-
Die Erfindung betrifft ein Brake-by-Wire-(BbW)-Bremssystem mit einem Bremspedal, mit einem Pedalwegsimulator mit einem Pedalwegkolben und einem Simulatordruckkolben, mit einer Pedalwegkammer und einer Simulatordruckkammer, mit einer Bremsdruckkammer, mit einer elektrisch ansteuerbaren Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau in der Bremsdruckkammer und mit einem Reservoir für Bremsflüssigkeit, wobei der Pedalwegkolben durch Betätigung des Bremspedals innerhalb des Pedalwegsimulators verschoben wird.
-
Brake-by-Wire-(BbW)-Bremssysteme finden in modernen Kraftfahrzeugen zunehmend Verwendung. Im Gegensatz zu herkömmlichen, insbesondere hydraulischen Bremssystemen, bei denen der Führer des Fahrzeugs im Wesentlichen durch seine eigene Muskelkraft (gegebenenfalls verstärkt durch einen Bremskraftverstärker) die Bremse direkt betätigt, sind bei Brake-by-Wire-Bremssystemen die Betätigung des Bremspedales und der Druckaufbau in der Bremse, bzw. in den Radbremsen eines Fahrzeuges, elektromechanisch oder hydraulisch entkoppelt. Der Bremswunsch des Fahrers wird bei BbW-Bremssystemen vielmehr mit Hilfe eines Pedalwegsimulators bestimmt. Der Fahrer betätigt ein Bremspedal, wobei er bei der Betätigung des Pedals einen Widerstand erfährt, der beispielsweise hydraulisch erzeugt werden kann. Durch Sensoren, die den Pedalweg, eine durch das Pedal hervorgerufene Bewegung eines Kolbens, oder auch den Pedalwinkel bestimmen, wird der Bremswunsch des Fahrers quantifiziert und daraus ein Sollbremsmoment berechnet. Um dieses Sollbremsmoment zu realisieren, wird nun eine Vorrichtung zum aktiven Bremsdruckaufbau in den Bremsen angesteuert. Diese Vorrichtung übt dann beispielsweise in hydraulischer Weise Druck auf die Bremsen aus. Die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau wird gewöhnlich durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) angesteuert.
-
Eine Entkopplung der Pedalbetätigung von dem tatsächlichen Bremsdruckaufbau erlaubt gegenüber konventionellen hydraulischen Bremssystemen vielseitigere und flexiblere Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann bei einer Realisierung eines Antiblockiersystems in einem Brake-by-Wire-Bremssystem durch die Entkopplung von Bremsdruckaufbau und -abbau und der Betätigung des Bremspedals das so genannte „Pumpen” des Bremspedals vermieden werden. Weiterhin können Komfortfunktionen realisiert werden, beispielsweise das automatische Betätigen der Bremse beim Halten des Fahrzeuges an einem Hang, sowie das automatische Loslösen der Bremsen, wenn der Fahrer das Fahrzeug wieder in Bewegung setzen will.
-
Aufgrund der Entkopplung der Betätigung des Bremspedals von dem Druckaufbau in den Bremsen müssen Brake-by-Wire-Bremssysteme mit einer so genannten Rückfallebene ausgestattet sein. Dies bedeutet, dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges in extremen Situationen, in denen Komponenten oder auch das gesamte Bremssystem, beispielsweise durch einen Zusammenbruch des Bordnetzes, teilweise oder komplett ausfallen, trotzdem noch die Möglichkeit haben muss, das Fahrzeug in möglichst kurzer Zeit in sicherer Weise zum Stillstand zu bringen. Je nach Ausgestaltung des Brake-by-Wire-Bremssystems (hydraulische oder elektromechanische Bremsen) wird die Rückfallebene entsprechend realisiert.
-
Brake-by-Wire-Bremssysteme mit einem Pedalwegsimulator sind beispielsweise im Zusammenhang mit SBA (Simulator Brake Actuator), EHB (Electro Hydraulic Brake) und EHR (Elektrisches regeneratives Bremssystem) bekannt. In einem EHB-System drückt der Fahrer mit dem Bremspedal gegen einen Kolben, der durch eine Spulenfeder unterstützt wird, im SBR-System drückt der Fahrer mit dem Bremspedal eine Blattfeder oder ein Elastomer zusammen. Dies führt in beiden Systemen dazu, dass eine Lücke entsteht zwischen der Pedalbetätigung und der Zuführung von unter Druck stehender Bremsflüssigkeit in die Radbremsen. Diese Maßnahmen erlauben die oben erwähnte Unabhängigkeit des Druckaufbaus in den Bremsen von der Pedalbetätigung.
