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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Fahrzeug-Bremsanlagen. Konkret wird eine elektrohydraulische Baugruppe mit einem elektromechanischen Aktuator zur Betätigung der Bremsanlage beschrieben.
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Hintergrund
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Elektromechanische Aktuatoren finden bereits seit geraumer Zeit in Fahrzeug-Bremsanlagen Verwendung oder wurden für eine solche Verwendung vorgeschlagen. Bei hydraulischen Bremsanlagen gelangen elektromechanische Aktuatoren beispielsweise zur Realisierung einer elektrischen Parkbremsfunktion (EPB) zum Einsatz. Bei elektromechanischen Bremsanlagen (EMB) ersetzen sie die herkömmlichen Hydraulikzylinder an den Radbremsen.
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Aufgrund technischer Fortschritte hat sich die Leistungsfähigkeit der elektromechanischen Aktuatoren fortlaufend erhöht. Es wurde daher in Erwägung gezogen, derartige Aktuatoren auch zur Implementierung moderner Bremsregelfunktionen heranzuziehen. Zu solchen Bremsregelfunktionen zählen ein Antiblockiersystem (ABS), eine Antriebsschlupfregelung (ASR) oder ein elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), auch als Fahrzeugstabilitätsregelung (Vehicle Stability Control, VSC) bezeichnet. So lehrt die
WO 2006/111393 A1 eine hydraulische Bremsanlage mit einem hochdynamischen elektromechanischen Aktuator, der die Druckmodulation im Bremsregelbetrieb übernimmt. Der Aktuator ist dazu vorgesehen, einen Hauptzylinder der Bremsanlage zu betätigen.
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Aufgrund der hohen Dynamik des elektromechanischen Aktuators lassen sich die hydraulischen Komponenten der aus der
WO 2006/111393 A1 bekannten Bremsanlage auf ein einziges 2/2-Wege-Ventil pro Radbremse reduzieren. Zur Realisierung radindividueller Druckmodulationen werden die Ventile dann einzeln oder gruppenweise im Multiplex-Betrieb angesteuert. Aus der Minimierung auf lediglich ein Ventil pro Radbremse resultieren jedoch auch Herausforderungen, wie ein ungewollter Druckausgleich bei gleichzeitig geöffneten Ventilen. Eine Lösung basierend auf einem hochdynamischen Regelverhalten hierfür wird in der
WO 2010/091883 A1 angegeben.
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Die
WO 2010/091883 offenbart eine elektrohydraulische Betätigungsbaugruppe. Die Baugruppe umfasst einen Hauptzylinder mit einem darin aufgenommenen Tandemkolben. Der Tandemkolben ist mittels eines elektromechanischen Aktuators betätigbar. Der elektromechanische Aktuator umfasst einen konzentrisch zum Tandemkolben angeordneten Elektromotor sowie eine Getriebeanordnung, die eine Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung des Kolbens umsetzt. Die Getriebeanordnung besteht aus einem Kugelgewindetrieb mit einer drehfest mit einem Rotor des Elektromotors gekoppelten Kugelgewindemutter und einer auf den Tandemkolben einwirkenden Kugelgewindespindel.
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Es hat sich herausgestellt, dass die Baulänge der in der
WO 2010/091883 offenbarten Betätigungsbaugruppe signifikant größer als bei herkömmlichen (z. B. rein hydraulischen) Betätigungsbaugruppen ist. Es müssen daher besondere Vorkehrung getroffen werden, um in einem Fahrzeug ausreichend Raum für die aus der
WO 2010/091883 bekannte Betätigungsbaugruppe zu schaffen.
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Kurzer Abriss
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Es ist daher eine elektrohydraulische Betätigungsbaugruppe mit einem elektromechanischen Aktuator bereitzustellen, welche kürzer baut.
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Es wird eine elektrohydraulische Betätigungsbaugruppe für eine Fahrzeugbremsanlage vorgeschlagen, mit einem Hauptzylinder mit einer Hydraulikkammer, einem in der Hydraulikkammer verschieblich aufgenommenen Kolben, einem mit einem Bremspedal koppelbaren mechanischen Aktuator zur Betätigung des Kolbens und einem elektromechanischen Aktuator zur Betätigung des Kolbens für eine Bremskrafterzeugung oder Bremskraftverstärkung bei einer Betätigung des Bremspedals, wobei der elektromechanische Aktuator einen Elektromotor sowie eine funktional zwischen dem Elektromotor und dem Kolben vorgesehene Getriebeanordnung umfasst, die dazu ausgebildet ist, eine Rotationsbewegung des Elektromotors in eine Translationsbewegung des Kolbens in eine axiale Richtung umzusetzen, und wobei sich der Kolben und die Getriebeanordnung in der axialen Richtung zumindest bereichsweise überlappen.
