DE102011085986A1

DE102011085986A1 - Bremsanlage

Info

Publication number: DE102011085986A1
Application number: DE201110085986
Authority: DE
Inventors: Harald Biller; Kristijan Tarandek
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-07-05

Abstract

Eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, welche insbesondere durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung gebildet wird, deren Kolben durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung betätigbar ist, soll eine hohe Systemverfügbarkeit, insbesondere auch in der Rückfallebene, bei möglichst einfachem Aufbau bereitstellen. Dazu ist eine erste Zylinder-Kolben-Anordnung vorgesehen, deren Kolben mit einem Bremspedal gekoppelt ist und deren hydraulischer Raum mit einer hydraulischen Simulationseinrichtung verbunden ist, und indem ein Hauptbremszylinder vorgesehen ist, welcher mindestens einen Druckraum und einen Hauptbremszylinderkolben aufweist und an welchen Radbremskreise angeschlossen sind, wobei der Hauptbremszylinderkolben eine hydraulische Kammer begrenzt, die von dem von der Druckbereitstellungseinrichtung abgegebenen Druck beaufschlagbar ist, wobei eine Druckbeaufschlagung der Kammer eine Kraftwirkung auf den Hauptbremszylinderkolben in der Betätigungsrichtung bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, welche insbesondere durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung gebildet wird, deren Kolben durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung betätigbar ist.
Aus der DE 10 2009 033 499 A1 ist eine Bremsanlage mit einem Hauptbremszylinder und einer integrierten Pedalentkopplungs- und Simulationseinheit mit einem Rückhaltekolben und einer Druckfeder bekannt, wobei der Rückhaltekolben einen axialen Fortsatz des Hauptzylinderkolbens hydraulisch abgedichtet aufnimmt und wobei in einer Rückfallebene durch den Fortsatz ein Hauptbremszylinder mechanisch betätigt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage mit einer hohen Systemverfügbarkeit, insbesondere auch in der Rückfallebene, bei möglichst einfachem Aufbau bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem eine erste Zylinder-Kolben-Anordnung vorgesehen ist, deren Kolben mit einem Bremspedal gekoppelt ist und deren hydraulischer Raum mit einer hydraulischen Simulationseinrichtung verbunden ist, und indem ein Hauptbremszylinder vorgesehen ist, welcher mindestens einen Druckraum und einen Hauptbremszylinderkolben aufweist und an welchen Radbremskreise angeschlossen sind, wobei der Hauptbremszylinderkolben eine hydraulische Kammer begrenzt, die von dem von der Druckbereitstellungseinrichtung abgegebenen Druck beaufschlagbar ist, wobei eine Druckbeaufschlagung der Kammer eine Kraftwirkung auf den Hauptbremszylinderkolben in der Betätigungsrichtung bewirkt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine Bremsanlage mit einer Druckbereitstellungsvorrichtung, welche eine Normalbetriebsart in der Art einer „Brake-by-Wire”-Funktionsweise sowie einen Betrieb in einer Rückfallebene ermöglicht, einen möglichst robusten und fehlerunempfindlichen Aufbau aufweisen sollte. Zudem sollte die Baulänge aufgrund des Raumangebotes in modernen Kraftfahrzeugen möglichst gering ausfallen. Eine zu lange Ausdehnung einer Komponentengruppe birgt auch Sicherheitsrisiken für die Passagiere im Falle eines Crashs, bei dem sich diese Baueinheit in den Fahrerraum schieben kann und zu schweren Verletzungen der Passagiere führen kann.
Wie nunmehr erkannt wurde, kann eine geringe Baulänge erreicht werden, wenn die Einrichtung zur Erzeugung des Pedalgefühls und die Einrichtung zur Druckbereitstellung räumlich getrennt von dem Hauptbremszylinder verbaut werden. Dazu wird der hydraulische Raum der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung hydraulisch mit der hydraulischen Simulationseinrichtung verbunden. Aufgrund dieser hydraulischen Verbindung kann die Simulationseinrichtung in lateraler Richtung zum Hauptbremszylinder verbaut werden und muss nicht in axialer Richtung mit dem (Tandem-)Hauptbremszylinder und/oder mit der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung angeordnet werden. Auch der Fremdkraftaktuator bzw. die Druckbereitstellungseinrichtung kann aufgrund der hydraulischen Betriebsweise der Bremsanlage in lateraler Richtung zum Hauptbremszylinder angeordnet werden. Dadurch ergeben sich ein kompaktes Design der Bremsanlage und flexible Anordnungsmöglichkeiten für ihre Komponenten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine weitere hydraulische Kammer hydraulisch zwischen der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und dem Hauptbremszylinder angeordnet, welche über eine absperrbare hydraulische Verbindung mit einem Druckmittelbehälter oder einer Leitung mit niedrig gehaltenem Druck, insbesondere einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, verbunden ist. Eine derartige weitere Kammer ertüchtigt die Bremsanlage zu einer bedarfsweisen, insbesondere in einer Rückfallebene einsetzbaren, hydraulischen Kraftübertragung zwischen dem Kolben der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und dem Hauptbremszylinder bzw. dessen Hauptbremszylinderkolben. Diese weitere hydraulische Kammer ist im Sinne eines hydraulischen Schaltplans zwischen der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und dem Hauptbremszylinder angeordnet; dies betrifft nicht notwendigerweise die geometrische bzw. räumlich-bauliche Anordnung.
