DE102009057238A1

DE102009057238A1 - Regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009057238A1
Application number: DE102009057238A
Authority: DE
Inventors: Jongsung Kim
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2010-07-01
Also published as: CN101746364A; US8267487B2; CN101746364B; JP5095707B2; KR20100067239A; KR101058614B1; US20100148571A1; JP2010137849A

Abstract

Eine Betätigungsvorrichtung weist einen Bremskraftverstärker, welcher ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis erzeugt, wobei ein Kolbenventil und eine Reaktionsscheibe einander nicht berühren, und ein Ölreservoir sowie eine Pedalsimulatoreinheit auf, welche einen Hydraulikkreis bilden, um hydraulischen Hysteresecharakteristiken zu folgen. Es ist daher möglich, eine Unempfindlichkeit gegenüber Pedalveränderungen, welche durch den Hauptzylinder übertragen werden, zu erreichen, die der Pedalkraft entsprechend erzeugten Veränderungen des vermittelten Pedalgefühls zu minimieren, während gleichzeitig an das Pedal übertragene Vibrationen beim regenerativen Bremsen blockiert werden und ein Pedalgefühl vermittelt wird, das den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der Koreanischen Anmeldung 10-2008-0125712 , eingereicht am 11. Dezember 2008, deren Priorität die vorliegende Anmeldung in Anspruch nimmt und deren Offenbarung durch Verweis in vollem Umfang Teil des Gegenstandes der vorliegenden Anmeldung ist.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Betätigungsvorrichtung, welche zur Verwendung in einem regenerativen Bremssystem geeignet ist.
Im Allgemeinen wird ein Fahrzeug je nach den bei der Fahrt herrschenden Bedingungen wiederholt angehalten und gestartet und verbraucht sowohl beim Stoppen als auch beim Starten viel Energie, weshalb die Kraftstoffeffizienz durch häufiges und wiederholtes Starten und Anhalten erheblich verschlechtert wird.
Darüber hinaus wird im Allgemeinen die Drehenergie einer Antriebswelle beim Bremsen nicht vorübergehend gespeichert und beim Starten wiederverwendet, sondern wird aufgrund des Bremsens als Reibungsenergie verbraucht.
Fahrzeuge, welche ein regeneratives Bremsen erreichen, wie Hybridfahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, erfordern jedoch das Koppeln des Bremssystems mit einer regenerativen Bremsvorrichtung und werden derart gesteuert, dass die Bremskraft verändert wird, um die Effizienz des regenerativen Bremsens zu maximieren.
Beim regenerativen Bremsen ist es insbesondere wichtig, eine durch die umgekehrte Übertragung der Bremskraft über den Bremskraftverstärker auf das Bremspedal verursachte Beeinträchtigung des dem Fahrer vermittelten Pedalgefühls zu verhindern, indem die Bremskraft in größtmöglichem Maß von der Pedalkraft getrennt wird.
Jedoch sind andere spezifische Teile und Vorrichtungen als das existierende Bremssystem erforderlich, um bei mit einem regenerativen Bremssystem versehenen Fahrzeugen die auf das Bremspedal übertragene Bremskraft zu blockieren, so dass eine Veränderung der Designs aufgrund der Erhöhung der Teilezahl erforderlich ist und die Kosten steigen, weshalb es schwierig ist, diesen Aufbau anzuwenden.
Die vorhergehende Erörterung dient der Bereitstellung allgemeiner Hintergrundinformationen und stellt keine Würdigung des Standes der Technik dar.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Erreichen von regenerativem Bremsen, wobei Veränderungen des Designs und der Zahl der Teile minimal gehalten werden, indem die regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung in höchstmöglichem Umfang die Teile eines in einem Fahrzeug eingesetzten Bremssystems nutzt.
Die vorliegende Erfindung schafft des weiteren eine regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung, welche das Verstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers entsprechend der Pedalbetätigung erheblich steigert, und welche ferner eine auf einen Pedalsimulator aufgebrachte Last zum Erreichen der Bremskraft erhöht, so dass es möglich ist, eine Unempfindlichkeit gegenüber durch den Hauptzylinder übertragene Pedalveränderungen zu erreichen, die Veränderungen des Pedalgefühls aufgrund der entsprechend erzeugten Veränderungen der Pedalkraft zu minimieren, während auf das Pedal beim Erreichen des regenerativen Bremsens übertragene Vibrationen blockiert werden, und ein Pedalgefühl zu vermitteln, das den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert.
Bei der regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine der Pedalverschiebung folgende motor-basierte Antriebseinheit im Bremskraftverstärker vorgesehen, welche unabhängig von der Pedalbetätigung arbeitet, so dass es möglich ist, das einem Fahrer vermittelte Pedalgefühl zu verbessern, indem die beim regenerativen Bremsen auf das Pedal übertragenen Vibrationen blockiert werden und den hydraulischen Hysteresecharakteristiken in dem mit dem Pedal gekoppelten Pedalsimulator gefolgt wird.
