DE102012217096B4

DE102012217096B4 - Bremskraftverstärker und hydraulisches Bremssystem

Info

Publication number: DE102012217096B4
Application number: DE102012217096.0A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Fukushima
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2032-09-22
Also published as: US8777331B2; DE102012217096A1; US20130076115A1; JP2013067378A; JP6144889B2

Abstract

Bremskraftverstärker (30, 30') zur Verwendung in einem hydraulischen Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptzylinder (18) und einer hydraulischen Steuereinheit (22), wobei der Bremskraftverstärker (30, 30') umfasst:ein Gehäuse (34);eine Schraubengetriebeanordnung (38, 200), die wenigstens teilweise in dem Gehäuse (34) positioniert ist;einen an das Gehäuse (34) gekoppelten Motor (40) zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung (38, 200); undeine in dem Gehäuse (34) positionierte Kolbenbaugruppe (88, 88'), wobei die Kolbenbaugruppe (88, 88') und das Gehäuse (34) zusammen wenigstens teilweise definieren:eine erste Fluidkammer (138, 228) mit einer Öffnung (154, 154') zum Herstellen einer Fluidverbindung zum Hauptzylinder; undeine zweite Fluidkammer (142, 232) mit einer Öffnung (162, 162') zum Herstellen einer Fluidverbindung zur hydraulischen Steuereinheit (22);wobei die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) relativ zu einem Kolben (92) der Kolbenbaugruppe (88, 88') zwischen einer Eingriffposition, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) mit dem Kolben (92) in Eingriff ist und eine Öffnung (110, 110') im Kolben (92) abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) von der zweiten Fluidkammer isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar ist, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) die Öffnung (110, 110') im Kolben (92) nicht abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) nicht von der zweiten Fluidkammer isoliert ist.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft Bremssysteme und insbesondere eine Verstärkeranordnung für ein hydraulisches Bremssystem.
KURZBESCHREIBUNG
US 5 758 930 A offenbart einen Bremskraftverstärker zur Verwendung in einem hydraulischen Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptzylinder und einer hydraulischen Steuereinheit, wobei der Bremskraftverstärker umfasst:

ein Gehäuse;
eine Schraubengetriebeanordnung, die wenigstens teilweise in dem Gehäuse positioniert ist;
einen an das Gehäuse gekoppelten Motor zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung; und
eine in dem Gehäuse positionierte Kolbenbaugruppe, wobei die Kolbenbaugruppe und das Gehäuse zusammen wenigstens teilweise definieren:
- eine erste Fluidkammer mit einer Öffnung zum Herstellen einer Fluidverbindung zu einem Elektromagnetventil, das eine fluidische Verbindung zum Hauptzylinder öffnen und schließen kann; und
- eine zweite Fluidkammer mit einer Öffnung zum Herstellen einer Fluidverbindung zu einer Radbremse;
wobei die Schraubengetriebeanordnung zwischen zwei Position bewegbar ist. In der einen Position ist eine Öffnung im Kolben abdichtet. Die erste Fluidkammer ist von der zweiten Fluidkammer isoliert.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen alternativen Bremskraftverstärker und ein alternatives hydraulisches Bremssystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bremskraftverstärker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem hydraulischen Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst. Einer Ausgestaltung zufolge sieht die Erfindung einen Bremskraftverstärker zur Verwendung in einem hydraulischen Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptzylinder und einer hydraulischen Steuereinheit vor. Der Bremskraftverstärker umfasst ein Gehäuse, eine Schraubengetriebeanordnung, die wenigstens teilweise in dem Gehäuse positioniert ist, einen an das Gehäuse gekoppelten Motor zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung und eine in dem Gehäuse positionierte Kolbenbaugruppe. Die Kolbenbaugruppe und das Gehäuse definieren zusammen wenigstens zum Teil eine erste Fluidkammer mit einer Öffnung zum Herstellen einer Fluidverbindung mit dem Hauptzylinder und eine zweite Fluidkammer mit einer Öffnung zum Herstellen einer Fluidverbindung mit der hydraulischen Steuereinheit. Die Schraubengetriebeanordnung ist relativ zu einem Kolben der Kolbenbaugruppe zwischen einer Eingriffposition, in welcher die erste Fluidkammer von der zweiten Fluidkammer isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar, in welcher die erste Fluidkammer nicht von der zweiten Fluidkammer isoliert ist.
