DE102010003084A1

DE102010003084A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102010003084A1
Application number: DE102010003084A
Authority: DE
Inventors: Lothar 65719 Schiel; Stefan A. 55291 Drumm; Kristijan 63263 Tarandek; Dieter 65824 Dinkel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit mehreren Betriebsarten, die in einer vorzugsweise verwendeten ”Brake-by-wire” Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist und in einer Rückfallbetriebsart nur direkt durch den Fahrzeugführer ansteuerbar ist. Es sind ein Hochdruckspeicher (3) sowie eine Druckregelventilanordnung (44) vorgesehen, die einen ersten bzw. einen Arbeitsanschluss (A), einen zweiten bzw. einen Druckversorgungsanschluss (P) und einen dritten bzw. einen Rücklaufanschluss (T) aufweist, wobei der Arbeitsanschluss (A) an einen Zwischenraum (21), der Druckversorgungsanschluss (P) unter Zwischenschaltung einer Parallelschaltung eines stromlos offenen (SO-)Schaltventils (38) mit einem zum Hochdruckspeicher (3) schließenden Rückschlagventil (61) an den Hochdruckspeicher (3) und der Rücklaufanschluss (T) über eine hydraulische Verbindung an die Druckbereitstellungseinrichtung (2) angeschlossen sind, und wobei eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung (2) und dem Druckversorgungsanschluss (P) vorgesehen ist, in die eine Parallelschaltung eines stromlos geschlossenen, (SG-), analog regelbaren Ventils (63) mit einem zur Druckbereitstellungseinrichtung (2) schließen den Rückschlagventils (39) eingefügt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit mehreren Betriebsarten, die in einer vorzugsweise verwendeten ”Brake-by-wire” Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, und in einer Rückfallbetriebsart nur direkt durch den Fahrzeugführer ansteuerbar ist, mit

• einem Hauptbremszylinder, der mindestens einen Hauptzylinderkolben aufweist und an den hydraulische Radbremskreise angeschlossen sind,
• einem ersten Kolben, der über eine Betätigungskräfte übertragende Druckstange mit einem Bremspedal gekoppelt ist,
• einem zweiten Kolben, der vom ersten Kolben betätigbar ist und der in eine kraftübertragende Verbindung mit dem Hauptzylinderkolben bringbar ist,
• einer Simulationseinrichtung mit mindestens einem elastischen Element, die in der Betriebsart „Brake-by-wire” dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt,
• einem mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Zwischenraum zwischen dem zweiten Kolben und dem Hauptzylinderkolben, wobei eine Druckbeaufschlagung des Zwischenraumes den zweiten und den Hauptzylinderkolben in entgegen gesetzten Richtungen belastet,
• mit einer Druckbereitstellungseinrichtung, die den Druck im Zwischenraum steuert,
• mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, der mit dem Zwischenraum hydraulisch verbindbar ist,
• mit Mitteln zur elektrischen Regelung des Druckes im Zwischenraum, wobei
• das zur elektrischen Regelung des im Zwischenraum eingesteuerten Druckes benötigte Druckmittel in der Druckbereitstellungseinrichtung unter Atmosphärendruck bereit gehalten und bei Bedarf unter einen höheren Druck gesetzt wird, sowie
• einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit.

Eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung ist aus der internationalen Patentanmeldung der Anmelderin WO 2008/025797 A1 bekannt. Ein hydraulischer Druck zum Betätigen des Hauptbremszylinders wird bei der vorbekannten Bremsanlage von einem die Druckbereitstellungseinrichtung bildenden elektrohydraulischen Aktuator bereit gestellt, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Als nachteilig wird bei derartigen Bremssystemen die Tatsache empfunden, dass zur Überwindung der rotatorischen Massenträgheit elektromotorischer Antriebe bei hochdynamischem Betrieb elektrische Leistungen benötigt werden, die mit vertretbaren Mitteln weder bereitgestellt (Bordnetzbelastung), noch gesteuert (Elektronikaufwand), noch umgesetzt (Spezialmotoren erforderlich) werden können.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei der mit vertretbarem Aufwand hochdynamische Bremsvorgänge durchgeführt werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Bremsanlage gelöst, bei der ein Hochdruckspeicher sowie eine Druckregelventilanordnung vorgesehen sind, die einen ersten bzw. einen Arbeitsanschluss, einen zweiten bzw. einen Druckversorgungsanschluss und einen dritten bzw. einen Rücklaufanschluss aufweist, wobei der Arbeitsanschluss an den Zwischenraum, der Druckversorgungsanschluss an den Hochdruckspeicher und der Rücklaufanschluss über eine hydraulische Verbindung an die Druckbereitstellungseinrichtung angeschlossen sind, und wobei eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung und dem Hochdruckspeicher vorgesehen ist, die mittels eines stromlos geschlossenen, (SG-)Ventils absperrbar bzw. freigebbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Bremsanlage können alle Bremsungen ohne besondere Anforderungen an die Dynamik mit dem elektrohydraulischen Aktuator bewältigt werden, während für Bremsungen mit höherer Druckaufbaudynamik zusätzliche erfindungsgemäße Mittel eingesetzt werden. Daher reicht auch ein kleiner dimensionierter elektromotorischer Antrieb aus, der eine geringere elektrische Leistung benötigt und das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs weniger belastet.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Bremsanlage sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Zeichnung näher erläutert, deren Figur dieses Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bremsanlage zeigt. Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Bremsanlage besteht im Wesentlichen aus einer Betätigungseinrichtung 1, einer Druckbereitstellungseinrichtung 2, einem Hochdruckspeicher 3, wobei die Betätigungseinheit 1, die Druckbereitstellungseinrichtung 2 und der Hochdruckspeicher 3 einen Bremskraftverstärker bilden, sowie einem dem Bremskraftverstärker wirkungsmäßig nachgeschalteten Hauptbremszylinder bzw. Tandemhauptzylinder 4, dessen Druckräume mit den unter Atmosphärendruck stehenden Kammern eines Druckmittelvorratsbehälters 11 verbindbar sind. Andererseits sind an die Druckräume Radbremskreise I, II angeschlossen, die unter Zwischenschaltung eines Hydroaggregats bzw. eines steuerbaren Radbremsdruckmodulationsmoduls 9 die Radbremsen 5–8 eines Kraftfahrzeuges mit hydraulischem Druckmittel versorgen. Das Radbremsdruckmodulationsmodul 9 umfasst bei der gezeigten Ausführung den Radbremsen 5–8 vorgeschaltete, nicht näher bezeichnete Druckmodulationsventile, die eine Radbremsdruckmodulation nach dem sog. Multiplexprinzip er möglichen, das dem Fachmann bekannt ist. Das Radbremsdruckmodulationsmodul 9 kann jedoch auch als ein bekanntes ABS-Radbremsdruckmodulationsmodul mit acht oder ein ESP-Radbremsdruckmodulationsmodul mit zwölf Ventilen ausgeführt werden. Der vom Hauptbremszylinder 4 bereit gestellte, das Radbremsdruckmodulationsmodul 9 beaufschlagende Druck wird von einem Drucksensor 33 erfasst. Außerdem weist die gezeigte Bremsanlage eine lediglich schematisch angedeutete elektronische Steuer- und Regeleinheit 10 auf. Die Betätigungseinrichtung 1, die in einem Gehäuse 20 angeordnet ist, an bzw. in das der Tandemhauptzylinder 4 angeschlossen bzw. integriert ist, ist über ein Bremspedal 12 ansteuerbar, das über eine Betätigungsstange 13 mit einem ersten Kolben 14 der Betätigungseinrichtung 1 wirkungsmäßig verbunden ist. Der Betätigungsweg des Bremspedals 12 wird mittels eines Wegsensors 23 erfasst, der den Weg des ersten Kolbens 14 sensiert. Zum gleichen Zweck kann jedoch auch ein Drehwinkelsensor verwendet werden, der den Drehwinkel des Bremspedals 12 erfasst. Der erste Kolben 14 begrenzt mit einem zweiten Kolben 15 eine Druckkammer 16, die eine Druckfeder 17 aufnimmt, die bei unbetätigtem Bremspedal 12 den ersten Kolben 14 zur Anlage an einem im Gehäuse 20 ausgebildeten Anschlag 22 bringt.
