DE102012018956A1

DE102012018956A1 - Niederdruckspeicher für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität und Verfahren zum Betrieb eines solchen Niederdruckspeichers

Info

Publication number: DE102012018956A1
Application number: DE201210018956
Authority: DE
Inventors: Christian Massong; Daniel Widmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Niederdruckspeicher (1) für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität, wobei am oder im Niederdruckspeicher (1) eine Druckerzeugungseinheit (2) zur variablen Einstellung eines Druckniveaus eines im Niederdruckspeicher (1) geführten Hydraulikmittels angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist die Druckerzeugungseinheit (2) als eine zumindest zeitweise auf einen Kolben (3) einwirkende Druckfeder (5) und ein mit dem Kolben (3) gekoppelter Hubmagnet (6) ausgebildet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Niederdruckspeichers (1) in einem hydraulischen Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität.

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederdruckspeicher für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Niederdruckspeichers nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Die DE 10 2010 002 406 A1 beschreibt ein hydraulisches Bremssystem für ein Fahrzeug. Das hydraulische Bremssystem weist dabei ein Kraft-Druck-Umwandlungselement auf, welches sich in hydraulischer Verbindung mit wenigstens einem Radbremszylinder wenigstens eines Rads befindet. Des Weiteren umfasst das hydraulische Bremssystem ein Volumen-Anpassungselement in hydraulischer Verbindung mit der wenigstens einen Radbremse und dem Kraft-Druck-Umwandlungselement sowie eine Betätigungseinheit zur Betätigung des Kraft-Druck-Umwandlungselements. Die Betätigungseinheit weist außerdem ein Eingangselement auf. Der Druck in dem wenigstens einen Radbremszylinder, also der Bremsdruck wird durch Betreiben der Volumen-Anpassungseinheit und/oder der Betätigungseinheit eingestellt. Dazu ist vorgesehen, dass durch erfindungsgemäßes Betreiben der Betätigungseinheit bei Betreiben der Volumenanpassungseinheit ein Betätigungszustand des Eingangselements beibehalten wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Niederdruckspeicher für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines solchen Niederdruckspeichers anzugeben.
Hinsichtlich des Niederdruckspeichers wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Niederdruckspeicher für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Niederdruckspeichers mit den Merkmalen des Anspruchs 7.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim Niederdruckspeicher für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität, wobei am oder im Niederdruckspeicher eine Druckerzeugungseinheit zur variablen Einstellung eines Druckniveaus eines im Niederdruckspeicher geführten Hydraulikmittels angeordnet ist, ist die Druckerzeugungseinheit erfindungsgemäß als eine zumindest zeitweise auf einen Kolben einwirkende Druckfeder und ein mit dem Kolben gekoppelter Aktuator, beispielsweise ein Hubmagnet, ausgebildet.
Bei einem rekuperativen Bremsvorgang wird das Hydraulikmittel aus einem Hauptbremszylinder in den Niederdruckspeicher geleitet, um die Radbremsen nicht zu aktuieren, so dass die Bremskraft des Fahrzeugs mittels eines Generators erzeugt wird. Durch die im Niederdruckspeicher wirkende Federkraft entsteht dabei üblicherweise ein Restdruck in der Radbremse, welcher ein Restbremsmoment an der Radbremse erzeugt und damit das Rekuperationspotential des Generators reduziert. Mittels einer erfindungsgemäßen Ausbildung des Niederdruckspeichers ist ein solches Restbremsmoment an einer Radbremse vermieden.
Ein solcher Hubmagnet ist eine bewährte und erprobte Technologie, welche auf einfache Weise in beziehungsweise. an einen bestehenden Niederdruckspeicher integrierbar oder anbaubar ist. Dadurch kann ein solcher Niederdruckspeicher beispielsweise in bestehende Bremssysteme integriert werden und herkömmliche Niederdruckspeicher ersetzen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Niederdruckspeichers ist der aktiv aktuierbare Weg des Niederdruckspeichers auf die Anforderungen der Rekuperation optimiert, so dass die Abmessungen des Aktuators und dessen Energieverbrauch reduziert sind.