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Gemäß einer ersten Variante ist der elektromechanische Aktuator zur Betätigung des Kolbens im Rahmen einer Bremskraftverstärkung ausgebildet. Die zu verstärkende Bremskraft kann in diesem Fall auf den Kolben mittels des mechanischen Aktuators ausgeübt werden. Gemäß einer anderen Variante ist der elektromechanische Aktuator zur Betätigung des Kolbens zur Bremskrafterzeugung ausgebildet. Diese Variante kann beispielsweise im Rahmen eines Brake-By-Wire(BBW)-Betriebs zum Einsatz kommen, in dem das Bremspedal vom Hauptzylinder-Kalben (normalerweise) mechanisch entkoppelt ist. Bei einer Für den BBW-Betrieb ausgelegten Bremsanlage kommt der mechanische Aktuator etwa bei Ausfall einer BBW-Komponente (also bei einer Notbremsung) zur Betätigung des Kolbens zum Einsatz.
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Zur Ansteuerung des elektromechanischen Aktuators sowie optionaler weiterer Komponenten der Fahrzeug-Bremsanlage kann die Bremsanlage geeignete Ansteuereinrichtungen aufweisen. Diese Ansteuereinrichtungen können elektrische, elektronische oder programmgesteuerte Baugruppen sowie Kombinationen hiervon umfassen. Beispielsweise können die Ansteuereinrichtungen in einem gemeinsamen oder aber in getrennten Steuergeräten (Electronic Control Units, ECUs) bereitgestellt werden.
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Der Kolben kann als Hohlkolben ausgebildet sein und eine Komponente der Getriebeanordnung kann sich in den Hohlkolben hinein erstrecken. Alternativ hierzu kann die Getriebeanordnung eine Hohlkomponente aufweisen und sich der Kolbes in die Hohlkomponente der Getriebeanordnung hinein erstrecken.
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Die Überlappung zwischen dem Kolben und der Getriebeanordnung kann derart ausgelegt sein, dass sie wenigstens in Bezug auf einen in den Hauptzylinder eintauchenden Abschnitt des Kolben gegeben ist. Mit anderen Worten kann sich die Getriebeanordnung mit (wenigstens) einem in den Hauptzylinder eintauchenden Abschnitt des Kolbens überlappen.
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Die Getriebeanordnung kann auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. So kann die Getriebeanordnung beispielsweise als Zahnstangengetriebe realisiert sein. Ferner kann die Getriebeanordnung eine Mutter/Spindel-Einrichtung (beispielsweise einen Kugelgewindetrieb) umfassen, die sich in der axialen Richtung mit dem Kolben überlappt.
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Bei einer als Mutter/Spindel-Einrichtung ausgebildeten Getriebeanordnung kann der Kolben mit der Mutter dieser Einrichtung überlappen. Dabei kann der Kolben als Hohlkolben ausgebildet sein und die Mutter sich zumindest bereichsweise in den Kolben hinein erstrecken. Die Mutter kann eine axiale Länge besitzen und sich um beispielsweise um mehr als ihre axiale Länge in den Kolben hinein erstrecken.
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Andererseits ist es auch denkbar, dass sich der Kolben (zusätzlich oder anstatt einer Überlappung mit der Mutter) mit der Spindel der Mutter/Spindel-Einrichtung überlappt. Dabei kann der Kolben als Hohlkolben ausgebildet sein und die Spindel sich zumindest bereichsweise in den Kolben hineinerstrecken. Es wäre jedoch auch denkbar, dass die Spindel als Hohlspindel ausgebildet ist und sich der Kolben zumindest bereichsweise in die Spindes hinein erstreckt. Bei einer als Hohlspindel ausgelegten Spindel kann sich auch der Hauptzylinder zumindest bereichsweise in die Spindel der Mutter/Spindel-Anordnung hinein erstrecken. Eine als Hohlspindel ausgelegte Spindel kann beispielsweise eine topfförmige Bauform besitzen.
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Wie bereits erwähnt, kann auch ein Kugelgewindetrieb mit einer Kugelgewindemutter, eine Kugelgewindespindel und einer Vielzahl von Kugelkörpern als Getriebeanordnung eingesetzt werden. Bei einer derartigen Realisierung können sich wenigstens einige der Kugeln mit dem Kolben in der axialen Richtung überlappen.
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Der Elektromotor kann einen Stator und einen Rotor umfassen, wobei der Rotor drehfest mit der Mutter gekoppelt sein kann. Beispielsweise kann der Rotor mittels eines sich im Wesentlichen in der axialen Richtung erstreckenden Koppelelements mit der Mutter gekoppelt sein. Das Koppelelement kann den Kolben radial außen umgeben und/oder in den Kalben hineinragen. Gemäß einer Ausführungsform ist das Koppelelement im Wesentlichen topfförmig ausgebildet.
