrichtung 40, die ausschließlich dem Bremskreis 20 mit den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse zugeordnet ist. Der den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse zugeordnete Bremskreis 22 hat hingegen einen konventionellen Aufbau und ist jedenfalls in dem in 3A veranschaulichten Ausführungsbeispiel in keiner besonderen Weise an den regenerativen Bremsbetrieb angepasst. Insbesondere ist keine Regenerations-Einrichtung zwischen dem Hauptzylinder 30 und den Radbremsen 16, 18 der Hinterachse vorgesehen. Diese Maßnahme ist aus Sicherheitsaspekten vorteilhaft (weniger ausfallgefährdete Komponenten), vereinfacht den Aufbau des Hydraulikaggregats 34 und führt darüber hinaus zu einer geringeren Baugröße und zu geringeren Herstellungskosten.
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Wie sich aus 3A ergibt, besitzen die beiden Bremskreise 20, 22 bis auf die in Bremskreis 20 zusätzlich vorgesehene Regenerations-Einrichtung 40 einen übereinstimmenden Aufbau. Aus diesem Grund wird im Folgenden lediglich der Aufbau eines der beiden Bremskreise 20, 22 näher erläutert.
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Für beide Bremskreise 20, 22 ist eine gemeinsame Hydraulikpumpe 42 vorgesehen. Die Hydraulikpumpe 42 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Sechs-Kolbenpumpe ausgebildet, wobei jedem der beiden Bremskreise 20, 22 je drei Kolben zugeordnet sind. Die Hydraulikpumpe 42 ist eingangsseitig über je ein Absperrventil 44 (”Supply-Ventil”) mit dem Bremsflüssigkeitsbehälter 32 verbindbar. Durch Öffnen des Absperrventils 44 kann die Hydraulikpumpe 42 daher Hydraulikfluid aus dem Bremsflüssigkeitsbehälter 32 ansaugen. Im Hinblick auf den Hinterachs-Bremskreis 20 ist die Hydraulikpumpe 42 ferner mit der Regenerations-Einrichtung 40 und, im Hinblick auf den Vorderachs-Bremskreis 22, mit einem Niederdruckspeicher (”Low Pressure Accumulator” oder LPA) verbunden.
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Ausgangsseitig ist die Hydraulikpumpe 42 über je ein weiteres Absperrventil 46, 48 (”ABS ISO-Ventil”) mit jeweils einer Radbremse 12, 14, 16, 18 verbindbar. Um bei Betrieb der Hydraulikpumpe 42 den Hauptzylinder 30 fluidisch von den Radbremsen 12, 14, 16, 18 abzukoppeln, ist pro Bremskreis 20, 22 ein weiteres Absperrventil 54 (”TC ISO-Ventil”) zwischen dem Hauptzylinder 30 und der Ausgangsseite der Hydraulikpumpe 42 vorgesehen.
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In der Rückflussleitung jeder der Radbremsen 12, 14, 16, 18 ist jeweils ein weiteres Ventil 50, 52 (”Dump-Ventil”) vorgesehen. Zum Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 12, 14, 16, 18 mittels der Hydraulikpumpe 42 werden die ABS ISO-Ventile 46, 48 geöffnet, während die Dump-Ventile 50, 52 geschlossen werden. Durch Öffnen der Dump-Ventile 50, 52 lässt sich der Bremsdruck anschließend wieder abbauen. Der Niederdruckspeicher 56 in jedem der Bremskreise 20, 22 ist dazu vorgesehen, das aus den Radbremsen 12, 14, 16, 18 bei Öffnen der Dump-Ventile 50, 52 zurückströmende Hydraulikfluid zwischenzuspeichern. Da jeder Niederdruckspeicher 56 mit der Eingangsseite der Hydraulikpumpe 42 gekoppelt ist, kann das zwischengespeicherte Hydraulikfluid dann bei einem nachfolgenden Betrieb der Hydraulikpumpe 42 wieder aus diesen entnommen werden.