-
Nachteilig wirkt sich bei den oben genannten Systemen aus, dass in dem Fall, dass der Fahrer die Bremse im Rückfallmodus betätigen muss, eine Bewegung des Bremspedals auftritt, während der keine Bremsflüssigkeit zu den Radbremsen gefördert wird und/oder kein nennenswerter Bremsdruck aufgebaut werden kann, der entsprechende Pedalweg wird „Lost Travel” genannt. Als Konsequenz davon muss der Fahrer im Rückfallmodus das Bremspedal deutlich stärker und weiter betätigen, um eine wirksame Bremsung herbeizuführen.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Brake-by-Wire-Bremssystem bereitzustellen, bei dem der Lost Travel vermieden wird und der Fahrer im Rückfallmodus bei einer Betätigung des Bremspedals sofort und unmittelbar Druck in den Bremsen aufbauen kann. Weiterhin soll ein zugehöriges Betriebsverfahren angegeben werden sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Brake-by-Wire-Bremssystem.
-
In Bezug auf das Brake-by-Wire-Bremssystem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pedalwegkammer über eine Reservoirleitung mit dem Reservoir und über eine von der Reservoirleitung abzweigende Rückfahrleitung mit der Bremsdruckkammer verbunden ist, wobei in einem Normalbetriebszustand die Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Reservoir, durch ein in die Reservoirleitung geschaltetes SG-Reservoirventil (SG: stromlos geschlossen) freigegeben und die Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Bremsdruckkamer durch ein in die Rückfallleitung geschaltetes SO-Rückfallventil (SO: stromlos offen) gesperrt ist, und wobei in einem Rückfallzustand die Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Reservoir durch das Reservoirventil gesperrt und die Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Bremsdruckkammer durch das Rückfallventil freigegeben ist.
-
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der Lost Travel aus unterschiedlichen Gründen unter allen Umständen vermieden werden sollte. Erfährt der Fahrer beim Herunterdrücken des Bremspedals den Lost Travel, so kann er zur Ansicht kommen, dass das Bremssystem (im Rückfallmodus) vollständig ausgefallen ist und überhaupt nicht mehr funktioniert. Dies kann dazu führen, dass der Fahrer gar nicht weiter versucht, das Bremspedal weiter hinein zu drücken. Daraus resultiert dann gewöhnlich eine unzureichende Verzögerung des Kraftfahrzeugs sowie ein Vertrauensverlust des Fahrers in das Bremssystem. Das Vorhandensein eines Lost Travels ist auch dann besonders gefährlich, wenn der Fahrer des Fahrzeuges den Fahrersitz derart eingestellt hat, dass er mit ausgestrecktem Bein das Bremspedal nur unzureichend weit niederdrücken kann. Im Rückfallmodus kann es in dieser Situation passieren, dass der Fahrer das Bremspedal nicht weit genug herunterdrücken kann, so dass eine unzureichende Verzögerung des Kraftfahrzeuges resultiert. Mit dem verlängerten Pedalweg im Rückfallmodus kann auch eine Verminderung der Bremskraft (beispielsweise im Falle einer EHB) einhergehen, so dass der Fahrer das Bremspedal einerseits weiter und andererseits auch stärker herunterdrücken muss.
-
Hinzu kommt, dass bei einem Lost Travel der Fahrer nicht das notwendige Feedback über die Funktionsweise des Bremssystems erhält. Der Fahrer kann also ggf. nicht erkennen, dass sich eine höhere Verzögerung des Fahrzeuges durch ein weiteres und kräftiges Herunterdrücken des Bremspedals erzielen lässt. Dies kann zur Folge haben, dass der Fahrer das Bremspedal nur ungenügend betätigt, und dass somit das Fahrzeug nicht ausreichend schnell abgebremst wird.