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Auch der Elektromotor und der Kolben können sich in der axialen Richtung überlappen. Ferner können sich der Hauptzylinder und der Elektromotor in der axialen Richtung überlappen.
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Der Kalben kann als einziger Kolben oder als Tandemkolben mit einem Primärkolben und einem Sekundärkolben ausgelegt sein. Bei einer Ausgestaltung als Tandemkolben kann sich der Primärkolben mit der Getriebeanordnung überlappen.
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Der mechanische Aktuator kann sich ein durch die Getriebeanordnung hindurch erstreckendes Betätigungsglied für den Kolben aufweisen. Das Betätigungsglied kann beispielsweise stangenförmig ausgebildet sein und konzentrisch zur Getriebeanordnung verlaufen. Die Getriebeanordnung kann zu diesem Zweck eine Hohlkomponente umfassen, durch welche sich das Betätigungsglied hindurch erstreckt. Gemäß einer Variante umfasst die hydraulische Fahrzeug-Bremsanlage ferner eine Entkoppeleinrichtung zum selektiven Entkoppeln des Bremspedals vom Kolben. Ferner kann eine Simulationseinrichtung vorgesehen sein, welche ein für den Fahrer gewohntes Pedalrückwirkungsverhalten bei vom Kolben entkoppeltem Bremspedal bereitstellt. Die Simulationseinrichtung kann auf einem hydraulischen Funktionsprinzip basieren. So kann die Simulationseinrichtung beispielsweise als Zylinder/Kolben-Anordnung zur rückwirkungsbehafteten Aufnahme von Hydraulikfluid ausgebildet sein.
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Je nach Ausgestaltung der Fahrzeug-Bremsanlage kann das selektive Entkoppeln des Bremspedals vom Hauptzylinder-Kolben mittels der Entkoppeleinrichtung zu unterschiedlichen Zwecken geschehen. Bei einer gemäß dem BBW-Prinzip ausgelegten Bremsanlage kann abgesehen von einem Notbremsbetrieb (in dem das Bremspedal über den mechanischen Aktuator mit dem Hauptzylinder-Kolben gekoppelt ist) eine ständige Entkopplung vorgesehen sein. Bei einer regenerativen Bremsanlage kann eine derartige Entkoppelung zumindest im Rahmen eines regenerativen Bremsbetriebs (Generatorbetrieb) erfolgen. Bei anderen Bremsanlagen können die Entkoppeleinrichtung sowie die Simulationseinrichtung auch völlig entfallen.
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Als Option umfasst die Fahrzeug-Bremsanlage einen elektrisch betriebenen und zusätzlich zum Hauptzylinder vorgesehenen Hydraulikdruckerzeuger. Der Hydraulikdruckerzeuger kann beispielsweise eine Hydraulikpumpe oder eine Plunger-Anordnung sowie einen Elektromotor zur Betätigung derselben umfassen. Der Hydraulikdruckerzeuger kann in einem von der Bremskraftverstärkung oder Bremskrafterzeugung verschiedenen Bremsregelbetrieb ansteuerbar sein. Wie bereits oben erläutert, kann eine entsprechende Ansteuereinrichtung ein geeignet programmiertes Steuergerät umfassen. Bei Vorsehen des Hydraulikdruckerzeugers, der in einem von der Bremskraftverstärkung oder Bremskrafterzeugung verschiedenen Bremsregelbetrieb ansteuerbar ist, kann gemäß einer Variante der elektromechanische Aktuator ausschließlich für den Zweck der Bremskraftverstärkung oder Bremskrafterzeugung bei Betätigung des Bremspedals ansteuerbar sein. Alternativ hierzu kann der elektromechanische Aktuator zusätzlich in wenigstens einem vom Antiblockier-Regelbetrieb (ABS) verschiedenen Bremsregelbetrieb ansteuerbar sein, wobei in diesem Fall der Hydraulikdruckerzeuger ausschließlich im ABS-Regelbetrieb ansteuerbar sein kann. Dieser vom ABS-Regelbetrieb verschiedene Bremsregelbetrieb kann einen Schlupfregelbetrieb und/oder ein elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) umfassen.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung der hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage umfasst diese keinen zusätzlich zum Hauptzylinder vorgesehenen, elektromotorisch betätigbaren Hydraulikdruckerzeuger. In diesem Fall können sämtliche im Rahmen eines Bremsregelbetriebs anfallenden Druckmodulationen mittels des elektromechanischen Aktuators realisiert werden. Der elektromechanische Aktuator kann somit zusätzlich zur Bremskraftverstärkung oder Bremskrafterzeugung bei einer Betätigung des Bremspedals (v. a. bei einer Betriebsbremsung) auch im Rahmen eines Bremsregelbetriebs (einschließlich eines ABS-Regelbetriebs) ansteuerbar sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Vorteile, Aspekte und Einzelheiten der hier vorgestellten hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung exemplarischer Ausführungsbeispiele sowie aus den Figuren. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Betätigungsbaugruppe;
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Betätigungsbaugruppe;
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel elektrohydraulischen Betätigungsbaugruppe; und
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4 eine lang bauende Vergleichsbaugruppe.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage 100, die auf dem Brake-By-Wire(BBW)-Prinzip basiert und optional (z. B. bei Hybrid-Fahrzeugen) auch in einem regenerativen Modus betrieben werden kann. Die Bremsanlage 100 umfasst eine Hauptzylinder-Baugruppe 104, die an einer Spritzwand eines Fahrzeugs montiert werden kann, eine hydraulische Steuereinheit (Hydraulic Control Unit, HCU) 112, die funktional zwischen der Hauptzylinder-Baugruppe 104 und Radbremsen des Fahrzeugs angeordnet ist, sowie eine nur schematisch dargestellte Simulationseinrichtung 132 zum Bereitstellen eines Pedalrückwirkungsverhaltens. Die HCU 112 ist als integrierte Baugruppe ausgebildet und umfasst eine Vielzahl von Einzelkomponenten sowie mehrere Fluideinlässe und Fluidauslässe.
