DE102012212012A1 - Actuator for performing pressure-increase in electro-hydraulic brake-by-wire braking system for motor vehicle, has switching device and pump device designed such that direction of volume flow without reversing pump motor is reversed - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator zum Druckaufbau und Druckabbau in einer elektrohydraulischen Brake-by-Wire-Bremsanlage, mit einer Pumpvorrichtung mit einem Pumpenmotor, durch die ein Volumenstrom von Bremsflüssigkeit in wenigstens einen Verbraucherkreis gepumpt wird. Sie betrifft weiterhin eine zugehörige Bremsanlage. Sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to an actuator for pressure build-up and pressure reduction in an electro-hydraulic brake-by-wire brake system, with a pump device with a pump motor through which a volume flow of brake fluid is pumped into at least one consumer circuit. It further relates to an associated brake system. It further relates to a corresponding method.
Bei Brake-by-Wire-Systemen für Kraftfahrzeuge ist für einen präzisen Betrieb erforderlich, dass die Stellelemente bzw. Aktuatoren die Drücke in den Bremskreisen mit hoher Stellgenauigkeit sowohl auf- als auch abbauen können. Bisherige Ansätze hierzu verwenden auf Kolben drückende Spindelsysteme bzw. Linearantriebe mit einem Motor, gegebenenfalls einem Getriebe und einem Spindeltrieb, oder Pumpenantriebe. Während bei Linearantrieben der Systemdruck im Bremssystem bzw. in den entsprechenden Bremskreisen durch Reversieren des Motors abgebaut wird, wird bei Pumpensystemen der Druckabbau über Auslassventile gesteuert bzw. geregelt.In automotive brake-by-wire systems, precise operation requires that the actuators can both open and close the pressures in the brake circuits with high positioning accuracy. Previous approaches to this use piston-pressing spindle systems or linear drives with a motor, optionally a gear and a spindle drive, or pump drives. While in linear drives the system pressure in the brake system or in the corresponding brake circuits is reduced by reversing the motor, in pump systems the pressure reduction is controlled or regulated via outlet valves.
Während die spindelbasierten Lösungen vergleichsweise aufwändig und groß sind, können Pumpenantriebe mit günstigen und etablierten Komponenten gebildet werden. Bekannte auf Pumpen basierende Ansätze leiden allerdings daran, dass der Druckaufbau zwar über die Kolbenbewegung der Pumpe volumetrisch gut steuerbar ist, der Druckabbau hingegen über ein Auslassventil vergleichsweise unkontrolliert und daher gegebenenfalls mit zu hoher Dynamik stattfindet, so dass insbesondere Regelvorgänge des Bremsdruckes nicht präzise genug ausgeführt werden können.While the spindle-based solutions are relatively complex and large, pump drives can be formed with inexpensive and established components. Known pump-based approaches, however, suffer from the fact that the pressure buildup is volumetrically well controlled via the piston movement of the pump, the pressure reduction via an outlet valve comparatively uncontrolled and therefore possibly takes place with too high dynamics, so that in particular control operations of the brake pressure is not executed precisely enough can be.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator der oben genannten Art bereitzustellen, durch den ein volumetrisch definierter Druckabbau ermöglicht wird. Zudem soll eine zugehörige Bremsanlage angegeben werden. Weiterhin soll ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Aktuators angegeben werden.It is therefore the object of the invention to provide an actuator of the abovementioned type, by means of which a volumetrically defined pressure reduction is made possible. In addition, an associated brake system should be specified. Furthermore, a method for operating such an actuator should be specified.
In Bezug auf den Aktuator wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einer Umschaltvorrichtung, wobei die Pumpvorrichtung und die Umschaltvorrichtung derart ausgestaltet sind, dass bedarfsweise die Richtung des Volumenstroms ohne Reversieren des Pumpenmotors umgekehrt werden kann.With respect to the actuator, this object is achieved according to the invention with a switching device, wherein the pumping device and the switching device are configured such that, if necessary, the direction of the volume flow can be reversed without reversing the pump motor.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für die präzise und bedarfsweise schnelle und wiederholte Durchführung von Regelvorgängen bei Bremsvorgängen die Phase des Druckabbaus durch einen entsprechenden Aktuator möglichst genauso präzise und volumetrisch dosierbar ablaufen sollte wie die Druckaufbauphase. Nur dann kann in jedem Moment des Regelvorgangs der Bremsdruck auf den gewünschten Wert eingeregelt werden, und Ungenauigkeiten bezüglich der abgeführten Bremsmittelmenge während des Druckabbaus können vermieden werden. The invention is based on the consideration that for the precise and, if necessary, fast and repeated carrying out of control processes during braking, the phase of the pressure reduction should be as precisely and volumetrically metered as possible by a corresponding actuator as the pressure build-up phase. Only then can the brake pressure be adjusted to the desired value at every moment of the control process, and inaccuracies with regard to the quantity of brake fluid removed during the pressure reduction can be avoided.