Insbesondere sind durch die Reduzierung des Restbremsmoments bei Hybrid-Bremssystemen ein Treibstoffverbrauch und ein daraus resultierender Schadstoffausstoß des Fahrzeugs verringbar.
Beim Verfahren zum Betrieb eines Niederdruckspeichers in Abhängigkeit einer Betriebsart oder -situation des Fahrzeugs wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit einer Betriebsart oder -situation des Fahrzeugs ein Druckniveau eines im Niederdruckspeicher geführten Hydraulikmittels mittels einer Druckerzeugungseinheit variabel eingestellt. Dies ermöglicht eine variable Anpassung des Niederdruckspeichers und des darin anliegenden Druckniveaus des Hydraulikmittels an unterschiedliche Betriebsarten oder -situationen des Fahrzeugs.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Niederdruckspeichers mit einer Druckerzeugungseinheit.
1 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Niederdruckspeichers 1 mit einer Druckerzeugungseinheit 2. Dabei ist die Druckerzeugungseinheit 2 als eine zumindest zeitweise auf einen Kolben 3 einwirkende Druckfeder 5 und ein mit dem Kolben 3 gekoppelter Hubmagnet 6 ausgebildet.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Niederdruckspeicher, welcher eine Feder aufweist, die mit einer unveränderbaren Federkraft auf einen Kolben einwirkt und derart ein Druckniveau innerhalb des Niederdruckspeichers einstellt, weist ein erfindungsgemäßer Niederdruckspeicher 1 eine Druckerzeugungseinheit 2 zur variablen Einstellung eines Druckniveaus eines im Niederdruckspeicher 1 geführten Hydraulikmittels auf.
Dabei umfasst der Niederdruckspeicher 1 die Druckerzeugungseinheit 2, einen Kolben 3, ein Gehäuse 4, eine Dichtung 7 und ein Abdeckelement 8.
Der Kolben 3 ist in einer korrespondierend ausgeformten Aussparung 9 des Gehäuses 4 verschiebbar angeordnet und mittels der Dichtung 7 gegenüber der Umgebung des Niederdruckspeichers 1 abgedichtet. Die Aussparung 9 weist zumindest eine Zuleitung 10 auf, mittels der der Niederdruckspeicher 1 mit einem Bremssystem fluidisch gekoppelt ist. In dieser Zuleitung 10 kann ein nicht dargestelltes Ventil angeordnet sein.
An der von der Zuleitung 10 abgewandten Seite des Kolbens 3 ist dieser mittels des Abdeckelements 8 bedeckt und derart vor Umwelteinflüssen geschützt. Dabei ist das Abdeckelement 8 bevorzugt topfartig ausgebildet und korrespondierend zum Kolben 3 ausgebildet, um dessen ungehinderte Bewegung zu ermöglichen. Weiterhin kann das Abdeckelement 8 innenseitig, d. h. in Richtung des Kolbens 3 weisend, zumindest eine, beispielsweise ringförmige, Ausformung 11 aufweisen, welche eine Führung eines ersten Federendes 16 der Druckfeder 5 ermöglicht.
Am Kolben 3 ist ein Stempelstift 12 angeordnet. Dieser Stempelstift 12 ist form-, stoff- und/oder kraftschlüssig insbesondere zentral an einem Kolbenboden 13 des Kolbens 3 angeordnet. Der Stempelstift 12 steht in mechanischer Wirkverbindung mit dem Hubmagneten 6, so dass der Kolben 3 mittels des Hubmagneten 6 bewegbar ist.
Der Stempelstift 12 ist zumindest abschnittsweise formschlüssig in einer Anschlaghülse 14 angeordnet und wird derart von dieser Anschlaghülse 14 geführt.
Die Anschlaghülse 14 weist in ihrer Längserstreckung eine Durchgangsöffnung auf, welche korrespondierend zum Stempelstift 12 ausgeformt ist und in welcher der Stempelstift 12 verschiebbar angeordnet ist.
Die Anschlaghülse 14 umfasst an einem ersten Ende einen Federteller 15, an welchem die Druckfeder 5 mit ihrem zweiten Federende 17 anliegt.
An einem zweiten, dem Federteller 15 gegenüberliegenden Ende der Anschlaghülse 14 ist ein Außengewinde 18 ausgebildet. Die Anschlaghülse 14 ist im Bereich des Außengewindes 18 abschnittsweise in einer korrespondierend ausgeformten Durchgangsöffnung 19 des Abdeckelements 8 angeordnet. Dabei sind am Außengewinde 18 der Anschlaghülse 14 zwei Kontermuttern 20 angeordnet. Die Kontermuttern 20 sind außenseitig, d. h. an einer vom Kolben 3 wegweisenden Seite, des Abdeckelements 8 angeordnet.
Mittels der Positionierung der Kontermuttern 20 auf dem Außengewinde 18 ist ein Abstand A zwischen Kolbenboden 13 und Anschlaghülse 14, insbesondere deren Federteller 15, und ein daraus resultierender kraftfreier Leerweg des Kolbens 3 variabel einstellbar.
