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Stand der Technik
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1 zeigt ein Bremssystem 1 wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. So besteht das hydraulische Bremssystem 1, wie es in 1 gezeigt ist im Wesentlichen aus einer Pedaleinheit 2 zur Betätigung des Bremssystems 1. Über die Pedaleinheit bringt der Fahrer eine Betätigungskraft auf, mit welcher ein Hauptbremszylinder 3 beaufschlagt werden kann. Zur Unterstützung des Fahrers bei der Betätigung des Hauptzylinders, oder auch zur alleinigen fahrerabhängigen und/oder fahrerunabhängigen Betätigung des Hauptbremszylinders 3 kann das hydraulische Bremssystem 1 einen Bremskraftverstärker 4 aufweisen. Der Bremskraftverstärker 4 kann beispielsweise eine pneumatischer, ein hydraulischer oder auch ein elektromechanischer Bremskraftverstärker sein. Weitere Ausführungsformen sind denkbar. Insbesondere ist der Bremskraftverstärker als steuerbarer Bremskraftverstärker ausgebildet. Unter steuerbar ist in dieser Anmeldung auch regelbar zu verstehen. Im Folgenden wird darin nicht mehr unterschieden. Der Bremskraftverstärker kann insbesondere derart angesteuert werden, dass er fahrerunabhängig den Hauptbremszylinder mit einer Kraft beaufschlagt. Die vom Bremskraftverstärker 4 aufgebrachte Kraft wird im Folgenden als Unterstützungskraft bezeichnet.
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Über wenigstens eine hydraulische Verbindung ist ein Radbremszylinder 6 einer Radbremse 7 eines Rades mit dem Hauptbremszylinder 3 verbunden. In 1 sind beispielsweise vier solche Radbremsen gezeigt. Die Radbremsen, genauer gesagt die Radbremszylinder können dabei unterschiedlichen Bremskreisen sowie unterschiedlichen Achsen eines Fahrzeugs zugeordnet sein. Der Hauptbremszylinder kann ausgangsseitig zwei Hydraulikleitungen 8a und 8b aufweisen, welche beispielsweise zwei angeschlossenen Bremskreisen zuzuordnen sind. Die Hydraulikleitungen können sich in die eben erwähnten hydraulischen Verbindungen, insbesondere in die Hydraulikleitung(en) 5 verzweigen.
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Die hydraulische Verbindung von Hauptbremszylinder 3 zu den Radbremszylindern 6 kann hydraulisch unterbrochen werden. Dies kann beispielsweise durch Unterbrechungsmittel 9 vorgesehen sein. Diese Unterbrechungsmittel 9 sind insbesondere steuerbare Unterbrechungsmittel. Insbesondere handelt es sich um steuerbare Schalt und/oder Stellventile, beispielsweise Magnetventile. Diese Ventile können als Teil eines Hydraulikaggregats 9 vorgesehen sein. Das Hydraulikaggregat kann beispielsweise Mittel zur radindividuellen Einstellung des Bremsdrucks an dem wenigstens einen angeschlossenen Radbremszylinder 6 aufweisen. Des Weiteren kann mittels des Hydraulikaggregats eine aktive Druckaufbau-Funktion dargestellt werden, insbesondere unabhängig von einer Bremswunsch-Vorgabe des Fahrers. Ein solches Hydraulikaggregat kann beispielsweise für ABS, ASR, ESP, automatische Notbremsung und/oder ACC, sowie weitere Funktionen des Bremssystems ausgelegt sein. Auf die genaue Ausgestaltung des Hydraulikaggregats 9 wird hier jedoch nicht weiter eingegangen. Es sind im Allgemeinen drei Betriebsphasen bei einer Regelung des Bremsdrucks zu unterscheiden: Druckaufbau, Druckhalten und Druckabbau. Die drei Betriebsphasen werden durch Stellen der Magnetventile gesteuert. Der benötigt Bremsdruck kann unter anderem durch Fahrer, durch Bremskraftverstärker und/oder durch eine angetriebene Pumpe eingestellt werden.
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Die Auslegung der Komponenten des in 1 gezeigten Bremssystems in Bezug auf die Bremskraftverstärkung geschieht derart, dass eine Bremsung mit einer maximal erforderlichen Verzögerung beziehungsweise einem maximal erforderlichen Bremsdruck mit den im Bremssystem verwendeten Komponenten darstellbar ist.
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Etwa neunzig Prozent aller Bremsungen erfolgt mit Fahrzeugverzögerungen, die unterhalb einem Wert von 0.4 g liegen. Auch die Auslegung in Bezug auf eine Dynamik des Bremssystems, beispielsweise beim Druckaufbau oder allgemein bei der Bremskraftverstärkung muss unter Berücksichtigung der maximal benötigten Dynamik erfolgen. Dabei ist die maximal erforderliche Dynamik meist mit der Höhe der Verzögerung korreliert.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch das erfindungsgemäße Bremssystem ist es möglich, die Auslegung eines im Bremssystem verwendeten Bremskraftverstärkers und seiner Dynamikfähigkeit moderater zu gestalten, als bei einer Ausführung des Bremssystems wie es im Stand der Technik dargestellt wurde. Des Weiteren kann bei Bremssystemen, die keinen Bremskraftverstärker aufweisen und bei denen der Fahrer alleine durch Muskelkraft die Bremsung ausübt bei hohen Druck- und/oder Dynamikanforderungen der Fahrer bei der Betätigung des Hauptbremszylinders unterstützt werden. Eine Auslegung der Antriebskomponenten (Vakuumverstärker, Hydraulikpumpe bzw. Elektromotor je nach Auslegung eines vorliegenden Bremskraftverstärkers) und Energieversorgung (Vakuumversorgung bzw. Stromaufnahme aus dem Bordnetz) in Hinblick auf die sogenannten 'Worst-Case-Anforderungen' ist nicht mehr zwingend notwendig.