Die bekannten Ausgestaltungen mit Pumpvorrichtungen zum Druckaufbau, bei denen der Druckabbau durch Abfuhr der Bremsflüssigkeit über Auslassventile erfolgt, werden diesen Anforderungen nicht gerecht.The known embodiments with pumping devices for pressure build-up, in which the pressure reduction takes place by removal of the brake fluid via exhaust valves, do not meet these requirements.
Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich diese Anforderungen dadurch erfüllen, dass der Volumenstrom, der zum Druckaufbau von der Pumpvorrichtung zu dem Verbraucherkreis gefördert wird, in der Druckabbauphase in seiner Richtung zeitlich präzise und damit definiert umgekehrt wird. Das heißt, die Bremsflüssigkeit fließt beim Druckabbau wieder von dem Verbraucherkreis zurück in Richtung der Pumpvorrichtung. Dadurch kann eine volumetrisch genaue Rückförderung erreicht werden. Diese bedarfsweise zielgerichtete und präzise Umkehrung der Förderrichtung der Bremsflüssigkeit, die insbesondere auch dadurch ermöglicht wird, dass der Pumpenmotor nicht reversiert werden muss, kann nun mit einer Umschaltvorrichtung erreicht werden, die je nach geschaltetem Zustand entweder einen Fluss in den Verbraucherkreis zum Druckaufbau oder einen Abfluss in umgekehrter Richtung zum Druckabbau ermöglicht.As has now been recognized, these requirements can be met by the fact that the volume flow, which is promoted to the pressure build-up of the pumping device to the load circuit, in the pressure reduction phase in its direction with precise timing and thus reversed vice versa. That is, the brake fluid flows during pressure reduction back from the consumer circuit back towards the pumping device. This allows a volumetrically accurate return promotion can be achieved. This, if necessary, purposeful and precise reversal of the conveying direction of the brake fluid, which in particular is made possible by the fact that the pump motor does not have to be reversed, can now be achieved with a switching device, depending on the switched state, either a flow in the load circuit to build up pressure or a drain in the reverse direction allows for pressure reduction.
Durch eine derartige Umschaltvorrichtung kann der Volumenstrom nicht nur volumetrisch präzise in beide Richtungen gefördert werden. Der Aktuator wird dadurch auch ertüchtigt, eine zeitlich präzise Steuerung des Volumenstroms durchzuführen, so dass diese beispielsweise mit dem Betrieb der entsprechenden Pumpvorrichtung synchronisiert werden kann.By such a switching device, the volume flow can be promoted not only volumetrically precise in both directions. The actuator is thereby also trained to perform a precise timing control of the volume flow, so that it can be synchronized, for example, with the operation of the corresponding pumping device.
Vorteilhafterweise weist die Umschaltvorrichtung eine Anzahl von schaltenden Ventilen auf. Diese können, je nach Bedarf, als selbstschaltende Ventile (beispielsweise Rückschlagventile) oder elektrisch ansteuerbare Schaltventile ausgebildet sein. Schaltventile lassen sich durch einfache und robuste Ansteuerung schalten und erlauben so eine zeitgenaue und präzise Umkehrung des Volumenstroms.Advantageously, the switching device has a number of switching valves. These can, depending on requirements, as self-switching valves (eg check valves) or electrically controllable switching valves can be formed. Switching valves can be switched by simple and robust control and thus allow a timely and precise reversal of the volumetric flow.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Aktuators verläuft von der Pumpvorrichtung wenigstens eine Zufuhrleitung mit einem Zufuhrventil der Umschaltvorrichtung, welches bei der Zufuhr von Bremsflüssigkeit in den Verbraucherkreis geöffnet wird, zum Verbraucherkreis und wenigstens eine Abfuhrleitung mit einem Abfuhrschaltventil der Umschaltvorrichtung, welches bei der Abfuhr von Bremsflüssigkeit in den Verbraucherkreis öffnet, vom Verbraucherkreis zur Pumpvorrichtung.In a preferred embodiment of the actuator extends from the pumping device at least one supply line with a supply valve of the switching device, which is opened in the supply of brake fluid in the load circuit to the load circuit and at least one discharge line with a discharge switching valve Switching device which opens when the removal of brake fluid in the consumer circuit, from the consumer circuit to the pumping device.