Alternativ oder zusätzlich kann im Bereich der Druckstange 13 oder des Bremspedals 12 eine Pedalrückstellfeder vorgesehen sein. Die Druckkammer 16 ist in unbetätigtem Zustand der Betätigungseinrichtung 1 über einen lediglich schematisch angedeuteten Anschluss 28 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 11 verbunden. Der zweite Kolben 15 wirkt mit einem Primärkolben 18 des Tandemhauptzylinders mit einem dritten Kolben 18 zusammen, der den Primärkolben des Tandemhauptzylinders 4 bildet, wobei zwischen dem zweiten 15 und dem Primärkolben 18 ein nicht dargestellter Druckübersetzungskolben angeordnet sein kann. Zwischen dem zweiten Kolben 15 und dem Hauptzylinderkolben 18 ist ein Zwischenraum 21 begrenzt, durch dessen Beaufschlagen mit einem hydraulischen Druck der zweite Kolben 15 entgegen der Betätigungsrichtung beaufschlagt und so an einem gehäusefesten Anschlag 19 gehalten wird, während der Hauptzylinderkolben 18 im Sinne eines Druckaufbaus im Tandemhauptzylinder 4 in Betätigungsrichtung beaufschlagt wird. Eine aus dieser Belastung resultierende Bewegung des Hauptzylinderkolbens 18 wird mittels eines zweiten Wegsensors 43 erfasst. Außerdem begrenzt der zweite Kolben 15 im Gehäuse 20 einen hydraulischen Raum 29, dessen Funktion im nachfolgenden Text erläutert wird.
Weiterhin ist der Zeichnung zu entnehmen, dass die vorhin erwähnte Druckkammer 16 über eine absperrbare Verbindungsleitung 24 mit einer Simulatorkammer 25 in Verbindung steht, die von einem Simulatorkolben 26 begrenzt wird. Dabei wirkt der Simulatorkolben 26 mit wenigstens einer Simulatorfeder 27 zusammen. Die Simulatorkammer 25, der Simulatorkolben 26, sowie die Simulatorfeder 27 bilden einen Pedalwegsimulator, der dem Fahrzeugführer bei der Betätigung des Bremssystems das gewohnte Pedalgefühl vermittelt, das einer üblichen Bremspedalcharakteristik entspricht. Dies bedeutet, dass bei geringem Bremspedalweg der Widerstand langsam ansteigt und bei größerem Bremspedalweg überproportional zunimmt. Zur Dämpfung der Bewegung des Simulatorkolbens 26 können nicht dargestellte, beispielsweise hydraulische oder pneumatische Dämpfungsmittel vorgesehen sein. Die hydraulische Verbindungsleitung 24 zwischen der Simulatorkammer 25 und der Druckkammer 16 wird mittels eines vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Absperrventils 30 abgesperrt, wodurch der Pedalwegsimulator wirkungsmäßig abgeschaltet wird. Bei einem Umschalten des Absperrventils 30 in seine zweite Schaltstellung, das vorzugsweise durch den vom Hochdruckspeicher 3 bereit gestellten Druck erfolgt, wird ein Druckmittelaustausch zwischen der Druckkammer 16 und der Simulatorkammer 25 über die Verbindungsleitung 24 frei gegeben. Parallel geschaltet zum Absperrventil 30 ist ein zur Simulatorkammer 25 schließendes Rückschlagventil 31. Dem Erfassen des in der Druckkammer 16 eingesteuerten Druckes dient ein zweiter Drucksensor, der mit dem Bezugszeichen 32 versehen ist und der in der vorhin erwähnten elektronischen Steuer- und Regeleinheit 10 integriert sein kann.
Die vorhin erwähnte elektrohydraulische Druckbereitstellungseinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus einer hydraulischen Zylinder-Kolben-Anordnung 34 sowie einer elektromechanischen Antriebseinheit 35, die beispielsweise durch einen Elektromotor mit einem nachgeschalteten mechanischen Getriebe gebildet wird, das eine Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung eines hydraulischen Kolbens 36 umsetzt, so dass in einem Druckraum 37 der hydraulischen Zylinder-Kolben-Anordnung 34 ein hydraulischer Druck aufgebaut wird. Die elektromechanische Antriebseinheit 35 wird von einem nicht gezeigten elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgt. Die Bewegung des Kolbens 36 wird mittels eines Wegsensors erfasst, der mit dem Bezugszeichen 65 versehen ist. Vorzugsweise wird dabei der Kolbenweg indirekt über den Drehwinkel des Elektromotors 35 erfasst. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn ein elektronisch kommutierter Elektromotor mit einer prinzipbedingt ohnehin vorhandenen Rotorlagesensierung verwendet wird. Der Druckraum 37 ist über ein elektromagnetisch schaltbares, stromlos geschlossenes (SG-)2/2-Wegeventil 38 über einen Leitungsabschnitt 64 mit dem Hochdruckspeicher 3 verbunden, so dass mittels der elektromechanischen Antriebseinheit 35 der Hochdruckspeicher 3 ladbar ist. Dem Erfassen des im Hochdruckspeicher 3 herrschenden hydraulischen Druckes dient ein Drucksensor, der mit dem Bezugszeichen 39 versehen ist. Wie schließlich der Zeichnung zu entnehmen ist, ist zwischen der elektrohydraulischen Druckbereitstellungseinrichtung 2 bzw. dem Hochdruckspeicher 3 einerseits und dem Zwischenraum 21 bzw. dem hydraulischen (Sperr-)Raum 29 eine Druckregelventilanordnung 44 mit einem Arbeitsanschluss A, einem Druckversorgungsanschluss P, einem Rücklaufanschluss T und zwei Steueranschlüssen C₁ und C₂ geschaltet. Die Druckregelventilanordnung 44 ist vorzugsweise zweistufig ausgeführt und weist eine elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung bzw. eine Vorsteuerstufe 60, eine zweifach hydraulisch ansteuerbare Ventilhauptstufe, die mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist, sowie eine hydraulische Ansteuerstufe auf, deren Aufbau in der nachfolgenden Beschreibung erläutert wird.