-
Die Erfindung beruht weiterhin auf der Überlegung, dass bei Brake-by-Wire-Bremssystemen, bei denen der Druckaufbau in den Bremsen durch aktive Förderung von Bremsflüssigkeit in die Bremsen erzielt wird, der Lost Travel dann vermieden werden kann, wenn dem Fahrer beim Einsetzen des Rückfallmodus (beispielsweise bei einem Ausfall des Bordnetzes) instantan ein Bremsflüssigkeitsvolumen zur Verfügung steht, das er mit Muskelkraft durch Betätigung des Bremspedals in die Bremsen drücken kann. Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich ein solches Bremsflüssigkeitsvolumen bereitstellen, indem die Pedalwegkammer mit Bremsflüssigkeit gefüllt wird. Diese in der Pedalwegkammer sich befindende Bremsflüssigkeit darf andererseits nicht die Betätigung des Bremspedals im normalen Betriebsmodus des Bremssystems verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Pedalwegkammer im normalen Betriebsmodus strömungsmäßig mit dem Reservoir für Bremsflüssigkeit verbunden wird. In dem Fall, dass das Bremssystem in den Rückfallmodus wechselt, wird die Verbindung zum Reservoir getrennt, gleichzeitig wird die Pedalwegkammer mit der Bremsdruckkammer leitend verbunden. Dem Fahrer steht so unmittelbar ein Bremsflüssigkeitsvolumen zur Verfügung, das er bei manueller Betätigung des Bremspedals in die Bremsdruckkammer drücken kann, wodurch zusätzlicher Druck in den Bremsen aufgebaut werden kann.
-
Bei einem derart ausgelegten Bremssystem wird nunmehr erreicht, dass bei einem Wechsel des Bremssystems in den Rückfallmodus keine zeitliche und wirkkraftmäßige Unterbrechung zwischen der Pedalbetätigung und erhöhtem Druckaufbau in den Radbremsen vorliegt. Somit kann das Fahrzeug unmittelbar weiter und stärker verzögert werden bzw. gebremst werden.
-
Die erfindungsgemäß vorgesehene Verbindung zwischen Bremsdruckkammer und Pedalwegkammer erfüllt noch eine Zusatzfunktion. Durch die Verbindung mit der unter Druck stehenden Bremsdruckkammer spürt der Fahrer an seinem Fuß sofort den Druck, der durch die in der Bremsdruckkammer befindliche Flüssigkeit über die Verbindungsleitung zur Pedalwegkammer aufgebaut wird. Verringert der Fahrer den Druck auf das Pedal, wird auf diese Weise das Bremspedal in seine Ursprungslage gedrückt, d. h., die während des Bremsvorganges gespeicherte Energie im Bremssystem wird vorteilhafterweise ausgenutzt, um den Fahrer auch im Rückfallmodus den charakteristischen Zusammenhang zwischen Pedalweg und Bremsmoment bzw. Verzögerung zur Verfügung zu stellen.
-
Durch die oben beschriebene Auslegung des Bremssystems erhält der Fahrer also direkte Rückmeldung, dass ein weiteres Hinunterdrücken des Bremspedals unmittelbar zu einer weiteren Verzögerung des Fahrzeuges führt.
-
Vorteilhafterweise sind die Simulatordruckkammern über eine Simulatorkompensationsleitung und die Pedalwegkammer über eine in die Simulatorkompensationsleitung mündende Pedalwegkompensationsleitung über eine Kompensationsdruckkammer mit dem Reservoir verbunden. Bei nicht betätigtem Bremspedal sind dabei vorteilhafterweise die beiden Kompensationsleitungen durch ein zwischen Kompensationsdruckkammer und Reservoir geschaltetes SO-Kompensationsventil im Normalbetriebszustand gesperrt und im Rückfallzustand freigegeben, bei betätigtem Bremspedal ist die Simulatorkompensationsleitung durch den Simulatordruckkolben und die Pedalwegkompensationsleitung durch den Pedalwegkolben gesperrt.
-
Durch die Kompensationsleitungen sind also jeweils (sperrbare) strömungsmäßige Verbindungen zwischen Simulatordruckkammer und Pedalwegkammer und Reservoir hergestellt. In dem Moment, in dem das Bremspedal betätigt wird und sich der Pedalwegkolben und der Simulatordruckkolben bewegen, wird die jeweilige Verbindung mit dem Reservoir gesperrt. Dies führt einerseits dazu, dass sich im Simulatordruckkolben Druck aufbauen kann, dessen Messung Rückschluss auf den Fahrerbremswunsch gibt. Andererseits wird erreicht, dass im Rückfallmodus, in dem die Bremsdruckkammer mit der Pedalwegkammer strömungsmäßig verbunden sind, bei betätigtem Bremspedal keine Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Reservoir vorhanden ist. Dadurch wird erreicht, dass sich der in der Bremsdruckkammer vorhandene Druck unmittelbar auf die in der Pedalwegkammer vorhandene Bremsflüssigkeit auswirkt und dem Fahrer ein unmittelbares Feedback gibt. Ist das Pedal wieder vollständig zurückgefahren in seiner unbetätigten Ausgangslage, wird die Verbindung zwischen den beiden Kammern und dem Reservoir wieder hergestellt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau eine Druckaufbaukammer auf, wobei die Druckaufbaukammer zwischen Reservoir und Kompensationsventil geschaltet ist, und wobei zwischen Druckaufbaukammer und Reservoir ein SO-Druckaufbauventil geschaltet ist. Durch das SO-Druckaufbauventil kann die Druckaufbaukammer im normalen Betriebszustand von dem Reservoir getrennt werden, so dass in der Druckaufbaukammer durch die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau Druck aufgebaut werden kann. Bei einem Bremsvorgang im normalen Betriebsmodus des Bremssystems kann so aus der Druckaufbaukammer Bremsflüssigkeit über eine Leitung in die Bremsdruckkammer gedruckt werden, wodurch in den Bremsen Druck aufgebaut wird.