Damit stehen für den Zufluss von Bremsflüssigkeit in den Verbraucherkreis und für den Rückfluss jeweils separate Leitungen zur Verfügung, die auch durch die entsprechenden Ventile bedarfsweise sperren bzw. gesperrt oder freigegeben werden können. Das Zufuhrventil kann dabei als Rückschlagventil ausgebildet sein, welches den Rückfluss von Bremsflüssigkeit aus dem Verbraucherkreis durch die Zufuhrleitung verhindert.Separate lines are available for the inflow of brake fluid into the consumer circuit and for the return flow, which can also be blocked or blocked or released by the corresponding valves as required. The supply valve may be formed as a check valve, which prevents the return flow of brake fluid from the consumer circuit through the supply line.
Vorzugsweise ist zur bedarfsweisen schnellen Abfuhr von Bremsflüssigkeit aus der Pumpvorrichtung bzw. aus dem Verbraucherkreis ein Niederdruckspeicher vorgesehen, der durch wenigstens eine Speicherleitung hydraulisch mit der Pumpvorrichtung verbunden ist, und wobei in die Speicherleitung als Zufuhrventil ein Schaltventil geschaltet ist oder ein Differenzdruckventil, welches öffnet, wenn der Druck in der Pumpvorrichtung den Druck in dem Verbraucherkreis übersteigt, geschaltet ist. Das jeweilige Ventil öffnet somit (geschaltet oder aufgrund der Druckverhältnisse), wenn die Pumpe Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher fördert.Preferably, a low-pressure accumulator is provided for demand-fast removal of brake fluid from the pumping device or from the consumer circuit, which is hydraulically connected by at least one storage line with the pumping device, and wherein in the storage line as a supply valve, a switching valve is connected or a differential pressure valve which opens, when the pressure in the pumping device exceeds the pressure in the consumer circuit is switched. The respective valve thus opens (switched or due to the pressure conditions) when the pump delivers brake fluid into the low pressure accumulator.
Im Falle eines Schaltventils kann dieses geöffnet werden, sobald das Druckmittel bzw. die Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher eingeleitet werden soll. Im Falle eines genannten Differenzdruckventils öffnet dieses selbsttätig, wenn der Druck in der Pumpvorrichtung den Druck im Verbraucherkreis übersteigt, so dass dann Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher abfließt bzw. die Speicherleitung so lange durchgängig ist, bis der Druck in der Pumpvorrichtung geringer oder gleich groß wie der Druck in dem Verbraucherkreis ist.In the case of a switching valve, this can be opened as soon as the pressure medium or the brake fluid to be introduced into the low-pressure accumulator. In the case of a said differential pressure valve, this opens automatically when the pressure in the pumping device exceeds the pressure in the consumer circuit, so that then brake fluid flows into the low-pressure accumulator or the storage line is so long, until the pressure in the pumping device is less than or equal to the Pressure in the consumer circuit is.
Vorteilhafterweise ist eine das Schaltventil oder Differenzdruckventil überbrückende Bypassleitung vorgesehen, in die ein Rückschlagventil geschaltet ist, welches den Fluss von Bremsflüssigkeit von der Pumpenvorrichtung in den Niederdruckspeicher sperrt und in umgekehrter Richtung zulässt. Durch diese Bypassleitung kann durch die Pumpvorrichtung das Druckmittel als dem Niederdruckspeicher angesaugt werden, ohne dass das Ventil in der Speicherleitung seine Stellung verändern muss. Das Rückschlagventil verhindert den unerwünschten bzw. unkontrollierten Fluss von Druckmittel von der Pumpvorrichtung durch die Bypassleitung in den Niederdruckspeicher.Advantageously, a bypass line bridging the bypass valve is provided, in which a check valve is connected, which blocks the flow of brake fluid from the pump device into the low-pressure accumulator and allows in the reverse direction. Through this bypass line, the pressure medium can be sucked as the low-pressure accumulator by the pumping device, without the valve in the storage line must change its position. The check valve prevents the undesired or uncontrolled flow of pressure medium from the pumping device through the bypass line into the low-pressure accumulator.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Pumpvorrichtung einen Elektromotor mit einer Motorachse auf, der über ein Antreibelement wenigstens einen Kolben in einem zugeordneten Zylinder bewegt, wobei das Antreibelement derart ausgestaltet ist, dass der jeweilige Kolben in zwei entgegengesetzte Richtungen bewegt werden kann, ohne dass die Drehrichtung der Motorachse umgekehrt werden muss. Durch diese Ausgestaltung der Pumpvorrichtung werden Reversierungen des Motors und die damit verbundenen auftretenden starken Kräfte und hohen Bordnetzströme vermieden.In a preferred embodiment, the pump device has an electric motor with a motor axis, which moves via a driving element at least one piston in an associated cylinder, wherein the driving element is configured such that the respective piston can be moved in two opposite directions without the direction of rotation the motor axis must be reversed. By this embodiment of the pumping device reversals of the engine and the associated strong forces and high electrical system currents are avoided.
