DE102011082318A1

DE102011082318A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102011082318A1
Application number: DE201110082318
Authority: DE
Inventors: Harald Biller
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Eine Bremsanlage (2) für Kraftfahrzeuge mit einem Hauptbremszylinder (8) mit einer Hauptbremszylinderkammer (32) und einem Hauptkolben (26), der durch Betätigung eines verschiebbaren Bremsbetätigungselementes (20) in der Hauptbremszylinderkammer (32) verschoben wird, wodurch Druckmittel aus der Hauptbremszylinderkammer (32) in einen ersten und einen zweiten Bremskreis (I, II) verschoben wird, und wobei eine Druckbereitstellungsvorrichtung (70) vorgesehen ist, welche zur Fremdbetätigung des Hauptbremszylinders (8) Druckmittel aus einer Druckkammer (82) in einen Zwischenraum (106), insbesondere auf der der Hauptbremszylinderkammer (32) abgewandten Seite des Hauptkolbens (26), des Hauptbremszylinders (8) drückt, soll das Verhalten gegenüber herkömmlichen Bremsanlagen bei Ausfall der Energieversorgung und bei Leckage in einem Bremskreis zu verbessern. Dazu ist eine Zusatzdruckaufbauvorrichtung (140) vorgesehen, durch die in dem jeweiligen Bremskreis (I, II) durch mechanische Betätigung zusätzlicher Druck hydraulisch aufgebaut werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einem Hauptbremszylinder mit einer Hauptbremszylinderkammer und einem Hauptkolben, der durch Betätigung eines verschiebbaren Bremsbetätigungselementes in der Hauptbremszylinderkammer verschoben wird, wodurch in mit einem ersten und einem zweiten Bremskreis verbundenen Radbremsen Druck aufgebaut werden kann, und wobei eine Druckbereitstellungsvorrichtung vorgesehen ist, welche zur Unterstützung der Fahrerbetätigung oder zur Fremdbetätigung des Hauptbremszylinders Druckmittel aus einer Druckkammer in einen Zwischenraum, insbesondere auf der der Hauptbremszylinderkammer abgewandten Seite des Hauptkolbens, des Hauptbremszylinders drückt.
Durch die Druckbereitstellungsvorrichtung, die bei Bedarf zur Betätigung des Hauptbremszylinders angesteuert werden kann, ist in einer derartigen Bremsanlage ein Bremskraftverstärker für die Normalbetriebsart der Bremsanlage realisiert. Im Gegensatz zu vielen üblichen Hydraulikverstärkern handelt es sich dabei nicht um einen Volumenverstärker, sondern um einen Kraftverstärker. Wie bei einem E-Booster ist der Zusammenhang zwischen der Verschiebung des Bremsbetätigungselementes, beispielsweise dem Pedalweg, und dem in die Radbremsen verschobenen Volumen fest. Dies liegt daran, dass durch Verschiebung des Bremsbetätigungselementes der Hauptkolben aus der Hauptbremszylinderkammer Druckmittel drückt, wobei jedem Verschiebeweg auf diese Weise ein bestimmtes Volumen zugeordnet ist. Auf der anderen Seite ist bei dieser Art von Verstärkung die Kraft-Weg-Linie des Pedals frei programmierbar. Die Festlegung der Kraft-Weg-Kennlinie geschieht dadurch, dass einem vorgegebenen Verschiebeweg jeweils eine Stärke des Druckaufbaus durch die Druckbereitstellungsvorrichtung zugeordnet wird. Auf diese Weise kann festgelegt werden, wie viel Kraft jeweils von dem Fahrer aufgebracht werden muss, und wie viel Kraft mit Hilfe der Druckbereitstellungsvorrichtung aufgebracht wird. Auf diese Weise ist das gewünschte Pedalgefühl eines heutigen Bremssystems darstellbar, insbesondere auch die so genannte Springerfunktion, durch die der Fahrer bei größer werdendem Pedalweg nicht mehr Kraft aufwenden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verhalten einer derartigen Bremsanlage mit Bremsverstärkungsfunktion gegenüber herkömmlichen Bremsanlagen bei Ausfall der Energieversorgung und bei Leckage in einem Bremskreis zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Zusatzdruckaufbauvorrichtung vorgesehen ist, durch die in dem jeweiligen Bremskreis durch mechanische Betätigung zusätzlicher Druck hydraulisch aufgebaut werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass in einer oben beschriebenen Bremsanlage im Falle einer Störung der Energieversorgung oder einer Leckage in einem der Bremskreise der Fahrer jederzeit Durchgriff auf die Radbremsen haben sollte, wodurch die Einhaltung von Sicherheitsanforderungen erleichtert wird. Dies sollte in einem derartigen System vorteilhaft realisierbar sein, da in einem derartigen Bremssystem kein Pedalgefühlsimulator eingesetzt wird und der Fahrer zu jedem Zeitpunkt durch Betätigung des Bremsbetätigungselementes selber und gegebenenfalls in seiner Kraft unterstützt durch die Druckbereitstellungsvorrichtung Bremsflüssigkeit in die Radbremsen verschiebt.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann eine derartige Funktionalität dadurch erreicht werden, dass der zusätzliche Aufbau von Druck in den Bremskreisen durch eine mechanische Betätigung einer Zusatzdruckaufbauvorrichtung ermöglicht wird. Ein solches Konzept lässt sich organisch in eine oben beschriebene Bremsanlage einführen, da wie oben bereits dargelegt, der Fahrer zu jedem Zeitpunkt durch aktive Betätigung Bremsmittel in die Bremsen verschieben kann. Ist nun vorgesehen, dass der Fahrer durch mechanische Betätigung zusätzlichen Druck in dem Bremskreis, der nicht von der Leckage betroffen ist, aufbauen kann, wird dem Fahrer hierdurch eine unmittelbare Möglichkeit des weiteren Druckaufbaus zur Verfügung gestellt.