-
Vorzugsweise ist die die Druckaufbaukammer mit der Bremsdruckkammer über eine hydraulische Leitung verbunden ist, wobei in die hydraulische Leitung ein hydraulisch kontrolliertes Ventil geschaltet ist. Das hydraulisch kontrollierte Ventil öffnet vorteilhafterweise nur die Verbindung zwischen Druckaufbaukammer und Bremsdruckkammer, wenn an ihm ein genügend hoher Druck anliegt. Fällt nun im Rückfallmodus der Druck der Bremsflüssigkeit in einer am hydraulisch kontrollierten Ventil anliegenden Druckkammer ab, trennt es die Verbindung zwischen Druckaufbaukammer und Bremsdruckkammer. Dadurch wird verhindert, dass Bremsflüssigkeit aus der Bremsdruckkammer zurück in die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau fließt und somit der Druck im Bremssystem und in den Radbremsen abfällt.
-
Vorteilhafterweise übt die in der Bremsdruckkammer unter Druck stehende Bremsflüssigkeit Druck auf eine in der Art eines Tandemhauptzylinders ausgestaltete Kolbenanordnung aus. Ähnlich wie bei gewöhnlichen hydraulischen Bremsen enthält der Tandemhauptzylinder vorzugsweise zwei Bremsflüssigkeitskammern, die über hydraulische Leitungen mit den jeweiligen Radbremsen eines ersten und eines zweiten Bremskreises verbunden sind.
-
Vorteilhafterweise umfasst das Bremssystem eine elektronische Steuereinheit, die signaleingangsseitig mit wenigstens einem Pedalwegsensor und wenigstens einem den Druck in der Simulatordruckkammer messenden Drucksensor und signalausgangsseitig mit der Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau verbunden ist. Vorteilhafterweise ist dabei die elektronische Steuereinheit derart konfiguriert, dass sie aus den ihr von dem jeweiligen Pedalwegsensor und/oder dem jeweiligen Drucksensor übermittelten Signalen einen Bremswunsch bestimmt und abhängig von der Stärke des Bremswunsches die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau zum Aufbau von Druck in der Bremsdruckkammer ansteuert. Die elektronische Steuereinheit (ECU) wird zum aktiven Druckaufbau in den Radbremsen während des normalen Betriebes des Brake-by-Wire-Bremssystems verwendet.
-
Der Pedalwegsimulator kann auf unterschiedliche Weise realisiert sein, solange er eine nasse (mit Bremsflüssigkeit gefüllte) Pedalwegkammer umfasst. Vorzugsweise umfasst der Pedalwegsimulator ein konusförmiges mit dem Simulatordruckkolben in Berührung stehendes Simulatorelement. Dadurch soll eine Pedalkraftwegcharakteristik entsprechend eines normalen (beispielsweise hydraulischen) Bremssystems erzeugt werden. Das Simulatorelement ist vorzugsweise im Wesentlichen aus Gummi oder einem gummiähnlichem Material gefertigt.
-
In Bezug auf das Kraftfahrzeug wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem oben dargestellten Brake-by-Wire-Bremssystem.
-
In Bezug auf das Verfahren zum Betreiben eines Brake-by-Wire-Bremssystems wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Betriebszustand die Pedalwegkammer mit dem Reservoir strömungsmäßig verbunden wird, und dass bei einem Ausfall des Bremssystems bei betätigtem Bremspedal in einem Rückfallzustand die Pedalwegkammer mit der Bremsdruckkammer strömungsmäßig verbunden und die Verbindung zwischen Pedalwegkammer und Reservoir strömungsmäßig getrennt wird.
-
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass durch freigebbare und trennbare hydraulische Verbindungen zwischen Pedalwegkammer und Bremsdruckkammer einerseits und Pedalwegkammer und Reservoir andererseits den Fahrer im Rückfallmodus unmittelbar die Möglichkeit gegeben wird, durch Betätigung des Bremspedals unmittelbar Druckaufbau im Bremssystem zu erreichen.