Vorteilhafterweise ist jedem Zylinder jeweils eine Zufuhrund eine Abfuhrleitung und eine Speicherleitung zugeordnet, wobei die Abfuhrleitungen jeweils ein gemeinsames zweites Schaltventil aufweisen. Das heißt der Abfluss von Bremsflüssigkeit durch die jeweiligen Abfuhrleitungen kann durch Schalten eines gemeinsamen Ventils gesteuert werden. Je nach Anwendungsfall bzw. Dimensionierung des Aktuators sind vorteilhafterweise zwei oder drei oder mehr Zylinder vorgesehen.Advantageously, each cylinder is associated with a supply and a discharge line and a storage line, wherein the discharge lines each have a common second switching valve. That is, the outflow of brake fluid through the respective discharge lines can be controlled by switching a common valve. Depending on the application or dimensioning of the actuator advantageously two or three or more cylinders are provided.
Das Antreibelement ist vorzugsweise als Exzenter oder als exzentrisch zur Motorachse angebrachte Pleuelstange ausgebildet.The driving element is preferably designed as an eccentric or as a connecting rod mounted eccentrically to the motor axis.
In Bezug auf die Bremsanlage wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem oben spezifizierten Aktuator.With respect to the brake system, the above object is achieved according to the invention with an actuator specified above.
In Bezug auf das Verfahren zum Aufbau und Abbau von Bremsdruck in einer hydraulischen Brake-by-Wire-Bremsanlage wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zum Druckaufbau in wenigstens einem Verbraucherkreis ein Volumenstrom von Bremsflüssigkeit von einer Pumpvorrichtung mit einem Pumpenmotor in den Verbraucherkreis gefördert wird, und wobei zum Druckabbau durch eine Umschaltvorrichtung die Richtung des Volumenstroms bei unveränderter Drehrichtung des Motors, d. h. ohne Reversieren des Pumpenmotors, umgekehrt wird, so dass der Volumenstrom aus dem Verbraucherkreis in die Pumpvorrichtung zurück fließt.With regard to the method for constructing and reducing brake pressure in a hydraulic brake-by-wire brake system, the abovementioned object is achieved according to the invention by boosting a volume flow of brake fluid from a pump device with a pump motor into the consumer circuit to build up pressure in at least one consumer circuit is, and wherein the pressure reduction by a switching device, the direction of the flow rate at the same direction of rotation of the engine, d. H. is reversed without reversing the pump motor, so that the volume flow from the consumer circuit flows back into the pumping device.
Zum Druckabbau wird vorteilhafterweise in einem ersten Schritt Bremsflüssigkeit aus dem Verbraucherkreis in die Pumpvorrichtung abgeführt und in einem zweiten Schritt Bremsflüssigkeit aus der Pumpvorrichtung in einen Niederdruckspeicher gepumpt.For pressure reduction is advantageously removed in a first step brake fluid from the consumer circuit in the pumping device and pumped in a second step brake fluid from the pumping device into a low-pressure accumulator.
Vorteilhafterweise wird während des Druckabbaus Bremsflüssigkeit durch das Herstellen einer direkten hydraulischen Verbindung zwischen dem Verbraucherkreis und dem Niederdruckspeicher unmittelbar und ohne Mitwirkung des Pumpenmotors in einen Niederdruckspeicher abgeführt, wenn ein extrem schneller Druckabbau notwendig ist. Dies geschieht bevorzugt durch das Öffnen von Ventilen in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Verbraucherkreis und dem Niederdruckspeicher.Advantageously, brake fluid is discharged during the pressure reduction by establishing a direct hydraulic connection between the load circuit and the low-pressure accumulator directly and without the involvement of the pump motor in a low-pressure accumulator when an extremely rapid pressure reduction is necessary. This is preferably done by opening valves in the hydraulic connection between the load circuit and the low-pressure accumulator.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass bei dem beschriebenen Aktuator auf bekannte und kostengünstige Komponenten zurückgegriffen werden kann und ein gegenüber alternativen Lösungen vergleichsweise geringer Bauraum benötigt wird. Durch einen an die Motordrehzahl angekoppelten, volumetrisch definierten Druckabbau kann eine – im Vergleich zu konventionellen Pumpentrieben – bessere Regelfunktion für Komfort und Regelfunktionen bereitgestellt werden. The advantages of the invention are in particular that in the described actuator can be made of known and inexpensive components and compared to alternative solutions comparatively small space is required. By a volumetrically defined pressure reduction coupled to the engine speed, a better control function for comfort and control functions can be provided - compared to conventional pump drives.