Die Erfindung schafft ferner eine regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Bremspedal, einem Bremskraftverstärker, einem Pedalsimulator, einem ersten Steuerventil und einem elektronischen Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit). Der Bremskraftverstärker ist mit dem Bremspedal über eine Betätigungsstange verbunden, öffnet und schließt einen Atmosphärendruck- und Vakuumdurchlass mittels eines in einem Ventilkörper vorgesehenen Kolbenventils, und erzeugt ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis, wobei die Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und einer die Last an einen Hauptzylinder übertragenden Reaktionsscheibe aufrechterhalten wird. Der Pedalsimulator ist mit dem Bremspedal gekoppelt und mit Öl gefüllt; ferner weist er mindestens eine oder mehr Federn auf, um ein Pedalbetätigungsgefühl, das den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert, zu bewirken. Das erste Steuerventil ist in einer ersten Hydraulikleitung angeordnet, die mit dem Pedalsimulator verbunden ist, und wird derart geöffnet oder geschlossen, dass das Öl aus dem Pedalsimulator fließt oder nicht. Das elektronische Steuergerät (ECU) steuert das erste Steuerventil derart, dass es Öl in den Pedalsimulator auslässt, wenn der Bremskraftverstärker versagt.
Die vorliegende Erfindung schafft des weiteren eine regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung mit einem Bremspedal, einer ECU, einem Bremskraftverstärker, einer Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit, einem Pedalsimulator und einem Hydraulikkreis. Die ECU erkennt den Betrag der über das Bremspedal aufgebrachten Pedalkraft mittels eines Sensors.
Der Bremskraftverstärker öffnet und schließt beim Betätigen des Bremspedals einen Atmosphärendruck- und Vakuumdurchlass mittels eines in einem Ventilkörper vorgesehenen Kolbenventils und erzeugt ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis, wobei die Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und einer die Last an einen Hauptzylinder übertragenden Reaktionsscheibe aufrechterhalten bleibt. Die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit weist einen von der ECU angetriebenen Motor auf und betätigt den Bremskraftverstärker durch Drücken der Betätigungsstange, wobei die Drehkraft des Motors in eine axiale Bewegungskraft umgewandelt wird. Der Pedalsimulator ist mit dem Bremspedal gekoppelt, mit Öl gefüllt, und weist mindestens eine oder mehr Federn auf, um ein Pedalbetätigungsgefühl, das den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert, zu bewirken. Der Hydraulikkreis betätigt einen Hauptzylinder durch das Erzeugen von Hydraulikdruck zum Drücken der Betätigungsstange zur Betätigung des Bremskraftverstärkers in Richtung der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit, indem er Öl, welches aus dem die Eingangslast von dem Bremspedal her empfangenden Pedalsimulator geflossen ist, in die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit leitet.
Bei dieser Ausbildung weist der Bremskraftverstärker einen Ventilkörper auf, der Vakuum- und Atmosphärenströmungen erzeugt, indem das Kolbenventil, das mit der Betätigungsstange verbunden ist, welche ihrerseits mit dem Bremspedal gekoppelt ist, und die den verstärkten Ausgang übertragende Reaktionsscheibe einander zugewandt angeordnet sind. Eine Führung, welche eine Berührung zwischen dem Kolbenventil und der Reaktionsscheibe verhindert (im folgenden berührungsfreie Führung genannt) und die in Verbindung mit dem Raum steht, in welchem das Kolbenventil und die Reaktionsscheibe angeordnet sind, ist als Bohrung durch den Ventilkörper ausgebildet, so dass das Kolbenventil ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis erzeugt, während ein berührungsfreier Spalt (a) ohne direkten Kontakt mit der Reaktionsscheibe beibehalten bleibt. Ein Führungsschlitz ist in Längsrichtung in der berührungsfreien Führung ausgebildet. In den Führungsschlitz ist ein von dem Kolbenventil abstehender Führungsvorsprung eingesetzt.
Ferner weist der Pedalsimulator ein Kammergehäuse, einen bewegbaren Bügel, ein Pedalkraftreaktionselement und ein Rückstellelement auf. Das Kammergehäuse weist einen Dämpfer auf, welcher einen mit Öl gefüllten Raum abtrennt. Der bewegbare Bügel wird mittels der an dem Bremspedal befestigten Betätigungsstange bewegt. Das Pedalkraftreaktionselement weist mindestens eine oder mehr Federn mit unterschiedlichen Längen auf, um einen Reaktionswiderstand gegen den bewegbaren Bügel aufzubringen. Das Rückstellelement weist mindestens eine oder mehr Federn auf, welche den Dämpfer elastisch stützen.
Des weiteren ist die erste Hydraulikleitung mit einem Ölreservoir verbunden, das Öl an einen Hauptzylinder liefert, und das erste Steuerventil bleibt geschlossen, um das Ausgeben von Öl aus dem Pedalsimulator zu verhindern.
Ferner weist die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit ein Gehäuse, einen Motor, eine Verzögerungseinrichtung und eine Druckmutter auf. Das Gehäuse ist an dem Bremskraftverstärker angebracht und zum Befüllen mit Öl mit der Hydraulikleitung verbunden. Der Motor ist durch die ECU gesteuert, um Energie zu erzeugen. Die Verzögerungseinrichtung weist treibende und getriebene Zahnräder auf, welche die Drehkraft des Motors in ein Ausgangsdrehmoment umwandeln. Die Druckmutter sitzt auf einer Spindel, welche durch das Ausgangsdrehmoment der Verzögerungseinrichtung gedreht wird, und betätigt den Bremskraftverstärker, indem er die Betätigungsstange mittels einer linearen axialen Bewegungskraft schiebt.