Einer anderen Ausgestaltung zufolge sieht die Erfindung ein hydraulisches Bremssystem mit einem Bremspedal, einem an das Bremspedal gekoppelten Hauptzylinder, einer mit einer Mehrzahl von Radbremsen gekoppelten hydraulischen Steuereinheit und einem Bremskraftverstärker vor, der zwischen den Hauptzylinder und die hydraulische Steuereinheit gekoppelt ist. Der Bremskraftverstärker umfasst ein Gehäuse, eine Schraubengetriebeanordnung, die wenigstens teilweise in dem Gehäuse positioniert ist, einen an das Gehäuse gekoppelten Motor zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung und eine in dem Gehäuse positionierte Kolbenbaugruppe. Die Kolbenbaugruppe und das Gehäuse definieren zusammen wenigstens zum Teil eine erste Fluidkammer mit einer in Fluidverbindung mit dem Hauptzylinder stehenden Öffnung und eine zweite Fluidkammer mit einer in Fluidverbindung mit der hydraulischen Steuereinheit stehenden Öffnung. Die Schraubengetriebeanordnung ist relativ zu einem Kolben der Kolbenbaugruppe zwischen einer Eingriffposition, in der die erste Fluidkammer von der zweiten Fluidkammer isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar, in der die erste Fluidkammer nicht von der zweiten Fluidkammer
Andere Aspekte der Erfindung werden deutlich anhand der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts eines hydraulischen Bremssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht eines Bremskraftverstärkers des hydraulischen Bremssystems aus 1, gezeigt in einer Ruheposition.
3 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, gezeigt in einer Bereitschaftsposition.
4 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, gezeigt in einer benutzerbetätigten Bremsposition.
5 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, gezeigt in einer Rückkehrposition, nachdem ein Benutzer die Bremsbetätigung beendet hat.
6 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, gezeigt in einer nicht benutzerbetätigten Bremsposition.
7 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, gezeigt in einer benutzerbetätigten Bremsposition, wenn am Fahrzeug eine elektrische Störung oder ein Versagen des Verstärkermotors aufgetreten ist.
8 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, die eine Tothub-Anpassungsfunktion des Bremskraftverstärkers zeigt.
9 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, die Systemdrücke vor Auslösung einer vorderachsdruck-gesteuerten Energierückgewinnungsbremsung zeigt.
10 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, die Systemdrücke bei Auslösung der vorderachsdruck-gesteuerten Energierückgewinnungsbremsung zeigt.
11 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, die Systemdrücke vor Auslösung einer vierraddruck-gesteuerten Energierückgewinnungsbremsung zeigt.
12 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 2, die Systemdrücke bei Auslösung der vierraddruck-gesteuerten Energierückgewinnungsbremsung zeigt.
13 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht eines alternativen Bremskraftverstärkers für ein hydraulisches Bremssystem, gezeigt in einer Ruheposition.
14 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, gezeigt in einer Bereitschaftsposition.
15 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, gezeigt in einer benutzerbetätigten Bremsposition.
16 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, gezeigt in einer Rückkehrposition, nachdem ein Benutzer das Bremsen beendet hat.
17 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, gezeigt in einer nicht benutzerbetätigten Bremsposition.
18 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, gezeigt in einer benutzerbetätigten Bremsposition, wenn am Fahrzeug eine elektrische Störung oder eine Störung des Verstärkermotors aufgetreten ist.
19 ist ein Schnitt und eine teilweise schematische Ansicht des Bremskraftverstärkers aus 13, die eine Tothub-Anpassungsfunktion des Bremskraftverstärkers zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bevor Ausgestaltungen der Erfindung im Detail erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und Komponentenanordnungen wie in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt oder in den nachfolgenden Zeichnungen gezeigt beschränkt ist. Die Erfindung ist geeignet für andere Ausgestaltungen bzw. zur Anwendung oder Ausführung in unterschiedlichen Weisen.
1 zeigt schematisch ein Bremssystem 10 zur Verwendung bei einem Fahrzeug oder anderen Anwendungen. Das Bremssystem 10 umfasst ein Bremspedal 14, das für manuelle Betätigung durch einen Benutzer (z.B. einen Fahrer eines Fahrzeugs) konfiguriert ist. Das Bremspedal 14 ist an einen Hauptzylinder 18 gekoppelt, und in der dargestellten Ausgestaltung ist kein Vakuumverstärker zwischen dem Bremspedal und dem Hauptzylinder 18 vorgesehen. Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst ferner eine hydraulische Steuereinheit 22, die betreibbar ist, um den Fluss von hydraulischem Bremsfluid zu einer oder mehreren Radbremsen 26 (schematisch in 9 bis 12 dargestellt), zu steuern. Wie in den 2 bis 12 gezeigt, kann in an sich bekannter Weise ein optionaler Pedalgefühlsimulator 28 an den Hauptzylinder 18 gekoppelt sein.
Das hydraulische Bremssystem 10 umfasst ferner einen Bremskraftverstärker 30, der fluidisch zwischen den Hauptzylinder 18 und die hydraulische Steuereinheit 22 gekoppelt ist. Der Verstärker 30 kann im Wesentlichen beliebig zwischen dem Hauptzylinder 18 und der hydraulischen Steuereinheit 22 positioniert sein, was zur Konstruktionsflexibilität des Systems 10 beiträgt. Der Bremskraftverstärker 30 ist betätigbar, um den im Hauptzylinder 18 in Reaktion auf eine Betätigung des Bremspedals 14 durch den Benutzer erzeugten Fluiddruck selektiv zu erhöhen oder zu verstärken, und er ersetzt herkömmliche Vakuumverstärker, wie im Folgenden genauer diskutiert wird.