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Dazu ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass das hydraulische Bremssystem nach dem unabhängigen Anspruch für ein Fahrzeug eine Pedaleinheit sowie einen Hauptbremszylinder aufweist. Mittels der Pedaleinheit kann der Hauptbremszylinder mit einer Kraft beaufschlagt werden. Das hydraulische Bremssystem weist des Weiteren eine Energiequelle auf, mittels derer der Hauptbremszylinder ebenfalls mit einer Kraft beauschlagt werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Energiequelle von einer Energieversorgung aufgeladen wurde, die nicht Teil des Fahrzeugs ist. Wie bereits erwähnt ist mit der Energiequelle ein zusätzliches Element im Bremssystem vorhanden, mit dessen Hilfe ein Hauptbremszylinder betätigt werden kann und so zu einer Fahrzeugverzögerung beiträgt.
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In vorteilhafter Weise ist dazu gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nach einem weiteren unabhängigen Anspruch vorgesehen, dass die Energiequelle in einem ersten Verzögerungsmodus zum Aufbau von Bremsdruck in wenigstens einem Radbremszylinder beiträgt und in einem weiteren Verzögerungsmodus zum Aufbau von Bremsdruck in wenigstens einem Radbremszylinder beiträgt.
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Der Art und Weise wie Bremsdruck an dem wenigstens einen Radbremszylinder durch die Energiequelle aufgebaut wird hängt von der Positionierung der Energiequelle im Bremssystem ab. Befindet sie sich vor dem Hauptbremszylinder zur Unterstützung des Bremskraftverstärkers, also auf der Betätigungsseite, so wird der Druck an dem Radbremszylinder über den Hauptbremszylinder aufgebaut. Befindet sich die Energiequelle hinter dem Hauptbremszylinder, also auf Radseite, so kann die Energiequelle direkt Bremsdruck zur Verfügung stellen.
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Der vorliegende Verzögerungsmodus hängt dabei von einer vom Fahrer vorgegebenen Bremswirkung und/oder einer Bremssituation ab. Auf diese Weise kann, wenn der Fahrer eine geringe Bremswirkung für das Fahrzeug vorsieht, die Energiequelle nicht zur Bremsung hinzugezogen werden, und in einer Fahrsituation, in der der Fahrer eine hohe Bremswirkung vorsieht, die Energiequelle zur Bremsung hinzugezogen werden. So kann beispielsweise der Fahrer bis zu einer gewissen Fahrzeugverzögerung gewissermaßen alleine bremsen, bei höheren Bremsanforderungen wie erhöhter Bremsdruck und/oder eine hohe Druckaufbaudynamik kann die Energiequelle zur Unterstützung des Fahrers hinzugeschaltet werden. Unter einer Bremssituation kann das Vorhandensein einer regenerativen Bremswirkung verstanden werden, wenn zusätzlich zu dem hydraulischen Bremssystem ein regeneratives Bremssystem im Fahrzeug vorhanden ist.
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Die Energiequelle ist dabei in vorteilhafter Weise in einem zumindest teilweise aufgeladenen Zustand. Im erfindungsgemäßen Bremssystem ist vorgesehen, dass die Energiequelle von einer Energieversorgung aufgeladen wurde, die nicht Teil des Fahrzeugs ist. Auf diese Weise ist der Ladezustand der Energiequelle von der aktuellen Energieversorgung innerhalb des Fahrzeugs unabhängig, belastet diese somit auch nicht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des hydraulischen Bremssystems ist die Energiequelle derart ausgelegt, dass die Energiequelle mittels einer Energieversorgung wiederaufgeladen werden kann, die nicht Teil des Fahrzeugs ist.
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Somit ist die Energiequelle beispielsweise bei Servicebesuchen in einer Werkstatt oder an Tankstellen wiederbefüllbar, wenn es der Füllstand der Energiequelle erfordert. Dies ermöglicht einen festen Einbau der Energiequelle in das Bremssystem. Eine feste Ankopplung der Energiequelle an das Bremssystem ist somit möglich.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems weist das hydraulische Bremssystem einen Bremskraftverstärker auf. Der Hauptbremszylinder kann mittels der Pedaleinheit, mittels des Bremskraftverstärkers und/oder mittels der Energiequelle mit einer Kraft zur Betätigung beaufschlagt werden. Auch in einer solchen Ausführung des Bremssystems kann die Energiequelle bei hoher Druckanforderung oder bei hoher erforderlicher Druckaufbaudynamik hinzugeschaltet werden. Dies hat zum Vorteil, dass zum Beispiel der Bremskraftverstärker kleiner ausgelegt werden kann, wie bereits diskutiert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Energiequelle ein Hydraulikspeicher oder ein Pneumatikspeicher. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein Ankoppeln der Energiequelle an einen hydraulischen oder pneumatischen Bremskraftverstärker auf einfache Weise. Die Energiequelle kann jedoch durch bauliche Ankopplung zusammen mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker betrieben werden. Bei einer Ausführungsform der Energiequelle als pneumatischer Speicher kann diese beispielsweise als Gasdruckflasche vorgesehen werden und eine Arbeitskammer eines pneumatischen Bremskraftverstärkers mit Druck beaufschlagen.