Darüber hinaus ist in dem Hydraulikkreis eine erste Hydraulikleitung von dem Pedalsimulator aus mit einem Gehäuse der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit verbunden und eine zweite Hydraulikleitung ist von einem Ölreservoir aus mit der ersten Hydraulikleitung, welche mit der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit verbunden ist, verbunden, und ein erstes Steuerventil ist in der ersten Hydraulikleitung angeordnet, während ein zweites Steuerventil in der zweiten Hydraulikleitung angeordnet ist, wobei die Steuerventile durch die ECU geöffnet und geschlossen werden.
Hierbei ist das zweite Steuerventil geöffnet, wenn das erste Steuerventil geschlossen ist, so dass die Steuerventile stets einander entgegengesetzt geöffnet oder geschlossen sind.
Des werteren ist die zweite Hydraulikleitung mit dem Ölreservoir verbunden, das Öl an den Hauptzylinder liefert.
Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist bei einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung aufgrund des großen Verstärkungsverhältnisses des mit dem Pedal gekoppelten Bremskraftverstärkers und der an den Pedalsimulator übertragenen hohen Pedallast, die von dem Hauptzylinder übertragene Pedalveränderung nicht spürbar, die Vibrationsübertragung an das Pedal ist weiter blockiert und die Nachverfolgung der hydraulischen Hysteresecharakteristiken ist verstärkt, so dass eine erhebliche Verbesserung des an den Fahrer vermittelten Pedalgefühls ermöglicht ist.
Ferner ist es gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung möglich Änderungen in der Ausbildung und der Zahl der zum Erreichen eines regenerativen Bremsens erforderlichen Teile zu minimieren, da die regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung Teile, beispielsweise den Bremskraftverstärker und das Ölreservoir, nutzt, bei denen es sich um Teile handelt, welche im Bremssystem eines Fahrzeugs enthalten sind.
Eine regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung nach den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ferner das dem Fahrer vermittelte Pedalgefühl verbessern, indem sie die Betätigung des Bremskraftverstärkers durch das Pedal verhindert, um so das Übertragen von Vibrationen von dem Bremskraftverstärker auf das Pedal beim regenerativen Bremsen zu blockieren.
Darüber hinaus wird bei einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung der Bremsverstärker unabhängig von der Pedalbetätigung betätigt, so dass es möglich ist, die an das Pedal übertragenen Vibrationen beim regenerativen Bremsen vollständig zu blockieren.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen verwiesen, welche zeigen:
1 eine Darstellung des Aufbaus einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung des Aufbaus eines Bremskraftverstärkers mit unbeschränktem Verstärkungsverhältnis, welcher in der regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
3 ein Pedalkraftdiagramm der regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine Darstellung des Aufbaus eines in der regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthaltenen Pedalsimulators; und
5 eine Darstellung einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben; die Ausführungsbeispiele sind von einem Fachmann auf diesem Gebiet auf verschiedene Weise realisierbar und der Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
1 zeigt den Aufbau einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wobei die regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung ein Bremspedal 1 und einen Bremskraftverstärker 2 aufweist. Der Bremskraftverstärker 2 ist mit dem Bremspedal 1 durch eine Betätigungsstange 3 verbunden, öffnet und schließt einen Atmosphärendruck- oder Vakuumdurchlass unter Verwendung eines in einem Ventilkörper 4 vorgesehenen Kolbenventils 6, und betätigt einen Hauptzylinder 10, indem er ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis ohne Berührung mit einer Reaktionsscheibe 7 erzeugt.
Die regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung ist ferner mit einem Ölreservoir 11, einem Hydraulikkreis und einer mit dem Bremspedal 1 gekoppelten Pedalsimulatoreinheit 20 versehen, um an das Bremspedal 1 übertragene Vibrationen zu blockieren und die hydraulischen Hysteresecharakteristiken zu verfolgen.
Des weiteren ist die regenerative Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Sensor 31, welcher einen Pedalkrafthub des Bremspedals 1 erkennt, und mit einem elektronischen Steuergerät (ECU, Electronic Control Unit) 30 versehen, das eine elektrische Schaltung bildet und den durch die Pedalsimulatoreinheit 20 gebildeten Hydraulikkreis steuert.
Darüber hinaus empfängt die ECU 30 ein Sensorsignal zum Erkennen von Bedingungen in einem mit dem Bremskraftverstärker verbundenen System, um ein Versagen des Bremskraftverstärkers 2 zu erkennen.
Der Bremskraftverstärker 2 einer regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist einen Ventilkörper 4 auf, der ein Vakuumventil und ein Auslassventil bildet. Eine Betätigungsstange 3 ist mit dem Bremspedal 1 verbunden. Eine Reaktionsscheibe 7 ist an der Vorderseite des Ventilkörpers 4 angeordnet, um verstärkten Ausgang auf den Hauptzylinder 10 aufzubringen, und ein Kolbenventil 6 ist in dem Ventilkörper 4 angeordnet, um ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis ohne Kontakt mit der Reaktionsscheibe 7 zu erzeugen.
Bei diesem Aufbau ist eine berührungsfreie Führung 5 in dem Ventilkörper 4 vorgesehen, welche im zusammengesetzten Zustand einen Spalt zwischen der Reaktionsscheibe 7 und dem Kolbenventil 6 bildet, und das Kolbenventil 6 bewegt sich entlang der berührungsfreien Führung 5 in Richtung der Reaktionsscheibe 7; die Länge der berührungsfreien Führung 5 ist jedoch derart bestimmt, dass ein berührungsfreier Spalt (a) zwischen dem Kolbenventil 6 und der Reaktionsscheibe 7 beibehalten bleibt, selbst wenn sich das Kolbenventil 6 bis zu einer Maximalposition in Richtung der Reaktionsscheibe 7 bewegt.