Wenn der Motor zum Druckabbau nicht reversiert werden muss wird insbesondere bei Regelvorgängen wie z. B. ABS oder TSC die Bordnetzbelastung durch den Entfall der Motor-Reversierbewegung reduziert bzw. es können auch im Gegensatz zu Systemen mit notwendiger Motor-Reversierung trägere und günstiger bauende Motorenarten verwendet werden, die z. B. auf eine Laufrichtung optimiert wurden und/oder günstigere Magnetmaterialien verwenden.If the engine for pressure reduction does not have to be reversed is especially in control operations such. B. ABS or TSC reduces the electrical system load due to the elimination of the engine reversing or it can also be used in contrast to systems with necessary engine reversal carrier and cheaper engine types that z. B. were optimized for one direction and / or use cheaper magnetic materials.
Der Aktuator kennt keine Beschränkung seines Arbeitsvermögens und kann daher kontinuierlich und ohne Unterbrechung Bremsflüssigkeit in das Bremssystem zu- und abführen. Unterbrechungen in Druckaufbauphasen – z. B. wegen des Zurückziehens eines Kolbens – sind daher nicht notwendig.The actuator knows no limitation of its working capacity and can therefore continuously and without interruption brake fluid in the brake system and remove. Interruptions in pressure build-up phases - z. B. because of the retraction of a piston - are therefore not necessary.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. In it show in a highly schematic representation:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.Identical parts are provided with the same reference numerals in all figures.
Ein in
Die Pumpvorrichtung
Der Aktuator weist eine Umschaltvorrichtung
Die Zufuhrleitung
Eine erste Druckaufbauphase wird nun anhand der
In
Eine erste Phase des Druckabbaus ist in
Zwischen dem zweiten Schaltventil
Eine zweite Phase des Druckabbaus ist in
Das Schaltventil
Eine schnelle, unmittelbare Einleitung der Bremsflüssigkeit in den Niederdruckspeicher kann bedarfsweise durchgeführt werden, indem die Ventile
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Aktuators
Im Unterschied zu dem Aktuator
Ein Aktuator
Von dem Zylinder
Zur bedarfsweisen Abführung von Bremsflüssigkeit aus dem jeweiligen Zylinder
Das Differenzdruckventil
Die Speicherleitungen
Ein Aktuator
Von der Leitung
Von dem Zylinder
Die Leitungen
Die Differenzdruckventile
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Aktuator actuator
- 88th
- Pumpvorrichtung pumping device
- 1414
- Verbraucherkreis consumer circuit
- 2020
- Zufuhrleitung supply line
- 2626
- Rückschlagventil check valve
- 3030
- Abfuhrleitung discharge line
- 3232
- Exzenter eccentric
- 3838
- Drehrichtung direction of rotation
- 4444
- Kolben piston
- 5050
- Zylinder cylinder
- 5656
- Umschaltvorrichtung switching
- 6262
- Zufuhrschaltventil Supply switching valve
- 6868
- Abfuhrschaltventil Discharge switching valve
- 7474
- Leitung management
- 8080
- Speicherleitung storage line
- 8686
- Niederdruckspeicher Low-pressure accumulator
- 9292
- Schaltventil switching valve
- 9696
- Bypassleitung bypass line
- 102102
- Rückschlagventil check valve
- 108108
- Ausschubrichtung out direction
- 114114
- Ansaugrichtung suction direction
- 120120
- Rückschlagventil check valve
- 126126
- Differenzdruckventil Differential pressure valve
- 140140
- Kolben piston
- 146146
- Zylinder cylinder
- 152152
- Abfuhrleitung discharge line
- 158158
- Rückschlagventil check valve
- 164164
- Mündungspunkt mouth point
- 172172
- Zufuhrleitung supply line
- 178178
- Rückschlagventil check valve
- 184184
- Mündungspunkt mouth point
- 190190
- Speicherleitung storage line
- 196196
- Differenzdruckventil Differential pressure valve
- 202202
- Differenzdruckventil Differential pressure valve
- 210210
- Zylinder cylinder
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