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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Fahrzeug.
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Grundsätzlich wird bei Bremssystemen für Fahrzeuge in sogenannte Fremdkraftbremssysteme und Hilfskraftbremssysteme unterschieden.
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Bei Fremdkraftbremssystemen wird der Hauptbremszylinder, welcher mit den Radbremszylindern hydraulisch verbunden ist, ohne direkte Übertragung der Fußkraft des Fahrers auf diesen zum Beaufschlagen der Radbremszylinder mit Hydraulikflüssigkeit betätigt. Ein solches Fremdkraftbremssystem ist beispielsweise in der
DE 10 2004 025 638 A1 beschrieben.
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Im Unterschied dazu wird bei Hilfskraftbremssystemen ein Bremskraftverstärker eingesetzt, welcher zusätzlich zu der Fußkraft des Fahrers auf den Hauptbremszylinder wirkt, um die Radbremszylinder mit Hydraulikflüssigkeit zu beaufschlagen. Ein solches Hilfskraftbremssystem ist beispielsweise in der
DE 103 18 850 A1 beschrieben.
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Vorteile der Erfindung
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Das in dem Anspruch 1 definierte Bremssystem bietet gegenüber herkömmlichen Lösungen den Vorteil, dass bei normalen Bremsvorgängen die Druckbereitstellungseinrichtung die erforderliche Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen unabhängig von der Fußkraft des Fahrers an den Radbremszylindern bereitstellt. Lediglich bei hochdynamischen Bremsvorgängen stellt der Fahrer mittels seiner Fußkraft die erforderliche Hydraulikflüssigkeit an den Radbremszylindern zunächst bereit, bis die Druckbereitstellungseinrichtung ihre Trägheit überwunden hat und hiernach wiederum die Druckbereitstellungseinrichtung die erforderliche Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen unabhängig von der Fußkraft des Fahrers an den Radbremszylindern bereitstellt. Mit ”hochdynamischen Bremsvorgängen” sind solche Bremsvorgänge gemeint, bei welchen ein sehr hohes Bremsmoment innerhalb sehr kurzer Zeit benötigt wird.
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Außerdem ist bei der erfindungsgemäßen Lösung kein Pedalsimulator erforderlich, um dem Fahrer das typische Bremsgefühl an dessen Fuß zu vermitteln, da der Fahrer ständig mit dem Kolben des Hauptbremszylinders mechanisch verbunden ist.
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Somit verbindet die erfindungsgemäße Lösung die Vorteile eines Fremdkraftbremssystems mit denen eines Hilfskraftbremssystems.
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Die in den jeweiligen Unteransprüchen aufgeführten Merkmale beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Gegenstands der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 schematisch ein Bremssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung des Hauptbremszylinders;
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3 perspektivisch zu einer handhabbaren Einheit zusammengefasste Komponenten aus 1;
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4 schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung der Druckbereitstellungseinrichtung;
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5 schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung mit einer Schnüffelleitung und einem Rückschlagventil; und
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6 schematisch eine gegenüber 5 alternative Ausgestaltung mit einem 4/2-Wegeventil.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder funktionsgleiche Elemente, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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1 zeigt schematisch ein Bremssystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Das Bremssystem 1 wird bevorzugt bei einem nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeug eingesetzt.
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Das Bremssystem 1 weist einen Hauptbremszylinder 2 mit zwei ersten Kammern 3 auf, welche jeweils mit zwei Radbremszylindern 7 zum Abbremsen von Rädern 4 des Kraftfahrzeugs mittels Leitungen 5 hydraulisch verbunden sind. Jede der Leitungen 5 ist mittels eines Einlassventils 6 mit einem Radbremszylinder 7 verbunden. Die Einlassventile 6 können als 2/2-Wegeventile ausgebildet sein, welche stromlos offen sind. Jede der Leitungen 5 kann verzweigt ausgebildet sein, um zwei Radbremszylinder 7 mit Hydraulikflüssigkeit zu versorgen. Die Radbremszylinder 7 sind jeweils weiterhin mittels einer Leitung 8 und eines Auslassventils 9 mit einem Tank 16 hydraulisch verbunden. Die Auslassventile 9 können als 2/2-Wegeventile ausgebildet sein, welche stromlos geschlossen sind. Mittels der Einlass- und Auslassventile 6, 9 wird der an den Radbremszylindern 7 anstehende Druck gesteuert, und damit das erzeugte Bremsmoment.