-
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläuter. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
-
1 ein hydraulisches Schaltbild eines Brake-by-Wire-Bremssystems in einer bevorzugten Ausführungsform im stromlosen Zustand, mit einem Pedalwegsimulator mit einem Pedalwegkolben und einem Simulatordruckkolben, mit einer Pedalwegkammer und einer Simulatordruckkammer, mit einer Bremsdruckkammer, mit einer elektrisch ansteuerbaren Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau in der Bremsdruckkammer, und mit einem Reservoir für Bremsflüssigkeit,
-
2 das Bremssystem aus 1 in einem Zustand unmittelbar nach der Initialisierung,
-
3 das Bremssystem aus 1 und 2 im normalen Betriebszustand bei einer leichten Betätigung des Bremspedals,
-
4 das Bremssystem aus den 1 bis 3 bei starker Betätigung des Bremspedals, und
-
5 das Bremssystem aus den 1 bis 4 im Rückfallmodus während des Resets des Pedalwegsimulators.
-
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Das in 1 dargestellte Brake-by-Wire-Bremssystem 2 umfasst einen Pedalwegsimulator 8, in den eine Pedalstange 14 eingeführt ist, die über ein Bremspedal (nicht eingezeichnet) innerhalb des Pedalwegsimulators 8 verschoben wird. Der Pedalwegsimulator 8 ist in einem Gehäuse 20 eingefasst. Das Bremssystem 2 umfasst weiterhin eine Kompensationsdruckkammer 26 und eine davon durch Dichtungen 28 strömungsmäßig getrennte Zentraldruckkammer 32. Für den Druckaufbau in den Radbremsen (nicht eingezeichnet) ist eine Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau 38 vorgesehen. Die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau 38 umfasst eine Druckaufbaukammer 40, in der Bremsflüssigkeit vorhanden ist, und in die ein Kolben 42 (beispielsweise über einen elektrisch ansteuerbaren Elektromotor) verschoben werden kann. Die Ansteuerung der Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau 38 erfolgt über eine elektronische Steuereinheit (ECU) 48. Durch den Druckaufbau in der Druckaufbaukammer 40 wird während eines Bremsvorgangs in einer Bremsdruckkammer 44 Druck aufgebaut. Das Bremssystem 2 umfasst ferner einen Tandemhauptzylinder 50 sowie ein Reservoir für Bremsflüssigkeit 52. In der 1 kennzeichnen Reservoirverbindungen 54 jeweils eine strömungsmäßige Verbindung zum Reservoir 52.
-
Der Pedalwegsimulator 8 umfasst einen Pedalwegkolben 56 und eine in Stoßrichtung 76 der Pedalstange 14 dahinter liegende Pedalwegkammer 62 sowie einen in Stoßrichtung 76 dahinter liegenden Simulatordruckkolben 68 und eine Simulatordruckkammer 74. Zwischen Pedalwegkolben 56 und Simulatordurckkolben 68 ist ein konusförmiges Simulatorelement 78 angeordnet, über das der Pedalwegkolben 56 Druck auf den Simulatordruckkolben 68 ausübt. Dadurch wird eine Pedalkraftwegcharakteristik wie bei einem normalen, z. B. hydraulischen, Bremssystem erzeugt.
-
Bei einer Bewegung der Pedalstange 14 aufgrund einer Betätigung des Bremspedales in Stoßrichtung 76 werden sowohl der Pedalwegkolben 56 als auch der in Stoßrichtung 76 dahinter liegende Simulatordruckkolben 68 in Stoßrichtung 76 bewegt. In der mit Bremsflüssigkeit gefüllten Simulatordruckkammer 74 baut sich auf diese Weise Druck auf.
-
Der Pedalwegsimulator 8 umfasst einen oder mehrere Pedalwegsensoren 80 sowie wenigstens einen Drucksensor 86, der den Druck innerhalb der Simulatordruckkammer 74 misst. Die elektronische Steuereinheit 48 ist signaleingangsseitig mit dem wenigstens einen Pedalwegsensor 80 und dem wenigstens einen Drucksensor 86 verbunden. Aus dem Pedalweg und/oder dem in der Simulatordruckkammer 74 gemessenen Druck ermittelt die elektronische Steuereinheit 48 ein Sollbremsmoment und steuert zum aktiven Druckaufbau die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau 38 an. Diese Ansteuerung erfolgt in der Weise, dass in der Druckaufbaukammer 40 und damit in der Bremsdruckkammer 44 gerade der Druck aufgebaut wird, durch den das gewünschte Bremsmoment bzw. Verzögerungsmoment realisiert wird.