Das Verhalten bei Ausfall der Energieversorgung kann dadurch verbessert werden, dass in diesem Fall die hydraulisch wirksame Fläche des Hauptbremszylinders geeignet umgeschaltet wird. Dazu ist vorteilhafterweise in eine hydraulische Leitung, die die Hauptbremszylinderkammer und den Zwischenraum hydraulisch verbindet, ein stromlos offenes Ventil geschaltet ist und in eine hydraulische Leitung, welche die Druckkammer und den Zwischenraum hydraulisch verbindet, ein stromlos geschlossenes Ventil geschaltet ist, wobei im Normalbetrieb das stromlos offene Ventil und das stromlos geschlossene Ventil geschaltet sind. Vorzugsweise ist der Zwischenraum als Ringraum ausgebildet zwischen einer Innenwand des Hauptbremszylinders und einer Druckstange, die starr oder über eine Kupplung mit dem Hauptkolben verbunden ist.
Bei einem der Ausfall der Energieversorgung wird auf diese Weise die hydraulische Verbindung zwischen der Druckkammer und dem Zwischenraum getrennt, so dass aus dem Zwischenraum kein Druckmittel in die Druckkammer abfließen kann. Zudem wird eine hydraulische Verbindung zwischen der Hauptbremszylinderkammer und dem als Ringraum ausgebildeten Zwischenraum hergestellt. Verschiebt sich nun in diesem Zustand der Hauptkolben in die Hauptbremszylinderkammer, strömt Druckmittel in den vorzugsweise ringraumförmigen Zwischenraum, so dass der hydraulisch wirksame Querschnitt, mit dem Druckmittel aus der Hauptbremszylinderkammer befördert wird, dem der Druckstange entspricht, sofern der äußere Durchmesser des Ringraumes dem des Hauptkolbens entspricht.
Auf diese Weise können die hydraulisch wirksamen Flächen im Normalbetriebszustand und im Falle des Ausfalls der Energieversorgung unterschiedlich gewählt werden und an die speziellen Anforderungen der jeweiligen Betriebssituation in optimierter Weise angepasst werden. Durch die geringere Wirkfläche bzw. den geringeren Querschnitt bei Ausfall der Energieversorgung kann somit der Druck erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Zusatzdruckaufbauvorrichtung einen dem ersten Bremskreis zugeordneten ersten Hilfszylinder und einen dem zweiten Bremskreis zugeordneten zweiten Hilfszylinder, wobei der jeweilige Hilfszylinder eine mit dem jeweiligen Bremskreis hydraulisch verbundene Hilfsdruckkammer und einen mit Hilfe des Hauptbremszylinders hydraulisch durch Druckmittel aus der Druckkammer und/oder durch Betätigung eines Verschiebeelementes verschiebbaren Hilfskolben umfasst, und wobei jeweils bei Verschiebung des Verschiebeelementes oder bei hydraulischer Betätigung der jeweiligen Hilfsdruckkammer Druckmittel in den damit verbundenen Bremskreis verschoben wird.
In der Normalbetriebsart der Bremsanlage wird dabei der jeweilige Hilfszylinder hydraulisch betätigt, das heißt, er wird durch das aus der Hauptbremszylinderkammer in ihn verschobene Druckmittelvolumen betätigt und verschiebt dabei Bremsmittel aus der jeweiligen Hilfsdruckkammer in den jeweiligen Bremskreis. In einer Notbetriebsart kann nun aus der Hilfsdruckkammer in den jeweiligen Bremskreis dadurch Druckmittel verschoben werden, dass der entsprechende Hilfskolben durch mechanische Betätigung eines Verschiebeelementes verschoben wird. Das heißt, der entsprechende Hilfskolben kann durch mechanische Betätigung in Richtung der Hilfsdruckkammer verschoben werden und dadurch Druckmittel in den jeweiligen Bremskreis und die daran angeschlossenen Radbremsen fördern. Auf diese Weise kann der hydraulische Druckaufbau durch mechanische Betätigung realisiert werden.
Zur Betätigung der Verschiebeelemente ist vorteilhafterweise eine mit dem Bremsbetätigungselement, das als Bremspedal ausgestaltet sein kann oder durch ein Bremspedal betätigt werden kann, im Wesentlichen starr verbundene Mitnahmevorrichtung vorgesehen, wobei bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes nach Zurücklegung eines vorgegebenen Leerweges die Mitnahmevorrichtung das jeweilige Verschiebeelement betätigt. Bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes erfolgt also zuerst eine rein hydraulische Betätigung der Hilfszylinder. Nach Zurücklegung des Leerweges werden diese dann durch die Mitnahmevorrichtung zusätzlich mechanisch bewegt.
Bei einer derartigen Auslegung ist die Bremsanlage vorzugsweise derart dimensioniert, dass bei Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung und ansonsten intakten Bremskreisen – das heißt, in keinem der Bremskreise tritt eine Leckage auf – die Mitnahmevorrichtung die Verschiebeelemente nur bei voll betätigten Bremsbetätigungselement berührt. In einem solchen Fall liegt also kein Verlust von Druckmittel, sondern nur ein Verlust der Fremdbetätigungsfunktionalität des Hauptbremszylinders durch die Druckbereitstellungsvorrichtung vor. In diesem Fall werden also die Hilfskolben durch die Verschiebeelemente bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes bzw. des Bremspedals nicht mechanisch betätigt. Dadurch wird auch die durch mechanische Betätigung der Hilfszylinder bereitgestellte Bremskraftfunktion nicht eingesetzt.