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Ferner weist das Bremssystem 1 eine Betätigungseinrichtung 11 für ein mechanisches Wirken des Fahrers auf einen Kolben 12 des Hauptbremszylinders 2 auf, um dadurch Hydraulikflüssigkeit in den ersten Kammern 3 des Hauptbremszylinders 2 unter Druck zu setzen. Die Betätigungseinrichtung 11 kann sich beispielsweise aus einem Pedal 13 und einer dieses mit dem Kolben 12 mechanisch verbindenden Pedalstange 14 zusammensetzen.
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Darüber hinaus weist das Bremssystem 1 eine Druckbereitstellungseinrichtung 15 auf, welche mit den ersten Kammern 3 des Hauptbremszylinders 2 hydraulisch verbunden ist und zum Betätigen der Radbremszylinder 7 diesen durch die ersten Kammern 3 des Hauptbremszylinders 2 hindurch Hydraulikflüssigkeit zuführt. Die Druckbereitstellungseinrichtung 15 kann den Tank 16, eine beispielsweise mittels eines Elektromotors 17 angetriebene Pumpe 21, einen Druckspeicher 22 und zwei Steuerventile 23 aufweisen. Die Pumpe 21 lädt den Druckspeicher 22 mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 auf. Jedes der stromlos geschlossenen Steuerventile 23 führt mittels einer Leitung 24 Hydraulikflüssigkeit einer jeweiligen ersten Kammern 3 zu.
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Der Kolben 12 des Hauptbremszylinders 2 weist zwei fest mit einem Stangenelement 25 des Kolbens 12 verbundene Trennelemente 26 auf. Die Trennelemente 26 unterteilen jeweils ein geschlossenes Zylindergehäuse 27 in die erste Kammer 3 und eine zweite Kammer 31, d. h. ein jeweiliges Trennelement 26 begrenzt an seiner einen Seite 33 die erste Kammer 3 und an seiner anderen Seite 34 die zweite Kammer 31. Die Seiten 33 und 34 sind vorliegend als Ringflächen ausgebildet. Die geschlossenen Zylindergehäuse 27 werden lediglich von dem Stangenelement 25 durchbrochen, welches an seinem einen Ende 35 mit der Pedalstange 14 verbunden ist. Weiterhin ist eine Druckfeder 36 vorgesehen, welche zwischen dem Zylindergehäuse 27 und dem anderen Ende 37 des Stangenelements 25 angeordnet ist. Außerdem weist das Stangenelement 25 an dem anderen Ende einen Anschlag 38 auf, welcher eine Bewegung des Stangenelements 25 in einer Richtung, in 1 nach rechts, die eine Vergrößerung der Volumina in den ersten Kammern 3 bewirkt, begrenzt.
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Der Einfachheit halber beziehen sich nachfolgende Erläuterungen – soweit nichts Gegenteiliges ausgeführt ist – lediglich auf den linken Bremskreis in 1, welcher insbesondere die beiden linken Radbremszylinder 7 umfasst, sind aber genauso auf den rechten Bremskreis in 1, welcher insbesondere die beiden rechten Radbremszylinder 7 umfasst, anwendbar.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung 15 ist weiterhin mit der zweiten Kammer 31 hydraulisch verbunden. Dazu zweigt von der Leitung 24 eine Leitung 41 ab, welche zu der zweiten Kammer 31 führt.
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In der Leitung 24 ist ein Ventil 42 angeordnet ist, welches ein Fließen von Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer 3 in die zweite Kammer 31 verhindert. Das Ventil 42 ist beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet.