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Die Hauptzylinder-Baugruppe 104 weist einen Hauptzylinder 136 mit einem darin verschieblich aufgenommenen Kalben 140 auf. Der Kolben 140 ist als Tandemkolben mit einem Primärkolben 140A und einem Sekundärkolben 140B ausgebildet und definiert im Hauptzylinder 136 zwei voneinander getrennte Hydraulikkammern 144, 148. Die beiden Hydraulikkammern 144, 148 des Hauptzylinders 136 sind zur Versorgung mit Hydraulikfluid über jeweils einen Anschluss 152, 154 mit einem drucklosen Hydraulikfluid-Reservoir (nicht dargestellt) verbunden.
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Die Hydraulik-Baugruppe 104 umfasst ferner einen elektromechanischen Aktuator 158 sowie einen mechanischen Aktuator 162. Sowohl der elektromechanische Aktuator 158 als auch der mechanische Aktuator 162 ermöglichen eine Betätigung des Hauptzylinder-Kolbens 140 und wirken dazu auf eine eingangsseitige Stirnfläche des Kolbens 140 ein. Die Aktuatoren 158, 162 sind derart ausgebildet, dass sie unabhängig voneinander den Kalben 140 zu betätigen vermögen.
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Der mechanische Aktuator 162 besitzt ein Betätigungsglied 174, das stangenförmig ausgebildet ist und unmittelbar auf die eingangsseitige Stirnfläche des Hauptzylinder-Kolbens 140 einzuwirken vermag. Ferner weist der mechanische Aktuator 162 ein Eingangsglied 178 auf. Das Eingangsglied 178 ist dazu ausgebildet, gelenkig mit einem Bremspedal (nicht dargestellt) gekoppelt zu werden.
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Eine Entkoppeleinrichtung 182 ist funktional zwischen dem Eingangsglied 178 und dem Betätigungsglied 174 vorgesehen. Die Entkoppeleinrichtung 182, welche als Teil des mechanischen Aktuators 162 aufgefasst werden kann, ermöglicht ein selektives Entkoppeln des Hauptzylinder-Kolbens 140 vom Bremspedal. Hierzu umfasst die Entkoppeleinrichtung 182 eine Hydraulikkammer 186 sowie einen in der Hydraulikkammer 186 verschieblich aufgenommenen Stößelkolben 190. Der Stößelkolben 190 ist eingangsseitig über ein Kugelgelenk mit dem Eingangsglied 178 gekoppelt. Ausgangsseitig wirkt der Stößelkolben 190 im Notbremsbetrieb unmittelbar auf die dem Hauptzylinder-Kolben 140 abgewandte Stirnseite des Betätigungsglieds 174 ein. Die Funktionsweise der Entkoppeleinrichtung 182 wird später näher erläutert.
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Der elektromechanische Aktuator 158 weist einen Elektromotor 194 sowie ein dem Motor 194 abtriebsseitig nachfolgendes Getriebe 198 auf. Der Motor 194 besitzt eine zylindrische Bauform und erstreckt sich konzentrisch zum Kolben 140 sowie zum Betätigungsglied 174 des mechanischen Aktuators 162. Genauer gesagt ist der Motor 194 radial außen bezüglich dieser Komponenten 140, 174 angeordnet. Der Motor 194 umfasst einen Stator 202 sowie einen radial innen bezüglich des Stators 202 vorgesehenen Rotor 206. Der Rotor 206 erstreckt sich konzentrisch zum Hauptzylinder-Kolben 140 sowie zum Betätigungsglied 174 des mechanischen Aktuators 162.