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Des Weiteren ist es möglich, dass die Gasdruckflasche einen Gasdruck in einem Teil des Hydraulikspeichers einstellt. Somit ist in dieser Ausführungsform die Energiequelle nicht der Hydraulikspeicher sondern die Gasdruckflasche. Der Hydraulikspeicher entspricht dann einem Wandlungselement von pneumatischem Druck in Hydraulikdruck. In dieser Ausführungsform kann der Speicher in vorteilhafter Weise wieder fest im hydraulischen Bremssystem verbaut sein.
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In vorteilhafter Ausprägung wird der Hydraulikspeicher oder der Pneumatikspeicher als Energiequelle von einer fahrzeugexternen Energieversorgung geladen, die einen Gasdruck in einem Teil des Hydraulikspeichers einstellt. Dies hat zum Vorteil, dass der Hydraulikspeicher auf einfache Art, beispielsweise über eine Druckleitung wieder befüllt werden kann, indem der Gasdruck in dem Hydraulikspeicher oder dem Pneumatikspeicher wieder erhöht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems ist die Energiequelle als tauschbares Bauteil vorgesehen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine ganz oder zumindest teilweise entleerte Energiequelle einfach ausgetauscht werden, wiederum bei einem Servicebesuch in einer Werkstatt, oder auch vom Fahrer selber, beispielsweise beim Tanken.
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In vorteilhafter Ausführung kann die Energiequelle über eine Kupplung an das hydraulische Bremssystem angekoppelt werden. Die Kupplung kann dabei ein Bajonett Verschluss sein. Somit ist ein einfaches Austauschen der Energiequelle gewährleistet.
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Das hydraulische Bremssystem umfasst in vorteilhafter Weise einen Drucksensor, zur Überwachung der Energiequelle. Damit kann der Füllstand der Energiequelle überwacht werden. Auf diese Weise liegt im Fahrzeug, beispielsweise im Steuergerät des Fahrzeugs stets die aktuelle Information bezüglich des Füllstands vor.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass mit Hilfe der Überwachungsvorrichtung der Fahrer über eine akustische, optische oder haptische Rückmeldung bezüglich des Füllstandes informiert wird. Dabei kann die Rückmeldung bei Unterschreiten eines Mindestwerts des Füllstandes oder eines Drucks in der Energiequelle sein. Eine solche Rückmeldung kann den Fahrer darüber informieren, dass ein Befüllen/Austauschen der Energiequelle erforderlich ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Energiequelle über Absperrmittel zur Beaufschlagung des Hauptbremszylinders zugeschaltet wird, insbesondere durch steuerbare Absperrmittel. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Absperrmittel (401, 402) abhängig vom Betätigungszustand der Kupplung geschaltet oder gesteuert werden. So kann beispielsweise verhindert werden, dass die Absperrmittel öffnen, obwohl die Kupplung der austauschbaren Energiequelle noch gar nicht verschlossen ist. Ein ungewolltes Entleeren der Energiequelle, durch Austritt von Hydraulikflüssigkeit oder Druckverlust am Pneumatikspeicher kann so vermieden werden.
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Außerdem kann durch die steuerbaren Absperrmittel die Energiequelle gesteuert werden. Dies kann beispielsweise über ein Steuergerät, insbesondere das Steuergerät des Bremssystems erfolgen. Somit kann die Energiequelle optimal im Bremssystem integriert werden.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass das hydraulische Bremssystem Teil einer Gesamtbremsanlage ist, die neben dem hydraulischen Bremssystem ein weiteres Bremssystem umfasst. Das weitere Bremssystem kann beispielsweise ein regeneratives Bremssystem sein. Dabei weist das hydraulische Bremssystem eine Pedalentkoppelungseinheit auf, wobei mittels der Pedalentkopplungseinheit ein Kraftschluss von Pedaleinheit an den Hauptbremszylinder unterbunden wird. Somit ist der Fahrer vom hydraulischen Bremssystem abgekoppelt, wenn eine Bremsung mittels des weiteren Bremssystems durchgeführt wird. Die Energiequelle (202) und gegebenenfalls der Bremskraftverstärker können zusätzlich an der Bremsung beteiligt sein. Eine Druckänderung im hydraulischen Bremssystem durch die Energiequelle oder den Bremskraftverstärker zur Kompensation einer Änderung der Bremswirkung des regenerativen Bremssystems kann so vor dem Fahrer versteckt werden, da ein Kraftübertrag von dem hydraulischen Bremssystem an den Fahrer, über die Pedaleinheit unterbunden ist. Der Fahrer verspürt somit keine irritierende Rückwirkung.