Dies ist in einer derartigen Situation vorteilhaft, da bei mechanischer Betätigung der Hilfszylinder der Fahrer eine deutlich stärkere Gegenkraft spürt und zu der Annahme verleitet werden kann, dass er bereits das Ende des Pedalweges erreicht hat und kein zusätzlicher Bremsdruck aufgebaut werden kann. Nimmt der Fahrer dies fälschlicherweise an, wird er das Pedal höchstwahrscheinlich nicht weiter treten und wird dadurch nicht den voll verfügbaren Bremsdruck aufbauen. Das System kann dabei durch die Dimensionierung der entsprechenden Zylinder (Hauptbremszylinder, Hilfszylinder) so ausgelegt werden, dass zur Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben von einer Mindestverzögerung von 2,44 m/sec² bei einer Pedalkraft von 500 N eine mechanische Betätigung der Hilfskolben nicht notwendig ist.
Vorteilhafterweise sind die Hilfszylinder und die Verschiebeelemente parallel zum Hauptbremszylinder ausgerichtet. Eine derartige Konfiguration ermöglicht zum einen eine sehr kompakte Bauweise der Bremsanlage. Zum anderen wird dadurch auch eine robuste Konstruktion der Mitnahmevorrichtung ermöglicht, die beispielsweise als kreisförmige Scheibe ausgebildet sein kann, welche senkrecht zu dem Betätigungselement ausgerichtet ist. Bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes und Überwindung des Leerweges drückt dann diese Scheibe auf die jeweiligen Verschiebeelemente, die beispielsweise als Stangen bzw. Stößel ausgebildet sein können.
Der Durchmesser des jeweiligen Hilfskolbens ist vorzugsweise so groß wie der Durchmesser der mit dem Hauptkolben starr verbundenen Druckstange. Druckstange und Hauptkolben bilden dabei gewissermaßen einen gestuften Hauptkolben.
Dies ist insbesondere in Verbindung mit einer diagonalen Bremskreisaufteilung vorteilhaft, wobei die diagonale Bremskreisaufteilung gewährleistet, dass in jedem Bremskreis jeweils das gleiche Druckmittelvolumen während eines Bremsvorgangs (gegebenenfalls abgesehen von Regelvorgängen) verschoben wird. In einem solchen Fall ergibt sich der halbe Gesamtweg des Bremspedals als Leerweg. Das aus dem Hauptbremszylinder verschobene Volumen teilt sich nämlich dann auf zwei gleich große Volumina in den beiden Hilfskolben auf, wobei auf Grund der Dimensionierung der Durchmesser der entsprechenden Kolben sich die Hilfskolben halb so schnell bewegen bzw. einen halb so großen Weg zurücklegen wie der Hauptkolben. Sind die Bremskreise achsweise aufgeteilt, ist es aus entsprechenden Gründen vorteilhaft, die Durchmesser der Hilfskolben im Verhältnis der Kreisvolumenaufnahmen zu wählen. Für beide Bremskreisaufteilungen ist die Summe der Hilfskolbenflächen vorteilhafterweise doppelt so groß wie die Fläche der Druckstange.
Die erfindungsgemäße Bremsanlage mit Bremskraftverstärkungsfunktion kann auch vorteilhaft in Hybridfahrzeugen bzw. Elektrofahrzeugen verwendet werden, bei denen während eines Bremsvorgangs das Bremsmoment zumindest teilweise durch Rekuperation aufgebracht werden soll. Um dies zu ermöglichen, muss in diesen Situationen der direkte und unmittelbare Durchgriff des Fahrers auf die Radbremsen verhindert werden. Die zu diesem Zweck vorgesehene Abtrenneinheit weist zum zusätzlichen Druckaufbau, wenn das Bremsmoment nicht vollständig durch den Generator aufgebracht werden kann oder aufgebracht werden soll, vorteilhafterweise eine eigene Druckaufbaubereitstellungsvorrichtung und Modulationsvorrichtung auf. Der Raddruck bzw. Druck in den Radbremsen wird also in diesen Fällen durch ein zusätzliches Aggregat aufgebaut.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Abtrenneinheit weist diese zwei stromlos offene Ventile auf, die jeweils in die hydraulische Verbindung zwischen einem Hilfszylinder und den Radbremsen geschaltet sind. Auf diese Weise wird verhindert, dass bei einem rekuperativen Bremsvorgang Druckmittel aus den Hilfsdruckkammern der Hilfszylinder in die Bremsen gefördert wird. Bei einer derartigen Ausführungsform kann die Bremsanlage bzw. können die Komponenten des Bremskraftverstärkers wie in dem Fall ohne Abtrenneinheit ausgeführt werden.
In einer zweiten, alternativen bevorzugten Ausführungsform kann auch ein einzelnes stromlos offenes Ventil vorgesehen sein, welches in eine hydraulische Verbindung zwischen der Hauptbremszylinderkammer und den beiden Hilfszylindern geschaltet ist. In dieser Ausführungsart kann gegenüber der ersten Bauweise ein Ventil gespart werden. Bei einem Ausfall des Zusatzaggregates zum Druckaufbau in der Abtrenneinheit funktioniert die Bremsverstärkungsfunktionalität der erfindungsgemäßen Bremsanlage wie oben beschrieben.