Der berührungsfreie Spalt (a) wird beibehalten, da die Länge A der berührungsfreien Führung 5 größer als der maximale Hub des Kolbenventils 6 ist.
Ferner ist in der berührungsfreien Führung 5 ein Führungsschlitz 5a ausgebildet, um eine stabile Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung des Kolbenventils 6 unter Gewährleistung einer stabilen Rückstellung zu ermöglichen; dies wird erreicht, indem an dem Kolbenventil 6 ein Führungsvorsprung 6a vorgesehen ist.
Der Bremskraftverstärker 2 erzeugt ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis, während das Kolbenventil 6 die Reaktionsscheibe 7 nicht berührt, denn je kleiner die Kontaktfläche zwischen dem Kolbenventil 6 und der Reaktionsscheibe 7 ist, desto stärker steigt das Verstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers.
Das unbeschränkte Verstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers 2 wirkt derart, dass eine sich ändernde Kraft des Bremskraftverstärkers 2 keinen Einfluss auf das Pedalgefühl hat.
Der Grund hierfür liegt, wie in 2 dargestellt, darin, dass beim Betätigen der Betätigungsstange 3 durch die Betätigung des Bremspedals 1 der Druck verringert wird, so dass das Kolbenventil 6, obwohl es sich zur Reaktionsscheibe 7 bewegt, den berührungsfreien Spalt (a) zur Reaktionsscheibe 7 hin einhält, da die Länge A der berührungsfreien Führung 5 des Ventilkörpers 4 größer als der maximale Hub des Kolbenventils 6 ist.
Da sich das Kolbenventil 6 unter Verwendung des in den in Längsrichtung verlaufenden Führungsschlitz 5a der berührungsfreien Führung 5 eingesetzten Führungsvorsprung 6a vorwärts oder rückwärts bewegt, kann sich das Kolbenventil 6 stabil vor und zurück bewegen, wobei gleichzeitig eine stabile Rückstellung gewährleistet ist.
Da die berührungsfreie Führung 5, welche den berührungsfreien Spalt (a) zwischen dem Kolbenventil 6 und der Reaktionsscheibe 7 definiert, an dem Ventilkörper 4 ausgebildet ist und der berührungsfreie Spalt (a) beibehalten wird, nachdem sich der Ventilkörper 4 in Richtung des Kolbenventils 6 bewegt hat, verhindert das Kolbenventil 6, selbst bei einer Übertragung der Bremskraft auf das Bremspedal 1 insbesondere bei einer Druckverringerung, wie bei einem ABS-Vorgang, die Rückübertragung von Vibrationen an das Bremspedal 1 über das Kolbenventil 6.
Daher erreicht der Bremskraftverstärker gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie in 3 dargestellt, eine Ausgangs-/Eingangs-Leistung, die gegenüber dem Bremspedalhub wenig verändert ist, das heißt, er erreicht eine Leistung, bei welcher der Abschnitt der Betätigungsanfangskraft verkürzt ist und sich die Last während des nächsten Abschnitts praktisch nicht verändert.
Zusätzlich zu der Tatsache, dass die Pedalsimulatoreinheit 20 einen Hydraulikkreis zum Verfolgen der hydraulischen Hysteresecharakteristiken aufweist, kann das Verhindern der Vibrationen ein besseres Pedalbetätigungsgefühl vermitteln.
Die Pedalsimulatoreinheit 20 ist ferner mit einer Verbindungsstange 24 verbunden, welche mit dem Bremspedal 1 gekoppelt ist, und weist einen Pedalsimulator 23 auf, welcher ermöglicht, dass das Pedalkraftgefühl in Bezug auf den Hub des Bremspedals 1 den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert, und weist ferner in einer ersten Hydraulikleitung 21 ein erstes Steuerventil 22 auf, das unter Steuerung durch die ECU 30 geöffnet und geschlossen wird, wobei die erste Hydraulikleitung einen Ölkanal bildet, indem sie den Pedalsimulator 23 und das Ölreservoir 11 verbindet.
Es ist beispielsweise möglich, einen Hydraulikkreis ohne das Ölreservoir 11 vorzusehen, welcher zur Versorgung der ersten Hydraulikleitung 21 mit Öl eine Ölversorgungsquelle in einem Fahrzeug verwendet.
Ferner ist das erste Steuerventil 22 im Normalzustand geschlossen und bei einem Ausfall geöffnet, um den Pedalsimulator 23 mit Öl gefüllt zu halten, wenn es geschlossen ist, und das in dem Pedalsimulator 23 befindliche Öl nach außen (in das Ölreservoir 11) auszulassen, wenn es geöffnet ist.
Der Pedalsimulator 23 ist mit der ersten Hydraulikleitung 21 derart verbunden, dass er mit Öl gefüllt ist, und er besteht aus einem Kammergehäuse, in welches die mit dem Bremspedal 1 verbundene Verbindungsstange 24 eingeführt ist, einem bewegbaren Bügel 26, welcher von der Verbindungsstange 24 vorwärts und rückwärts bewegt wird, einem Pedalkraftreaktionselement 27, welches einen Reaktionswiderstand gegen den bewegbaren Bügel aufbringt, und einem Dämpfer 28, welcher elastisch durch ein Rückstellelement 29 gestützt ist und einen Raum bildet, indem er den ölgefüllten Raum absperrt.