2 bis 12 veranschaulichen eine erste Ausgestaltung des Bremskraftverstärkers 30 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Bremskraftverstärker 30 umfasst ein Gehäuse 34, das eine Schraubengetriebeanordnung 38 trägt. Ein Motor 40 ist auch an das Gehäuse 34 gekoppelt und in die Schraubengetriebeanordnung 38 integriert, um die Schraubengetriebeanordnung 38 zu betätigen. Der Motor 40 umfasst einen Stator 44 und einen Rotor 48. Der gezeigte Rotor 48 umfasst einen Permanentmagneten 52 und einen Montageabschnitt 56. Der Rotor 48 ist durch Spurlager 60 getragen, die eine begrenzte Translation des Rotors 48 entlang einer Längsachse 64 der Schraubengetriebeanordnung 38 zulassen.
Die dargestellte Schraubengetriebeanordnung 38 ist symmetrisch konfiguriert, um gleichzeitig zwei getrennte, spiegelbildliche Getriebeanordnungen zu bilden, die beide zur Längsachse 64 koaxial sind. Wie im Folgenden noch diskutiert wird, ermöglicht dies dem Bremskraftverstärker 30, mit zwei getrennten Eingängen und Ausgängen auf alle vier Radbremsen 26 zu wirken. In anderen Ausgestaltungen muss der Verstärker 30 jedoch nicht diese duale, symmetrische Anordnung aufweisen, sondern kann stattdessen die Form von zwei vollständig getrennten Verstärkern haben, die jeweils ähnlich einer Hälfte (z.B. der linken Seite oder der rechten Seite) des dargestellten Verstärkers 30 arbeiten.
Jede Getriebeanordnung umfasst eine Schraube 68, die an den Rotor 48 gekoppelt ist, um mit dem Rotor 48 zu rotieren, und eine Gewindebuchse 72, die so über der Schraube 68 positioniert ist, dass eine Drehung der Schecke 68 in einer ersten Richtung eine Bewegung (z.B. Translation) der Gewindebuchse 72 in einer ersten Richtung bewirkt. Mit Bezug auf 3 und 4 bewirkt eine Drehung des Rotors 48 in einer ersten Richtung eine Drehung der zwei Schrauben 68, wodurch die Gewindebuchse 72 auf der linken Seite zu einer Translation nach links und die Gewindebuchse 72 auf der rechten Seite zu einer Translation nach rechts veranlasst wird. Entsprechend bewirkt, wie in 5 gezeigt, eine Drehung des Rotors 48 in einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung eine Drehung der zwei Schrauben 68 in entgegengesetzter Weise, wodurch die Gewindebuchse 72 auf der linken Seite zu einer Translation nach rechts und die Gewindebuchse 72 auf der rechten Seite zu einer Translation nach links veranlasst wird. Die dargestellte Schraubengetriebeanordnung 38 ist ein Kugelschraubengetriebe, das ferner eine Mehrzahl von Kugeln 74 umfasst, die zwischen jeder Schraube 68 und Gewindebuchse 72 (z.B., wie an sich bekannt, in entsprechenden Höhlen oder Gewinden) aufweist.
Das Gehäuse 34 ist allgemein koaxial zur Längsachse 64 der Schraubengetriebeanordnung 38 und definiert eine Schraubengetriebekammer 76 zwischen zwei Dichtungen 80. Bezogen auf 4 ist jede der zwei Dichtungen 80 in Dichteingriff an einer äußeren Oberfläche 84 einer entsprechenden Gewindebuchse 72. Die dargestellten Gewindebuchsen 72 haben eine allgemein zylindrische äußere Oberfläche 84 mit im Wesentlichen konstanter äußerer Oberflächenabmessung D_n (z.B. einen im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser). Bei anderen Ausgestaltungen können die Gewindebuchsen 72 konfiguriert sein, um andere Geometrien (z.B. oval, rechteckig etc.) an der äußeren Oberfläche aufzuweisen, was zu entsprechenden Außenoberflächenabmessungen D_n führt. Wenn im Betrieb die Schraubengetriebeanordnung 38 die Gewindebuchsen 72 antreibt, gleiten die jeweiligen äußeren Oberflächen 84 relativ zu den Dichtungen 80 und bewegen dabei die Gewindebuchsen 72 weiter heraus aus der zentralen Schraubengetriebekammer 76 oder in diese hinein.
Mit Bezug auf 2 trägt das Gehäuse 34 ferner ein Paar von Kolbenbaugruppen 88, die in der dargestellten Ausgestaltung im Wesentlichen identisch miteinander sind und in einer spiegelbildlichen Beziehung zueinander orientiert sind, eine auf jeder Seite der Schraubengetriebeanordnung 38. Jede Kolbenbaugruppe 88 umfasst einen Kolben 92 und eine Vorspannanordnung 96 und ist in der dargestellten Ausgestaltung koaxial zur Längsachse 64. Jeder Kolben 92 hat eine Stirnwand 102 und einen Mantel 106. Die Stirnwand 102 umfasst eine Öffnung 110, deren Zweck später genauer erläutert wird. Die Stirnwand 102 liegt einer Dichtoberfläche 114 einer der Gewindebuchsen 72 gegenüber. Die Dichtoberflächen 114 können ein Dichtelement aufweisen oder aus einem dichtungswirksamen Material gebildet sein. Die Vorspannanordnung 96 ist wenigstens teilweise innerhalb des Mantels 106 positioniert und umfasst ein Trägerelement 118, das wenigstens teilweise ein Vorspannelement 122 trägt. In der dargestellten Ausgestaltung ist das Trägerelement 118 ein teleskopisches Element mit einem gegen eine Stirnwand 126 des Gehäuses 34 stoßenden Ende und einem gegen die Stirnwand 102 und/oder den Mantel 106 des Kolbens 92 stoßenden anderen Ende. Das Vorspannelement 122 (z.B. eine Druckfeder) umgibt das Trägerelement 118 und spannt den Kolben 92 von der Stirnwand 126 fort und zur Schraubengetriebeanordnung 38 hin vor.