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Der dem Hinterachs-Bremskreis 20 zugeordnete Niederdruckspeicher 56 übernimmt noch eine zusätzliche, weiter unten näher erläuterte Funktion während des regenerativen Bremsbetriebs und ist daher in 3A als Teil der Regenerations-Einrichtung 40 dargestellt. Die Regenerations-Einrichtung 40 umfasst ferner eine eingangsseitig mit dem Hauptzylinder 30 gekoppelte Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung 60 sowie zwei der Simulationseinrichtung 60 in Bezug auf den Hauptzylinder 30 nachgeschaltete Ventile 62, 64. Das Ventil 62 ist in seiner in 3A veranschaulichten Grundstellung im Normalbremsbetrieb geöffnet (”Normally Open” – oder NO-Ventil), während das Ventil 64 in seiner Grundstellung geschlossen ist (”Normally Closed” – oder NC-Ventil).
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3B zeigt eine Schnittansicht der Regenerations-Einrichtung 40 von 3A. Die Regenerationseinrichtung 40 umfasst ein Gehäuse 70, in welchem sowohl die Pedalrückwirkungs-Simulationseinrichtung 60 als auch das NO-Ventil 62 und das NC-Ventil 64 aufgenommen sind. Das Gehäuse 70 umfasst insgesamt drei Fluidanschlüsse, nämlich einen ersten Fluidanschluss 72 zum Hauptzylinder 30, einen zweiten Fluidanschluss 74 zum Niederdruckspeicher 56 sowie einen dritten Fluidanschluss 76 zum TC ISO-Ventil 54.
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Der Fluidanschluss 72 zum Hauptzylinder 30 mündet in einen Gehäusebereich, in dem die Simulationseinrichtung 60 aufgenommen ist. Wie in 3B dargestellt, umfasst die Simulationseinrichtung 60 eine Hydraulikkammer, die von einem beweglichen, federkraftbeaufschlagten Kolben 80 in eine mit dem Hauptzylinder 30 koppelbare eingangsseitige Unterkammer 82 und eine ausgangsseitige Unterkammer 84 aufgeteilt wird. In seiner in 3B dargestellten Grundstellung ist der Kolben 80 derart federnd vorgespannt, dass das Volumen der eingangsseitigen Unterkammer 82 minimiert ist.
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Das NO-Ventil 62 ist im Normalbremsbetrieb in seiner geöffneten Grundstellung und verbindet die eingangsseitige Unterkammer 82 sowohl (über den Anschluss 76) mit dem TC ISO-Ventil 54 als auch (über eine Drosseleinrichtung 86) mit der ausgangsseitigen Unterkammer 84 der Simulationseinrichtung 60. Da somit auf beiden Seiten des Kolbens 80 der gleiche Hydraulikdruck herrscht, ist die Simulationseinrichtung 60 im Normalbremsbetrieb funktionsmäßig stillgelegt. Mit anderen Worten wird über den Anschluss 72 vom Hauptzylinder geliefertes Hydraulikfluid unmittelbar an das TC ISO-Ventil 54 weitergeleitet.
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Im Normalbremsbetrieb befindet sich das NC-Ventil 64 in seiner geschlossenen Grundstellung. In dieser Grundstellung ist der Niederdruckspeicher 56 eingangsseitig von der Ausgangsseite des NO-Ventils 62 (und damit auch von den Unterkammern 82, 84 der Simulationseinrichtung 60 und dem TC ISO-Ventil 54) getrennt. Dies bedeutet, dass der Hauptzylinder 30 im Normalbremsbetrieb nicht mit dem Niederdruckspeicher 56 gekoppelt ist.
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In der in 3B dargestellten Stellung der Regenerations-Einrichtung 40 im Normalbremsbetrieb wird daher aus dem Hauptzylinder 30 gefördertes Hydraulikfluid unmittelbar an das TC ISO-Ventil 54 weitergeleitet, ohne in den Niederdruckspeicher 56 gelangen zu können. Da gemäß 3A im Normalbremsbetrieb sowohl das TC ISO-Ventil 54 als auch die ABS ISO-Ventile 46, 48 geöffnet und die Dump-Ventile 50, 52 geschlossen sind, kann sich somit ein Hydraulikdruck an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse (und ebenso an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse) aufbauen. Als Reaktion auf den Bremsdruckaufbau gelangen Bremsbacken der Radbremsen 12, 14, 16, 18 in reibschlüssigen Kontakt mit der jeweiligen Bremsscheibe, und das Fahrzeug wird in herkömmlicher Weise abgebremst.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der Fahrzeugbremse 10 im regenerativen Bremsbetrieb näher erläutert. Wie bereits im Zusammenhang mit 2 erwähnt, wird die Fahrzeugbremse 10 dann im regenerativen Bremsbetrieb betrieben, wenn in Schritt 202 ein Bremswunsch erfasst wurde und in Schritt 204 eine Entscheidung gegen den Normalbremsbetrieb getroffen wurde. Eine solche Entscheidung gegen den Normalbremsbetrieb kann beispielsweise dann getroffen werden, wenn bei Erfassen des Bremswunsches die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem vorgegebenen Geschwindigkeitsintervall liegt und darüber hinaus keine Notbremsung vorliegt.