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Zur Steuerung der Bremsanlage kann das hydraulische Bremssystem eine Sensorvorrichtung umfassen, die den Bremswunsch des Fahrers erfasst. Somit kann basierend auf dem vom Fahrer vorgegebenen Bremswunsch das Bremssystem gesteuert werden. Dies ist besonders vorteilhaft zur Steuerung des hydraulischen Bremssystems bei abgekoppelter Pedaleinheit bei einem zumindest anteilig regenerativen Bremsvorgang.
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In vorteilhafter Weise kann das hydraulische Bremssystem eine Modulatonseinheit zur Druckmodulation umfassen, wobei mittels der Modulationseinheit der von der Energiequelle zur Verfügung gestellte Druck gesteuert und/oder geregelt wird. Die Modulationseinheit kann dabei zwischen Energiequelle, also beispielsweise zwischen Hydraulikspeicher oder Pneumatikspeicher und dem Bremskraftverstärker geschaltet, beziehungsweise mit diesen verbunden sein. Die Modulationseinheit kann beispielsweise wenigstens ein Regelventil umfassen, welches den zur Bremsung von der Energiequelle zur Verfügung gestellten Druck regelt. Auf diese Weise ist ein kontrolliertes Abgeben von Druck aus der Energiequelle möglich.
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In einer vorteilhaften Form des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das hydraulische Bremssystem Teil einer Gesamtbremsanlage, die neben dem hydraulischen Bremssystem ein weiteres Bremssystem umfasst. Das weitere Bremssystem kann zum Beispiel ein regeneratives Bremssystem sein. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen in einer ersten Bremssituation die Bremswirkung zumindest durch das weitere Bremssystem hervorgerufen wird. Gegebenenfalls kann zusätzlich eine Bremswirkung durch die Energiequelle und/oder den Bremskraftverstärker aufgebracht werden und so zu einer Gesamtbremswirkung führen.
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In einer zweiten Bremssituation wird die Bremswirkung durch den Fahrer, den Bremskraftverstärker und/oder die Energiequelle hervorgerufen wird. Das Vorhandensein eines Bremskraftverstärkers ist nicht dringend notwendig. Wie unten beschrieben, können auch Bremssysteme ohne Bremskraftverstärker gemäß dem geschilderten Verfahren betrieben werden.
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Auf diese Weise kann die Energiequelle nicht nur dazu genutzt werden, um hohe Druckanforderungen im Bremssystem auszugleichen, sondern ebenso dazu, ein regeneratives Bremsmoment mit einem hydraulischen Bremssystem zu kombinieren, insbesondere unter dem Aspekt ein Gesamtbremsmoment bestehend aus regenerativem und hydraulischen Bremsmoment konstant zu halten. Zusätzlich kann die Energiequelle natürlich auch wieder bei hohen Anforderungen an Druck und/oder Druckaufbaudynamik vorteilhaft zum Einsatz kommen.
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Weiterhin ist vorteilhaft, wie bereits dargestellt, den Fahrer bei einer regenerativen Bremsung vom hydraulischen Bremssystem, abzukoppeln, insbesondere mittels der Pedalentkopplungseinheit. In der ersten Bremssituation ist eine solche Abkopplung vorgesehen, in der zweiten Bremssituation hingegen nicht. Unter der genannten Bremssituation ist im Wesentlichen zu verstehen, ob eine regenerative Bremsung vorliegt oder nicht.
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Abbildungen
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1 zeigt die wesentlichen Komponenten einer Ausführungsform eines hydraulischen Bremssystems nach dem Stand der Technik. Das hydraulische Bremssystem umfasst dabei eine Pedaleinheit, einen Bremskraftverstärker, einen Hauptbremszylinder, ein Hydraulikaggregat sowie an das Hydraulikaggregat angeschlossene Radbremsen.
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2 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen hydraulischen Bremssystems. Der Ausschnitt zeigt wie in 1 eine Pedaleinheit 2, einen Bremskraftverstärker 4 sowie einen Hauptbremszylinder 3. Ein eventuell vorhandenes Hydraulikaggregat und die Radbremsen sind nicht dargestellt. Zusätzlich zu den in Figur gezeigten Komponenten zeigt 2 eine austauschbare Energiequelle 202.
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3 zeigt als weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Bremssystems 301, wiederum mit den bereits in 1 und 2 bereits gezeigten Komponenten. Zusätzlich zeigt 3 eine Modulationseinheit 302, eine Pedalentkopplungseinheit 303 und eine Sensoreinheit 206. Die Pedalentkopplungseinheit 303 kann dabei optional vorhanden sein.
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4 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen hydraulischen Bremssystems, wobei eine Möglichkeit der Ankopplung der austauschbaren Energiequelle über ein Absperrventil sowie ein Rückschlagventil dargestellt ist.