Wiederum bezogen auf 4 definiert die äußere Oberfläche des Mantels 106 eine allgemein zylindrische Kolbenaußenfläche 130 mit im Wesentlichen konstanter Außenoberflächenabmessung D_p (z.B. einem im Wesentlichen konstanten Außendurchmesser). Bei anderen Ausgestaltungen können die Kolben 92 konfiguriert sein, um andere Geometrien (z.B. oval, rechteckig etc.) als Außenoberfläche aufzuweisen, was zu entsprechenden Außenoberflächenabmessungen D_p führt. Bei der dargestellten Ausgestaltung ist aus im Folgenden noch genauer diskutierten Gründen die Außenoberflächenabmessung D_p der Kolben 92 unabhängig von der besonderen Geometrie im Wesentlichen gleich der Außenoberflächenabmessungen D_n der Gewindebuchsen 72.
Ein Paar von Dichtungen 134 ist vom Gehäuse 34 an entgegengesetzten Seiten der Schraubengetriebeanordnung 38 getragen, wobei eine Dichtung 134 im Dichteingriff mit der äußeren Oberfläche 130 eines der Kolben 92 und die andere Dichtung 134 im Dichteingriff mit der äußeren Oberfläche 130 des anderen Kolbens 92 ist. Zusammen definieren das Gehäuse 34, die Kolbenbaugruppen 88 (und insbesondere die Kolben 92) und die Dichtungen 80 und 134 eine erste Fluidkammer 138, eine zweite Fluidkammer 142, eine dritte Fluidkammer 146 und eine vierte Fluidkammer 150. In der dargestellten Ausgestaltung sind alle Fluidkammern 138, 142, 146 und 150 koaxial zur Längsachse 64 der Schraubengetriebeanordnung 38. Erste und dritte Fluidkammer 138, 146 befinden sich auf entgegengesetzten Seiten der Schraubengetriebekammer 76 und grenzen unmittelbar an diese an. Die erste Fluidkammer 138 hat eine Öffnung 154 in Fluidverbindung zum Hauptzylinder 18 zum Übertragen von Hydraulikfluid zwischen der ersten Fluidkammer 138 und dem Hauptzylinder 18. Die dritte Fluidkammer 146 hat eine Öffnung 158 in Fluidverbindung zum Hauptzylinder 18 zum Übertragen von Hydraulikfluid zwischen der dritten Fluidkammer 146 und dem Hauptzylinder 18.
Die zweite Fluidkammer 142 hat eine Öffnung 162 in Fluidverbindung mit der hydraulischen Steuereinheit 22 zum Übertragen von Hydraulikfluid zwischen der zweiten Fluidkammer 142 und der hydraulischen Steuereinheit 22. Die vierte Fluidkammer 150 hat eine Öffnung 166 in Fluidverbindung mit der hydraulischen Steuereinheit 22 zum Übertragen von Hydraulikfluid zwischen der vierten Fluidkammer 150 und der hydraulischen Steuereinheit 22. Zusammen definieren die Öffnung 154, die erste Fluidkammer 138, die zweite Fluidkammer 142 und die Öffnung 162 einen Kreis, wohingegen die Öffnung 158, die dritte Fluidkammer 146, die vierte Fluidkammer 150 und die Öffnung 166 einen zweiten Kreis definieren.