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Der Rotor 206 des Motors 194 ist drehfest mit dem hier als Kugelgewindetrieb ausgebildeten Getriebe 198 gekoppelt. Hierbei treibt der Rotor 206 eine axial unverschieblich gelagerte Kugelgewindemutter 210 des Getriebes 198 an. Die Drehbewegung der Kugelgewindemutter 210 überträgt sich über eine Vielzahl von Kugelkörpern 214 auf eine axial verschieblich gelagerte Kugelgewindespindel 218 des Getriebes 198, so dass die Drehbewegung der Kugelgewindemutter 210 zu einer axialen Verschiebung der Kugelgewindespindel 218 führt. Die in 1 linke Stirnseite der Kugelgewindespindel 218 kann dabei über ein Zwischenglied in Anlage an die in 1 rechte Stirnseite des Kolbens 140 gelangen und in Folge dessen den Kolben 140 in 1 nach links verschieben. Alternativ hierzu lässt sich der Hauptzylinder-Kolben 140 auch von dem sich durch die als Hohlspindel ausgebildete Kugelgewindespindel 218 erstreckenden Betätigungsglied 174 des mechanischen Aktuators 162 in 1 nach links verschieben. Ein Verschieben des Kolbens 140 in 1 nach rechts wird mittels des in den Hydraulikkammern 144, 148 herrschenden Hydraulikdrucks (bei Loslassen des Bremspedals und Verschieben der Hohlspindel 118 nach rechts) bewerkstelligt.
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In dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel umfasst die Fahrzeug-Bremsanlage zwei Bremskreise, wobei die beiden Hydraulikkammern 144, 148 des Hauptzylinders 136 jeweils einem Bremskreis zugeordnet sind. Die HCU 112 besitzt pro Bremskreis einen mit der jeweiligen Hydraulikkammer 144, 148 gekoppelten Einlass 240, 244 für Hydraulikfluid sowie jeweils einen entsprechenden Auslass 248, 252. Die beiden Auslässe 248, 252 sind über entsprechende Ringkammern im Hauptzylinder 138 und die Hauptzylinder-Anschlüsse 152, 154 mit dem in 1 nicht dargestellten drucklosen Hydraulikfluid-Reservoir verbunden. Die HCU 112 besitzt ferner einen Hydraulikanschluss 256 für die Hydraulikkammer 186 der Entkoppeleinrichtung 182 sowie einen weiteren Hydraulikanschluss 260 für die Simulationseinrichtung 132.
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Der Einlass 240 und der Auslass 248 der Hydraulikkammer 144 können über ein 2/2-Wege-Ventil 272 miteinander verbunden werden. Auch zwischen dem Einlass 244 und dem Auslass 252 der Hydraulikkammer 148 ist ein 2/2-Wege-Ventil 268 angeordnet. Die beiden Ventile 264, 272 ermöglichen den Abbau von Hydraulikdruck an den Radbremsen bei Ausfall (z. B. Blockierung) des elektromechanischen Aktuators 158. Zu diesem Zweck werden die beiden Ventile 268, 272 in ihre geöffnete Stellung übergeführt, wodurch Hydraulikfluid aus den Radbremsen über die Anschlüsse 152, 154 in das drucklose Hydraulikfluid-Reservoir zurückströmen kann.
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Die beiden Ventile 264, 272 ermöglichen darüber hinaus im regenerativen Bremsbetrieb (Generatorbetrieb) einen gezielten hydraulischen Kurzschluss zwischen den beiden Hauptzylinder-Kammern 144, 148 einerseits und auf der anderen Seite dem drucklosen Hydraulikfluidreservoir, welches über die Anschlüsse 152, 154 mit den Kammern 144, 148 verbunden wird. Aufgrund dieses hydraulischen Kurzschlusses wird das bei einer Förderbewegung des Hauptzylinder-Kolbens 140 aus den Kammern 144, 148 verdrängte Hydraulikfluid nicht zu den Radbremsen befördert, sondern kann unmittelbar zum drucklosen Hydraulikfluidreservoir gelangen, ohne dass es zu einem (im regenerativen Bremsbetrieb in der Regel unerwünschten) Hydraulikdruckaufbau an den Radbremsen käme. Es ist darauf hinzuweisen, dass der regenerative Bremsbetrieb achsweise implementiert sein kann. Daher kann im Fall einer achsbezogenen Bremskreisaufteilung im regenerativen Bremsbetrieb eines der beiden Ventile 272, 268 geschlossen und das andere geöffnet sein.