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5 zeigt eine weitere Möglichkeit wie eine austauschbare Energiequelle an das hydraulische Bremssystem angeschlossen sein kann. Hier handelt es sich um einen Speicher, der direkt an den Bremskraftverstärker gekoppelt ist, wobei die Energie aus einer an den Speicher angeschlossenen Druckquelle, insbesondere einer Gasdruckflasche stammt.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße hydraulische Bremssystem anhand einer Ausführungsform erläutert. Dazu sind in 2 die bereits diskutierten Komponenten nochmals schematisch dargestellt. So zeigt 2 die Pedaleinheit 2 zur Betätigung des Hauptbremszylinders 3 und/oder zur Vorgabe eines Bremswunsches durch den Fahrer. Ein Bremskraftverstärker 4 ist in der Lage, eine Unterstützungskraft zur Betätigung des Hauptbremszylinders 3 aufbringen. Die Unterstützungskraft des Bremskraftverstärkers 4 kann dabei von der Pedalbetätigung des Fahrers abhängen, insbesondere von der durch den Fahrer vorgegebenen Pedalposition und/oder von der Pedalkraft. Ein fahrerunabhängiges Betreiben des Bremskraftverstärkers ist ebenso möglich. Erfindungsgemäß weist der Bremskraftverstärker eine zusätzliche Energiequelle 202 auf. Die zusätzliche Energiequelle 202 ist eine austauschbare Energiequelle 202. Die austauschbare Energiequelle kann über eine Kupplung 203 an den Bremskraftverstärker 4 angeschlossen werden. Die Kupplung 203 kann in Form eines Bajonett-Verschlusses vorgesehen sein. Die austauschbare Energiequelle dient einer Unterstützung der Pedalkraft des Fahrers und/oder der vom Bremskraftverstärker aufgebrachten Unterstützungskraft in den Bremssituationen, in denen ein vorgebbarer Übergangswert, oder auch Schwellenwert der Fahrzeugverzögerung überschritten wird oder werden soll. Ein solcher Übergangswert der Fahrzeugverzögerung kann beispielsweise der oben genannte Wert von 0.4 g sein. Der Übergangswert kann aber von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich vorgesehen sein und beispielsweise von Fahrzeuggröße, gewicht, vorliegender Fahrsituation und/oder verbauter Komponenten des hydraulischen Bremssystems vorgegeben oder eingestellt werden. Durch das Vorsehen einer Energiequelle 202 kann in Fahrsituationen bei denen eine hohe Bremsdynamik und/oder ein hoher Bremsdruck notwendig ist, eine erforderliche hydraulische, elektrische und/oder pneumatische Leistung der vorhandenen/verwendeten Bremskraftverstärkung reduziert werden. Unter der Reduktion der Leistung kann entweder eine Reduktion der Leistung durch Verbauen anderer Bauteile verstanden werden, also durch die Auslegung der Bauteile. Ebenso ist es möglich bei Zuschalten der austauschbaren Energiequelle die momentane Unterstützungskraft des Bremskraftverstärkers zu reduzieren. So erlaubt die zusätzliche Energiequelle beispielsweise eine verkleinerte Auslegung eines Elektromotors zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers, oder zum Aufladen eines Hydraulikspeichers eines hydraulischen Bremskraftverstärkers. Ebenso kann beispielsweise ein pneumatischer Bremskraftverstärker beispielsweise mit einer kleineren Durchschnittsfläche vorgesehen beziehungsweise verbaut werden.
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Zur Überprüfung des Zustands der Energiequelle, insbesondere des Ladezustands und/oder des Füllstands, kann eine Überwachungsvorrichtung 204 vorgesehen sein. Die Überwachungsvorrichtung kann beispielsweise in Form eines Druckmessgeräts vorgesehen sein. Ist beispielsweise die Energiequelle ein hydraulischer oder pneumatischer Speicher, so kann der Druck im Speicher Information über den Füllstand beinhalten. Die Überwachungsvorrichtung kann in diesem Fall über ein Druckmessgerät dargestellt werden, beispielsweise einen Drucksensor. Die Positionierung der Überwachungsvorrichtung in Bezug auf die Kupplung 203 kann unterschiedlich sein. Ebenso kann die Überwachungseinrichtung zwischen Kupplung und Energiequelle positioniert werden.
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Die allgemeine Auslegung der Energiequelle hängt von der Art des verwendeten Bremskraftverstärkers ab. Im Fall eines hydraulischen Bremskraftverstärkers kann die austauschbare Energiequelle ein Hydraulikspeicher sein, im Falle eines pneumatischen Bremskraftverstärkers dagegen beispielsweise ein pneumatischer Speicher. Die Ankopplung im Sinne einer Kraftübertragung des Energiespeichers auf den Hauptbremszylinder 3 oder beispielsweise auf ein Ausgangselement des Bremskraftverstärkers 4 hängt von der konstruktiven Ausführung des Bremssystems ab.
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Sinkt der Druck im Speicher unter einen gewissen Wert, so kann vorgesehen sein, dass der Fahrer auf den notwendigen Tausch der Energiequelle, insbesondere des Speichers hingewiesen wird. Die zusätzliche austauschbare Energiequelle kann als Austauschteil vorgesehen sein, welches beispielsweise bei regelmäßigen Wartungen des Fahrzeugs ausgetauscht werden, wenn der Füllstand/der Ladestand es erfordert.