Vorteilhafterweise sind die weitere hydraulische Kammer, der Kolben der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und der Hauptbremszylinderkolben derart ausgeführt und angeordnet, dass bei einer Betätigung des Bremspedals und bei abgesperrter hydraulischer Kammer eine hydraulische Kraftübertragung von dem Kolben auf den Hauptbremszylinderkolben stattfindet. In einem Normalbetrieb der Bremsanlage ist die weitere hydraulische Kammer bevorzugt nicht abgesperrt, so dass sie mit dem Druckmittelbeälter hydraulisch verbunden ist. Bei einer Bewegung des Kolbens der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung in diese Kammer hinein fließt dabei Druckmittel ab, so dass dem Kolben kein (hydraulischer) Widerstand entgegengesetzt wird. Der Aufbau von Radbremsdruck erfolgt dabei durch die Druckbereitstellungseinrichtung, welche den Hauptbremszylinderkolben betätigt.
In einer hydraulischen Rückfallebene, in der durch die Druckbereitstellungseinrichtung nicht mehr Bremsdruck in den Radbremsen aufgebaut werden kann, wird die weitere hydraulische Kammer von dem hydraulischen Druckbehälter getrennt, so dass in dieser Kammer hydraulisch Druck aufgebaut werden kann. Auf diese Weise kann bei einem Verschieben des Kolbens der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung in diese Kammer der Hauptbremszylinderkolben hydraulisch betätigt werden. Durch diese Auslegung entfällt ein Leerweg, wie er beispielsweise bei vielen mechanischen Lösungen auftritt, da bei einer Bewegung des Kolbens der ersten Zylinder-Kolben Anordnung hydraulisch unmittelbar Druck auf den Hauptbremszylinderkolben übertragen wird und dieser ohne Verzögerung betätigt wird.
Aufgrund der unmittelbaren Betätigung entsteht bei einer derartigen hydraulisch ausgeführten Druckstange nicht die bei einer mechanischen Lösung bestehenden Anforderung, dass im Normalbetrieb der Weg des Primärkolbens des Hauptbremszylinders mindestens so groß sein muss wie der Weg des Fahrerkolbens bzw. des Kolbens der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (wäre dies nicht der Fall, würde der Fahrer bei mechanischem Kontakt plötzlich eine starke Veränderung des Bremsgefühls erfahren). Diese Anforderung bedeutet in der Praxis eine volumenmäßige Begrenzung der Kammern des (Tandem-)Hauptbremszylinders, so dass ein vermindertes Volumen zur Bremsdruckmodulation zur Verfügung steht.
Der Hauptbremszylinderkolben ist vorzugsweise als Stufenkolben ausgeführt, dessen Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser in die weitere hydraulische Kammer ragt. Vorteilhafterweise ist der der Kolben der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung als Stufenkolben ausgeführt ist, dessen Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser in die weitere hydraulische Kammer ragt oder verstellbar ist. In dem Fall, dass sowohl der Hauptbremszylinderkolben als auch der Kolben der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung mit ihrem jeweils kleineren Durchmesser in die weitere hydraulische Kammer ragen, kann eine hydraulische Übersetzung realisiert werden, welche dem Verhältnis der beiden entsprechenden jeweils kleineren Querschnittsflächen entspricht.
Vorteilhafterweise wird der Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser bei einer Betätigung des Bremspedals in die weitere hydraulische Kammer verstellt bzw. hineingeschoben, so dass bei abgesperrter hydraulischer Kammer eine hydraulische Kraftübertragung auf den Hauptbremszylinderkolben stattfindet.
Die weitere hydraulische Kammer ist vorteilhafterweise über eine absperrbare hydraulische Verbindung mit der Druckbereitstellungseinrichtung oder der Simulationseinrichtung verbindbar.