Bei Verwendung einer Abtrenneinheit wird die Kraft-Weg-Charakteristik des Pedals frei programmierbar durch die Druckquelle des Bremskraftverstärkers erzeugt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass eine mechanisch betätigbare Zusatzdruckaufbauvorrichtung dem Fahrer bei einer Bremskreisleckage unmittelbaren direkten Zugriff bzw. Durchgriff auf die Bremsen ermöglicht. Insbesondere in einer Ausgestaltung mit zwei Hilfszylindern, die den beiden Bremskreisen zugeordnet sind, wobei diese Hilfszylinder in der normalen Betriebsart hydraulische und im Notfallmodus mechanisch betätigbare Hilfskolben aufweisen, kann eine ausreichend große Bremskraft in diesen Situationen gewährleistet werden.
Durch eine Flächenumschaltung der hydraulisch wirksamen Fläche im Normalbetrieb und im Falle eines Ausfalles der Stromversorgung kann für beide Fälle die entsprechende Fläche optimiert werden.
Durch eine mit dem Bremsbetätigungselement im Wesentlichen starr verbundene Mitnahmevorrichtung, die mit den Hilfszylindern verbundene Verschiebungselemente betätigt, kann eine robuste Art der Betätigung der Hilfszylinder realisiert werden. Mit einer Abtrenneinheit mit Ventilen, die im Bedarfsfall die Druckmittelzufuhr zu den Radbremsen sperren, kann eine derartige bremskraftverstärkte Bremsanlage auch in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 eine Bremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, einem Bremsbetätigungselement, einer Druckbereitstellungsvorrichtung und einer Zusatzdruckaufbauvorrichtung mit zwei Hilfszylindern in einer ersten bevorzugten Ausführungsform, und
2 eine derartige Bremsanlage in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform mit einer Abtrenneinheit zum Betrieb in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in 1 dargestellte Bremsanlage 2 umfasst einen Hauptbremszylinder 8, bei dem zum Druckaufbau in Betätigungsrichtung 14 durch ein verschiebbares Bremsbetätigungselement 20 ein Hauptkolben 26 in eine Hauptbremszylinderkammer 32 verschoben wird. Das Bremsbetätigungselement 20 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein nicht dargestelltes Bremspedal betätigt.
Die Bremsanlage 2 weist weiterhin Radbremsen 40, 46, 52, 58 auf, wobei im vorliegenden Beispiel die Radbremsen 40 und 52 dem linken und dem rechten Vorderrad zugeordnet sind und die Radbremsen 46 und 58 dem rechten und dem linken Hinterrad zugeordnet sind.
Die Bremsanlage 2 weist zwei Bremskreise I und II auf, wobei das aus den Bremskreisen I und II in die Radbremsen 40, 46, 52, 58 zu verschiebende Druckmittel durch ein Verteileraggregat 64 auf die Radbremsen 40, 46, 52, 58 verteilt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt eine diagonale Auslegung vor, das heißt jedem der beiden Bremskreise I, II ist jeweils eine Vorderrad- und eine Hinterradbremse zugeordnet. Das Verteileraggregat 64 dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht nur der Verteilung der Bremsflüssigkeit auf die Bremsen, sondern hat ESP-Funktionen implementiert, das heißt, es weist Mittel zur Druckmodulation in den einzelnen Radbremsen 40, 46, 52, 58 auf. Ein typisches Beispiel für das Verteileraggregat 64 ist ein gewöhnliches ESP-Aggregat.
Zur Unterstützung des Fahrers beim Bremsdruckaufbau im Normalbetrieb ist eine Druckbereitstellungsvorrichtung 70 vorgesehen. Diese umfasst einen Motor 72, insbesondere einen bürstenlosen Elektromotor, einen Druckkolben 76 bzw. E-Plunger und eine Druckkammer 82, aus der mit Hilfe des Motors 72 und der Betätigung des Druckkolbens 76 Druckmittel zur Fremdbetätigung des Hauptbremszylinders 8 gefördert werden kann.
Zur Erfassung des Weges des Bremsbetätigungselementes 20, welches im vorliegenden Fall mit einem Bremspedal gekoppelt ist, ist ein Wegsensor 88 vorgesehen. Zur Erfassung der Position des Druckkolbens 76 ist ein Drehwinkelsensor 94 vorgesehen. Die Ansteuerung der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 zur Verstärkung bzw. Fremdbetätigung des Hauptbremszylinders 8 erfolgt durch eine nicht dargestellte elektronische Steuer- und Regeleinheit, die eingangsseitig mit dem Wegsensor 88 und dem Drehwinkelsensor 94 verbunden ist. Alternativ oder in Kombination dazu kann zur Steuerung und Regelung der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 noch ein Drucksensor 100 eingesetzt werden. Es können auch noch weitere derartige Sensoren Verwendung finden.
Der Hauptbremszylinder 8 weist einen Zwischenraum 106 auf, der auf der der Hauptbremszylinderkammer 32 abgewandten Seite des Hauptkolbens 26 liegt. Zur unterstützenden Betätigung des Hauptbremszylinders 8 wird durch die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 Druckmittel in diesen Zwischenraum 106 gefördert, wodurch Druck auf den Hauptkolben 26 ausgeübt wird, so dass sich dieser in Betätigungsrichtung 14 bewegt, so dass Druckmittel aus der Hauptbremszylinderkammer gefördert wird. Durch Programmierung einer Kraft-Weg-Kennlinie des Bremsbetätigungselementes 20 kann bestimmt werden, wie stark der bei der durch den Wegsensor 88 bestimmten Wegstrecke jeweils von der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 bereitgestellte Druck sein soll.