Zu diesem Zweck besteht das Pedalkraftreaktionselement 27 aus Federn, die oberhalb und unterhalb der Mitte des bewegbaren Bügels 26 angeordnet sind, das heißt, aus einer von der Mitte des bewegbaren Bügels 26 gestützten Hauptfeder 27a sowie einer ersten und einer zweiten Unterfeder 27a, 27b, die über und unter dem bewegbaren Bügel 26 gestützt sind.
Die Hauptfeder 27a ist länger als die erste und die zweite Unterfeder 27a, 27b.
Da das Pedalkraftreaktionselement 27 aus mehreren Federn 27a, 27b, 27c besteht, wird bei der Vorwärtsbewegung des bewegbaren Bügels 26 durch die Vorwärtsbewegung der Verbindungsstange 24, welche durch das Niederdrücken des Bremspedals 1 verursacht wird, zunächst die Hauptfeder 27a durch die Bewegung des bewegbaren Bügels 26 zusammengedrückt und durch den kontinuierlichen Anstieg der durch das weitere Betätigen des Bremspedals 1 aufgebrachten Last werden anschließend die erste und die zweite Unterfeder 27b, 27c zusammen mit der Hauptfeder 27a zusammengedrückt.
Das Zusammendrücken der Hauptfeder 27a und der ersten und zweiten Unterfeder 27b, 27c zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermöglicht, dass das Pedalgefühl, welches dem Fahrer vermittelt wird, der hydraulischen Hysterese folgt oder diese simuliert.
Ferner besteht das Rückstellelement 29 aus einer ersten und einer zweiten Rückstellfeder 29a, 29b, wodurch ein stabiles Rückstellen des Dämpfers 28 gewährleistet ist und die Pedalrückstellraft für das Bremspedal 1 aufgebracht wird.
Bei dem wie beschrieben aufgebauten Pedalsimulator 23 hält die ECU 30 das erste Steuerventil 22 stets geschlossen, so dass Öl stets in das durch den Dämpfer 28 unterteilte Kammergehäuse 25 gefüllt wird.
In diesem Zustand werden, wenn die Verbindungsstange 24 den bewegbaren Bügel 26 durch das Betätigen des Bremspedals 1 verschiebt, die Hauptfeder 27a und die erste und zweite Unterfeder 27b und 27c zu unterschiedlichen Zeitpunkten entsprechend dem Pedalkraftbetrag des Bremspedals 1 zusammengedrückt.
Das heißt, wenn die durch das Bremspedal 1 aufgebrachte Last Fa nur die Hauptfeder 27a und die erste und die zweite Unterfeder 27b, 27c zusammendrückt und die von dem Dämpfer 28 erzeugte Reaktionslast Fb nicht übersteigt, wie in 4(a) dargestellt, verändert sich der Spalt D in Bezug auf den durch den Dämpfer 28 abgetrennten ölgefüllten Raum nicht, und die erste und die zweite Rückstellfeder 29a und 29b werden nicht komprimiert.
In diesem Zustand führt eine Erhöhung des Pedalkraftbetrags des Bremspedals 1 zusammen mit der Nichtkomprimierbarkeit des Öls zu einer Erhöhung der durch die Last bewirkten Reaktionskraft Fb der ersten und der zweiten Rückstellfeder 29a, 29b.
Da die Übertragung des Pedalbetätigungsgefühls wie zuvor beschrieben durch die Hauptfeder 27a und die erste sowie die zweite Unterfeder 27b, 27c des Pedalkraftreaktionselements 27 erreicht wird, ist es möglich, dass das Pedalbetätigungsgefühl, welches dem Fahrer vermittelt wird, den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert, indem der Elastizitätskoeffizient der Federn angepasst wird.
Bei der Erkennung eines Ausfalls des Bremskraftverstärkers, der durch eine Vielzahl verschiedener möglicher Faktoren verursacht werden kann, öffnet die ECU 30 das erste Steuerventil 22, wie in 4(b) dargestellt, so dass das Öl in dem Pedalsimulator 23 durch die Bewegung (d) des Dämpfers 28 ausfließt und durch die erste Hydraulikleitung 21 in das Ölreservoir 11 zurückkehrt, um die von dem Pedalsimulator 23 bei der Betätigung des Bremspedals 1 benötigte Kraft zu minimieren.
Obwohl das Bremspedal 1 betätigt wird und die Verbindungsstange 24, der bewegbare Bügel 26 und das Pedalkraftreaktionselement 27 den Dämpfer 28 entsprechend bewegen, während sie selbst verschoben werden, wird die Druckkraft Fa des Bremspedals 1 aufgrund des Ölauslasses nicht durch den Pedalsimulator 23 unterstützt, so dass die durch den Pedalsimulator 23 verbrauchte Kraft minimiert werden kann.
Die Betätigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf verschiedene Weise modifizierbar; so kann beispielsweise der Bremskraftverstärker 2 statt mittels des Bremspedals 1 durch einen Motor 45 betätigt werden, welcher von der ECU 30 betrieben wird, die den Hub des Bremspedals 1 mittels eines Sensors 31 erkennt.