Vorteilhafterweise, insbesondere bei einer Undichtigkeit der hydraulischen Kammer in einem Fehlerfall der Bremsanlage, sind der Kolben der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und der Hauptbremszylinderkolben derart ausgeführt und angeordnet, dass sie nach einer vorgegebenen Bewegungsstrecke des Kolbens in eine mechanische kraftübertragende Verbindung bringbar sind. Dadurch wird gewissermaßen eine zweite, mechanische Rückfallebene realisiert, wodurch die Bremsanlage hohen Sicherheitskriterien genügt. In dieser zweiten Rückfallebene kann der Fahrer mechanisch den Hauptbremszylinderkolben verschieben, um auf diese Weise Druck in den Radbremsen aufzubauen. Die Kolben und die weitere hydraulische Kammer sind dabei vorzugsweise derart ausgelegt und dimensioniert, dass der mechanische Kontakt weder im Normalbetriebszustand noch in der hydraulischen Rückfallebene, in der der Hauptbremszylinderkolben hydraulisch betätigt wird, erfolgt, da sonst der Fahrer eine plötzliche Veränderung im Pedalgefühl erfahren würde.
Eine derartige kraftübertragende Verbindung kann beispielsweise direkt durch einen Kontakt der beiden Kolben entstehen, d. h., der Fahrerkolben drückt nach Überwindung eines Leerweges in der weiteren hydraulischen Kammer direkt gegen den Primärkolben und verschiebt ihn zum Druckaufbau in den entsprechenden Druckraum.
Alternativ dazu kann eine derartige kraftübertragende Verbindung auch über einen mit dem Hauptbremszylinderkolben bzw. Primärkolben fest verbundenen axialen Fortsatz erreicht werden, welcher in die weitere hydraulische Kammer ragt. Nach Zurücklegen eines Leerweges des Fahrerkolbens tritt dieser dann in einen mechanischen Kontakt mit dem Fortsatz und betätigt bzw. verschiebt auf diese Weise den Primärkolben.
Der hydraulische Raum der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung steht vorteilhafterweise über eine absperrbare hydraulische Verbindung, die insbesondere durch ein stromlos offenes bzw. NO-Ventil absperrbar ist, mit einem Druckmittelbehälter, insbesondere einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, in Verbindung.
Die Radbremskreise sind vorteilhafterweise über eine mittels eines elektrisch steuerbaren Ventils, insbesondere eines stromlos geschlossen (SG) bzw. NC(Normally Closed)-Ventils, freigebbare hydraulische Verbindung mit zumindest einem Druckmittelspeicher, insbesondere Niederdruckspeicher, oder jeweils einem Druckmittelspeicher oder einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter verbindbar.
Die Druckbereitstellungseinrichtung bzw. die hydraulische Kammer ist vorteilhafterweise über eine – insbesondere mit einem stromlos offenen (SO) bzw. NO(Normally-Open)-Ventil – absperrbare hydraulische Verbindung mit der hydraulischen Verbindung zwischen der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung und der Simulationseinrichtung verbunden oder verbindbar.
Jede Radbremse ist vorteilhafterweise über ein elektrisch steuerbares, stromlos offenes Ventil mit dem Hauptbremszylinder verbunden, so dass bedarfsweise durch ein Absperren des Ventils – beispielsweise während eines Multiplexverfahrens – der Radbremsdruck in der Radbremse aufrecht erhalten werden kann. Zudem kann eine Absperrung aller Radbremsen vom dem Hauptbremszylinder auch während einer Diagnose der Bremsanlage durchgeführt werden. Auf diese Weise kann in der Bremsanlage Druck auf- und abgebaut werden, ohne dass das Fahrzeug verzögert wird.
Zum bedarfsweisen Einsatz als Füllraum steht der hydraulische Raum der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung vorteilhafterweise über eine hydraulische Verbindung mit zumindest einem der Bremskreise in Verbindung, wobei insbesondere ein Rückschlagventil in dieser Verbindung angeordnet ist, welches den Rücklauf von Druckmittel aus dem entsprechenden Bremskreis in den Füllraum verhindert. Dadurch kann in einer dringenden Situation – im Wesentlichen nach Ausfall der Druckbereitstellungseinrichtung oder auch beim Auftreten von starkem Fading – zusätzlich Druckmittel in dem entsprechenden Bremskreis bereitgestellt werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere in der einfachen Abschaltbarkeit des hydraulischen Simulators. Einen weiteren Vorteil stellt die hydraulische Rückfallebene dar, in der aufgrund der Realisierung einer hydraulischen Druckstange durch eine hydraulische Kammer, in die sowohl der Fahrerkolben als auch der Primärkolben hineintragen, eine unmittelbare hydraulische Betätigung des Primärkolbens ermöglicht wird, wobei kein mechanischer Leerweg im stromlosen Fehlerfall auftritt. Durch eine mechanische kraftübertragende Verbindung, in die die entsprechend ausgestalteten Primärkolben und Fahrerkolben bringbar sind, kann zusätzlich zu der hydraulischen Rückfallebene eine mechanische Rückfallebene realisiert werden.