-
Der Tandemhauptzylinder 50 umfasst zwei Kolben 88, 90, die bei Druckaufbau in der Bremsdruckkammer 44 in Stoßrichtung 76 in Bewegung gesetzt werden. Die zugehörigen Bremskammern sind über hydraulische Leitungen 92, 93 mit den jeweiligen Bremskreisen (für Kraftfahrzeuge sind zwei unabhängige Bremskreise gesetzlich vorgeschrieben) verbunden. Die Druckaufbaukammer 40 ist über eine hydraulische Leitung 94 mit der Bremsdruckkammer 44 verbunden. In die hydraulische Leitung 94 ist ein hydraulisch kontrolliertes Ventil 100 geschaltet. Dieses hydraulisch kontrollierte Ventil 100 ist über eine hydraulische Leitung 102 mit der Zentraldruckkammer 32 verbunden. Bei vorgegebenem Druck in der Zentraldruckkammer 32 öffnet das hydraulisch kontrollierte Ventil 100 und sorgt somit für eine strömungsmäßige Verbindung zwischen Druckaufbaukammer 40 und Bremsdruckkammer 44 über die hydraulische Leitung 94.
-
Das Brake-by-Wire-Bremssystem 2 ist in besonderem Maße dazu ausgelegt, dem Führer des Fahrzeuges im Fall eines Ausfalls des Bremssystems und eines Wechsels des Bremssystems vom normalen Betriebszustand in den Rückfallmodus unmittelbar eine muskelkraftbetriebene Verzögerung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Das Auftreten eines Lost Travels, d. h. einer Pedalwegstrecke, die das Pedal zurücklegt, ohne dass nennenswert Druck im Bremssystem aufgebaut wird, wird konsequent vermieden. Dazu ist eine Reservoirleitung 140 vorgesehen, die die Pedalwegkammer 62 mit dem Reservoir 52 über die Reservoirverbindung 54 verbindet. In die Reservoirleitung 140 ist ein SG-Reservoirventil 146 geschaltet. Weiterhin ist eine von der Reservoirleitung 140 abzweigende Rückfallleitung 152 vorgesehen, die die Pedalwegkammer 62 mit der Bremsdruckkammer 44 verbindet. In die Rückfallleitung 152. ist zwischen Pedalwegkammer 62 und Bremsdruckkammer 44 ein SO-Rückfallventil 158 geschaltet. Die Funktionsweise dieser Ventile und ihr Zusammenspiel mit den anderen Komponenten des Bremssystems 2 werden später anhand der 1 und der folgenden Figuren beschrieben.
-
Das Bremssystem 2 weist weiterhin eine Simulatorkompensationsleitung 170 auf sowie eine darin mündende Pedalwegkompensationsleitung 176. Die Kompensationsleitungen 170, 176 münden in die Kompensationsdruckkammer 26, welche über eine hydraulische Leitung 184 strömungsmäßig mit der Druckaufbaukammer 40 verbunden ist. In die hydraulische Leitung 184 ist ein SO-Kompensationsventil 182 geschaltet. Die Druckaufbaukammer 40 ist über eine hydraulische Leitung 186 über die Reservoirverbindung 54 mit dem Reservoir 52 verbunden. In die hydraulische Leitung 186 ist ein Druckaufbauventil 190 geschaltet, welches im stromlosen Zustand offen ist. Das Bremssystem 2 umfasst weiterhin ein SG-Ventil 200 sowie ein SO-Ventil 210.
-
Der in 1 dargestellte Zustand des Bremssystems 2 entspricht seinem stromlosen Zustand. Dies betrifft im Wesentlichen die Ventilstellungen. Diese Ventilstellungen stimmen mit den Ventilstellungen überein, die das Bremssystem beispielsweise bei einem Ausfall des Bordnetzes bzw. der Spannungsversorgung einnimmt.
-
Im stromlosen Zustand ist die Verbindung zwischen Pedalwegkammer 62 und Reservoir 52 über die Reservoirleitung 140 durch das SG-Reservoirventil 146, welches stromlos geschlossen ist, gesperrt. Sowohl die Pedalwegkammer 62 als auch die Simulatordruckkammer 68 sind aber strömungsmäßig mit dem Reservoir 52 über die Kompensationsleitungen 170, 176 verbunden, da sowohl das SO-Kompensationsventil 182 als auch das Druckaufbauventil 190 geöffnet sind. Da in diesem Zustand noch kein nennenswerter Druck in der Zentraldruckkammer 32 vorherrscht, ist das hydraulisch kontrollierte Ventil 100 geschlossen, so dass keine strömungsmäßige Verbindung zwischen Druckaufbaukammer 40 und Bremsdruckkammer 44 gegeben ist.