In eine hydraulische Leitung 112, die von dem Zwischenraum 106 zu der Druckkammer 82 führt, ist ein stromlos geschlossenes Ventil 118 geschaltet, und in eine am Verzweigungspunkt 114 von der hydraulischen Leitung 112 abzweigende hydraulische Leitung 124, die die Hauptbremszylinderkammer 32 mit dem Zwischenraum 106 hydraulisch verbindet, ist ein stromlos offenes Ventil 130 geschaltet. Beide Ventile sind im Normalbetrieb geschaltet.
Im Normalbetrieb ist also das stromlos geschlossene Ventil 118 geöffnet, so dass Druckmittel aus der Druckkammer 82 in den Zwischenraum 106 gedrückt werden kann, wodurch der Hauptbremszylinder 8 fremdbetätigt wird. Das stromlos offene Ventil 130 ist in seiner Sperrstellung und verhindert einen Druckmittelaustausch zwischen Hauptbremszylinderkammer 32 und Zwischenraum 106.
In dem Fall, dass die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 nicht ordnungsgemäß funktioniert und/oder im Falle des Verlustes der Energieversorgung nehmen beide Ventile 118, 130 ihren stromlosen Zustand an. Dadurch wird einerseits die Verbindung zwischen Druckkammer 82 und Zwischenraum 106 getrennt, andererseits wird die hydraulische Verbindung zwischen Hauptbremszylinderkammer 32 und Zwischenraum 106 freigegeben. Wird jetzt der Hauptkolben 26 in die Hauptbremszylinderkammer 32 verschoben, wird dadurch Bremsflüssigkeit bzw. Druckmittel in den Zwischenraum 106 gefördert.
Der Zwischenraum 106 ist auf Grund der durch ihn geführten, starr oder durch eine Kupplung mit dem Hauptkolben 26 verbundenen Druckstange 208 als Ringraum ausgebildet, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser des Hauptkolbens 26 und dessen Innendurchmesser dem Durchmesser der Kolbenstange 208 entspricht. Damit wird der hydraulisch wirkende Querschnitt im beschriebenen Fall reduziert von dem Querschnitt des Hauptkolbens auf den der Druckstange. Somit sind diese beiden Durchmesser getrennt wählbar, um einen optimalen Betrieb zu ermöglichen.
Die Bremsanlage 2 ist dazu ausgelegt, hohen Sicherheitsanforderungen an die Bremsleistung bei Leckage in einem der Bremskreise bei Ausfall der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 und/oder Ausfall der Energieversorgung zu genügen (der im Folgenden beschriebene Mechanismus tritt in Funktion, wenn außerdem die Druckbereitstellungsvorrichtung ausgefallen ist).
Dazu ist eine Zusatzdruckaufbauvorrichtung 140 vorgesehen, durch die in einem solchen Fall durch mechanische Betätigung in den Bremskreisen I, II bzw. in dem noch intakten Bremskreis zusätzlicher Druck hydraulisch aufgebaut werden kann. Die Zusatzdruckaufbauvorrichtung 140 umfasst dazu einen ersten Hilfszylinder 150 mit einer ersten Hilfsdruckkammer 156, in die hydraulisch und auch bei mechanischer Betätigung ein erster Hilfskolben 162 zum Druckaufbau in Bremskreis I verfahren werden kann. Der erste Hilfskolben 162 wird hydraulisch betätigt, wenn durch den Hauptkolben 26 aus der Hauptbremszylinderkammer 32 Druckmittel abgeführt wird. Er bewegt sich dabei in Betätigungsrichtung 14 und fördert auf diese Weise Druckmittel bzw. Bremsflüssigkeit aus der ersten Hilfsdruckkammer 56 in den Bremskreis I.
Zu einer mechanischen Betätigung des ersten Hilfskolbens 162 ist ein erstes Verschiebeelement 168 vorgesehen. Die hydraulische Betätigung des ersten Hilfszylinders 150 bzw. des ersten Hilfskolbens 162 geschieht über eine hydraulische Leitung 174, über die Druckmittel aus der Hauptbremszylinderkammer 32 in den ersten Hilfszylinder 150 geleitet wird. Aus der ersten Hilfsdruckkammer 156 gelangt das Bremsmittel über eine hydraulische Leitung 180 in das Verteileraggregat 164 und von dort in die dem Bremskreis I zugeordneten Bremsen.
In ähnlicher Weise ist ein zweiter Hilfszylinder 186 in den zweiten Bremskreis II zwischen Hauptbremszylinderkammer 32 und Verteileraggregat 64 geschaltet. Der zweite Hilfszylinder 186 weist eine zweite Hilfsdruckkammer 192 und einen darin hydraulisch und mechanisch verfahrbaren zweiten Hilfskolben 198 auf. Die mechanische Betätigung des zweiten Hilfskolbens 198 geschieht, ähnlich wie beim ersten Hilfskolben 162, durch ein zweites Verschiebeelement 204. Die beiden Hilfskolben 162, 198 sind als Schwimmkolben bzw. Trennkolben ausgebildet. Zur bedarfsweisen mechanischen Betätigung der beiden Hilfskolben 162, 198 ist eine starr oder über eine Kupplung mit der Druckstange 208 verbundene Mitnahmevorrichtung 210 vorgesehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als starre Scheibe ausgebildet ist.