Zwei bevorzugte Ausführungsformen der Bremsanlage werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bremsanlage, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bremsanlage.
Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage schematisch dargestellt. Die Bremsanlage umfasst einen Hauptbremszylinder 10, beispielsgemäß einen Tandemhauptbremszylinder, mit einem in Verschieberichtung 32 verlagerbar geführten Hauptbremszylinderkolben bzw. Primärkolben 6. An die beiden Druckräume 13 des (Tandem-)Hauptbremszylinders 10 sind je einer von zwei Radbremskreisen I, II angeschlossen, welchen jeweils zwei Radbremsen 30 zugeordnet sind. Der Primärkolben bzw. Hautbremszylinderkolben 6 begrenzt mit dem Hauptbremszylinder 10 auf der dem Druckraum 13 gegenüberliegenden Seite eine hydraulische Kammer 12. Die hydraulische Kammer 12 ist über eine hydraulische Verbindungsleitung mit einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 9 verbunden. Bei einer Beaufschlagung von Kammer 12 mit einem Druck durch die Druckbereitstellungseinrichtung 9 wird der Primärkolben betätigt, d. h. es wird Bremsdruck in den Bremskreisen aufgebaut.
In den hydraulischen Verbindungen zwischen den Radbremsen 30 und dem Hauptbremszylinder 10 sind elektrisch steuerbare stromlos offene Ventile 3 angeordnet. Durch eine geeignete Schaltung der Ventile 3 kann eine Bremsdruckregelung der einzelnen Radbremsen 30 durchgeführt werden.
Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 9 ist beispielsgemäß als eine Zylinder-Kolben-Anordnung ausgebildet, deren Kolben 21 durch einen elektromechanischen Aktuator betätigt wird. Der Aktuator ist z. B. nach Maßgabe einer Bremspedalbetätigung oder auf die Anforderung durch ein Fahrerassistenzsystem hin ansteuerbar. Der Aktuator kann z. B. einen Elektromotor mit einem Getriebe umfassen und gewährleistet eine translatorische Bewegung des Kolbens 21 der hydraulischen Zylinder-Kolben-Anordnung. Eine vom Aktuator aufgebrachte Fremdkraft F_act führt zu einem Druckaufbau in einem Druckraum 11, was über die Kammer 12 zu einer Betätigung des Hauptbremszylinders 10 führt („Brake-by-Wire”-Betriebsart).
Eine vom Fahrzeugführer, z. B. über ein nicht dargestelltes Bremspedal, ausgeübte Kraft F_Driver wird auf den Kolben einer Zylinder-Kolben-Anordnung 5 übertragen. Der hydraulische Raum 14 der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 ist mit einer Simulationseinrichtung 8 verbunden. Die Simulationseinrichtung 8 umfasst ein elastisches Element und soll dem Fahrer ein angenehmes Bremspedalgefühl vermitteln. Der Pedalgefühlsimulator bzw. die Simulationseinrichtung 8 ist hydraulisch ausgeführt und umfasst eine Zylinder-Kolben-Anordnung, welche einen hydraulischen Raum begrenzt.
Die hydraulische Verbindung zwischen dem hydraulischen Raum 14 der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 und der Simulationseinrichtung 8 ist über ein elektrisch steuerbares Ventil, z. B. ein stromlos offenes Ventil 1 (NO: Normally Open, oder auch SO: stromlos offen), mit einem Druckmittelbehälter verbunden. Bei dem Druckmittelbehälter kann es sich z. B. um einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter der Bremsanlage handeln. Beispielsgemäß ist der Druckmittelbehälter derselbe Druckmittelvorratsbehälter, mit welchem der Hauptbremszylinder 10 verbindbar ist. Es kann sich jedoch auch um verschiedene Druckmittelbehälter handeln.
Weiterhin ist der hydraulische Raum 14 der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 über eine hydraulische Verbindung (mit einem stromlos offenen Ventil 2) mit der Kammer 12 bzw. mit der hydraulischen Verbindung zwischen Druckbereitstellungseinrichtung 9 und Kammer 12 verbunden.
Bevorzugt umfasst die Bremsanlage einen, z. B. redundanten, Wegsensor 40 zur Erfassung des Fahrerbremswunsches. Zusätzlich kann die Bremsanlage einen, z. B. redundanten, Drucksensor, der etwa mit der Kammer 14 der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung verbunden sein kann, zur Erfassung des Fahrerbremswunsches umfassen.