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Im Folgenden werden unterschiedliche Ausführungsformen der Energiequelle 202 in Form eines Speichers erläutert.
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Mögliche Ausgestaltungen von Hydraulikspeichern sind Gasdruckspeicher und Federspeicher.
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Bei Gasdruckspeichern wird als Belastungsmedium für die Druckflüssigkeit ein Gas benutzt, die Medien, Druckflüssigkeit und Gas werden bei einem Gasdruckspeicher durch eine Blase, Membran oder einen Kolben getrennt.
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Derartige Speicher werden auch als Blasenspeicher, Membranspeicher oder Kolbenspeicher bezeichnet. Gasdruckspeicher können durch ein Ventil am gasseitigen Anschluss nicht nur geladen, sondern bei geeigneter Ausführung auch mit einer Gas-Druckflasche (üblicherweise Stickstoffgas) verbunden werden.
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Ein Kolbenspeicher ist ein Hydraulikspeicher, bei dem das Gas zur Druckbelastung durch einen in einem Zylinder frei beweglichen Kolben von der Flüssigkeit getrennt wird. Der Kolben kann gegen den Anschlag am gasseitigen Anschluss gefahren werden. Somit ist der Kolbenspeicher am besten für den Anschluss von Gasflaschen geeignet.
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Ein Federspeicher ist ein Hydraulikspeicher, bei dem eine Feder zur Druckbelastung benutzt wird.
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In 4 ist eine Variante der Ankopplung des Speichers 202 an das Bremssystem dargestellt. Identische Elemente sind in 4 im Vergleich zu 2 nicht neu beziffert. Zum Ankoppeln und Abkoppeln der verwendeten Ausführungsform des Speichers 202 sind auf Speicherseite und Bremssystemseite Absperrelemente vorhanden. Die Absperrelemente sind insbesondere in der Nähe der Kupplung angebracht. Eine Ausführung eines solchen Absperrelements ist ein Rückschlagventil 401 auf Bremssystemseite, das verhindert, dass an der Kupplung Flüssigkeit nach außen austritt und ein Absperrventil 402 auf der Speicherseite. Das speicherseitige Absperrventil kann von dem Kupplungsmechanismus 203 gesteuert werden, wobei vorgesehen ist, dass das Absperrventil 402 nur öffnet, wenn der Speicher 202 über die Kupplung 203 mit dem Bremssystem verbunden ist.
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Ebenso können auch auf beiden Seiten der Kupplung 203 Absperrventile vorgesehen werden, die von der Kupplung 203 mechanisch geöffnet werden, sobald der Speicher 202 angekoppelt wird.
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Zwischen Speicher 202 und Bremskraftverstärker 4 können neben Absperrventilen auch Ablassventile (nicht eingezeichnet) und Druckbegrenzungsventile (nicht eingezeichnet) gegen zu hohe Druckbeaufschlagung des Bremskraftverstärkers 4 vorgesehen werden, sowie eine Diagnosevorrichtung 204, beispielsweise in Form eines Manometers, oder Drucksensors.
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Für das Zuschalten des Speichers, insbesondere ein gesteuertes/geregeltes Zuschalten des Speichers zum Bremskraftverstärker 4 können Schaltventile oder Regelventile verwendet werden. Diese können entweder baulich im Bremskraftverstärker integriert sein, oder auch in eventuellen Zuleitungen/Verbindungsleitungen zwischen Speicher und Bremskraftverstärker. Die Details sollen hier nicht ausgeführt werden.
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Alternativ zur Ankopplung eines Hydraulikspeichers, wie in 2, 3 oder 4 gezeigt, kann auch eine auswechselbare Gasdruckflasche 501 wie in 5 gezeigt für die Druckbelastung eines Hydraulikspeichers 502 verwendet werden. Dabei ist zwischen der Gasdruckflasche und dem Hydraulikspeicher wieder eine Kupplung 503, gegebenenfalls mit Absperrelementen vorgesehen.
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Alternativ kann der Hydraulikspeicher 502 auch von einer externen Ladeeinrichtung (beim Service) mit Gasdruck aufgeladen werden. Eine Aufladung des Speichers 202 in den anderen gezeigten Ausführungsformen durch eine externe Ladeeinrichtung ist ebenso möglich.
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Wenn der Bremskraftverstärker 4 pneumatisch ausgeführt ist, kann auch als Speicher 202 eine Gasdruckflasche verwendet werden, ohne einen Hydraulikspeicher extra als Energiequelle vorsehen zu müssen.
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Das erfindungsgemäße Bremssystem kann unterschiedliche Ausführungen haben. Wie bereits geschildert kann die austauschbare Energiequelle 202 den Hauptbremszylinder mit einer zusätzlichen Kraft zum Bremskraftverstärker und dem Fahrer beaufschlagen, sofern es die notwendige einzustellende Gesamtverzögerung erfordert. Ein solches Erfordernis stellt zum Beispiel eine Vorgabe einer Gesamtverzögerung durch den Fahrer dar, die über dem oben bereits diskutierten Übergangswert liegt. Diese Variante wurde bereits geschildert. Ein solches Betreiben des Bremssystems ist unter anderem bei größeren Fahrzeugen von Vorteil, um die verwendeten Komponenten kostengünstiger und leistungsreduzierter auszulegen.