Die Druckerzeugungseinheit 2 ist als eine zumindest zeitweise auf den Kolben 3 einwirkende Druckfeder 5 und ein mit dem Kolben 3 gekoppelter Hubmagnet 6 ausgebildet.
Der Aktuator 6 ist als herkömmlicher Hubmagnet ausgebildet und umfasst nicht näher dargestellt eine elektromagnetische Spule, einen Hubanker 22 und entsprechende elektrische Anschlussmittel 21. Der Hubanker 22 ist mit dem Kolben 3, insbesondere dem Stempelstift 12, mechanisch gekoppelt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform können Hubanker 22 und Stempelstift 12 einstückig ausgebildet sein.
Die Druckfeder 5 stützt sich mit dem ersten Federende 16 am Abdeckelement 8 ab und wirkt mit dem anderen Federende 17 auf den Federteller 15 ein. Gelangt der Federteller 15 in Anlage an den Kolbenboden 13, wirkt die Druckfeder 5 auf den verschiebbaren Kolben 3 ein.
Der erfindungsgemäße Niederdruckspeicher 1 ist einem nicht näher dargestellten herkömmlichen hydraulischen Bremssystem eines Fahrzeugs angeordnet und bevorzugt mit einem Hauptbremszylinder fluidisch gekoppelt. In einem solchen hydraulischen Bremssystem ist ein Hydraulikmittel, insbesondere eine herkömmliche Bremsflüssigkeit, geführt.
Das Fahrzeug umfasst eine Rekuperationsfunktionalität, wobei in entsprechenden Betriebssituationen eine Bremsung des Fahrzeugs mittels eines Generators erfolgt, so dass bei einer solchen Bremsung elektrische Energie erzeugbar ist.
Bei einem solchen rekuperativen Bremsvorgang wird das Hydraulikmittel durch die Betätigung eines Bremspedals aus dem Hauptbremszylinder in den Niederdruckspeicher 1 geleitet, um die Radbremsen nicht zu aktuieren, so dass die Bremskraft des Fahrzeugs ausschließlich mittels des Generators erzeugt wird.
Durch eine in einem herkömmlichen Niederdruckspeicher wirkende Federkraft entsteht üblicherweise ein Restdruck im Bremssystem und somit in den Radbremsen, welcher ein Restbremsmoment an jeder Radbremse erzeugt und damit das Rekuperationspotential des Generators reduziert.
Diese Federkraft ist notwendig, um einen Rückfluss des Hydraulikmittels nach einem solchen rekuperativen Bremsvorgang in den Hauptbremszylinder zu ermöglichen.
Bei einem erfindungsgemäßen Niederdruckspeicher 1 wird in Abhängigkeit einer Betriebsart oder -situation des Fahrzeugs ein Druckniveau eines im Niederdruckspeicher 1 geführten Hydraulikmittels mittels einer Druckerzeugungseinheit 2 variabel eingestellt. Dadurch kann ein solches Restbremsmoment an einer Radbremse während einer rekuperativen Bremsung vermieden werden.
Im Betrieb des Niederdruckspeichers 1 wird während eines rekuperativen Bremsvorgangs der Kolben 3 des Niederdruckspeichers 1 vom einströmenden Hydraulikmittel entlang des einstellbaren Leerwegs bewegt. Dieser Leerweg entspricht dem Abstand A zwischen Kolbenboden 13 und Federteller 15. Während dieses Leerwegs ist der Kolben 3 vom Hydraulikmittel kraftfrei bewegbar. Während der kraftfreien Bewegung des Kolbens 3 nimmt der Niederdruckspeicher 1 eine entsprechende Menge an Hydraulikmittel auf, um das Auftreten eines Restbremsmoments an den Radbremsen zu verhindern.
Dazu wird der Abstand A zwischen Kolbenboden 13 und einer Anschlaghülse 14 auf einen jeweiligen maximalen Rekuperationsfüllgrad abgestimmt und eingestellt.
Nach dem Überwinden des Leerwegs geraten Kolbenboden 13 und Federteller 15 in Anlage. Daraus resultierend komprimiert der Kolben 3 beim weiteren Füllen des Niederdruckspeichers 1 die Druckfeder 5. Dies tritt nur bei einem besonders starken Abbremsvorgang, beispielsweise einer Gefahrenbremsung, auf. Dadurch wird der rekuperative Bremsvorgang beendet.
Nach Beendigung des Bremsvorgangs wird der Niederdruckspeichers 1 entleert. Während einer Entleerung des Niederdruckspeichers 1 bewegt sich die Druckfeder 5 in herkömmlicher Weise in ihre Ausgangposition und wirkt derart auf den Kolben 3 ein, wobei das Hydraulikmittel mittels der Federkraft aus dem Niederdruckspeicher 1 ausgeschoben wird.
Nach Erreichen der Ausgangposition der Druckfeder 5 wird der Hubmagnet 6 aktiviert. Dadurch wird der Kolben 3 entlang des Leerwegs in seine Ausgangposition bewegt.
Nach einem rekuperativen Bremsvorgang wird entsprechend nur der Kolben 3 mittels des Hubmagneten 6 entlang des Leerwegs in seine Ausgangposition bewegt.
Bezugszeichenliste