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Außerdem weist das Bremssystem 1 einen Sensor 43 zum Erfassen eines Fahrerbremssignals, bei welchem es sich beispielsweise um einen Wegsensor handelt, und einen Sensor 44 zum Erfassen des Drucks in der ersten Kammer 44 auf. Die Sensoren 43 und 44 wie auch der Elektromotor 17, die Pumpe 21, die Steuerventile 23, die Einlassventile 6 und die Auslassventile 8 sind mit einer elektronischen Steuer-/Auswerteeinrichtung 45 (auch als Electronic Control Unit bekannt) des Bremssystems 1 signaltechnisch verbunden.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des Bremssystems 1 erläutert:
Bei normalen Bremsvorgängen erfasst der Sensor 43 einen Fahrerbremswunsch mittels Erfassens der Stellung des Pedals 13, woraufhin die Steuer-/Auswerteeinrichtung 45 die Steuerventile 23 öffnet. Hierauf fließt Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher 22 im Wesentlichen unabhängig von der Fußkraft des Fahrers durch die erste Kammer 3 in den Radbremszylinder 7, wodurch das Kraftfahrzeug abbremst. Die Steuer-/Auswerteeinrichtung 45 steuert die Steuerventile 23 auch in Abhängigkeit von dem mittels des Sensors 44 in der ersten Kammer 3 erfassten Drucks. Bei langen Bremsvorgängen kann die Pumpe 21 die ersten Kammern 3 bzw. die Radbremszylinder 7 auch direkt mit Hydraulikflüssigkeit versorgen, um eine vollständige Entleerung des Druckspeichers 22 zu vermeiden.
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Ein derartiger, normaler Bremsvorgang kann auch ohne Fahrerbremswunsch von der Steuer-/Auswerteeinrichtung 45 selbst ausgelöst werden. Dies kann beispielsweise in einem Modus zur Regelung der Fahrdynamik (Elektronisches Stabilitätsprogramm, kurz als ESP bezeichnet) und/oder einem Modus zur Regelung des Abstands zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder dergleichen erfolgen.
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Ferner kann das Bremssystem 1 beispielsweise mittels entsprechender Ansteuerung der Druckbereitstellungseinrichtung 15 den an den Radbremszylindern 7 anstehenden Druck entgegen einem Fahrerbremswunsch reduzieren. Dies kann beispielsweise in einem Anti-Blockier-Modus (kurz als ABS-Modus bezeichnet) der Fall sein.
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Der von dem Fahrer aufgebrachten Pedalkraft wirkt der auf die Kreisfläche 46 an dem anderen Ende 37 der Pedalstange 25 wirkende Druck innerhalb der ersten, in 1 linken Kammer 3 entgegen. Außerdem wirkt der Pedalkraft ein auf eine Ringfläche 47 einer Schulter 48 in der Pedalstange 25 wirkende Druck innerhalb der ersten, in 1 rechten Kammer 3 entgegen. Somit kann dem Fahrer einfach das typische Bremsgefühl vermittelt werden. Dieses lässt sich ferner durch entsprechende Dimensionierung der Kreisfläche 46 und/oder der Ringfläche 47 einstellen. Der vom Fahrer mittels der Kreisfläche 46 und der Ringfläche 47 aufgebrachte Druck an den jeweiligen Radzylindern 7 ist bei den erwähnten normalen Bremsvorgängen im Verhältnis zu dem von der Druckbereitstellungseinrichtung 15 aufgebrachten Druck sehr klein. Es sei darauf hingewiesen, dass wegen der Leitungen 24 und 41 an den Ringflächen 33 und 34 des Trennelements 26 der gleiche Druck ansteht und deshalb selbst ein hoher Druck in der ersten Kammer 3 keine erhebliche Rückwirkung auf den Fuß des Fahrers hat.
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Bei einem hochdynamischen Bremsvorgang dagegen ist es insbesondere auf Grund langer Signallaufzeiten von den Sensoren 43 und 44 zu der Steuer-/Auswerteeinrichtung. 45 sowie der Trägheit der Druckbereitstellungseinrichtung 15, nicht möglich, die Steuerventile 23 schnell genug zu öffnen, um den Radbremszylindern 7 ein ausreichendes Volumen an Hydraulikflüssigkeit zuzuführen. In diesem Fall stellt der Fahrer mittels seiner Fußkraft die erforderliche Hydraulikflüssigkeit an den Radbremszylindern 7 zunächst bereit. Dabei schließt das Ventil 42, sodass keine Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Kammer 3 in die zweite Kammer 31 und/oder zurück in die Druckbereitstellungseinrichtung 15 fließen kann. Sodann wirkt der Fahrer mittels der Ringfläche 33 und der Kreisfläche 46 auf die Hydraulikflüssigkeit, um den erforderlichen Druck an den Radbremszylindern 7 bereitzustellen (linker Bremskreis in 1). Entsprechend wirkt der Fahrer in dem in 1 rechts dargestellten Bremskreis mittels der Ringflächen 33 und 47 auf die Hydraulikflüssigkeit.