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Ebenso kann aber auch ein austauschbarer Energiespeicher in Bremssystemen verwendet werden, in denen kein Bremskraftverstärker vorgesehen ist, beispielsweise bei kleineren Fahrzeugen. Die austauschbare Energiequelle dient in diesem Fall der Unterstützung des Fahrers in Bremssituationen mit einer hohen Bremskraftverstärkung und/oder hoher Bremsdynamik.
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Ebenso können mittels der austauschbaren Energiequelle Zusatzfunktionen realisiert werden, beispielsweise eine automatische Notbremsung, bei der eine hohe Bremsdynamik und/oder ein hoher Bremsdruck notwendig sind.
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Die Ankopplung des austauschbaren Druckspeichers kann prinzipiell außer an den Bremskraftverstärker 4 auch an den Hauptbremszylinder 3, die Hydraulikleitungen 8a, 8b, das Hydraulikaggregat 9 oder direkt an die Hydraulikleitungen 5 der Radbremsen 7 erfolgen. Im letzten Fall ist jedoch keine Regelmöglichkeit des eingespeisten Druckes mehr gegeben. Eine solche Ausführung ist jedoch beispielsweise für Notbremsungen geeignet. Ist die Ankopplung des austauschbaren Speichers jedoch über das Hydraulikaggregat oder andere Druckregeleinrichtungen ausgeführt, so kann auch in diesem Fall eine Druckregelung durchgeführt werden.
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Generell müssen bei den anderen Ankopplungspunkten als den bisher gezeigten die Komponenten, z. B. der Hautbremszylinder, entsprechend verändert werden. Des Weiteren müssen Trennelemente, und Elemente zum Zuschalten und bei Bedarf zum Regeln des Druckes vorgesehen sein.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems kann mittels der austauschbaren Energiequelle eine steuerbare Bremskraftverstärkung dargestellt werden.
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Dazu ist, wie in 3 zu entnehmen zwischen der Kupplung 203 und dem Bremskraftverstärker 4 eine Modulationseinheit 302 vorgesehen. Die Modulationseinheit dient der Modulation des Drucks, welcher von der austauschbaren Energiequelle dem Bremskraftverstärker 4 zur Verfügung gestellt wird. In diesem Fall ist die austauschbare Energiequelle eine hydraulische oder pneumatische Speichereinrichtung 202. Die Modulationseinheit kann beispielsweise aus Stell- oder Schaltventilen bestehen. Eine Diagnosevorrichtung wie in 2 gezeigt, ist in 3 nicht gezeigt, kann aber beispielsweise in der Modulationsvorrichtung 302 zur Einstellung des dem Bremskraftverstärker 4 zur Verfügung gestellten Drucks, oder Druckniveaus integriert sein. Ebenso kann die Diagnosevorrichtung als zusätzlicher Sensor vorgesehen werden. Des Weiteren umfasst diese Ausführungsform eine weitere Sensoreinheit 206, zur Erfassung eines Fahrerbremswunsches. Die Sensoreinheit 206 kann in Form eines Weg oder Kraftsensors an der Pedaleinheit vorgesehen sein und beispielsweise die auf das Pedal aufgebrachte Pedalkraft erfassen, und/oder die Pedalposition, gegebenenfalls über die Position der Eingangsstange 207 des Bremskraftverstärkers. Die Pedalkraft und/oder die Pedalposition kann auch über weitere Größen erfasst werden, welche die Pedalkraft und/oder die Pedalposition repräsentieren.
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Auch die hier beschriebene zweite Ausführungsform kann wieder in unterschiedlicher Weise genutzt werden. Wie bereits geschildert kann die austauschbare Energiequelle 202 mit der Modulationseinheit den Hauptbremszylinder 3 mit einer zusätzlichen Kraft zum Bremskraftverstärker 4 und dem Fahrer beaufschlagen, sofern es die notwendige einzustellende Gesamtverzögerung erfordert. Ein solches Erfordernis stellt zum Beispiel einer Vorgabe einer Gesamtverzögerung durch den Fahrer dar, die über dem oben bereits diskutierten Übergangswert liegt. Diese Variante wurde bereits geschildert. Ein solches Betreiben des Bremssystems ist unter anderem bei größeren Fahrzeugen von Vorteil, um die verwendeten Komponenten kostengünstiger und leistungsreduziert auszulegen.
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Ebenso kann aber auch ein austauschbarer Energiespeicher in Bremssystemen verwendet werden, in denen kein Bremskraftverstärker vorgesehen ist, beispielsweise bei kleineren Fahrzeugen. Die austauschbare Energiequelle dient in diesem Fall der Unterstützung des Fahrers in Bremssituationen mit einer hohen Bremskraftverstärkung und/oder hoher Bremsdynamik. Durch die Modulationseinheit 302 kann die Unterstützungskraft dabei abhängig und/oder unabhängig vom Fahrer eingestellt werden. Die Modulationseinheit 302 steuert und/oder regelt den vom Speicher zur Verfügung gestellten Druck.