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Zum Einleiten des regenerativen Bremsbetriebs wird, wie in 4A veranschaulicht, das NC-Ventil 64 geöffnet. Wie unter Bezugnahme auf die 3B erläutert, kann in der geöffneten Stellung des NC-Ventils 64 Hydraulikfluid aus dem Hauptzylinder 30 in den Niederdruckspeicher 56 verschoben werden.
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Wenn in Schritt 204 eine Entscheidung für den Regenerationsbremsbetrieb getroffen wurde, wird ferner der Generator an der Hinterachse hinzugeschaltet und mit Zuschalten des Generators ein auf das Fahrzeug wirkendes Bremsmoment erzeugt. Dieser Sachverhalt ist in dem schematischen Diagramm von 4B gezeigt, welches den Verlauf der Hydraulikdrücke an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse („Druck HA”) sowie an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse („Druck VA”) in Abhängigkeit vom Betätigungsweg eines Eingangsglieds des Hauptzylinders 30 zeigt. 4B kann als Pedalcharakteristik des Bremspedals 24 im regenerativen Bremsbetrieb gelesen werden. Der in 4B aufgetragene Druck wird durch die Drucksensoren gemessen, welche in 4A zwischen dem jeweiligen TC ISO-Ventil 54 sowie den ABS-ISO-Ventilen 46, 48 angeordnet sind.
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Ebenfalls eingezeichnet in 4B ist der regenerative Bremsanteil an der Hinterachse (als Äquivalentdruck). Der regenerative Bremsanteil bezeichnet die Verzögerungswirkung auf das Kraftfahrzeug, welche sich allein aus dem Zuschalten des Generators ergibt.
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Wie sich aus 4B ergibt, wird vor Überwinden eines Hauptzylinder-Schließwegs (von ungefähr 1,5 mm) aus dem Hauptzylinder 30 kein Hydraulikfluid in die Bremskreise 20, 22 gefördert. Aus diesem Grund wird vor Überwinden des Schließwegs in den Bremskreisen 20, 22 kein Hydraulikdruck aufgebaut. Da jedoch der Generator bereits unmittelbar nach Erfassen des Bremswunsches und damit noch vor Überwinden des Schließwegs zugeschaltet wird, baut sich bereits von Anfang an eine auf den Generator zurückgehende regenerative Verzögerung des Kraftfahrzeugs auf. Damit beginnt auch das Aufladen der Fahrzeugbatterie unmittelbar nach Erfassen des Bremswunsches und noch vor Aufbau eines hydraulischen Drucks mittels des Hauptzylinders 30.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schließwege der den beiden Bremskreisen 20, 22 zugeordneten Hydraulikkammern des Hauptzylinders 30 gleich groß. Es wäre jedoch auch denkbar, in einem anderen Ausführungsbeispiel den Schließweg derjenigen Hydraulikkammer, welche dem Bremskreis 20 mit der Regenerations-Einrichtung 40 zugeordnet ist, kürzer zu wählen als den Schließweg der anderen Hydraulikkammer. Auf diese Weise ließe sich der Hydraulikdruckaufbau im Bremskreis 22 ohne Regenerations-Einrichtung verzögern, um die Regenerations-Effizienz zu steigern. Eine solche Verzögerung wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf andere Weise bewerkstelligt, nämlich durch das weiter unten erläuterte Schalten des NO-Ventils 62.
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Im Anschluss an das in 4A veranschaulichte Öffnen des NC-Ventils 64 werden die ABS ISO-Ventile 46, 48 des Hinterachs-Bremskreises 20 geschlossen. Dieser Sachverhalt ist in 5A dargestellt, und entspricht Zustand II.I in 2.