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Ein weiteres 2/2-Wege-Ventil 264 ist zwischen dem Hydraulikanschluss 256 für die Hydraulikkammer 186 sowie dem Auslass 252 vorgesehen. Das Ventil 264 ermöglicht eine selektive Aktivierung der Simulationseinrichtung 132 und der Entkoppeleinrichtung 182.
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Wie in 1 erkennbar, besteht eine axiale Überlappung zwischen dem Kolben 140 (genauer gesagt dem Primärkolben 140A) einerseits und dem Getriebe 198 andererseits. Die Überlappung ist derart ausgelegt, dass sie auch in Bezug auf einen in den Hauptzylinder 136 eintauchenden Abschnitt des Primärkolbens 140 gegeben ist.
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Der Primärkolben 140A ist gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Hohlkolben ausgebildet, nämlich insbesondere in einem in den Hauptzylinder 136 eintauchenden Abschnitt. Das Getriebe 198 erstreckt sich teilweise in den resultierenden Hohlraum des Primärkolbens 140A hinein. Daraus resultiert eine Überlappung des Primärkolbens 140A sowohl mit der Mutter (Kugelgewindemutter 210) als auch mit der Spindel (Kugelgewindespindel 218) und den dazwischen angeordneten Kugelkörpern 214. Bei einer Betätigung des Kolbens 140 können aufgrund dieser Ausgestaltung auch diese Komponenten des Getriebes 198 in den Hauptzylinder 136 eintauchen.
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Wie in 1 veranschaulicht, ist der Rotor 204 des Elektromotors 194 über ein Koppelement 300 drehfest mit der Kugelgewindemutter 210 gekoppelt. Das Koppelelement 300 erstreckt sich im Wesentlichen in der axialen Richtung und radial außen bezüglich des Kolbens 140. Das Koppelelement 300 ist als topfförmiges Glied ausgebildet. Es versteht sich, dass anstatt einer topförmigen Ausgestaltung auch einzelne Verbindungsarme zwischen dem Rotor 206 und der Kugelgewindemutter 210 ausreichen würden.
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Wie in
1 gezeigt, ergibt sich aufgrund der konstruktiven Auslegung des Getriebes
198 auch eine Überlappung in axialer Richtung zwischen dem Kolben
140 und dem Elektromotor
194 sowie dem Hauptzylinder
136 (bzw. dessen Gehäuse) und dem Elektromotor
194. Die in
1 gezeigte Ausgestaltung des Primärkolbens
140A als Hohlkolben sowie die daraus resultierende Möglichkeit einer Unterbringung von Komponenten des Getriebes
198 im draus resultierenden Hohlraum ermöglicht eine kürzere Baulänge der Betätigungsbaugruppe
104 in Bezug auf alternative Anordnungen wie beispielsweise aus der
WO 2010/091883 bekannt oder in
4 gezeigt. Die Baulängenverkürzung zwischen der Vergleichsbaugruppe gemäß
4 und der Realisierungsform in
1 ist in
1 durch zwei senkrechte und jeweils mit ”1” und ”4” beschriftete gestrichelte Linien auf der rechten Seite veranschaulicht.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Betätigungsbaugruppe 104. Abweichend von der Ausführungsform gemäß 1 ist der hohle Abschnitt des Primärkolbens 140A in Richtung auf den Sekundärkolben 140B derart verlängert worden, dass sich die Kugelgewindemutter 210 nun über mehr als ihre axiale Länge in den Primärkolben 140A hinein erstreckt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die axiale Länge der Kugelgewindemutter 210 durch die Bestückung mit Kugelkörpern 214 definiert. Die Kugelkörper 214 können aber prinzipiell auch in einem äußeren Käfig gehalten sein und sich daher auch außerhalb der Kugelgewindemutter 210 befinden.
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Das Koppelelement 300 umfasst nun zusätzlich einen L-förmigen Abschnitt 300A, der sich in den Hohlraum des Primärkolbens 140A hinein erstreckt.
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Gegenüber der in 1 dargestellten Realisierung verkürzt sich die Baulänge der in 2 dargestellten Betätigungsbaugruppe 104 noch weiter. Dies ist in 2 durch die mit ”2” gekennzeichnete gestrichelte Linie veranschaulicht.
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Eine noch stärke Baulängenverkürzung ist mittels des in 3 dargestellten Ausführungsbeispiels (vgl. gestrichelte Linie ”3”) erzielbar. Gemäß der in 3 dargestellten Realisierung umfasst das Getriebe 198 eine Hohlkomponente, in die sich der Kalben 140 hineinerstreckt. So ist gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Kugelgewindespindel 218 hohl und, genauer gesagt, topfförmig ausgebildet. Aufgrund dieser Ausbildung der Kugelgewindespindel 218 erstrecken sich sowohl der Hauptzylinder 136 (bzw. dessen Gehäuse) als auch der Primärkolben 140A jeweils bereichsweise in die Kugelgewindespindel 218 hinein.