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Sobald dann die entsprechenden Signallaufzeiten beendet sind und die Druckbereitstellungseinrichtung 15 ihre Trägheit überwunden hat, stellt die Druckbereitstellungseinrichtung 15 die erforderliche Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen unabhängig von der Fußkraft des Fahrers an den Radbremszylindern 7 bereit, wie oberhalb beschrieben.
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Dadurch, dass die Druckbereitstellungseinrichtung 15 jeweils einen Ausgang in Form eines Steuerventils 23 für jeweils einen Bremskreis beinhaltet, kann, falls einer der Sensoren 44 eine Leckage in einem der beiden Bremskreise sensiert, der defekte Bremskreis mittels Schließens des entsprechenden Steuerventils 23 abgesperrt werden, sodass dem Fahrer weiterhin ein verstärkter Bremskreis zur Verfügung steht.
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In dem Fall, dass das Bordnetz des Fahrzeugs ausfällt, sind die Steuerventile 23 geschlossen, weshalb die Druckbereitstellungseinrichtung 15 dann von den Kammern 3 des Hauptzylinders 2 hydraulisch getrennt ist. Der Fahrer wirkt in diesem Fall mittels des Pedals 13 und dem Kolben 12 auf die Hydraulikflüssigkeit in den ersten Kammern 3, um den erforderlichen Druck an den Radbremszylindern 7 bereitzustellen, wie bereits oberhalb für den hochdynamischen Bremsvorgang beschrieben.
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Das Bremssystem 1 ist besonders für einen Einsatz bei einem Elektrofahrzeug oder Hydridfahrzeug geeignet, wofür keine zusätzlichen Komponenten vorgesehen werden müssen. Beispielsweise kann einer der beiden Bremskreise an eine elektromotorisch bebremste Achse angeschlossen sein. Der Übergang zwischen den Bremsarten, also beispielsweise Bremsen mit und ohne Rekuperation, und die damit einhergehenden Bremsdruckänderungen (Blending) werden mittels der Steuerventile 23, den Einlass- und/oder Auslassventilen 6, 9 fahrerunabhängig dargestellt.
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2 zeigt schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung des Hauptbremszylinders 2.
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Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 das Trennelement 26' auf dem Stangenelement 25 schwimmend gelagert. D. h., dass sich das Trennelement 26' in axialer Richtung X entlang des Stangenelements 25 bewegen kann. Damit entfällt das Erfordernis, die zweite Kammer 31 mit der Druckbereitstellungseinrichtung 15 hydraulisch zu verbinden, um einen Druckausgleich zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 31 zu schaffen. Die zweite Kammer 31 ist mit Hydraulikflüssigkeit befüllt. Zwischen einem an dem Stangenelement 25 angeformten Ansatz 51 und/oder dem Anschlag 38 und dem Trennelement 26' ist eine Druckfeder 52 angeordnet.
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Im Falle eines hochdynamischen Bremsens drückt der Fahrer mittels des Ansatzes 51 und der Druckfeder 52 auf das Trennelement 26' und setzt somit die Hydraulikflüssigkeit in der ersten, in 2 linken Kammer 3 unter Druck. Entsprechend drückt der Fahrer mittels des Anschlags 38 und der Druckfeder 52 auf das Trennelement 26 und setzt somit die Hydraulikflüssigkeit in der ersten, in 2 rechten Kammer 3 unter Druck.
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Im Übrigen besteht Übereinstimmung zwischen den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2.
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3 zeigt perspektivisch zu einer handhabbaren Einheit 53 zusammengefasste Komponenten aus 1.
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Die handhabbare Einheit 53 umfasst beispielsweise den Hauptbremszylinder 2, den Tank 16, den Elektromotor 17, den Druckspeicher 22, die Steuer-/Auswerteeinrichtung 45 sowie einen Modulationsblock 54. In dem Modulationsblock, welcher beispielsweise aus Aluminium gebildet ist, sind insbesondere die Pumpe 21 und die Steuerventile 23 integriert (in 3 nicht dargestellt). Die genannten Komponenten 2, 16, 17, 22, 45, 54 sind fest aneinander befestigt.