Die Vorsteuerstufe 60 besteht aus einer Hintereinanderschaltung eines analog regelbaren, stromlos geschlossenen (SG-)2/2-Wegeventils 58 sowie eines analog regelbaren, stromlos offenen (SO-)2/2-Wegeventils 59, wobei der hydraulische Mittenabgriff 61 zwischen den beiden Ventilen 58, 59 über einen Leitungsabschnitt 64 mit dem Ansteueranschluss C₂ verbunden ist und einen der Ansteuerdrücke für die Ventilhauptstufe 50 liefert. Die hydraulische Ansteuerstufe wird durch eine erste Ansteuerkammer 46, einen ersten Ansteuerkolben 47, sowie eine vom Ansteuerkolben 47 begrenzte zweite Ansteuerkammer 48 gebildet, die mit dem Ansteueranschluss C₂ bzw. mit dem o. g. Mittenabgriff 61 der Vorsteuerstufe 60 verbunden ist. Die zweite Ansteuerkammer 48 wird andererseits von einem zweiten Ansteuerkolben 49 begrenzt, der zusammen mit einer Ventilhülse 53 eine Behälteranschlusskammer 51 begrenzt, in die der Rücklaufanschluss T mündet. Am zweiten Ansteuerkolben 49 stützt sich unter Vorspannung einer Druckfeder 52 ein Ventilkörper 54 ab, der mit an der Ventilhülse 53 ausgebildeten Steuerkanten zusammenwirkt. Die Ventilhülse 53 bildet zusammen mit dem Ventilkörper 54 die vorhin erwähnte Hauptstufe 50 der Druckregelventilanordnung 44.
Weiterhin ist der Darstellung in der Zeichnung zu entnehmen, dass die erste Ansteuerkammer 46 unter Zwischenschaltung einer Parallelschaltung eines elektromagnetisch betätigbaren, stromlos offenen (SO-)2/2-Wegeventils 62 sowie eines zur Ansteuerkammer 46 schließenden Rückschlagventils 63 an die oben erwähnte hydraulische Kammer 16 angeschlossen ist. Die Parallelschaltung kann vorzugsweise auch durch ein elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil ersetzt werden, das in seiner bestromten Schaltstellung die Funktion eines zur Ansteuerkammer 46 schließenden Rückschlagventils erfüllt.
Währenddessen bildet der Ventilkörper 54 zusammen mit der Ventilhülse 53 eine Druckversorgungskammer 55, die einerseits mittels des Druckversorgungsanschlusses P mit dem hydraulischen Raum 29 und andererseits mittels einer Verbindungsleitung 40 mit dem zum Hochdruckspeicher 3 führenden Leitungsabschnitt 64 in Verbindung steht. Die Druckversorgungskammer 55, die mit dem Hochdruckspeicher 3 und dem vom zweiten Kolben 15 begrenzten hydraulischen (Sperr-)Raum 29 in Verbindung steht, ist durch ein Verschieben des Ventilkörpers 54 mit einer Arbeitsdruckkammer 56 verbindbar, die in der dargestellten, nicht verschobenen Position des Ventilkörpers 54 mittels einer im Ventilkörper 54 ausgebildeten Bohrung sowie zweier Druckmittelkanäle mit der Rücklaufkammer 51 verbunden ist.
Weiterhin sind die Anschlüsse T und A der Druckregelventilanordnung 44 mit einem zur Arbeitskammer A hin öffnenden Rückschlagventil 57 verbunden, über das von der Druckbereitstellungseinrichtung 2 ungeachtet der Stellung des Ventilkörpers 53 bzw. des Betätigungszustandes der Druckregelventilanordnung 44 Druckmittel zum Zwischenraum 21 verschiebbar ist.