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4 schließlich zeigt zum Vergleich eine elektrohydraulische Betätigungsgruppe ohne jegliche axiale Überlappung zwischen dem Kolben 140 und der Getriebeanordnung 198. Da hier die Verschachtelung dieser Komponenten fehlt, ergibt sich eine deutlich längere Bauform.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der HCU 112 in Bezug auf die Entkoppeleinrichtung 182 und die Simulationseinrichtung 132 erläutert. In diesem Zusammenhang ist nochmals darauf hinzuweisen, dass die hier vorgestellte Fahrzeug-Bremsanlage 100 beispielhaft auf dem Prinzip des Brake-By-Wire (BBW) basiert. Dies bedeutet, dass im Rahmen einer normalen Betriebsbremsung das Bremspedal vom Kalben 140 des Hauptzylinders 136 entkoppelt und die Simulationseinrichtung 132 aktiviert ist. Eine Koppelung des Hauptzylinder-Kolbens 140 mit dem Bremspedal (über das Betätigungsglied 174) erfolgt beispielsweise bei Ausfall einer BBW-Komponente des elektromechanischen Aktuators 158, also im Notbremsbetrieb.
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Für eine Notbremsung befindet sich das Ventil 264 der HCU 112, wie in den Figuren veranschaulicht, in einer geöffneten Stellung, während die beiden weiteren Ventile 268, 272 sich in einer geschlossenen Stellung befinden. In der geöffneten Stellung des Ventils 264 nimmt die Entkoppeleinrichtung 182 ihre Koppelstellung ein. In der Koppelstellung ist das Bremspedal mit dem Kolben 140 des Hauptzylinders 136 gekoppelt.
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Die Notbremsung wird eingeleitet durch Niedertreten des Bremspedals, wodurch sich das Eingangsglied 178 in den Figuren nach links verschiebt. Von dieser Verschiebung des Eingangsglieds 178 wird auch der Stößelkolben 190 erfasst, der sich daraufhin ebenfalls nach links verschiebt. Die Verschiebung des Stößelkolbens 190 führt dazu, dass Hydraulikfluid aus der Hydraulikkammer 186 der Entkoppeleinrichtung 182 verdrängt wird und über das Ventil 264, die im Hauptzylinder 136 ausgebildete Ringkammer sowie den Anschluss 154 in das drucklose Hydraulikfluid-Reservoir gelangt. Die Verschiebung des Stößelkolbens 190 überträgt sich über das Betätigungsglied 174 auf den Hauptzylinder-Kolben 140. In Folge dessen verschiebt sich auch der Hauptzylinder-Kolben 140 in den Figuren nach links, wodurch Hydraulikfluid aus den Hydraulikkammern 144, 148 des Hauptzylinders 136 über die HCU 112 zu den Radbremsen gefördert wird.
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Bei einer Betriebsbremsung ist hingegen zur Aktivierung der Simulationseinrichtung 132 und der Entkoppeleinrichtung 182 das Ventil 264 geschlossen. Aus diesem Grund kann das bei einer Betätigung des Bremspedals aus der Hydraulikkammer 186 der Entkoppeleinrichtung 182 verdrängte Hydraulikfluid nicht mehr zum drucklosen Hydraulikfluid-Reservoir gelangen, sondern wird über eine Drosseleinrichtung mit parallel geschaltetem Rückschlagventil (nicht dargestellt) in die Simulationseinrichtung 132 gefördert. Die Simulationseinrichtung 132 besitzt eine Hydraulikkammer mit einem darin angeordneten, federkraftbeaufschlagten Simulatorkolben (nicht dargestellt). Die Kennlinie der den Simulatorkolben vorspannenden Schraubenfeder ist derart gewählt, dass das aus einem Verschieben des Hauptzylinder-Kolbens 140 resultierende Pedalrückwirkungsverhalten simuliert wird.
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Im Rahmen der Betriebsbremsung übernimmt der elektromechanische Aktuator 158 im BBW-Modus eine Bremskrafterzeugungsfunktion. Dabei wird die durch Niedertreten des Bremspedals angeforderte Bremskraft dadurch erzeugt, dass mittels des Elektromotors 194 die Hohlspindel 198 in den Figuren nach links bewegt und dadurch eine Kraft auf den Hauptzylinder-Kolben 140 ausgeübt wird. Die Höhe der daraus resultierenden Bremskraft wird in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Bremspedalbetätigung eingestellt. Zu diesem Zweck ist ein Pedalwegsensor 276 vorgesehen, dessen Ausgangssignal von einem den Elektromotor 194 ansteuernden Steuergerät (nicht dargestellt) ausgewertet wird. Der Pedalwegsensor 276 umfasst einen starr mit dem Stößelkolben 190 gekoppelten Signalgeber 280 sowie einen den Signalgeber 280 erfassenden Detektor (nicht dargestellt).