Wenn die Dichtfläche 114 der Gewindebuchse 72 in der ersten Fluidkammer 138 mit der entsprechenden Kolbenstirnwand 102 in Eingriff ist, um die Öffnung 110 zu dichten (siehe 3 bis 6 und 8 bis 12) sind erste und zweite Fluidkammer 138 und 142 voneinander fluidisch isoliert, so dass Hydraulikfluid in der ersten Fluidkammer 138 nicht in die zweite Fluidkammer 142 fließen kann. Diese fluidische Isolation schafft eine Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Radbremsen 26, was bedeutet, dass bei Bremsereignissen wie etwa Blockiersperr-(ABS-) oder Tempomat-(ACC-)-Bremsereignissen keine Pedalrückkopplung zu spüren ist. Wenn die Dichtfläche 114 der Gewindebuchse 72 in der ersten Fluidkammer 138 von der betreffenden Kolbenstirnwand 102 getrennt ist und so die Öffnung 110 ungedichtet lässt (siehe 2 und 7), sind die erste und zweite Fluidkammer 138 und 142 nicht fluidisch voneinander isoliert, und Hydraulikfluid in der ersten Fluidkammer 138 kann frei in die zweite Fluidkammer 142 fließen. Entsprechend sind, wenn die Dichtfläche 114 der Gewindebuchse 72 in der dritten Fluidkammer 146 im Eingriff mit der entsprechenden Kolbenstirnwand 102 ist, um die Öffnung 110 abzudichten (siehe 3 bis 6 und 8 bis 12) die dritte und vierte Fluidkammer 146 und 150 voneinander fluidisch isoliert, so dass Hydraulikfluid in der dritten Fluidkammer 146 nicht in die vierte Fluidkammer 150 fließen kann. Wiederum bewirkt diese fluidische Isolation eine Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Radbremsen 26, was bedeutet, dass bei Bremsereignissen wie Blockiersperr-(ABS-) oder Tempomat-(ACC-)-Bremsereignissen keine Pedalrückkopplung am Bremspedal 14 zu spüren ist. Wenn die Dichtfläche 114 der Gewindebuchse 72 in der dritten Fluidkammer 146 von der betreffenden Kolbenstirnwand 102 gelöst ist und so die Öffnung 110 ungedichtet ist (siehe 2 und 7), sind die dritte und vierte Fluidkammer 146 und 150 nicht fluidisch voneinander isoliert, und Hydraulikfluid in der dritten Fluidkammer 146 kann frei in die vierte Fluidkammer 150 fließen.
Der Betrieb des hydraulischen Bremssystems 10 wird nun mit Bezug auf 2 bis 8 diskutiert. 2 zeigt eine Ruheposition des Verstärkers 30, in der der Fahrer das (nicht dargestellte) Gaspedal herunterdrückt, nicht aber das Bremspedal 14. In dieser Position sind die Gewindebuchsen 72 beide in ihrer am weitesten nach innen zurückgezogenen Position, so dass die Dichtflächen 114 von den jeweiligen Kolbenstirnwänden 102 getrennt sind. Drehhemm- bzw. Vorspannelemente 170 sind zwischen die benachbarte Gewindebuchse 72 und Kolbenstirnwand 102 gekoppelt. In der in 2 gezeigten Ruheposition sind die Elemente 170 wirksam, um die Gewindebuchsen 72 von den jeweiligen Kolben 92 fort und in Richtung der gezeigten, am weitesten mittig liegenden Ruheposition zu beaufschlagen. Genauer gesagt bewirken die Vorspannelemente 170, wenn vom Motor 40 kein Drehmoment auf den Rotor 48 ausgeübt wird, eine Translation der Gewindebuchsen 72 zur gezeigten Ruheposition. Die Elemente 170 verhindern auch eine Relativdrehung zwischen Kolben 92 und jeweiliger Gewindebuchse 72. Die dargestellten Vorspannelemente 170 sind Druckfedern.
3 zeigt eine Bereitschaftsposition des Verstärkers 30, in der die Dichtflächen 114 der Gewindebuchsen 72 mit den jeweiligen Kolbenstirnwänden 102 in Eingriff sind, so dass die Öffnungen 122 abgedichtet sind. Erste und zweite sowie dritte und vierte Fluidkammer 138, 142 bzw. 146, 150 sind voneinander fluidisch isoliert. Diese Bereitschaftsposition tritt auf, wenn der Benutzer das Gaspedal loslässt (d.h. wenn er nicht das Gaspedal herunterdrückt), aber noch nicht das Bremspedal 14 heruntergedrückt hat. Das System 10 antizipiert ein mögliches zukünftiges Bremsszenario. Der Motor 40 wird über eine Steuerung durch einen Sensor, der die nicht heruntergedrückte Position des Gaspedals erfasst, oder durch einen anderen Motorparametersensor betätigt, und Strom wird an den Motor 40 angelegt, um eine Drehung des Rotors 48 zu bewirken, die die Gewindebuchsen 72 mit den jeweiligen Kolben 92 weit genug in Eingriff bringt, um zu bewirken, dass die Dichtflächen 114 die jeweiligen Öffnungen 122 dichten. Die Vorspannkraft der Elemente 170 wird durch die Bewegung der Gewindebuchsen 72 überwunden, doch die Vorspannkraft der Vorspannanordnungen 96 wird noch nicht so weit überwunden, dass der Kolben 92 signifikant bewegt wird. Das an den Rotor 48 angelegte Drehmoment wird gesteuert, um diese Bereitschaftsposition zu erreichen.