Die modifizierte Bremspedalbetätigungseinrichtung weist eine ECU 30, welche mittels eines Sensors 31 den Hub des Bremspedals 1 erkennt und Steuersignale erzeugt, sowie einen Bremskraftverstärker 2 auf, welcher ohne Eingabe durch Bremskraftpedal 1 einen Atmosphärendruck- und Vakuumdurchlass mittels eines Kolbenventils 6 öffnet und schließt und einen Hauptzylinder 10 durch Erzeugen eines unbeschränkten Verstärkungsverhältnisses betätigt, ohne die Reaktionsscheibe 7 zu berühren.
Der Bremskraftverstärker 2 weist den gleichen Aufbau wie der Bremskraftverstärker des vorhergehenden Ausführungsbeispiels auf, so dass eine detaillierte Beschreibung entfallen kann.
Die Betätigungsvorrichtung weist ferner einen Pedalsimulator 23 auf, welcher einen Hydraulikkreis bildet und mit dem Bremspedal 1 gekoppelt ist, um das Übertragen von Vibrationen an das Bremspedal 1 zu blockieren und den hydraulischen Hysteresecharakteristiken zu folgen.
Der Pedalsimulator 23 weist den gleichen Aufbau wie der Pedalsimulator des vorhergehenden Ausführungsbeispiels auf, weshalb eine detaillierte Beschreibung entfällt.
Die Betätigungsvorrichtung weist eine Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 auf, welche mit einem von der ECU 30 angetriebenen Motor 45 versehen ist, die Drehkraft des Motors 45 in axiale Bewegungskraft umwandelt und den Bremskraftverstärker 2 durch Schieben einer Betätigungsstange 3 betätigt.
Für diesen Vorgang verschiebt die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 nach dem Umwandeln der Betätigungskraft des Motors 45 in eine axiale Bewegungskraft die Betätigungsstange 3 des Bremskraftverstärkers 2 unter Verwendung motorbasierten Antriebseinheit 43, wobei als Antriebseinheit beispielsweise eine EPB (Electro Parking Brake; elektrische Feststellbremse) oder eine EMB (Electro Mechanical Brake; elektromechanische Bremse) mit einer elektrischen Bremssteuerungstechnik (Brake By Wire) Verwendung finden kann.
Die motorbasierte Antriebseinheit 43 besteht im Allgemeinen aus einem Energie erzeugenden Motor 45, der in einem Gehäuse 44 angeordnet ist, das an dem Bremsverstärker 2 angebracht und mit Öl gefüllt ist, und welcher durch die ECU 30 gesteuert ist, einer Verzögerungseinrichtung 46, die aus treibenden und getriebenen Zahnrädern 47, 48 gebildet ist, um die Drehkraft des Motors 45 in Ausgangsdrehmoment umzuwandeln, und einem Bewegungsumwandlungselement 49, das durch die Umwandlung des Ausgangsdrehmoments der Verzögerungseinrichtung 46 in eine lineare axiale Bewegungskraft die Betätigungsstange 3 verschiebt, um den Bremsverstärker 2 zu betätigen.
In der Verzögerungseinrichtung 46 werden mehrere Zahnräder verwendet, so dass das angetriebene Zahnrad 48 die Drehung des treibenden Zahnrads 47 in ein größeres Ausgangsdrehmoment umwandeln kann.
Des weiteren besteht das Bewegungsumwandlungselement 49 aus einer Spindel 50, welche durch die Verzögerungseinrichtung 46 gedreht wird, und aus einer Druckmutter 51, die eine lineare axiale Bewegungskraft durch die Drehung der Spindel 50 erzeugt.
Des weiteren bilden in der regenerativen Bremsbetätigungsvorrichtung der Pedalsimulator 23 und die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 zusammen mit dem Ölreservoir 11 einen Hydraulikkreis; bei einem derart aufgebauten Hydraulikkreis kann beim Ausfall des Bremskraftverstärkers 2 eine Mindestbetätigungskraft für den Bremskraftverstärker 2 aufgebracht werden, indem die Pedalkraft des Bremspedals 1 an die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 über das Öl übertragen wird.
Für diesen Vorgang ist der Hydraulikkreis derart ausgebildet, dass eine erste Hydraulikleitung 21 von dem Pedalsimulator 23 aus mit dem Gehäuse 44 der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 verbunden ist, und dass eine zweite Hydraulikleitung 41 von dem Ölreservoir 11 aus mit der ersten Hydraulikleitung 21 verbunden ist, welche ihrerseits mit der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 verbunden ist.
Ferner ist ein erstes Steuerventil 22 in der ersten Hydraulikleitung 21 angeordnet, und ein zweites Steuerventil 42 ist darüber hinaus in der zweiten Hydraulikleitung 41 angeordnet, so dass diese unter Steuerung durch die ECU 30 geöffnet oder geschlossen werden können.
Das erste Steuerventil 22 ist im Normalzustand geschlossen und wird bei einem Ausfall geöffnet, während das zweite Steuerventil 42 im Normalzustand geöffnet ist und bei einem Ausfall geschlossen wird.
Daher kann im Normalbetrieb des Bremskraftverstärkers 2 das in den Pedalsimulator 23 gefüllte Öl nicht über die erste Hydraulikleitung 21 zu der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 fließen und die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 wird über die zweite Hydraulikleitung 41 aus dem Ölreservoir 11 mit Öl versorgt.