Außerdem ist der erwähnte hydraulische Druckraum 37 der Kolben-Zylinder-Anordnung 34 mittels eines stromlos offenen (SO-)2/2-Wegeventils 41 mit einer der beiden unter Atmosphärendruck stehenden Kammern des Druckmittelvorratsbehälters 11 verbindbar, so dass in einem Ruhezustand des Bremssystems durch eine Temperaturdehnung des Druckmittels im Druckraum 37 kein unbeabsichtigter Druckaufbau erfolgt. Ein dritter Drucksensor 42 dient dem Erfassen des von der Druckbereitstellungseinrichtung 2 gelieferten bzw. im Zwischenraum 21 herrschenden Druckes.
Die vorhin erwähnte elektronische Steuer- und Regeleinheit 10 dient einerseits der Erfassung von Sensordaten, der Verarbeitung dieser Daten, u. U. dem Austausch von Daten mit anderen Steuereinheiten, und andererseits der Ansteuerung im Radbremsdruckmodulationsmodul 9 enthaltener, elektromagnetisch betätigbarer Druckmodulationsventile, der vorhin beschriebenen 2/2-Wegeventile 30, 38, 41, 58, 59, 62, des elektro-mechanischen Aktuators 35, der Druckbereitstellungseinrichtung 2 sowie der Bremsleuchten des Fahrzeugs.
Im nachfolgenden Text wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremssystems näher erläutert.
Ein erster Betriebsmodus entspricht einer rein elektrischen, der sog. „Brake-by-wire”-Betriebsart, bei der sämtliche Komponenten des Bremssystems intakt sind und einwandfrei arbeiten. In diesem Modus wird zum Aufbau eines hydraulischen Druckes im Zwischenraum 21 der elektrohydraulische Aktuator 34–37 angesteuert, so dass der von der Druckbereitstellungseinrichtung 2 bereit gestellte bzw. der in ihrer Zylinder-Kolben-Anordnung 34 erzeugte Druck dem Zwischenraum 21 zugeführt wird. Durch die Druckwirkung sowie die Wirkung des im hydraulischen (Sperr-)Raum 29 wirkenden Drucks des Hochdruckspeichers 3 wird der zweite Kolben 15 am Anschlag 19 gehalten und der Hauptzylinderkolben 18 nach links verschoben, wodurch ein Druckaufbau im Hauptbremszylinder 4 statt findet. Der hydraulische Druck wird dabei mit in der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 10 enthaltenen Mitteln über eine Steuerung des dem Elektromotor 35 zugeführten Stroms geregelt. Zum Zweck des Druckhaltens wird der Kolben 36 der Kolben-Zylinder-Anordnung 34 in der eingesteuerten Position fest gehalten. Das in der Verbindung zwischen dem Druckraum 37 und dem Druckmittelvorratsbehälter 11 eingefügte, stromlos offene 2/2-Wegeventil 41 wird sowohl beim Druckaufbau als auch beim Druckhalten in seine geschlossene Schaltstellung umgeschaltet. Das aus der Druckkammer 16 durch die Fahrerbetätigung verdrängte Druckmittelvolumen wird über das bei aufgeladenem Hochdruckspeicher 3 offene Simulatorabsperrventil 30 in die Simulatorkammer 25 verschoben, so dass eine Bewegung des Simulatorkolbens 26 gegen die Kraft der Simulatorfeder 27 stattfindet. Das 2/2-Wegventil 62 wird in seine geschlossene Schaltstellung umgeschaltet, so dass keine hydraulische Ansteuerung der Druckregelventilanordnung 44 möglich ist.
Für einen Druckabbau wird der Kolben 36 der Zylinder-Kolben-Anordnung 34 zurück gefahren. Dabei strömt Druckmittel aus dem Zwischenraum 21 zurück in den Druckraum 37. Zum vollständigen Abbau des Druckes auf Atmosphärendruckniveau wird schließlich das vorhin genannte 2/2-Wegeventil 41 geöffnet, wodurch eine hydraulische Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter 11 hergestellt wird. In Fahrzeugen, in denen besonderer Wert auf einen von den Insassen nicht wahrnehmbaren Druckabbau nach einer Inanspruchnahme einer die Druckaufbaudynamik steigernden Hochdruckspeicher-Unterstützung gelegt wird ist es daher von Vorteil, das 2/2-Wegeventil 41 als ein Analogventil auszubilden. Um einen Unterdruck im Zwischenraum 21 bzw. im Druckraum 36 zu vermeiden ist das 2/2-Wegeventil 41 bevorzugt so ausgestaltet, dass es im bestromten Zustand einen Druckmittelvolumenstrom vom Druckmittelvorratsbehälter 11 in die Druckräume 21, 37 erlaubt.