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Bei einer Betriebsbremsung im BBW-Modus wird stets sichergestellt, dass, wie in den Figuren erkennbar, ein gewisser Abstand beispielsweise zwischen den einander zugewandeten Stirnseiten des Betätigungsglieds 174 einerseits und des Primärkolbens 140A andererseits herrscht. Dieser Abstand entspricht einer Entkopplung des Bremspedals vom Kolben 140 des Hauptzylinders 136 und damit einer Aktivierung der Entkoppeleinrichtung 182. Zur Aufrechterhaltung des Abstands wird die Position des Stößelkolbens 190 (bzw. des Bremspedals) mittels des Sensors 276 fortlaufend erfasst und der Elektromotor 194 in Abhängigkeit der Position des Stößelkolbens 190 derart angesteuert, dass das im Ausführungsbeispiel magnetisch mit der Kugelgewindespindel 218 gekoppelte Betätigungsglied 174 (unter Betätigung des Kolbens 140 des Hauptzylinders 136) zusammen mit der Kugelgewindespindel 218 (und unter Aufrechterhaltung des Abstands zum Kolben 140) in den Figuren nach links bewegt wird.
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Gemäß ersten Ausführungsform besitzt die HCU 112 in Bezug auf den Bremsregelbetrieb (ABS, ASR, ESP, etc.) einen im Prinzip herkömmlichen Aufbau mit insgesamt 12 Ventilen (zusätzlich zu den bereits erläuterten Ventilen 264, 268, 272). Da der elektromechanische Aktuator 158 aufgrund einer entsprechenden Auslegung des diesem Aktuator 158 zugeordneten Steuergeräts dann speziell im Rahmen einer Bremskrafterzeugung angesteuert wird, werden die zusätzlichen Bremsregelfunktionen in bekannter Weise mittels der HCU 112 bewerkstelligt. Zu diesem Zweck besitzt die HCU 112 eine herkömmliche ABS-Ventilanordnung.
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Bei einer anderen Ausführungsform übernimmt der elektromechanische Aktuator 158 ausschließlich die Funktion eines Bremskraftverstärkers, dem ein konventionelles Bremsregelsystem (HCU 112) in der hydraulischen Verbindung zu den Radbremsen nachgeschaltet ist. Sämtliche Bremsregelfunktionen (ABS, ASR, ESP, etc.) werden daher in herkömmlicher Weise mittels der HCU 112 implementiert.
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Bei einer weiteren Ausführungsform können in der HCU 112 die Ventile für den vom ABS-Regelbetrieb verschiedenen Bremsregelbetrieb (z. B. den ASR- und ESP-Betrieb) entfallen. Die Hydrauklikdruckmodulation bei einem vom ABS-Regelbetrieb verschiedenen Bremsregelbetrieb erfolgt dann mittels des elektromechanischen Aktuators 158. Mit anderen Worten wird der elektromechanische Aktuator 158 in diesem Fall nicht nur zur Bremskrafterzeugung im Rahmen einer Betriebsbremsung, sondern auch beispielsweise im ASR- und/oder ESP-Regelbetrieb angesteuert. Das entsprechende Steuergerät des elektromechanischen Aktuators 158 ist daher gegenüber der ersten Ausführungsform der HCU 112 ebenfalls modifiziert.
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Gegenüber der vorherigen Ausführungsform der HCU 112 kann zusätzlich auf den Hydraulikdruckerzeuger der HCU 112 verzichtet werden. Der elektromechanische Aktuator 158 übernimmt dann zusätzlich noch die Druckmodulation im Rahmen des ABS-Regelbetriebs. Ein entsprechender Regelmechanismus wird hierzu in das für den elektromechanischen Aktuator 158 vorgesehene Steuergerät implementiert.
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Bei einer anderen Ausführungsform der HCU
112 kann auf die aus der
WO 2010/091883 bekannte Ventilanordnung mit lediglich vier Ventilen (und der entsprechenden Ansteuerung) zurückgegriffen werden.
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Es versteht sich, dass gemäß alternative Ausführungsbeispielen die Fahrzeug-Bremsanlage auch eine regenerative Fahrzeug-Bremsanlage oder eine herkömmliche, nicht nach dem BBW-Prinzip betriebene Fahrzeug-Bremsanlage sein kann. Auch bei solchen Ausführungsbeispielen kann die hier beschriebene Technik zum Einsatz gelangen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/111393 A1 [0003, 0004]
- WO 2010/091883 A1 [0004]
- WO 2010/091883 [0005, 0006, 0006, 0043, 0059]