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Mit Schließen der ABS ISO-Ventile 46, 48 werden selektiv die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse vom Hauptzylinder 30 getrennt. Eine solche Trennung ist jedoch optional, da aufgrund des geöffneten NC-Ventils 64 das vom Hauptzylinder 30 geförderte Hydraulikfluid anfänglich ohne wesentliche Drucksteigerung in den Niederdruckspeicher 56 verschoben wird. Mit anderen Worten wäre bei geöffneten ABS ISO-Ventilen 46, 48 im Anfangsstadium der regenerativen Bremsung ohnehin kein maßgeblicher Bremsdruck an den Radbremsen 12 der Hinterachse erzeugbar, so dass die ABS ISO-Ventile 46, 48 in Zustand II.I auch geöffnet bleiben könnten (vgl. 4A).
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Wie in dem Diagramm von 5B dargestellt, strömt nach überwinden des Schließwegs Hydraulikfluid aus dem Hauptzylinder 30 in die beiden Bremskreise 20, 22, so dass sich dort ein Hydraulikdruck (wieder gemessen mittels der Drucksensoren zwischen dem jeweiligen TC ISO-Ventil 54 und den ABS ISO-Ventilen 46, 48) von ungefähr 1 bar einstellt. Dieser Hydraulikdruck bleibt dann über einen längeren Pedalweg hinweg konstant. Dieser Sachverhalt ist in dem Diagramm von 5C dargestellt. Ursache für die Konstanz des Hydraulikdrucks ist in Bezug auf den Hinterachs-Bremskreis 20 die Tatsache, dass das aus der diesem Bremskreis 20 zugeordneten Hydraulikkammer des Hauptzylinders 30 ausströmende Hydraulikfluid im Wesentlichen widerstandsfrei (also mit einem Druck von ungefähr 1 bar) vom Niederdruckspeicher 56 aufgenommen wird. Es kommt daher zu einer Volumenverschiebung von Hydraulikfluid aus dem Hauptzylinder 30 in den Niederdruckspeicher 56.
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Da das aus dem Hauptzylinder 30 austretende Hydraulikfluid im Wesentlichen widerstandsfrei vom Niederdruckspeicher 56 aufgenommen werden kann, ist auch der Druckanstieg im Vorderachs-Bremskreis 22 auf den Maximalwert von ungefähr 1 bar begrenzt. Diese Begrenzung des Druckanstiegs im Vorderachs-Bremskreis 22 ist auf eine Besonderheit des Hauptzylinders 30 zurückzuführen. Die dem Vorderachs-Bremskreis 22 zugeordnete Hydraulikkammer des Hauptzylinders 30 ist nämlich zwischen zwei beweglichen Kolben angeordnet, deren Relativabstand solange ungefähr konstant bleibt, solange Hydraulikfluid aus der dem Hinterachs-Bremskreis 20 zugeordneten Hydraulikkammer ohne maßgeblichen Druckanstieg in den Niederdruckspeicher 56 entweichen kann. Da das Volumen der dem Vorderachs-Bremskreis 22 zugeordneten Hydraulikkammer während der ersten Phase des regenerativen Bremsbetriebs damit ungefähr konstant bleibt, wird kein Hydraulikfluid aus dieser Hydraulikkammer in den Vorderachs-Bremskreis 22 verdrängt. Der Hydraulikdruck im Vorderachs-Bremskreis 22 kann daher nicht (weiter) ansteigen.
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Die in den 5B und 5C dargestellte erste Phase des regenerativen Bremsbetriebs entspricht dem in 2 veranschaulichten Zustand II.I In diesem Zustand sind sowohl die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse als auch (jedenfalls annähernd) die Radbremsen 16, 18 der Vorderachse derart vom Hauptzylinder 30 abgekoppelt, dass eine weitere Betätigung des Bremspedals 24 zu keinem weiteren Anstieg des Hydraulikdrucks in den Bremskreisen 20, 22 bzw. an den Radbremsen 12, 14, 16, 18 führt. Da alle Radbremsen 12, 14, 16, 18 vom Bremsdruckaufbau abgekoppelt sind (oder der Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 16, 18 jedenfalls begrenzt ist), ist die Regenerations-Effizienz während dieser Phase des regenerativen Bremsbetriebs äußerst hoch.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass diese hohe Effizienz trotz der Tatsache erzielt wird, dass lediglich der Hinterachs-Bremskreis 20 mit der Regenerations-Einrichtung 40 versehen ist. Mit der Einsparung einer separaten Regenerations-Einrichtung für den Vorderachs-Bremskreis 22 verringert sich die somit Gesamtbaugröße der Fahrzeugbremse sowie deren Kosten ohne maßgebliche Einbußen im Hinblick auf die Regenerations-Effizienz.