-
Während der Initialisierungsphase des Bremssystems 2 werden das SO-Kompensationsventil 182, das Druckaufbauventil 190 sowie das SO-Rückfallventil 158 geschlossen. Der Kolben 42 wird während der Initialisierung aktiviert und das SG-Ventil 200 wird für eine kurze Zeit geöffnet und dann wieder geschlossen, so dass sich in der Zentraldruckkammer 32 Druck aufbauen kann. Die Öffnungszeit muss dabei ausreichend groß sein, um die Kolbenbewegung festzulegen, beispielsweise etwa 100 ms. Der sich aufgebaute Druck in der Zentraldruckkammer 32 führt dann dazu, dass sich das hydraulisch kontrollierte Ventil 100 öffnet und eine strömungsmäßige Verbindung zwischen der Druckaufbaukammer 40 und der Bremsdruckkammer 44 herstellt. Weiterhin wird während der Initialisierungsphase das SG-Reservoirventil 146 geöffnet, so dass nun eine strömungsmäßige Verbindung zwischen Reservoir 52 (über die Reservoirverbindung 54) und Pedalwegkammer 62 gegeben ist.
-
Der Zustand des Bremssystems nach der erfolgten Initialisierung ist in 2 dargestellt. Das den Pedalwegsimulator 8 umfassende Gehäuse 20 wird aufgrund des Druckes in der Zentraldruckkammer 32 in seiner Stellung gehalten.
-
3 zeigt das Bremssystem 2 im normalen Betriebszustand während das Bremspedal leicht betätigt wird. Durch die Betätigung des Bremspedals wird die Pedalstange 14 geringfügig in Stoßrichtung 76 bewegt. Durch die Bewegung der Pedalstange 14 wird Druck auf den Pedalwegkolben 56 ausgeübt, der wiederum Druck auf den Simulatordruckkolben 68 ausübt. Die jeweilige Bewegung dieser Kolben 56 und 68 verschließt jeweils den Zugang der Pedalwegkammer 62 bzw. der Simulatordruckkammer 74 zu der jeweiligen Kompensationsleitung 176 bzw. 170. Während die Pedalwegkammer 62 noch über die Reservoirleitung 140 mit dem Reservoir 52 verbunden ist (das SG-Reservoirventil 146 ist geöffnet), besteht in diesem Zustand keine Verbindung mehr zwischen Simulatordruckkammer 68 und Reservoir 52.
-
In der Simulatordruckkammer 68 baut sich daher Druck auf, der mit Hilfe des Drucksensors 86 gemessen werden kann. Der gemessene Druck kann von der elektronischen Steuereinheit 48 genutzt werden, um die über den oder die Pedalwegsensoren 80 übermittelten Informationen zu überprüfen und um sie einem Konsistenzcheck zu unterziehen. Die Signale des Drucksensors 86 können auch für sich genommen oder zusammen mit den Messwerten der Pedalwegsensoren 80 zur Ermittlung eines Sollbremsmomentes verarbeitet werden. Der ermittelte Druckwert kann auch in Kombination zu den Pedalweginformationen verwendet werden, um den Fahrerbremswunsch bzw. das Sollbremsmoment zu ermitteln. In Abhängigkeit von dem durch die elektronische Steuereinheit 48 ermittelten Sollbremsmoment steuert die elektronische Steuereinheit (ECU) 48 die Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau 38 an, um in der Druckaufbaukammer 40 Druck aufzubauen. Dazu wird der Kolben 42 entgegengesetzt zur Stoßrichtung 76 bewegt, so dass über die hydraulische Leitung 94 Bremsflüssigkeit aus der Druckaufbaukammer 40 in die Bremsdruckkammer 44 gelangen kann, wodurch sich der Druck in der Bremsdruckkammer 44 erhöht. Da die Pedalwegkammer 62, wie oben erwähnt, weiterhin mit dem Reservoir 52 in Verbindung steht, bildet sich in ihr kein Druck aus.
-
Der Zustand des Bremssystems bei im Wesentlichen voller Pedalbetätigung ist in 4 dargestellt. Bremsdruckkammer 44 und Druckaufbaukammer 40 stehen unter hohem Druck. Die Pedalstange 14 ist weit in Stoßrichtung 76 in den Pedalwegsimulator 8 hinein bewegt. Dies trifft auch auf den Pedalwegkolben 56 zu. Führt nun ein Stromausfall, ein Ausfall der Spannungsversorgung oder ein Ausfall anderer Komponenten dazu, dass das Bremssystem 2 von diesem Zustand mit im Wesentlichen vollständig heruntergedrücktem Bremspedal in den Rückfallmodus wechselt, nehmen die Ventile wieder ihren Zustand ein, den sie bei dem in 1 dargestellten stromlosen Zustand haben.