Zur Erfassung des erreichten Druckes umfasst die Bremsanlage vorteilhafterweise einen weiteren, z. B. redundanten, Drucksensor 41, welcher in einem oder in beiden Bremskreisen, z. B. in den hydraulischen Verbindungen zu den Radbremsen 30, angeordnet ist.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Bremsanlage bevorzugt einen, z. B. redundanten, Wegsensor 42, welcher die Position des Kolbens 21 der Druckbereitstellungseinrichtung 9 erfasst. Anhand des Wegsensorsignals kann mittels einer vorgegebenen Volumenaufnahmekennlinie der erreichte Druck bestimmt werden. Alternativ oder in Kombination dazu kann auch ein Winkelsensor zur Erfassung der Winkellage eines zum Druckaufbau bzw. -abbau angesteuerten Elektromotors eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Aktuator bzw. die Druckbereitstellungseinrichtung 9 über eine elektronische Steuer- und Regeleinheit ECU (nicht dargestellt) angesteuert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 sind die Radbremsen 30 der Bremsanlage jeweils über ein stromlos offenes Ventil 3 (NO-Ventil) an den Hauptbremszylinder 10 angeschlossen. Eine Bremsdruckmodulation (Druckaufbau und Druckabbau) erfolgt bevorzugt mittels der Ventile 3 und des schnell reversierenden Aktuators bzw. der Druckbereitstellungseinrichtung 9 im so genannten Multiplexverfahren. Zusätzlich kann die Bremsanlage Auslassventile je Radbremse 30 umfassen.
Prinzipiell ist es zur Realisierung einer Rückfallebene, wenn keine elektrische Energie zur Verfügung steht, denkbar, eine mechanische Rückfallebene zu verwenden, in welcher die Fahrerkraft mechanisch von dem Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 auf den Primärkolben bzw. Hauptbremszylinderkolben 6 des Hauptzylinders 10 übertragen wird. Diese mechanische Rückfallebene ist in der dargestellten Bremsanlage folgendermaßen realisiert: Im unbetätigten Zustand der Bremsanlage ist der Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 um einen Leerweg von dem Primärkolben beabstandet und bei Betätigung des Kolbens durch den Fahrer ist dieser in eine kraftübertragende (mechanische) Verbindung mit dem Primärkolben bringbar, so dass der Primärkolben mechanisch betätigt wird.
Um aber, zumindest unter bestimmten Bedingungen, eine Bremsanlage mit einer Rückfallebene ohne zusätzlichen Leerweg im Fall eines stromlosen Betriebs bereitzustellen, ist jedoch bevorzugt eine hydraulische Verbindung zwischen dem Kolben der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 (Fahrerkolben 55) und dem Primärkolben bzw. Hauptbremszylinderkolben 6 des Hauptbremszylinders 10 vorzusehen, eine so genannte hydraulische Druckstange, welche in der Bremsanlage von 1 realisiert ist. Über diese hydraulische Druckstange wird eine hydraulische (erste) Rückfallebene dargestellt, in welcher bei Ausfall des Systems (z. B. durch Ausfall der Stromversorgung oder durch einen internen Fehler) der Fahrerkolben 55 den Hauptbremszylinderkolben 6 hydraulisch antreibt.
Zwischen der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 und dem Hauptbremszylinder 10 ist dazu eine weitere hydraulische Kammer 16 angeordnet. Die weitere hydraulische Kammer 16 ist von den Kammern 12 und 14 des Hauptbremszylinders und der Zylinder-Kolben-Anordnung getrennt und abgedichtet. Die Kammer 16 ist über eine absperrbare hydraulische Verbindung, z. B. mit einem stromlos geschlossenen Ventil 17 (NC: Normally Closed, oder auch SG: stromlos geschlossen), mit einem niedrigeren Druckniveau, beispielsweise einem Druckmittelbehälter oder einer Leitung mit niedrig gehaltenem Druck, insbesondere einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, verbunden. Die weitere hydraulische Kammer 16 kann weiterhin über eine absperrbare hydraulische Verbindung, z. B. mit einem stromlos geschlossenen Prüfventil 18, mit der Druckbereitstellungseinrichtung 9 bzw. der Simulationseinrichtung 8 verbunden werden.