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Durch Schließen des NO-Ventils 62, wie in 6A veranschaulicht, tritt der regenerative Bremsbetrieb dann in eine zweite Phase ein. Diese zweite Phase entspricht dem in 2 veranschaulichten Zustand II.II, in dem lediglich die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse vom Hauptzylinder 30 abgekoppelt bleiben, während an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse jetzt ein pedalwegabhängiger Hydraulikdruck aufgebaut wird. Im Vergleich zum Normalbremsbetrieb (Zustand I. in 2) erfolgt dieser Druckaufbau an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse jedoch verzögert, da ein längerer Pedalweg zurückgelegt werden muss, damit sich derselbe Hydraulikdruck an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse einstellt.
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Ein Schließen des NO-Ventils 62 bewirkt eine Aktivierung der Simulationseinrichtung 60. Genauer gesagt wird durch Schließen des NO-Ventils 62 der fluidische Kurzschluss zwischen der eingangsseitigen Unterkammer 82 und der ausgangsseitigen Unterkammer 84 der Simulationseinrichtung 60 aufgehoben (vgl. 6B). Aus diesem Grund kann das aus dem Hauptzylinder in die eingangsseitige Unterkammer 82 einströmende Hydraulikfluid nicht mehr in Richtung des Niederdruckspeichers 56 oder des TC ISO-Ventils 54 entweichen. Das aus dem Hauptzylinder 30 geförderte Hydraulikfluid sammelt sich vielmehr in der eingangsseitigen Unterkammer 82 an und führt zu einer Verschiebung des Kolbens 80 entgegen dessen federnder Vorspannung in Richtung auf die ausgangsseitige Unterkammer 84. Während sich somit das Volumen der eingangsseitigen Unterkammer 82 vergrößert, verringert sich das Volumen der ausgangsseitigen Unterkammer 84. Das vom Kolben 80 aus der ausgangsseitigen Unterkammer 84 verdrängte Hydraulikfluid wird in dem Niederdruckspeicher 56 gefördert. Ein Vergleich zur Stellung des Kolbens 80 in 6B mit der Stellung des Kolbens 80 in 3B zeigt die Volumenvergrößerung der eingangsseitigen Unterkammer 82 sowie die damit einhergehende Volumenverringerung der ausgangsseitigen Unterkammer 84.
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Die hydraulische Trennung der Fluidsäule zwischen dem Hauptzylinder 30 und der eingangsseitigen Unterkammer 82 der Simulationseinrichtung 60 einerseits und der Fluidsäule zwischen der ausgangsseitigen Unterkammer 84 und den weiter stromabwärts liegenden Komponenten des Hinterachs-Bremskreises 20 andererseits ist in 6A durch unterschiedliche Linienarten gekennzeichnet. So ist die erste Fluidsäule mit gepunkteten Linien veranschaulicht, während die zweite Fluidsäule durch durchgezogene Linien gekennzeichnet ist.
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Das Schließen des NO-Ventils 62 und die damit einhergehende Aktivierung der Simulationseinrichtung 60 bewirken einen Druckanstieg in der ersten, gepunkteten Fluidsäule bei weitergehender Betätigung des Bremspedals 28. Dieser Druckanstieg ist darauf zurückzuführen, dass eine Vergrößerung des Volumens der eingangsseitigen Unterkammer 82 der Simulationseinrichtung 60 nur gegen die federnde Vorspannung des Kolbens 80 möglich ist. Die Vorspannung des Kolbens 80 definiert daher den Verlauf des Druckanstiegs.
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Der Druckanstieg in der in 6A gepunkteten Fluidsäule des Hinterachs-Bremskreises 20 bewirkt wiederum einen entsprechenden Druckanstieg in der gleichfalls gepunkteten Fluidsäule des Vorderachs-Bremskreises 22, nämlich zwischen dem Hauptzylinder 30 und den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse. Der Druckanstieg im Vorderachs-Bremskreis 22 ist darauf zurückzuführen, dass sich die diesem Bremskreis 22 zugeordnete Hydraulikkammer des Hauptzylinders 30 verkleinert, so dass Hydraulikfluid aus dieser Hydraulikkammer in den Vorderachs-Bremskreis 22 gefördert wird. Die Hydraulikkammer-Verkleinerung liegt darin begründet, dass sich der Abstand zwischen den beiden die Hydraulikkammer definierenden Kolben infolge des Druckanstiegs in der dem Hinterachs-Bremskreis 20 zugeordneten Hydraulikkammer verringert.