-
Der Zustand des Bremssystems im Rückfallmodus bzw. während eines Resets des Pedalwegsimulators 8 ist in 5 dargestellt. Die Verbindung zwischen Druckaufbaukammer 40 und Bremsdruckkammer 44 ist nun durch das hydraulisch kontrollierte Ventil 100 versperrt. Durch das Öffnen des SO-Ventils 210 hat sich nämlich bei Eintreten des Rückfallzustandes der Druck in der Zentraldruckkammer 32 durch die Verbindung zum Reservoir 52 abgebaut. Durch das SG-Reservoirventil 146 ist nun die Verbindung zwischen der Pedalwegkammer 62 und dem Reservoir 52 getrennt. Andererseits ist das SO-Rückfallventil 158 im Rückfallmodus nun geöffnet, so dass über die Rückfallleitung 152 eine strommäßige Verbindung zwischen Pedalwegkammer 62 und Bremsdruckkammer 44 realisiert ist.
-
Dem Fahrer steht auf diese Weise nach Ausfall des Bremssystems 2 bzw. nach seinem Wechsel in den Rückfallmodus unmittelbar ein Bremsflüssigkeitsvolumen, nämlich die Bremsflüssigkeit, die sich in der Pedalwegkammer 62 befindet, zur Verfügung, um weiter Druck auf die Bremsen auszuüben.
-
Durch die Stellung des Pedalwegkolbens 46 ist auch eine strommäßige Verbindung der Pedalwegkammer 62 zum Reservoir über die Pedalwegkompensationsleitung 146 getrennt. Durch das dargestellte Umschalten der Ventile im Rückfallmodus wird somit ein Lost Travel, also ein Pedalweg, der nicht zu einem Druckaufbau in den Bremsen führt, eliminiert.
-
Die im Bremssystem 2 gespeicherte Energie, die sich in dem Vorhandensein eines Druckes in der Bremsdruckkammer 44 äußert, kann nun auch verwendet werden, um das Bremspedal in seinen Ausgangszustand zu versetzen. Gleichzeitig spürt der Fahrer unmittelbar einen Druck im Bremspedal, so dass er die Gewissheit hat, dass ein Druck auf das Bremspedal zu einer weiteren Verzögerung des Fahrzeuges führt. Erst wenn das Bremspedal bzw. die Pedalstange 14 wieder an ihrem Ausgangspunkt angekommen ist, der der Nichtbetätigung des Pedals entspricht, sind durch die Simulatorkompensationsleitung 170 und die Pedalwegkompensationsleitung 176 strommäßige Verbindungen zwischen den Kammern 62 und 74 und dem Reservoir 52 wieder hergestellt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 2
- Bremssystem
- 8
- Pedalwegsimulator
- 14
- Pedalstange
- 20
- Gehäuse
- 26
- Kompensationsdruckkammer
- 28
- Dichtung
- 32
- Zentraldruckkammer
- 38
- Vorrichtung zum aktiven Druckaufbau
- 40
- Druckaufbaukammer
- 42
- Kolben
- 44
- Bremsdruckkammer
- 48
- elektronische Steuereinheit (ECU)
- 50
- Tandemhauptzylinder
- 52
- Reservoir
- 54
- Reservoirverbindung
- 56
- Pedalwegkolben
- 62
- Pedalwegkammer
- 68
- Simulatordruckkolben
- 74
- Simulatordruckkammer
- 76
- Stoßrichtung
- 78
- Simulatorelement
- 80
- Pedalwegsensor
- 86
- Drucksensor
- 88
- Kolben
- 90
- Kolben
- 92
- hydraulische Leitung
- 93
- hydraulische Leitung
- 94
- hydraulische Leitung
- 100
- hydraulisch kontrolliertes Ventil
- 102
- hydraulische Leitung
- 108
- hydraulische Leitung
- 140
- Reservoirleitung
- 146
- SG-Reservoirventil
- 152
- Rückfallleitung
- 158
- SO-Rückfallventil
- 170
- Simulatorkompensationsleitung
- 176
- Pedalwegkompensationsleitung
- 182
- SO-Kompensationsventil
- 184
- hydraulische Leitung
- 186
- hydraulische Leitung
- 190
- Druckaufbauventil
- 200
- SG-Ventil
- 210
- SO-Ventil