Im Folgenden sollen mehrere Betriebssituationen der Bremsanlage 2 diskutiert werden. In einer Normalbetriebsart, in der alle Komponenten funktionsfähig sind und keiner der Bremskreise I und II eine Leckage aufweist, wird in den Radbremsen 40, 46, 52, 58 Bremsdruck aufgebaut, indem der Fahrer das Bremsbetätigungselement 20 betätigt und parallel dazu, in Abhängigkeit von der programmierten Kraft-Weg-Linie, die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 zusätzlich den Hauptkolben 26 fremdbetätigt, indem sie Druckmittel aus der Druckkammer 82 in den Zwischenraum 106 fördert. Dabei verschieben sich der Hauptkolben 26 und die damit befestigte Druckstange 208 in Betätigungsrichtung 14, wodurch Druckmittel aus der Hauptbremszylinderkammer 32 in den ersten und zweiten Hilfszylinder 150, 186 zur hydraulischen Betätigung der Hilfskolben 162, 198 gefördert wird. Die beiden Hilfskolben 162, 198 bewegen sich dabei in Betätigungsrichtung 14 und drücken dabei Bremsmittel aus der ersten Hilfsdruckkammer 156 und der zweiten Hilfsdruckkammer 192 in die Bremskreise I und II.
In einem weiteren Fall ist in keinem der beiden Bremskreise I, II eine Leckage vorhanden, aber die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 ist ausgefallen und es liegt ein stromloser Zustand vor, d. h., der Hauptbremszylinder 8 kann durch sie nicht mehr fremdbetätigt werden. Der Fahrer kann in diesem Fall die Hilfskolben 162, 198 durch Muskelkraft hydraulisch betätigen, wobei durch die Flächenumschaltung die hydraulisch wirksame Fläche der Querschnitt der Druckstange 208 ist.
Die Dimensionierung der Verschiebeelemente 168, 204, der Druckstange 208 und der Mitnahmevorrichtung 210 sowie die entsprechenden Querschnitte und Volumina der Hauptbremszylinderkammer 32, des Zwischenraumes 106 und der Hilfsdruckkammern 156, 192 sind dabei so gewählt, dass in dieser Betriebsart ein mechanischer Kontakt der Mitnahmevorrichtung 210 mit den Verschiebeelementen 168, 204 nur bei voll betätigtem Bremsbetätigungselement 20 erfolgt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Fahrer bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes 20 nicht plötzlich eine deutlich stärkere Gegenkraft spürt und zu der falschen Annahme verleitet wird, dass er das Bremsbetätigungselement 20 bereits maximal betätigt. In diesem Fall würde der Fahrer nämlich das Bremsbetätigungselement 20 möglicherweise nicht weiter betätigen, obwohl durch weitere Betätigung ein stärkeres Bremsmoment erzeugt werden könnte.
Eine weitere Betriebssituation der Bremsanlage 2 liegt vor, wenn in einem der beiden Bremskreise I, II eine Leckage auftritt und die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 intakt ist. Dies soll anhand einer Leckage im Bremskreis I diskutiert werden. Der Hauptkolben 26 wird in diesem Fall durch die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 fremdbetätigt und unterstützt dabei den Fahrer bei einem Bremsvorgang. Der erste Hilfskolben 162 wird dabei auf Grund der Leckage praktisch ohne Widerstand bzw. Gegendruck betätigt, während der zweite Hilfskolben 198 zum Druckaufbau in den Bremsen zur Verfügung steht. Eine mechanische Betätigung der Zusatzdruckaufbauvorrichtung 140 findet nicht statt. Mit anderen Worten, der zweite Hilfskolben 198 wird in dem geschilderten Szenario bei intakter Druckbereitstellungsvorrichtung 70, nachdem der erste Hilfskolben 162 seinen Anschlag in Betätigungsrichtung erreicht hat, wie oben beschrieben hydraulisch betätigt und baut dadurch Druck in dem Bremskreis II auf.
Der letzte und wichtigste zu diskutierende Fall ist gegeben bei einer Leckage (hier in Bremskreis I) und ausgefallener Druckbereitstellungsvorrichtung 70 bzw. einem Ausfall der Energieversorgung, d. h., das System befindet sich ein einem stromlosen Zustand.
Durch Betätigung des Bremsbetätigungselementes 20 wird auch hier aus der Hauptbremszylinderkammer 32 Druckmittel in die beiden Hilfszylinder 150, 186 gefördert, wodurch die Hilfskolben 162, 198 hydraulisch betätigt werden und sich in Betätigungsrichtung 14 bewegen. Auf Grund der angenommenen Leckage im Bremskreis I bewegt sich dabei der erste Hilfskolben 162 quasi ohne nennenswerten Widerstand in Betätigungsrichtung 14, da auf Grund der Leckage im Bremskreis I kein Druck aufgebaut werden kann und das Druckmittel gewissermaßen einfach abfließt und den Bremskreis I verlässt.