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Eine derartige Einheit 53 kann einfach von einer Person aufgenommen und in das Kraftfahrzeug eingesetzt werden, um diese dort zu verbauen.
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4 zeigt schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung der Druckbereitstellungseinrichtung 15.
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Anstelle der Pumpe 21 in 1, wird bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 eine Pumpe in Form eines Druckzylinders 55 (auch als Plunger bezeichnet) verwendet, wobei eine Kammer 56 des Druckzylinders 55 mit dem Druckspeicher 22 und den Steuerventilen 23 hydraulisch verbunden ist. Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 56 wird von einem Kolben 57 begrenzt und mittels Betätigens desselben unter Druck gesetzt. Der Kolben 57 wird mittels einer Einrichtung 61 betätigt, welche die rotatorische Bewegung des Elektromotors 17 in eine translatorische Bewegung übersetzt. Die Kammer 56 ist mittels einer Schnüffelleitung 62 mit dem Tank 16 verbunden. Erschöpft sich bei langen Regelzeiten, in welchen das Bremssystem 1 in einem ABS-Modus arbeitet, die Hydraulikflüssigkeit in der Kammer 56, wird der Kolben 57 zurückgezogen und die Kammer 56 wieder mit Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 mittels der Schnüffelleitung 62' befüllt.
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Im Übrigen besteht Übereinstimmung zwischen den Ausführungsbeispielen nach 1 und 4.
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5 zeigt schematisch eine gegenüber 1 alternative Ausgestaltung mit einer Schnüffelleitung 63 und einem Rückschlagventil 64.
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Die Schnüffelleitung 63 verbindet mittels des Rückschlagventils 64 die erste Kammer 3 mit dem Tank 16. Das Rückschlagventil 64 lässt lediglich ein Nachfließen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 in die erste Kammer 3 zu und nicht umgekehrt, also nicht von der ersten Kammer 3 in den Tank 16.
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Somit kann, wenn die Steuerventile 23 geschlossen, also stromlos, sind und ein größeres Volumen an Hydraulikflüssigkeit in dem Bremskreis benötigt wird, beispielsweise bei verschlissenen Bremsbelägen, das fehlende Volumen an Hydraulikflüssigkeit mittels der Schnüffelleitung 63 und dem Rückschlagventil 64 aus dem Tank 16 in die erste Kammer 3 nachgeführt werden.
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Im Übrigen besteht Übereinstimmung zwischen den Ausführungsbeispielen nach 1 und 4.
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6 zeigt schematisch eine gegenüber 5 alternative Ausgestaltung mit einem 4/2-Wegeventil 64'.
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Das 4/2-Wegeventil 64' ist stromlos offen vorgesehen und wird derart angesteuert, dass es dann schließt, wenn ein Fahrerbremssignal erfasst wird oder ein fahrerunabhängiges Bremsen, beispielsweise in einem ESP-Modus, stattfindet. Andernfalls ist das 4/2-Wegeventil 64' offen, wobei es das Nachfließen von Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 in die erste Kammer 3 erlaubt und somit dieselbe Funktion übernimmt wie das Rückschlagventil 64 aus 5.
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Bedingt durch die Bewegung des Kolbens 12 und die Position des Anschlusses der Leitung 63 an dem Zylindergehäuse 27 sind die erste Kammer 3 und die zweite Kammer 31 wechselweise mittels der Leitung 63 und des 4/2-Wegeventil 64' mit dem Tank 16 hydraulisch verbunden. Dadurch, dass das 4/2-Wegeventil 64' stromlos offen ist, kann der Fahrer beispielsweise bei Ausfall des Bordnetzes und entsprechend fehlender Versorgung des 4/2 Wegeventils 64' mit Strom den Kolben 12 problemlos durchdrücken.
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Denn in diesem Fall fließt Hydraulikflüssigkeit aus dem Tank 16 durch das 4/2-Wegeventil 64' in die zweite Kammer 31 nach und gibt somit die Bewegung des Kolbens 12 frei.
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Selbstverständlich kann anstelle des 4/2-Wegeventils 64' auch ein anderes Ventil eingesetzt werden.
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Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen vorliegend konkret beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Ferner sei darauf hingewiesen, dass ”ein” vorliegend keine Vielzahl ausschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004025638 A1 [0003]
- DE 10318850 A1 [0004]