1: Niederdruckspeicher
2: Druckerzeugungseinheit
3: Kolben
4: Gehäuse
5: Druckfeder
6: Hubmagnet
7: Dichtung
8: Abdeckelement
9: Aussparung
10: Zuleitung
11: Ausformung
12: Stempelstift
13: Kolbenboden
14: Anschlaghülse
15: Federteller
16: erstes Federende
17: zweites Federende
18: Außengewinde
19: Durchgangsöffnung
20: Kontermutter
21: elektrische Anschlussmittel
22: Hubanker
A: Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010002406 A1 [0002]

Claims

Niederdruckspeicher (1) für ein hydraulisches Bremssystem eines Fahrzeugs mit Rekuperationsfunktionalität, wobei am oder im Niederdruckspeicher (1) eine Druckerzeugungseinheit (2) zur variablen Einstellung eines Druckniveaus eines im Niederdruckspeicher (1) geführten Hydraulikmittels angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinheit (2) als eine zumindest zeitweise auf einen Kolben (3) einwirkende Druckfeder (5) und ein mit dem Kolben (3) gekoppelter Aktuator (6) ausgebildet ist.
Niederdruckspeicher (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stempelstift (12) am Kolben (3) des Niederdruckspeichers (1) angeordnet und zumindest abschnittsweise formschlüssig in einer Anschlaghülse (14) angeordnet und von dieser Anschlaghülse (14) geführt ist.
Niederdruckspeicher (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlaghülse (14) an einem ersten Ende einen Federteller (15) umfasst, an welchem die Druckfeder (5) mit einem Ende anliegt.
Niederdruckspeicher (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen Kolben (3) und Anschlaghülse (14) und ein daraus resultierender kraftfreier Leerweg des Kolbens (3) einstellbar ist.
Verfahren zum Betrieb eines Niederdruckspeichers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Betriebsart oder -situation des Fahrzeugs ein Druckniveau eines im Niederdruckspeicher (1) geführten Hydraulikmittels mittels einer Druckerzeugungseinheit (2) variabel eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während eines rekuperativen Bremsvorgangs ein Kolben (3) des Niederdruckspeichers (1) vom einströmenden Hydraulikmittel entlang des einstellbaren Leerwegs bewegt wird, wobei nach dem Überwinden des Leerwegs der Kolben (3) die Druckfeder (5) komprimiert und der rekuperative Bremsvorgang beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (A) zwischen einem Kolbenboden (13) und einer Anschlaghülse (14) auf einen jeweiligen maximalen Rekuperationsfüllgrad abgestimmt und eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfeder (5) beim Leeren des Niederdruckspeichers (1) in ihre Ausgangposition bewegt und derart auf den Kolben (3) einwirkt, wobei nach Erreichen der Ausgangposition der Druckfeder (5) der Kolben (3) mittels eines Hubmagneten (6) entlang des Leerwegs in seine Ausgangposition bewegt wird.