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Nach Schließen des NO-Ventils 62 steigt also, wie in 6C veranschaulicht, der Hydraulikdruck im Vorderachs-Bremskreis 22 Pedalweg-proportional an. Folglich kommt es auch zu einem Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 16, 18 des Vorderachs-Bremskreises 22. 6C ist ferner zu entnehmen, dass der Zeitpunkt des Schließens des NO-Ventils 62 innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar ist (gepunkteter Pfeil). Auf diese Weise lässt sich die Pedalcharakteristik im regenerativen Bremsbetrieb einstellen. Ein anderer Schaltpunkt für das NO-Ventil 62 in Bezug auf den Pedalweg vermittelt somit ein anderes Pedalgefühl. Diese Tatsache lässt sich gezielt einsetzen, um unterschiedliche Pedalwegcharakteristika zu realisieren. Wie in 6D gezeigt, können beispielsweise in einem sportlichen Modus ein früherer Schaltpunkt und damit ein „kürzeres Pedal” eingestellt werden, während in einem Normal- oder Park-Modus ein späterer Schaltzeitpunkt und damit ein „längeres Pedal” wählbar sind.
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Wie bereits unter Bezugnahme auf Schritt 214 in 2 erläutert, kann in gewissen Betriebszuständen der vom Fahrer angeforderte Bremswunsch allein durch die Verzögerungswirkung des Generators sowie den Bremsdruck an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse nicht vollständig erfüllt werden. Zur Erzielung einer höheren Fahrzeugverzögerung kann der regenerative Bremsbetrieb daher in eine dritte Phase (Zustand III. in 2) eintreten, in der mittels der Hydraulikpumpe 42 ein zusätzlicher Bremsdruck an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse erzeugt wird („Blending”). Zu diesem Zweck werden vor Aktivierung der Hydraulikpumpe 42 die ABS ISO-Ventile 46, 48 geöffnet.
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7A zeigt den Zustand der Fahrzeugbremse 10 nach dem Öffnen der ABS ISO-Ventile 46, 48. Wie in 7B veranschaulicht, baut sich mit Öffnen der ABS ISO-Ventile 46, 48 und Starten der Hydraulikpumpe 42 ein Bremsdruck auch an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse auf. Insgesamt nimmt damit auch der an der Hinterachse aufgebrachte Bremsanteil zu, da zusätzlich zur Verzögerungswirkung des Generators Bremsdruck an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse erzeugt wird.
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Wie 7A entnommen werden kann, ist die Hydraulikpumpe 42 eingangsseitig mit dem Niederdruckspeicher 56 der Regenerations-Einrichtung 40 gekoppelt. Da der Niederdruckspeicher 56 in den vorausgehenden Phasen des regenerativen Bremsbetriebs (vgl. Zustände II.I. und II.II. in 2) mit Hydraulikfluid befüllt wurde, steht der Hydraulikpumpe 42 für das Blending (Zustand III. in 2) eingangsseitig stets ausreichend Hydraulikfluid zur Verfügung, um einen unterstützenden Bremsdruck an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse aufzubauen. Der Bremsdruckaufbau an den Radbremsen 12, 14 kann daher bis an die Stabilitätsgrenze, an der Regelsysteme wie ABS oder ESP eingreifen, erfolgen.
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Im Vergleich zu einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Hauptzylinder-Schließwegen für die beiden Bremskreise 20, 22 gestattet das anhand der Figuren erläuterte Ausführungsbeispiel die Verwendung eines standardisierten Hauptzylinders 30 ohne Schließwegverlängerung. Dies kann aus Sicherheitsgründen vorteilhaft sein, da im Fehlerfall zu Bremsbeginn oder im Normalbremsbetrieb keine Pedalwegverlängerung mechanisch fest vorgegeben ist. Des Weiteren kann die Verzögerung des Druckaufbaus im Vorderachs-Bremskreis 22 die durch eine Schließwegverlängerung maximal realisierbare Verzögerung (von typischerweise 1 bis 2 mm) deutlich übersteigen. So werden durch Wahl eines geeigneten Zeitpunkts für das NO-Ventil 62 effektive Pedalwegverlängerungen von 4 mm und mehr möglich. Die daraus resultierende Verzögerung des Druckaufbaus an den Radbremsen 16, 18 der Vorderachse erhöht die Regenerations-Effizienz an der Hinterachse signifikant. Des Weiteren können zumindest die Hinterradbremsen 12, 14 durch Schließen der ABS ISO-Ventile 46, 48 druckfrei (0 bar) gestellt werden, was die Regenerations-Effizienz ebenfalls erhöht.