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Zur Einkopplung befinden sich in der Modulationseinheit 302 Schaltventile oder Regelventile. In einer weiteren Ausführungsform kann das erfindungsgemäße hydraulische Bremssystem in einer regenerativen Bremsanlage verwendet werden. Eine solche regenerative Bremsanlage umfasst neben dem hydraulischen Bremssystem ein weiteres, regeneratives Bremssystem. Die Bremswirkung des regenerativen Bremssystems wird dadurch hervorgerufen, dass die Bewegungsenergie des Fahrzeugs über die Räder beispielsweise einer Achse durch Betreiben einer elektrischen Maschine, beispielsweise eines Generators in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei wird das Fahrzeug ebenso verlangsamt.
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Zusätzlich zur eben beschriebenen Ausführungsform ist in 3 eine Pedalentkopplungseinheit vorgesehen, die dazu dient, den Fahrer, insbesondere das Bremspedal vom Rest des hydraulischen Bremssystems, zumindest vorübergehend, abzukoppeln. Der Fahrer gibt nur noch den Bremswunsch über die Pedaleinheit 2 vor und verspürt, gegebenenfalls über einen Pedalsimulator (nicht eingezeichnet) oder Rückstellfedern, eine Gegenkraft bei der Bremsbetätigung. Ein Kraftübertrag von der Pedaleinheit 2 auf den Hauptbremszylinder 3 ist nicht vorgesehen, zumindest wenn die Pedaleinheit sich durch die Pedalentkopplungseinheit 303 im abgekoppelten Zustand befindet. Anhand der bereits erwähnten Sensoreinheit 206 wird der Bremswunsch des Fahrers ermittelt. Anhand des Bremswunsches kann mittels der Energiequelle 202 und der Modulationseinheit 302, und/oder mit dem Bremskraftverstärker 4 der Hauptbremszylinder 3 betätigt werden. Ebenso kann die Bremsung bei entkoppeltem Pedal auch rein regenerativ erfolgen, ohne Beitrag des hydraulischen Bremssystems.
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Insbesondere lässt sich die Bremskrafterzeugung in 3 Betriebsphasen unterteilen, wobei keine zeitliche Abfolge der Phasen impliziert wird.
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In einer ersten Betriebsphase erfolgt rein regeneratives Bremsen. Die erste Betriebsphase ist gekennzeichnet durch einen ersten Bereich an Bremsverzögerungen. So kann zum Beispiel vorgesehen sein, bei Bremsverzögerungen kleiner 0.3 g die Bremsung rein regenerativ durchzuführen.
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In einer zweiten Betriebsphase wird hydraulisch gebremst. Dabei bringt der Fahrer gegebenenfalls mit Unterstützung des Bremskraftverstärkers 4 die Betätigungskraft für den Hauptbremszylinder 3 auf. Die zweite Betriebsphase schließt sich in Bezug auf die Bremsverzögerung an die erste Betriebsphase an. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die zweite Betriebsphase bis zu einem Übergangswert in Bezug auf die Bremsverzögerung reicht. So kann die zweite Betriebsphase sich in Bezug auf die Bremsverzögerung beispielsweise zwischen 0.3 g und 0.4 g bewegen.
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In der dritten Betriebsphase wird das hydraulische Bremssystem wie oben geschildert unter Zuhilfenahme der austauschbaren Energiequelle betätigt. Neben der austauschbaren Energiequelle können, wie bereits beschrieben, der Fahrer und gegebenenfalls der Bremskraftverstärker 4 an der Bremsung beteiligt sein. Die dritte Betriebsphase entspricht dann einer Bremsung, wie sie in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde.
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Die Übergangswerte von 0.3 g zwischen erster und zweiter Betriebsphase sowie von 0.4 g zwischen zweiter und dritter Betriebsphase sind hier lediglich als Beispiele zu verstehen. Die Übergangswerte hängen sehr stark von der Auslegung des Bremssystems ab.
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Die zweite Betriebsphase kann auch komplett entfallen, wenn der erste Übergangswert gleich dem zweiten Übergangswert ist/gesetzt wird. Dann tritt anstatt der zweiten Betriebsphase sofort die dritte Betriebsphase in Kraft.
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Es ist ebenso denkbar, dass in der ersten Betriebsphase nicht rein regenerativ gebremst wird, sondern zusätzlich durch den Bremskraftverstärker 4 und/oder die austauschbare Energiequelle 202 bei abgekoppelter Pedaleinheit. Insbesondere kann bei einem zu niedrigem regenerativem Bremsmoment vorgesehen sein, dass ein vom Fahrer vorgegebenes Gesamtbremsmoment zu gewährleisten, indem ein zusätzliches hydraulisches Bremsmoment durch Bremskraftverstärker 4 und/oder austauschbarer Energiequelle bei abgekoppelter Pedaleinheit aufgebracht wird.
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Die hier gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen der austauschbaren Energiequelle in Bezug auf die Ankopplung, die Art des Speichers, beispielsweise mit oder ohne Gasdruckflasche, die externe Befüllung der Energiequelle sowie die bei unterschiedlichen Bremssituationen können erfindungsgemäß miteinander kombiniert werden und sind nicht als isolierte Ausführungsformen zu verstehen.