Der Vorgang der Ansteuerung des elektrohydraulischen Aktuators 34, 35 wird von der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 10 derart durchgeführt, dass der Druck im Zwischenraum 21 einem Solldruckwert angenähert wird. Dieser Solldruckwert ergibt sich einerseits aus einer erfassten Betätigungskomponente des Bremspedals 12 und andererseits aus einer Fremdbetätigungskomponente. Die Betätigungskomponente des Bremspedals 12 wird aus dem Betätigungsweg des Bremspedals 12 bzw. des ersten Kolbens 14 und aus dem hydraulischen Druck in der Druckkammer 16 ermittelt, der mittels des Drucksensors 32 erfasst wird und der der Betätigungskraft des Bremspedals 12 proportional ist.
Bei sog. Panikbremsungen, die durch ein schnelles Antreten des Bremspedals 12 charakterisiert sind, wird das vorhin erwähnte 2/2-Wegeventil 62 mit einer Verzögerung geschaltet, so dass eine hydraulische Ansteuerung der Druckregelventilanordnung 44 statt findet. In diesem Fall erfolgt eine Unterstützung der Druckbereitstellungseinrichtung 2 durch den vom Hochdruckspeicher 3 bereit gestellten Druck.
Bei einer anderen Bremsung, bei der eine Unterstützung durch den Hochdruckspeicher 3 erforderlich ist (z. B. bei hoher Dynamikanforderung, einer zu niedrigen elektrischen Spannung am Elektromotor 35), erfolgt eine analoge Vorsteuerung der Druckregelventilanordnung 44 durch Umschalten der Vorsteuerstufe 60 bzw. deren analog regelbarer 2/2-Wegeventile 58, 59. Dabei werden vorzugsweise zum Aufbau eines Bremsdruckes in mindestens einem Bremskreis I, II von der Druckbereitstellungseinrichtung 2 sowie vom Hochdruckspeicher 3 bereit gestellte Druckmittel-Volumenströme zusammen geführt.
In einem zweiten Betriebsmodus, der durch eine Störung der Elektronik bzw. durch das Fehlen eines von der hydraulischen Druckbereitstellungseinrichtung 2 erzeugten Druckes charakterisiert ist und einer Rückfallebene entspricht, ist kein elektronisch gesteuerter Druckaufbau im Zwischenraum 21 möglich. In diesem Betriebsmodus kann das Bremssystem rein mechanisch betätigt werden. Der über das Pedal 12 in der Druckkammer 16 aufgebaute Druck betätigt über den Ansteuereingang C1 die Druckregelventilanordnung 44, wodurch Druckmittel aus dem Hochdruckspeicher 3 in den Zwischenraum 21 strömt. Bei einer Zurücknahme der Pedalbetätigung fließt das Druckmittel über die Druckregelventilanordnung 44 und das offene Ventil 41 in den Druckmittelvorratsbehälter 11. Wenn der hydraulische Energievorrat des Hochdruckspeichers 3 erschöpft ist, wird ein dritter Betriebsmodus erreicht. In diesem kann im Zwischenraum 21 kein Druck mehr aufgebaut werden, aber auch im hydraulischen (Sperr-)Raum 29 wirkt kein Druck mehr. Daher bewegt sich der zweite Kolben 15 unter dem Einfluss einer Bremspedalbetätigung von seinem Anschlag 19 weg und verschiebt den Hauptzylinderkolben 18 durch mechanischen Kontakt. Die Betätigung des Hauptbremszylinders 4 erfolgt nun ausschließlich mit Muskelkraft des Fahrzeugführers.
Eine erhebliche Erhöhung der Betriebssicherheit der erfindungsgemäß aufgebauten Bremsanlage wird durch ein Verfahren erreicht, bei dessen Durchführung die Bremsanlage sowohl während einer Initialisierungsphase als auch während ihres bestimmungsgemäßen Betriebs auf Betriebsstörungen überwacht wird.