4 zeigt eine benutzergesteuerte Bremsoperation, bei der der Benutzer Kraft auf das Bremspedal 14 für eine gewünschte Bremsung ausübt. Die an den Motor 40 gekoppelte Steuerung bestimmt oder erfasst eine Bewegung des Bremspedals und/oder eine auf das Bremspedal 14 ausgeübte Kraft und/oder einen Hauptzylinderdruck, um dem Motor 40 zu signalisieren, dass er einen zugeordneten Betrag von zusätzlichem Drehmoment auf den Rotor 48 ausüben und dadurch eine weitere Bewegung der Gewindebuchsen 72 auf die jeweiligen Kolben 92 zu bewirken soll. Der Eingriff zwischen den Dichtflächen 114 der Gewindebuchsen und den jeweiligen Kolbenstirnwänden 102 treibt die Kolben 92 von der Schraubengetriebekammer 76 fort und überwindet dabei die Vorspannung der Vorspannungsanordnungen 96. Das Volumen der zweiten und der vierten Fluidkammer 142, 150 wird variiert (d.h. verringert), was dazu führt, dass Hydraulikfluid in der zweiten und vierten Fluidkammer 142, 150 einem Druck P2 ausgesetzt wird, der höher ist als der im Hauptzylinder 18 erzeugte und in der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 vorhandene Druck P1 (siehe auch 9 und 11). Das Fluid in der zweiten Fluidkammer 142 wird durch die Öffnung 162 zur hydraulischen Steuereinheit 22 getrieben, um gesteuert an eine oder mehrere der Radbremsen 26 angelegt zu werden. Entsprechend wird das Fluid in der vierten Fluidkammer 150 durch die Öffnung 166 und zur hydraulischen Steuereinheit 22 getrieben, um gesteuert an eine oder mehrere verschiedene Radbremsen 26 angelegt zu werden. Die gesamte oder fast die gesamte an den Kolben 92 verrichtete Arbeit ist ein Ergebnis der Bewegung der Gewindebuchsen 72 durch den Motor 40.
Druckfluid unter dem Druck P1 fließt vom Hauptzylinder 18 in die erste und die dritte Fluidkammer 138, 146, ist aber daran gehindert, direkt in die isolierte zweite und vierte Fluidkammer 142, 150 zu fließen. Entsprechend wird auch ein Fluss von der zweiten und vierten Fluidkammer 142, 150 zurück in die erste bzw. dritte Fluidkammer 138, 146 verhindert. Dies führt zu einer Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Rädern und beseitigt Pedalrückkopplung, die herkömmlicherweise bei Antiblockierbremsung, Antriebsschlupfregelungsbremsung, Tempomatbetrieb und anderen nicht vom Benutzer ausgelösten Bremssituationen beobachtet wird. Das hydraulische Bremssystem 10 ist außerdem völlig unabhängig vom Motor-Unterdruck.
Die erste und dritte Fluidkammer 138 ,146 behalten auch deshalb ein konstantes Volumen, weil die jeweilige Außenabmessung D_n und D_p gleich ist. Egal, wie viel Translationsbewegung zwischen den im Eingriff stehenden Gewindebuchsen 72 und Kolben 92 auftritt, das Volumen der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 bleibt gleich. Dies führt zum Ausbleiben einer Änderung des Pedalgefühls, wenn der Benutzer Kraft auf das Gaspedal 14 ausübt. Der optionale Pedalgefühlsimulator 28 kann, wenn gewünscht, verwendet werden, um ein herkömmliches Pedalgefühl zu erzeugen. Das Merkmal des konstanten Volumens der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 stellt jedoch für Wiedergewinnungs-Bremsanwendungen einen zusätzlichen Vorteil dar, wie im Folgenden noch erläutert wird.
5 zeigt eine Rückkehrposition des Verstärkers 30, nachdem ein Benutzer die Bremsbetätigung beendet hat (d.h. aufgehört hat, Druck auf das Bremspedal 14 auszuüben). Die Steuerung signalisiert dem Motor 40, das auf den Rotor 48 ausgeübte Drehmoment umzukehren, wodurch die Gewindebuchsen 72 veranlasst werden, sich in Richtung der Ruheposition zurückzuziehen. Die Vorspannanordnungen 96 halten während des Zurückziehens die Kolbenstirnwände 102 in Eingriff- und Dichtzustand mit den Dichtflächen 114 der Gewindebuchsen. Wenn kein weiterer Druck auf das Bremspedal 14 ausgeübt wird, kehren schließlich die Gewindebuchsen 72 und Kolben 92 bis zur in 2 gezeigten Ruheposition zurück.
6 zeigt eine nicht benutzerbetätigte Bremsposition des Verstärkers 30, wie etwa bei einem Betrieb eines Tempomaten. In diesem Zustand drückt der Benutzer das Bremspedal 14 überhaupt nicht herunter, stattdessen wird das Bremsen vollständig von einem Fahrzeugsystem ausgelöst. Die Steuerung signalisiert dem Motor 40, ein Drehmoment auszuüben, wodurch die Gewindebuchsen 72 in Eingriff gebracht und die Kolben 92 bewegt werden, wie nach den Bedürfnissen des Fahrzeugssystems gewünscht.