Die modifizierte Betätigungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung betätigt den Bremskraftverstärker 2 ohne Verwendung des Bremspedals 1, wie im Folgenden erläutert.
Der Hub des von dem Fahrer niedergedrückten Bremspedals 1 wird über den Sensor 31 in die ECU 30 eingegeben, welche den Motor 45 mit einer Anzahl von Drehungen antreibt, welche dem Betrag der Pedalkraft entspricht, und die Drehung des Motors 45 wird durch die Verzögerungseinrichtung 46 in ein Ausgangsdrehmoment umgewandelt.
Bei diesem Vorgang ist das mit dem Ölreservoir 11 verbundene zweite Steuerventil 42 in der zweiten Hydraulikleitung 41 geöffnet.
Anschließend dreht die Verzögerungseinrichtung 46 die Spindel 50 und die auf der Spindel 50 sitzende Druckmutter 51 drückt die Betätigungsstange 3, während er selbst axial verschoben wird.
Die von dem Motor 45 geschobene Betätigungsstange 3 arbeitet auf die gleiche Weise wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, das heißt, das Kolbenventil 6 begrenzt einen berührungsfreien Spalt (a) in Bezug auf die Reaktionsscheibe 7, wodurch es möglich ist, die in 3 dargestellte Leistung des Bremskraftverstärkers durch unbeschränktes Erhöhen des Verstärkungsverhältnisses des Bremskraftverstärkers zu erreichen.
Da ferner der berührungsfreie Spalt (a) zwischen dem Kolbenventil 6 und der Reaktionsscheibe 7 ausgebildet ist, verhindert der Bremskraftverstärker 2 eine Rückübertragung der Bremskraft an das Bremspedal 1.
Während des Normalbetriebs des Bremskraftverstärkers bewegt der Pedalsimulator 23, wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, den bewegbaren Bügel 26 entsprechend dem Betrag der auf das Bremspedal 1 aufgebrachten Bremskraft, um die Hauptfeder 27a und die erste und die zweite Unterfeder 27b, 27c zu verschiedenen Zeitpunkten zu komprimieren, so dass das an den Fahrer übermittelte Pedalbetätigungsgefühl durch die Wirkung des in das Gehäuse 15 gefüllten Öls den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert.
Bei diesem Vorgang ist das erste Steuerventil 22 der mit dem Pedalsimulator 23 verbundenen ersten Hydraulikleitung 21 geschlossen.
Bei dem modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung blockiert die Betätigungsvorrichtung ebenfalls die Vibrationen und bewirkt ein ausgezeichnetes Pedalgefühl, das den hydraulischen Hysteresecharakteristiken folgt oder diese simuliert.
Beim Erkennen eines Ausfalls des Bremskraftverstärkers 2 jedoch, der verschiedene Gründe haben kann, öffnet die ECU 30 das erste Steuerventil 40, so dass ein Hydraulikkreis gebildet ist, welcher das Fließen von Öl in das Reservoir 11 verhindert.
Daher kann die Pedaleingangskraft Fa nicht durch den Pedalsimulator 23 unterstützt werden, obwohl das Bremspedal 1 betätigt wird, so dass die von dem Pedalsimulator 23 verbrauchte Pedaleingangskraft Fa minimiert ist und das aus dem Pedalsimulator 23 in die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 fließende Öl als eine den Bremskraftverstärker 2 betätigende Last wirkt.
Das heißt, dass das von dem Pedalsimulator 23 durch die erste Hydraulikleitung 21 in die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit 40 fließende Öl in das Gehäuse 44 der motorbasierten Antriebseinheit 43 fließt und der durch die Ölströmung erzeugte Hydraulikdruck auf die Verzögerungseinrichtung 46 wirkt.
Wie zuvor beschrieben, bewirkt der auf die Verzögerungseinrichtung 46 aufgebrachte Druck ein Gleiten des getriebenen Zahnrads 48 der Verzögerungseinrichtung 46 in Bezug auf das treibende Zahnrad 47, und das gleitende getriebene Zahnrad 48 schiebt die Spindel 50 und die Druckmutter 51 derart, dass die Betätigungsstange 3 verschoben wird.