Die hydraulische Kammer 16, ein Kolben 55 der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 und der Hauptbremszylinderkolben 6 sind derart ausgeführt und angeordnet, dass bei einer Betätigung des Bremspedals und bei abgesperrter hydraulischer Kammer 16 eine hydraulische Kraftübertragung von dem Kolben 55 auf den Hauptbremszylinderkolben 6 stattfindet. Bevorzugt treibt der Fahrerkolben 55 den Primärkolben bei Ausfall des Systems (durch Ausfall der Stromversorgung oder durch einen internen Fehler, Rückfallebene), d. h., in der Rückfallebene an. In der Normalbetriebsart „Brake by Wire” wird der Hauptbremszylinderkolben mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung 9 betätigt.
Bevorzugt ist Primärkolben als Stufenkolben ausgeführt, wobei der Kolben/Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser abgedichtet in Kammer 16 hineinragt.
Bevorzugt ist der Fahrerkolben 55 als Stufenkolben ausgeführt, dessen Kolben/Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser bereits bei unbetätigtem Bremspedal in die hydraulische Kammer 16 hineinragt oder bei Betätigung des Bremspedals in die Kammer 16 eintaucht.
Durch die gewünschte Wirkung als hydraulische Druckstange entstehen Anforderungen an die geometrische Auslegung der Kolben 6, 55. Die für die Druckstangenkraft wirksame hydraulische Fläche ist die große Querschnittsfläche des Stufenkolbens 6 multipliziert mit dem Verhältnis der kleinen Querschnittsflächen der Stufenkolben 55 und 6. Die wirksame Fläche darf nicht zu groß sein, um in dieser unverstärkten Betriebsart ein angemessenes Verhältnis zwischen Pedalkraft und Verzögerung zu gewährleisten. Der Hub des/der Hauptbremszylinderkolben(s) 6, 7 muss so gering sein, dass der Fahrer den Hauptbremszylinder 10 annähernd bis zum Anschlag treten kann, um eine Restbremswirkung bei Kreisausfall sicherzustellen. Daraus ergibt sich eine Begrenzung des Hauptbremszylinder-Volumens.
Bei Leckage in der hydraulischen Druckstange, z. B. im stromlos geschlossenen Ventil 17, wird nach Überfahren der (mechanischen) Lücke zwischen dem Fahrerkolben 55 und dem Primärkolben, d. h. bei kraftübertragender mechanischer Verbindung zwischen den Kolben 55, 6, Bremsdruck aufgebaut. Dies entspricht einer weiteren (mechanischen) Rückfallebene, wodurch die dargestellte Bremsanlage besonders hohen Sicherheitsanforderungen genügt.
Im Normalbetrieb („Brake-by-Wire”-Betriebsart) werden die stromlos offenen Ventile 1 und 2 und das Ventil 17 zu Beginn der Betätigung des Bremspedals bestromt, d. h. die Ventile 1 und 2 werden geschlossen und das Ventil 17 wird geöffnet. Hierdurch wird das vom Fahrer aus Kammer 14 verdrängte Bremsflüssigkeitsvolumen in den Simulator 8 verschoben, der Fahrer erhält durch Simulator 8 ein gewohntes Pedalgefühl. Das durch den Kolben 55 aus der Kammer 16 verdrängte Bremsflüssigkeitsvolumen wird in einen Behälter abgelassen. Die Lücke zwischen dem Fahrerkolben 55 und dem Primärkolben bzw. Hauptbremszylinderkolben 6 entspricht dem maximalen Druckstangenweg im Normalbetrieb, so dass die Pedalcharakteristik bis auf Staudruckeffekte durch den Simulator 8 erzeugt wird. Der Bremsdruck wird durch den Fremdantrieb am Kolben 21 der Druckbereitstellungseinrichtung 9 bereitgestellt. Optional kann das Ventil 1 auch etwas verspätet nach Bremspedalbetätigung geschaltet werden, um den Springer in der Pedalcharakteristik zu erzeugen, d. h., bis zum Schließen des Ventils 1 erfährt der Fahrer einen geringen Pedalwiderstand, wodurch ein Pedalgefühl realisiert wird, das einem Pedalgefühl einer hydraulischen Bremsanlage mit einem Unterdruck-Bremskraftverstärker entspricht.