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Im Vergleich zu herkömmlichen regenerativen Fahrzeugbremsen werden bei den oben erläuterten Ausführungsbeispielen lediglich die Radbremsen 12, 14 der Hinterachse vom Druckaufbau abgekoppelt, so dass an der Vorderachse ein konventionelles Bremssystem Verwendung finden kann. Anders ausgedrückt wird für den Vorderrad-Bremskreis 22 keine eigene Regenerations-Einrichtung benötigt. Dies reduziert den Materialaufwand (Simulationseinrichtung, NO-Ventil, NC-Ventil, etc.) um fünfzig Prozent. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, dass für die Hinterachse eine vergleichsweise klein dimensionierte Simulationseinrichtung 60 ausreicht, da sich an der Vorderachse ja die übliche Bremspedalrückwirkung einstellt. Des Weiteren muss lediglich der dem Hinterrad-Bremskreis 20 zugeordnete Niederdruckspeicher 56 die höheren Spezifikationen hinsichtlich Dauerfestigkeit und Beanspruchung erfüllen. Gleiches gilt für die Auslegung der Hydraulikpumpe 42 sowie des TC ISO-Ventils 54 im Hinblick auf den Hinterachs-Bremskreis 20.
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Auch aus Sicherheitsaspekten ergeben sich Vorteile, da bei einem Ausfall der Bremsfähigkeit der Hinterachse (beispielsweise durch einen Fehler im Bereich der Regenerations-Einrichtung 40) an der Vorderachse noch immer ein Bremsdruck und eine Verzögerung von ungefähr 0,7 g aufgebracht werden können. Insbesondere besteht auch nicht mehr die Gefahr eines Gesamtsystemausfalls durch Leckage der Simulatordichtungen, da nur noch im Hinterachs-Bremskreis 20 eine Simulationseinrichtung 60 verbaut ist.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Tatsache, dass ein Blending lediglich an der Hinterachse erfolgt bzw. erfolgen muss. Im Vergleich zu einem Blending an beiden Achsen reduziert sich damit der Umsatz an Hydraulikfluid, die Stromaufnahme der Hydraulikpumpe 42 sinkt, und auch die mittlere Pumpendrehzahl geht zurück. Insgesamt kann daher die Hydraulikpumpe 42 kleiner dimensioniert werden.
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Im Folgenden erfolgt eine Erörterung weiterer optionaler Maßnahmen, die Eingang in die oben erläuterten Ausführungsbeispiele finden können. So kann beispielsweise bei einer vorhergehenden regenerativen Bremsung die Fahrzeugbatterie vom Generator vollständig aufgeladen worden sein, so dass bei einer nachfolgenden regenativen Bremsung zwar die Regenerations-Einreichung aktiviert wird, der Generator aber von der Hinterachse und/oder der Fahrzeugbatterie abgekoppelt bleibt. In diesem Betriebszustand kann ein Bremsmoment an der Hinterachse durch Aufbau eines Bremsdrucks an den Radbremsen 12, 14 mittels der Hydraulikpumpe 42 erzeugt werden. Der Bremsdruck an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse kann dabei derart eingestellt werden, dass der auf die Hinterachse zurückgehende Anteil der Fahrzeugverzögerung im Vergleich zum Normalbremsbetrieb („installierte Verteilung”) bereichsweise angehoben wird. Dieser Sachverhalt ist allgemein in 8 veranschaulicht.
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Die Anhebung findet zweckmäßigerweise lediglich in einem unteren Verzögerungsbereich statt (beispielsweise unterhalb einer vorgegebenen Obergrenze), da die meisten Bremsvorgänge in diesem unteren Bereich stattfinden.