7 zeigt eine benutzerbetätigte Bremsposition des Verstärkers 30, wenn am Fahrzeug eine elektrische Störung oder eine Störung des Verstärkermotors aufgetreten ist, die den Motor 40 inoperabel macht. Um sicherzustellen, dass das Fahrzeug weiterhin angehalten werden kann, tritt Hydraulikfluid, das im Hauptzylinder 18 durch ein Herunterdrücken des Bremspedals 14 durch den Benutzer unter Druck gesetzt worden ist, über Öffnungen 154 bzw. 158 in die erste und dritte Fluidkammer 138, 146 ein, kann durch die Öffnungen 122 direkt in die zweite und vierte Fluidkammer 142, 150 übergehen und kann durch die Öffnungen 162 bzw. 166 weiter fließen zur hydraulischen Steuereinheit 22. Die hydraulische Steuereinheit 22 verfügt daher immer noch über hydraulisches Druckfluid zum Steuern des Bremsens der Räder. Unter diesen Umständen setzt der Verstärker 30 der manuellen Druckerhöhung durch den Benutzer keinen Widerstand entgegen. Da außerdem kein Vakuumverstärker vorhanden ist, erfährt der Benutzer keine Gegenkraft, die über diejenige hinausgeht, die ansonsten mit der Kraft einer Membran-Rückstellfeder eines Vakuumverstärkers verknüpft ist (z.B. über 200N Widerstandskraft).
8 zeigt eine Tothub-Anpassungsfunktion des Verstärkers 30. Der Verstärker 30 kann gesteuert werden, um Tothub zu berücksichtigen oder ihn daran anzupassen, der aufgrund der weiten Bewegung, die das Bremspedal 14 zurücklegen muss, bevor Druck auf die Radbremsen 26 ausgeübt wird, bewirkt, dass sich das Bremspedal 14 weich anfühlt. Wie in 8 gezeigt, kann die Bereitschaftsposition gegenüber der in 3 gezeigten (wie durch eine gestrichelte Linie 190 dargestellt) auf eine angepasste Position (wie durch die Linie 194) dargestellt, angepasst werden, in der die Gewindebuchsen gesteuert sind, um eine stärkere nach außen gerichtete Kraft auf die Kolben 92 auszuüben und eine stärkere Bewegung der Kolben 92 zu verursachen. Wenn in dieser angepassten Bereitschaftsposition der Benutzer das Bremspedal 14 herunterdrückt, ist weniger Weichheit oder Tothub vorhanden, so dass sich die Bremsen härter oder reaktionsbereiter anfühlen. Diese Anpassung wird gesteuert, indem die Steuerung den Motor 40 etwas mehr Drehmoment auf den Rotor 48 ausüben lässt, um die Gewindebuchsen 72 etwas weiter zu treiben als in der Bereitschaftsposition der 3. Das Ausmaß der Anpassung kann variiert werden, um das gewünschte Bremsgefühl zu erzeugen. Dieses Merkmal kann z.B. in Verbindung mit Bremssätteln mit niedrigem Rollwiderstand (highretraction/low-drag calipers) nützlich sein.
Wie oben erwähnt, bietet das Merkmal des konstanten Volumens der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 einen zusätzlichen Vorteil für Wiedergewinnungs-Bremsanwendungen, wie sie in Hybrid- oder reinen Elektrofahrzeugen eingesetzt werden. 9 und 10 veranschaulichen eine erste Art der Wiedergewinnungsbremsung, bei der die hydraulische Steuereinheit 22 genutzt wird, um Bremsdrücke auszugleichen, wenn Wiedergewinnungsbremsen beispielweise auf die Vorderachse angewandt wird. 9 zeigt das hydraulische Bremssystem 10 in einem Zustand vor der Wiedergewinnung. Ein erster Druck P1 liegt in der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 vor, und der zweite, höhere Druck P2, wie vom Verstärker 30 in der oben beschriebenen Weise erzeugt, liegt in der zweiten und vierten Fluidkammer 142, 150 vor. Die hydraulische Steuereinheit 22 ist über ihre Reihe von Ventilen betreibbar, um den zweiten Druck P2 an alle vier Radbremsen 26 anzulegen. 10 zeigt, was zu Beginn eines Wiedergewinnungs-Bremsereignisses geschieht. Das elektronische Stabilitätsprogramm nutzt den Motor in der hydraulischen Steuereinheit 22, um in Reaktion auf das Wiedergewinnungs-Drehmoment, das an der Vorderachse eine Motorbremsung bewirkt, die Bremsdrücke an allen vier Radbremsen im Wesentlichen auszugleichen. Wenn dies geschieht, wird an der Vorderachse für die Radbremsen 26 an der Vorderachse weniger hydraulischer Druck benötigt. So kann die hydraulische Steuereinheit 22 selektiv nur den ersten niedrigeren Druck P1 (oder einen anderen niedrigeren Druck) auf die Radbremsen 26 der Vorderachse anwenden, während sie den zweiten, höheren Druck P2 auf die Radbremsen der Hinterachse anwendet.
Wegen des konstanten Volumens der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 erfährt der Fuß des Fahrers über das Bremspedal 14 während des Übergangs zum Wiedergewinnungs-Bremsereignis oder dessen Durchführung keine Rückkopplung, obwohl die hydraulische Steuereinheit 22 wirksam ist, um den hydraulischen Druck an den einzelnen Radbremsen 26 zu modulieren. Dies macht den Bremskraftverstärker 30 besonders nützlich für diesen Typ von Wiedergewinnungs-Bremssystem.