Die Modulation des Raddrucks geschieht bevorzugt über die vier stromlos offenen Ventile 3 nach dem Multiplex-Prinzip. Alternativ können Auslassventile hinzugefügt werden. Wenn das Hauptbremszylindervolumen nicht groß genug für alle Anwendungen, insbesondere für den erhöhten Bremsdruck bei Fading, gewählt werden kann, kann je Bremskreis I, II ein stromlos geschlossenes Ventil 4a, 4b hinzugefügt werden, welches den Bremskreis I, II mit einem Druckmittelbehälter verbindet. Indem die Radventile 3 geschlossen und der Fremdantriebsdruck mittels des Kolbens 21 der Druckbereitstellungseinrichtung 9 abgebaut werden, kann durch die Ventile 4a, 4b zusätzliches Volumen in das Bremssystem gefördert werden. Der Volumenvorrat (Druckmittelbehälter) kann durch einen oder zwei Niederdruckspeicher realisiert werden, der/die bei Initialisierung des Systems befüllt wird/werden, oder wie in 1 dargestellt durch einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter der Bremsanlage. Wenn das vom Hauptbremszylinder 10 verschobene Bremsflüssigkeitsvolumen nicht zum Druckaufbau an den Radbremsen verwendet werden soll (etwa auf Niedrigreibwert oder bei Rekuperation), kann das Bremsflüssigkeitsvolumen durch die beiden stromlos geschlossenen Ventile 4a, 4b abgelassen werden. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies aber aufgrund der Dimensionierung der Bremsanlage nicht erforderlich.
In der Bremsanlage kann eine umfangreiche Selbstdiagnose durchgeführt werden, z. B. während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeuges. Eine solche Diagnose kann zum Beispiel in der folgenden Reihenfolge ablaufen. Das stromlos offene Ventil 2 und die Radventile 3 werden bestromt (geschlossen), und am Kolben 21 wird eine Fremdkraft eingeleitet. Wenn die Ventile 2, 3 und mindestens eines der Ventile 17 und 18 dicht sind, bewegt sich der Kolben 21 der Druckbereitstellungseinrichtung 9 nur entsprechend dem Schnüffelloch-Leerweg. Als nächstes werden die stromlos geschlossenen Ventile 17 und 18 gemeinsam bestromt. Wenn beide öffnen, bewegt sich der Kolben der Druckbereitstellungseinrichtung 9. Dann werden die Ventile 17 und 18 einzeln bestromt, um zu prüfen, ob sie dicht sind. Nun werden die SG-Ventile 17 und 18 und das SO-Ventil 2 abgeschaltet. Wenn die SO-Ventile 1 und 2 durchgängig sind, bewegt sich der Kolben. Jetzt wird das SO-Ventil 1 bestromt. Wenn es tatsächlich schließt, steigen der Druck und damit der Motorstrom. Wenn der Kolben sich weiterhin bewegt, ist der Simulator 8 nicht verklemmt.
Das SG-Prüfventil 18 kann auch den Simulator mit der hydraulischen Druckstange verbinden.
Aufgrund des begrenzten Hauptzylinderhubs führt ein möglichst geringer Querschnitt aber dazu, dass nur ein deutlich begrenztes Druckmittelvolumen zur Verfügung steht. Dieses Volumen kann in den stromlosen Rückfallebenen durch den Einsatz des Fahrerkolbens 5 als Füllstufe im Sinne einer im Wesentlichen zusatzkraftfreien Zusatzfunktion gewissermaßen erweitert werden. Hierzu ist der hydraulische Raum 14 der Zylinder-Kolben-Anordnung 5 über eine hydraulische Verbindung 26 mit dem Bremskreis I (oder II) verbunden. In der Verbindung 26 ist ein in Richtung zum Raum 14 schließendes Rückschlagventil 25 angeordnet. Weiterhin ist diese Verbindung durch das Ventil 1 absperrbar. Durch diese Ausgestaltung der Bremsanlage kann im Bedarfsfall Bremsmittel aus dem hydraulischen Raum 14 zum Druckaufbau in einen (wie dargestellt) oder beide Bremskreise I, II gefördert werden.
Ein federndes Rückschlagventil 27 ist zwischen der Verbindung 26 und einem niedrigeren Druckniveau (beispielweise einem Druckmittelvorratsbehälter) angeordnet, wobei das Rückschlagventil 27 so eingestellt ist, dass es bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Druckes die Verbindung zu dem niedrigeren Druckniveau freigibt. Durch die Einfügung von den drei Rückschlagventilen 25, 27, 28, wie dies in dem in 2 abgebildeten zweiten Ausführungsbeispiel einer Bremsanlage dargestellt ist, kann die Bremsanlage somit derart erweitert werden, dass eine Füllstufe für den stromlosen Betrieb entsteht, in welcher ein Bremskreis, z. B. Bremskreis I, bei Bremspedalbetätigung über Kammer 14 zusätzlich befüllt wird.