Eine Betriebsstörung stellt beispielsweise eine Leckage der vom ersten (14) und vom zweiten Kolben 15 begrenzten Druckkammer 16 dar. Zur Überwachung der erwähnten Leckage wird eine Korrelation des Signals des ersten Wegsensors 23, der Bewegungen des ersten Kolbens 14 erfasst, mit dem Signal des Drucksensors 32 vorgenommen, der den Druck in der vom ersten 14 und zweiten Kolben 15 begrenzten Druckkammer 16 sensiert.
Eine andere Betriebsstörung ist eine Bewegungsblockade des zweiten Kolbens 15. Zu deren Erkennung wird erfindungsgemäß eine Korrelation des Signals des ersten 23 oder des zweiten Wegsensors 43 mit dem Signal des oben erwähnten Drucksensors 32 vorgenommen, der den Druck in der vom ersten 14 und zweiten Kolben 15 begrenzten Druckkammer 16 sensiert.
Zur Erkennung einer weiteren Betriebsstörung, die eine Leckage in einem der Bremskreise (I, II) oder im hydraulischen Pfad zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung (2) und dem Zwischenraum (21) darstellt, wird eine Korrelation des Signals des zweiten Wegsensors 43 mit dem Signal des den Weg des Kolbens 36 der elektrohydraulischen Druckbereitstellungseinrichtung 2 bzw. der Kolben-Zylinder-Anordnung 34–37 sensierenden dritten Wegsensors 65 vorgenommen.
Außerdem ist es für die Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Bremsanlage wichtig, darin auftretende Druckverluste zu überwachen. In diesem Zusammenhang werden zur Erkennung eines Druckverlustes in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A der Druckregelventilanordnung 44 und dem Zwischenraum 21 Korrelationen der Signale des ersten 23 und des zweiten Wegsensors 43 mit dem Signal des Drucksensors 42 vorgenommen, der den Druck im Zwischenraum 21 sensiert.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine einfach aufgebaute, hoch effizient arbeitende Bremsanlage erreicht, bei der in einer „Brake-by-wire”-Betriebsart die Bremspedalcharakteristik nicht vom Betätigungszustand der restlichen Bremsanlage abhängt, wodurch das Pedalgefühl bei einer Fahrerbremsung weder durch das gleichzeitige Vorliegen einer Fremdbremsung noch durch andere Regelungsaktivitäten des Bremssystems wie Antiblockierregelung, Traktionskontrolle oder Fahrstabilitätsregelung gestört werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Bremsanlage können auch weitere Betriebsmodi realisiert werden; in diesem Zusammenhang seien beispielsweise eine Aufladung des Hochdruckspeichers 3 durch die Druckbereitstellungseinrichtung 2, ein sog. Rekuperationsbetrieb, der insbesondere bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen relevant ist, ein autonomer Druckaufbau bei Assistenzfunktionen oder eine gezielte Entleerung des Hochdruckspeichers 3 genannt. Die genannten Vorgänge sind jedoch dem auf dem einschlägigen Gebiet tätigen Fachmann bekannt und brauchen im vorliegenden Zusammenhang nicht erläutert zu werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/025797 A1 [0002]

Claims

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer ”Brake-by-wire” Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, vorzugsweise in der ”Brake-by-wire” Betriebsart betrieben wird und in einer Rückfallbetriebsart, ohne Bremskraftverstärkung betrieben werden kann, in denen nur der Betrieb durch den Fahrzeugführer möglich ist, mit • einem Hauptbremszylinder (4), der mindestens einen Hauptzylinderkolben (18) aufweist und an den Radbremskreise (I, II) angeschlossen sind, • einem ersten Kolben (14), der über eine Betätigungskräfte übertragende Druckstange (13) mit einem Bremspedal (12) gekoppelt ist, • einem zweiten Kolben (15), der vom ersten Kolben (14) betätigbar ist und der in eine kraftübertragende Verbindung mit dem Hauptzylinderkolben (18) bringbar ist, • einer Simulationseinrichtung mit mindestens einem elastischen Element (27), die in der Betriebsart „Brake-by-wire” dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt, • einem mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Zwischenraum (21) zwischen dem zweiten Kolben (15) und dem Hauptzylinderkolben (18), wobei eine Druckbeaufschlagung des Zwischenraumes (21) den zweiten (15) und den Hauptzylinderkolben (18) in entgegen gesetzten Richtungen belastet, • mit einer Druckbereitstellungseinrichtung (2), die den Druck im Zwischenraum (21) steuert, • mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (11), der mit dem Zwischenraum (21) hydraulisch verbindbar ist, • mit Mitteln zur elektrischen Regelung des Druckes im Zwischenraum (21), wobei • das zur elektrischen Regelung des im Zwischenraum (21) eingesteuerten