Da die Betätigungsstange 3 verschoben wird, betätigt der Bremskraftverstärker 2 den Hauptzylinder 10 durch Betätigen des Kolbenventils 6 und der Reaktionsscheibe 7, wodurch das Fahrzeug wie im normalen Zustand gebremst wird, wodurch als weitere Funktion Sicherheit erreicht wird, da das Fahrzeug unter gleich welchen Bedingungen gebremst werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- KR 10-2008-0125712 [0001]

Claims

Bremsvorrichtung mit: einem Bremspedal; einem mit dem Bremspedal gekoppelten Bremskraftverstärker, der eine Reaktionsscheibe und ein in einem Ventilkörper vorgesehenes Kolbenventil aufweist, und welcher derart ausgebildet ist, dass er die Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und der Reaktionsscheibe aufrecht erhält, um ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis zu erzeugen; einem mit dem Bremspedal gekoppelten Pedalsimulator, der Öl enthält und eine oder mehr Federn aufweist; einem ersten Steuerventil, das mit dem Pedalsimulator hydraulisch verbunden ist, und das derart ausgebildet ist, dass es das Fließen von Öl aus dem Pedalsimulator selektiv ermöglicht; und einem elektronischen Steuergerät (ECU), das zum Steuern des Öffnens und Schließens des ersten Steuerventils ausgebildet ist, um bei einem Ausfall des Bremskraftverstärkers das Öl in dem Pedalsimulator auszulassen.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Bremskraftverstärker aufweist: einen Ventilkörper, welcher das Kolbenventil und die Reaktionsscheibe einander zugewandt aufnimmt, einer berührungsfreien Führung, die mit Räumen verbunden ist, in welchen das Kolbenventil und die Reaktionsscheibe angeordnet sind, und die derart als Bohrung durch den Ventilkörper verläuft, dass die Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und der Reaktionsscheibe aufrecht erhalten bleibt, ein Führungsschlitz, der in Längsrichtung in der berührungsfreien Führung ausgebildet ist, und ein Führungsvorsprung, welcher von dem Kolbenventil absteht und in dem Führungsschlitz aufgenommen ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Pedalsimulator aufweist: ein Kammergehäuse mit einem Dämpfer, der einen Öl enthaltenden Raum abtrennt; einen bewegbaren Bügel, der mit dem Bremspedal verbunden ist, um durch die Bewegung des Bremspedals bewegt zu werden; ein Pedalkraftreaktionselement mit einer oder mehr Federn von unterschiedlicher Länge, um einen Reaktionswiderstand auf den bewegbaren Bügel aufzubringen; und ein Rückstellelement, das eine oder mehrere den Dämpfer elastisch stützende Federn aufweist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das erste Steuerventil mit einem Ölreservoir verbunden ist, das Öl an einen Hauptzylinder ausgibt, und wobei das erste Steuerventil geschlossen gehalten ist, um im Normalbetrieb des Bremskraftverstärkers das Auslassen von Öl aus dem Pedalsimulator zu verhindern.
Bremsvorrichtung mit: ein Bremspedal; ein elektronisches Steuergerät (ECU), das zum Erkennen des Pedalkraftbetrags des Bremspedals mittels eines Sensors ausgebildet ist; einen Bremskraftverstärker mit einer Reaktionsscheibe und einem Kolbenventil, die jeweils in einem Ventilkörper aufgenommen sind, wobei der Bremskraftverstärker zum Beibehalten der Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und der Reaktionsscheibe ausgebildet ist, um so ein unbeschränktes Verstärkungsverhältnis zu erzeugen; eine Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit mit einem Motor, der von einem seitens des elektronischen Steuergeräts (ECU) gesendeten Signals angetrieben ist, wobei das Signal den Betrag der Pedalkraft des Bremspedals angibt, und mit einem Wandler, der zum Umwandeln der Motordrehung in eine lineare Bewegung zum Verschieben des Kolbenventils ausgebildet ist; einen mit dem Bremspedal verbundenen Pedalsimulator, der Öl enthält und eine oder mehr Federn aufweist; und einen Hydraulikkreis, der zur Betätigung des Hauptzylinders ausgebildet ist, und der ferner zum Erzeugen von Hydraulikdruck zum Verschieben einer Betätigungsstange ausgebildet ist, indem er Öl aus dem Pedalsimulator ausfließen und in die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit fließen lässt.
Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Bremskraftverstärker aufweist: einen Ventilkörper, der das Kolbenventil und die Reaktionsscheibe einander zugewandt aufnimmt, eine berührungsfreie Führung, die mit Räumen verbunden ist, in welchen das Kolbenventil und die Reaktionsscheibe angeordnet sind, und die derart als Bohrung durch den Ventilkörper verläuft, dass die Berührungsfreiheit zwischen dem Kolbenventil und der Reaktionsscheibe aufrecht erhalten bleibt, ein Führungsschlitz, der in Längsrichtung in der berührungsfreien Führung ausgebildet ist, und ein Führungsvorsprung, welcher von dem Kolbenventil absteht und in dem Führungsschlitz aufgenommen ist.
Bremsbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Pedalsimulator aufweist: ein Kammergehäuse mit einem Dämpfer, der einen Öl enthaltenden Raum abtrennt; einen bewegbaren Bügel, der mit dem Bremspedal verbunden ist, um durch die Bewegung des Bremspedals bewegt zu werden; ein Pedalkraftreaktionselement mit einer oder mehr Federn von unterschiedlicher Länge, um einen Reaktionswiderstand auf den bewegbaren Bügel aufzubringen; und ein Rückstellelement, das eine oder mehrere den Dämpfer elastisch stützende Federn aufweist.
Regenerative Bremsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit aufweist: ein an dem Bremskraftverstärker angebrachtes Gehäuse, das zur Aufnahme von Öl mit dem Hydraulikkreis verbunden ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher der Hydraulikkreis eine erste Hydraulikleitung zwischen dem Gehäuse der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit und dem Pedalsimulator und eine zweite Hydraulikleitung zwischen der Bremskraftverstärkerbetätigungseinheit und einem Ölreservoir aufweist; und wobei der Hydraulikkreis ferner ein erstes Steuerventil, das in der ersten Hydraulikleitung angeordnet ist, und ein zweites Steuerventil, das in der zweiten Hydraulikleitung angeordnet ist, aufweist, derart, dass die Steuerventile durch das elektronische Steuergerät (ECU) geöffnet und geschlossen werden können.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das zweite Steuerventil derart ausgebildet ist, dass es offen ist, wenn das erste Steuerventil geschlossen ist.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher das erste Steuerventil derart ausgebildet ist, das es geöffnet wird, wenn der Bremskraftverstärker ausfällt.