Bei ausgefallener Druckbereitstellungsvorrichtung 70 berührt zu einem gewissen Zeitpunkt nach Überwindung eines Leerweges die Mitnahmevorrichtung 210 das zweite Verschiebeelement 204. Bei weiterer Betätigung des Bremsbetätigungselementes 20 wird nun durch mechanische Betätigung des zweiten Hilfskolbens 198 eine Möglichkeit zum Druckaufbau im Bremskreis II realisiert. Mit einer derartigen Bremsanlage 2 lassen sich die gesetzlichen Anforderungen von einem minimalen Verzögerungsmoment von 2,44 m/sec² nach ICE R 13 H bei einer Pedalkraft von 500 N erreichen.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Bremsanlage 2 umfasst gewissermaßen einen Hauptbremszylinder 8 und einen Bremskraftverstärker. Dieser umfasst die Druckbereitstellungsvorrichtung 70, die vorteilhafterweise durch einen Plunger, einen Kugelgewindetrieb und einen Elektromotor gebildet ist und die vorteilhafterweise durch den von dem Wegsensor 88 gemessenen Pedalweg geregelt wird. Die Bremskraft verstärkende Funktion der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 wird im Normalbetrieb der Bremsanlage 2 eingesetzt. Die Bremsanlage 2 weist noch weitere bremskraftverstärkende Komponenten des Bremskraftverstärkers auf, nämlich die beiden Hilfszylinder 150, 186 mit den jeweiligen Hilfskolben 162, 198 und den Verschiebeelementen 168, 204, durch die bei Leckage eines Bremskreises eine mechanische Zusatzverstärkung realisiert wird.
In der Normalfunktion der Bremsanlage sind das stromlos offene Ventil 130 und das stromlos geschlossene Ventil 118 geschaltet. In die Radbremsen 40, 46, 52, 58 wird über die Stirnfläche des Hauptbremszylinders 8 Bremsflüssig der größeren Flüssigkeitsvolumen verschoben. Der größere Durchmesser des (aus Hauptkolben 26 und Druckstange 208 gestuften) Hauptbremszylinders 8 muss deshalb so groß gewählt werden wie bei einem konventionellen Tandemhauptbremszylinder für die gegebenen Radbremsen. Die Kraft zur Verschiebung des Volumens ist dabei – wie oben dargelegt – die Summe aus der Druckstangenkraft, die vom Fahrer durch Betätigung des Bremsbetätigungselementes 20 aufgebracht wird, und der hydrostatischen Kraft auf die Ringfläche des Hauptbremszylinders 8, die von der zum System gehörigen Druckquelle 70 durch Förderung von Bremsflüssigkeit in den Zwischenraum 106 aufgebracht wird.
Aus regelungstechnischen Gründen muss die hydraulische Elastizität zwischen der Druckquelle bzw. der Druckbereitstellungsvorrichtung 70 und dem Hauptbremszylinder 8 genügend groß sein. Deshalb kann eine zusätzliche hydraulische Kapazität notwendig sein. Auch eine zusätzliche mechanische Elastizität in der Druckstange 208 kann vorteilhaft sein.
Wenn die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 und die dadurch hervorgerufene Bremskraft verstärkende Funktion ausfällt, etwa durch Ausfall der Energieversorgung, gehen die Ventile 118, 130 in den stromlosen Zustand über. Der Fahrer verschiebt nun ohne Verstärkung Volumen in die Radbremsen 40, 46, 52, 58. Dabei ist also nur noch die Druckstangenfläche wirksam. Sie wird so gewählt, dass das Verhalten des Systems bei Ausfall der Energieversorgung so gut wie möglich ist.
Der als Stufenkolben ausgebildete Hauptkolben 26 kann nicht als Primärkolben eines Tandemhauptzylinders verwendet werden. Bei Ausfall des Sekundärkreises wird der Schwimmkolben nämlich hydraulisch angetrieben. Ein Druckaufbau im Primärkreis erfolgt aber erst dann, wenn das Volumen des Sekundärkreises im Tandemhauptzylinder erschöpft ist. Dafür ist das von der Druckstange verschobene Volumen aber zu klein.
Die in 2 dargestellte Bremsanlage unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Bremsanlage durch eine Abtrenneinheit 220, in der zwei stromlos offene Ventile 226, 232 angeordnet sind, bei deren Schaltung die Verbindung zwischen den Hilfsdruckkammern 156, 192 und den Radbremsen 40, 46, 52, 58 getrennt wird. Eine derartige Ausführungsform der Bremsanlage 2 eignet sich zum Betrieb in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, in denen das Bremsmoment vollständig oder zumindest teilweise rekuperativ, das heißt durch den Betrieb des jeweiligen Elektromotors als Generator, erreicht werden soll. In einem solchen Fall muss der direkte hydraulische Zugriff des Fahrers auf die Radbremsen verhindert werden, so dass durch gezielte Ansteuerung der Anteil zwischen rekuperativem Aufbau eines Bremsmomentes und zusätzlicher hydraulischer Bereitstellung eines Bremsmomentes gewählt werden kann.
Dazu umfasst die Abtrenneinheit 220 eine eigene Druckaufbauund Modulationseinheit 240, in der aktiv durch eine Druckquelle, die beispielsweise gleich oder ähnlich ausgebildet sein kann wie die Druckbereitstellungsvorrichtung 70, hydraulisch bei Bedarf Druck in den Radbremsen 40, 46, 52, 58 aufbauen kann. Durch die Modulationseinheit können zusätzlich Regelvorgänge durchgeführt werden. In einem solchen Betrieb, das heißt während eines zumindest teilweise rekuperativen Bremsvorganges, dient die Druckbereitstellungsvorrichtung 70 dazu, dem Fahrer ein angenehmes und vertrautes Pedalgefühl zu liefern.