Druckes benötigte Druckmittel in der Druckbereitstellungseinrichtung (2) unter Atmosphärendruck bereit gehalten und bei Bedarf unter einen höheren Druck gesetzt wird, sowie • einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckspeicher (3) sowie eine Druckregelventilanordnung (44) vorgesehen sind, die einen ersten bzw. einen Arbeitsanschluss (A), einen zweiten bzw. einen Druckversorgungsanschluss (P) und einen dritten bzw. einen Rücklaufanschluss (T) aufweist, wobei der Arbeitsanschluss (A) an den Zwischenraum (21), der Druckversorgungsanschluss (P) an den Hochdruckspeicher (3) und der Rücklaufanschluss (T) über eine hydraulische Verbindung an die Druckbereitstellungseinrichtung (2) angeschlossen sind, und wobei eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung (2) und dem Hochdruckspeicher (3) vorgesehen ist, die mittels eines stromlos geschlossenen, (SG-), Ventils (38) absperrbar bzw. freigebbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitsanschluss (A) und dem Rücklaufanschluss (T) ein in der Durchströmrichtung zum Arbeitsanschluss (A) hin öffnendes Rückschlagventil (57) vorgesehen ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromagnetventil (41) zum Herstellen einer absperrbaren hydraulischen Verbindung zwischen dem Rücklaufanschluss (T) und dem Druckmittelvorratsbehälter (11) vorgesehen ist, wobei diese Absperrung lediglich in Richtung eines Abströmens zum Druckmittelvorratsbehälter (11) wirksam ist.
Bremsanlage nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbereitstellungseinrichtung (2) durch einen elektrohydraulischen Aktuator (35–37) gebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckspeicher (3) vom elektrohydraulischen Aktuator (35–37) aufladbar ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulatoreinrichtung (25–27) an eine vom ersten (14) und zweiten Kolben (15) begrenzte Druckkammer (16) unter Zwischenschaltung eines Simulatorabsperrventils (30) sowie eines zur Simulatoreinrichtung (25–27) schließenden Rückschlagventils (31) angeschlossen ist.
Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulatorabsperrventil (30) durch den vom Hochdruckspeicher (3) bereit gestellten Druck betätigbar ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vom zweiten Kolben (15) begrenzter, hydraulischer (Sperr-)Raum (29) vorgesehen ist, dessen Druckbeaufschlagung eine Bewegung des zweiten Kolbens (15) in Betätigungsrichtung hemmt oder verhindert.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an die Bremskreise (I, II) Raddruckmodulationseinrichtungen (9, 9') angeschlossen sind, die nach dem Rückförderprinzip oder dem Multiplexprinzip arbeiten.
Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage sowohl während einer Initialisierungsphase als auch während ihres bestimmungsgemäßen Betriebs auf Betriebsstörungen überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung einer Leckage in der vom ersten (14) und vom zweiten Kolben (15) begrenzten Druckkammer (16) eine Korrelation des Signals eines ersten Wegsensors (23), der Bewegungen des ersten Kolbens (14) erfasst, mit dem Signal eines zweiten Wegsensors (43) vorgenommen wird, der Bewegungen des Hauptbremszylinderkolbens (18) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer Bewegungsblockade des zweiten Kolbens (15) eine Korrelation des Signals des ersten oder des zweiten Wegsensors (23, 43) mit dem Signal eines Drucksensors (32) vorgenommen wird, der den Druck in der vom ersten (14) und zweiten Kolben (15) begrenzten Druckkammer (16) sensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer Leckage in einem der Bremskreise (I, II) oder im hydraulischen Pfad zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung (2) und dem Zwischenraum (21) eine Korrelation des Signals des zweiten Wegsensors (43) mit dem Signal eines den Weg des Kolbens (36) des elektrohydraulischen Aktuators (34–37) sensierenden dritten Wegsensors (60) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines Druckverlustes in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Arbeitsanschluss (A) der Druckregelventilanordnung (2) und dem Zwischenraum (21) Korrelationen der Signale des ersten und des zweiten Wegsensors (23, 43) mit dem Signal eines Drucksensors (42) vorgenommen werden, der den Druck im Zwischenraum (21) sensiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbau eines Bremsdruckes in mindestens einem Bremskreis (I, II) von der Druckbereitstellungseinrichtung (2) sowie vom Hochdruckspeicher (3) bereit gestellte Druckmittel-Volumenströme zusammen geführt werden.