Bezugszeichenliste

1: stromlos offenes Ventil
2: stromlos offenes Ventil
3: stromlos offenes Ventil
4a, 4b: stromlos geschlossenes Ventil
5: Zylinder-Kolben-Anordnung
6: Hauptbremszylinderkolben
7: Kolben
8: Simulationseinrichtung
9: Druckbereitstellungseinrichtung
10: Hauptbremszylinder
11: Druckraum
12: hydraulische Kammer
13: Druckraum
14: hydraulischer Raum
16: weitere hydraulische Kammer
17: stromlos geschlossenes Ventil
18: Prüfventil
21: Kolben
25: Rückschlagventil
26: hydraulische Verbindung
27: Rückschlagventil
28: Rückschlagventil
30: Radbremse
31: hydraulische Verbindungsleitung
32: Verschieberichtung
40: Wegsensor
41: Drucksensor
42: Wegsensor
55: Kolben
I, II: Radbremskreis
F_act: Fremdkraft
F_Driver: Kraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009033499 A1 [0002]

Claims

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit • einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (9), welche insbesondere durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung gebildet wird, deren Kolben durch eine elektromechanische Antriebseinrichtung betätigbar ist, • einer ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5), deren Kolben (55) mit einem Bremspedal gekoppelt ist und deren hydraulischer Raum (14) mit einer hydraulischen Simulationseinrichtung (8) verbunden ist, • einem Hauptbremszylinder (10), welcher mindestens einen Druckraum (13) und einen Hauptbremszylinderkolben (6) aufweist und an welchen Radbremskreise (I, II) angeschlossen sind, wobei der Hauptbremszylinderkolben (6) eine hydraulische Kammer (12) begrenzt, die von dem von der Druckbereitstellungseinrichtung (9) abgegebenen Druck beaufschlagbar ist, wobei eine Druckbeaufschlagung der Kammer (12) eine Kraftwirkung auf den Hauptbremszylinderkolben (6) in der Betätigungsrichtung bewirkt.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere hydraulische Kammer (16) hydraulisch zwischen der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) und dem Hauptbremszylinder (10) angeordnet ist, welche über eine absperrbare hydraulische Verbindung (17) mit einem Druckmittelbehälter oder einer Leitung mit niedrig gehaltenem Druck, insbesondere einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, verbunden ist.
Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere hydraulische Kammer (16), der Kolben (55) der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) und der Hauptbremszylinderkolben (6) derart ausgeführt und angeordnet sind, dass bei einer Betätigung des Bremspedals und bei abgesperrter hydraulischer Kammer (16) eine hydraulische Kraftübertragung von dem Kolben (55) auf den Hauptbremszylinderkolben (6) stattfindet.
Bremsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbremszylinderkolben (6) als Stufenkolben ausgeführt ist, dessen Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser in die weitere hydraulische Kammer (16) ragt.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (55) der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) als Stufenkolben ausgeführt ist, dessen Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser in die weitere hydraulische Kammer (16) ragt oder verstellbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenteil mit dem kleineren Durchmesser bei einer Betätigung des Bremspedals in die weitere hydraulische Kammer (16) verstellt wird, so dass bei abgesperrter hydraulischer Kammer eine hydraulische Kraftübertragung auf den Hauptbremszylinderkolben (6) stattfindet.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere hydraulische Kammer (16) über eine absperrbare hydraulische Verbindung (18) mit der Druckbereitstellungseinrichtung (9) oder der Simulationseinrichtung (8) verbindbar ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere bei einer Undichtigkeit der hydraulischen Kammer (16) in einem Fehlerfall der Bremsanlage, der Kolben (55) der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) und der Hauptbremszylinderkolben (6) derart ausgeführt und angeordnet sind, dass sie nach einer vorgegebenen Bewegungsstrecke des Kolbens (55) in eine mechanische kraftübertragende Verbindung bringbar sind.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Raum (14) der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) über eine absperrbare hydraulische Verbindung (NO-Ventil 1) mit einem Druckmittelbehälter, insbesondere einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, in Verbindung steht.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Radbremskreise (I, II) über eine mittels eines elektrisch steuerbaren Ventils (NC-Ventil 4) freigebbare hydraulische Verbindung mit zumindest einem Druckmittelspeicher, insbesondere Niederdruckspeicher, oder jeweils einem Druckmittelspeicher oder einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter verbindbar sind.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbereitstellungseinrichtung (9) bzw. die hydraulische Kammer (12) über eine absperrbare hydraulische Verbindung (NO-Ventil 2) mit der hydraulischen Verbindung zwischen der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) und der Simulationseinrichtung (8) verbunden oder verbindbar ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Radbremse (30) über ein elektrisch steuerbares, stromlos offenes Ventil (3) mit dem Hauptbremszylinder (10) verbunden ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Raum (14) der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung (5) über eine hydraulische Verbindung (26) mit zumindest einem der Bremskreise (I, II) in Verbindung steht, wobei insbesondere ein Rückschlagventil (25) in der Verbindung angeordnet ist.