Bezugszeichenliste

2: Bremsanlage
8: Hauptbremszylinder
14: Betätigungsrichtung
20: Bremsbetätigungselement
26: Hauptkolben
32: Hauptbremszylinderkammer
40, 46: Radbremse
52, 58: Radbremse
64: Verteileraggregat
70: Druckbereitstellungsvorrichtung
72: Motor
76: Druckkolben
82: Druckkammer
88: Wegsensor
94: Drehwinkelsensor
100: Drucksensor
106: Zwischenraum
112: hydraulische Leitung
114: Verzweigungspunkt
118: stromlos geschlossenes Ventil
124: hydraulische Leitung
130: stromlos offenes Ventil
140: Zusatzdruckaufbauvorrichtung
150: erster Hilfszylinder
156: erste Hilfsdruckkammer
162: erster Hilfskolben
168: erstes Verschiebeelement
174: hydraulische Leitung
180: hydraulische Leitung
186: zweiter Hilfszylinder
192: zweite Hilfsdruckkammer
198: zweiter Hilfskolben
204: zweites Verschiebeelement
208: Druckstange
210: Mitnahmevorrichtung
220: Abtrenneinheit
226, 232: stromlos offenes Ventil
240: Druckaufbau- und Modulationseinrichtung
I: erster Bremskreis
II: zweiter Bremskreis

Claims

Bremsanlage (2) für Kraftfahrzeuge mit einem Hauptbremszylinder (8) mit einer Hauptbremszylinderkammer (32) und einem Hauptkolben (26), der durch Betätigung eines verschiebbaren Bremsbetätigungselementes (20) in der Hauptbremszylinderkammer (32) verschoben wird, wodurch in mit einem ersten (I) und einem zweiten Bremskreis (II) verbundenen Radbremsen (40, 46, 52, 58) Druck aufgebaut werden kann, und wobei eine Druckbereitstellungsvorrichtung (70) vorgesehen ist, welche zur Unterstützung der Fahrerbetätigung oder zur Fremdbetätigung des Hauptbremszylinders (32) Druckmittel aus einer Druckkammer (82) in einen Zwischenraum (106), insbesondere auf der der Hauptbremszylinderkammer (32) abgewandten Seite des Hauptkolbens (26), des Hauptbremszylinders (32) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zusatzdruckaufbauvorrichtung (140) vorgesehen ist, durch die in dem jeweiligen Bremskreis (I, II) durch mechanische Betätigung zusätzlicher Druck hydraulisch aufgebaut werden kann.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 1, wobei in eine hydraulische Leitung (124), die die Hauptbremszylinderkammer (32) und den Zwischenraum (106) hydraulisch verbindet, ein stromlos offenes Ventil (130) geschaltet ist, und wobei in eine hydraulische Leitung (112), welche die Druckkammer (82) und den Zwischenraum (106) hydraulisch verbindet, ein stromlos geschlossenes Ventil (118) geschaltet ist, und wobei im Normalbetrieb das stromlos offene Ventil (130) und das stromlos geschlossene Ventil (118) geschaltet sind.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 2, wobei die Zusatzdruckaufbauvorrichtung (140) einen dem ersten Bremskreis (I) zugeordneten ersten Hilfszylinder (150) und einen dem zweiten Bremskreis (II) zugeordneten zweiten Hilfszylinder (186) umfasst, wobei der jeweilige Hilfszylinder (150, 186) eine mit dem jeweiligen Bremskreis (I, II) hydraulisch verbundene Hilfsdruckkammer (156, 192) und einen mit Hilfe des Hauptbremszylinders (8) hydraulisch durch Druckmittel aus der Druckkammer (82) und/oder durch Betätigung eines Verschiebeelementes (168, 204) verschiebbaren Hilfskolben (162, 198) umfasst, und wobei jeweils bei Verschiebung des Verschiebeelementes (168, 204) oder bei hydraulischer Betätigung der jeweiligen Hilfsdruckkammer (156, 192) Druckmittel in den damit verbundenen Bremskreis (I, II) verschoben wird.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 3, wobei eine mit dem Bremsbetätigungselement (20) im Wesentlichen starr verbundene Mitnahmevorrichtung (210) vorgesehen ist, und wobei bei Betätigung des Bremsbetätigungselementes (20) nach Zurücklegung eines vorgegebenen Leerweges die Mitnahmevorrichtung (210) das jeweilige Verschiebeelement (168, 204) betätigt.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 4, die derart dimensioniert ist, dass bei Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung (70) und ansonsten intakten Bremskreisen (I, II) die Mitnahmevorrichtung (210) die Verschiebeelemente (168, 204) höchstens bei voll betätigtem Bremsbetätigungselement (20) berührt.
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Hilfszylinder (150, 186) und die Verschiebeelemente (168, 204) parallel zum Hauptbremszylinder (8) ausgerichtet sind.
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Durchmesser des jeweiligen Hilfskolbens (162, 198) so groß ist wie der Durchmesser der Druckstange (208).
Bremsanlage (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Abtrenneinheit (220) vorgesehen ist, durch die die Radbremsen (40, 46, 52, 58) von den Bremskreisen (I, II) bei Bedarf hydraulisch abgetrennt werden können.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 8, wobei die Abtrenneinheit (220) zwei stromlos offene Ventile (226, 232) umfasst, die jeweils in die hydraulische Verbindung zwischen einem Hilfszylinder (150, 186) und den Radbremsen (40, 46, 52, 58) geschaltet sind.
Bremsanlage (2) nach Anspruch 8, wobei die Abtrenneinheit (220) ein stromlos offenes Ventil (130) umfasst, welches in eine hydraulische Verbindung zwischen der Hauptbremszylinderkammer (32) und den beiden Hilfszylindern (150, 186) geschaltet ist.