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9 zeigt ein Diagramm, in dem die Hinterachse/Vorderachse-Verteilung des Bremsdrucks in Abhängigkeit von der Zeit und vom Pedalweg genauer dargestellt sind. Wie in 9 veranschaulicht, wird nach ungefähr 1 bis 2 mm Pedalweg das Supply-Ventil 44, die Hydraulikpumpe 42 aktiviert, geöffnet und an den Radbremsen 12, 14 der Hinterachse ein Bremsdruck proportional zum ansteigenden Pedalweg eingestellt (also dp HA [bar] = ds Pedal [mm]). Dies entspricht Punkt 1 in dem Diagramm von 9. Bei beispielsweise 12 mm Pedalweg (Punkt 2) wird der Anstieg des Hinterachs-Bremsdrucks reduziert und das Supply-Ventil 44 bei weiter ansteigender Druckanforderung wieder geschlossen. Der Hinterachs-Druck kann beispielsweise reduziert werden auf dp HA [bar] = 0,5 ds Pedal [mm]). Überschreitet der Vorderachs-Druck bei Punkt 3 die wegabhängige Sollvorgabe, so bleibt der Hinterachs-Druck auf der installierten Verteilung, also dp HA = db VA. Der Druckabbau erfolgt sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge.
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Durch die in den 8 und 9 skizzierte Verfahrensweise ist ein Anheben des Hinterachs-Drucks schon sehr früh (d. h., bei sehr kleinen Pedalwegen) möglich und insbesondere bereits bevor mittels des Hauptzylinders 30 an der Vorderachse irgendein Hydraulikdruck aufgebaut werden kann. Ohne Öffnen des Supply-Ventils 44 ist, wie bereits erläutert, eine Anhebung des Bremsdrucks an der Hinterachse erst bei einem Pedalweg von ungefähr 12 mm möglich, da erst dann ausreichend Hydraulikfluid in den Niederdruckspeicher 56 gefördert wurde, um die Hydraulikpumpe 42 betreiben zu können.
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Die hier vorgeschlagene Asymmetrie in Bezug auf die Auslegung der regenerativen Fahrzeugbremse 10 ist besonders vorteilhaft in Verbindung mit einem asynchronen (d. h. nicht zeitgleichen) Schalten des NO-Ventils 62 und des NC-Ventils 64. Die Schaltpunkte für das NO-Ventil 62 und/oder das NC-Ventil 64 können beispielsweise gewählt werden in Abhängigkeit von der Betätigungsgeschwindigkeit (Antrittgeschwindigkeit) des Bremspedals 24, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit oder des Fahrzustands (Realisierung einer Parkhilfe durch längeren Bremspedalweg oder Pedalwegverkürzung im sportlichen Modus bzw. als „Crash Assistent”). Ferner kann zur Simulation des Bremsbelagverschleißes an den Hinterradbremsen 12, 14 die Anzahl der regenerativen Bremsungen gezählt werden (Betätigungszähler).
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Ferner lässt sich über die Volumenübersetzung der beiden Unterkammern 82, 84 der Simulationseinrichtung 60 Einfluss auf die Pedalwegcharakteristik nehmen. Als zweckmäßig hat sich beispielsweise eine Volumenübersetzung von größer 1 (z. B. ungefähr 1,5) erwiesen. Bei einer solchen Übersetzung entspricht eine Volumeneinheit Hydraulikfluid aus dem Hauptzylinder einer Verdrängung von 1,5 Volumeneinheiten Hydraulikfluid in Richtung des Niederdruckspeichers 56. Eine solche Übersetzung gewährleistet darüber hinaus, dass stets ausreichend Hydraulikvolumen im Niederdruckspeicher 56 zum Ansaugen für die Hydraulikpumpe 42 zur Verfügung steht. Ferner ermöglicht die mit dieser Übersetzung einhergehende hydraulische Verstärkung eine kleinere Dimensionierung des Bremskraftverstärkers 28 und eine Drucküberlagerung bei Blending von bis zu fünfzig Prozent.
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Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auf unterschiedlichste Art und Weise modifizierbar sind. Es ist beispielsweise das Konzept der Asymmetrie des regenerativen Bremsbetriebs unabhängig vom konkreten Aufbau und von der konkreten Anordnung der Regenerations-Einrichtung 40. Es versteht sich ferner, dass zur Umsetzung der verfahrenstechnischen Aspekte der vorliegenden Offenbarung geeignete Steuergeräte (ECUs) vorgesehen werden können.