11 und 12 veranschaulichen eine Vierraddrucksteuerungs-Wiedergewinnungsbremsfunktion des Verstärkers 30. 11 zeigt wiederum die Systemdrücke vor dem Start der Wiedergewinnung. In diesem System findet regenerative Motorbremsung statt, die auf eine oder beide Achsen angewandt werden kann, und kein elektronisches Stabilitätsprogramm wird verwendet, um die Radbremsdrücke auszugleichen. Wenn in 12 die Wiedergewinnung beginnt, verringert der Verstärker 30 den Ausgabedruck auf den niedrigeren ersten Druck P1 (über eine Steuerung des auf die Schraubengetriebeanordnung 38 ausgeübten Motordrehmoments), um die stattfindende Motorbremsung zu kompensieren. Die hydraulische Steuereinheit 22 legt einfach den Druck P1 an alle vier Radbremsen 26 an, ohne zu versuchen, Drücke an den vier Radbremsen 26 zu kompensieren oder auszugleichen. Wiederum erfährt aufgrund des konstanten Volumens der ersten und dritten Fluidkammer 138, 146 der Fuß des Fahrers über das Bremspedal 14 keine Rückkopplung während des Übergangs zum Wiedergewinnungs-Bremsereignis oder dessen Durchführung, was in diesem Fall nicht von der hydraulischen Steuereinheit 22, sondern vom Verstärker 30 kompensiert wird. Wiederum macht dies den Bremskraftverstärker 30 besonders nützlich für Wiedergewinnungs-Bremssysteme.
13 bis 19 zeigen eine zweite Ausgestaltung eines Bremskraftverstärkers 30' gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem hydraulischen Bremssystem 10' mit einem Bremspedal 14, einem Hauptzylinder 18 und einer hydraulischen Steuereinheit 22. Der Bremskraftverstärker 30' ist in vielfacher Hinsicht ähnlich dem Bremskraftverstärker 30, und gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen und einem zusätzlichen Apostroph-Zeichen (') versehen. Nur die Unterschiede zum Bremskraftverstärker 30 werden nachfolgend im Detail diskutiert.
Der Verstärker 30' umfasst eine abgewandelte Schraubengetriebeanordnung 200. Der dargestellte Rotor 204 umfasst einen Permanentmagneten 208 und eine Gewindebuchse 212 der Schraubengetriebeanordnung 200. Die Gewindebuchse definiert erste und zweite Gewindebuchsenabschnitte 212a, 212b, der Rotor 204 ist drehbar gehalten von Spurlagern 60', die eine begrenzte Translation des Rotors 204 entlang einer Längsachse 64' der Schraubengetriebeanordnung 200 erlauben.
Die dargestellte Schraubengetriebeanordnung 200 ist symmetrisch konfiguriert, um gleichzeitig zwei getrennte spiegelbildliche Anordnungen zu schaffen, die beide zur Längsachse 64' koaxial sind. Dies erlaubt es dem einzelnen Verstärker 30', mit zwei getrennten Eingängen und Ausgängen auf alle vier Radbremsen 26 zu wirken. In anderen Ausgestaltungen muss der Verstärker 30' jedoch nicht diese duale symmetrische Anordnung haben, sondern kann stattdessen die Form von zwei völlig getrennten Verstärkern annehmen, von denen jeder in ähnlicher Weise wie eine Hälfte (z.B. die linke Seite oder die rechte Seite) des dargestellten Verstärkers 30' arbeitet.
Jede Getriebeanordnung umfasst ferner eine Schraube 216a, 216b, die in dem entsprechenden Gewindebuchsenabschnitt 212a, 212b der Gewindebuchse 212 aufgenommen ist. Wenn sich die Gewindebuchse 212 mit dem Rotor 204 in einer ersten Richtung dreht, bewegen sich (z.B. translatieren) die Schrauben 216a, 216b in eine erste Richtung. Bezogen auf 14 und 15 bewirkt eine Drehung des Rotors 204 in einer ersten Richtung eine Drehung der Gewindebuchse 212, die wiederum eine Translation der Schraube 216a auf der linken Seite nach links und der Schraube 216b auf der rechten Seite nach rechts bewirkt. Entsprechend bewirkt, wie in 16 gezeigt, eine Drehung des Rotors 204 in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung eine Drehung der Gewindebuchse 212 in entgegengesetzter Richtung und dadurch eine Translation der Schraube 216a auf der linken Seite nach rechts und der Schraube 216b auf der rechten Seite nach links. Die dargestellte Schraubengetriebeanordnung 200 ist ein Kugelschraubengetriebe, das ferner eine Mehrzahl von Kugeln 220 umfasst, die zwischen jeder Schraube 216a, 216b und dem ihr entsprechenden Gewindebuchsenabschnitt 212a, 212b (z.B. in an sich bekannter Weise in jeweiligen Rillen oder Gewinden), positioniert sind.
Jede Schraube 216a, 216b umfasst jeweils eine Dichtfläche 224a, 224b, die aus denselben Gründen wie oben mit Bezug auf den Verstärker 30 beschrieben konfiguriert ist, um selektiv an der Stirnwand 102' der Kolben 92' anzuschlagen, um die Öffnung 110' abzudichten. Die Dichtflächen 224a, 224b können ein Dichtelement umfassen oder aus einem dichtwirksamen Material geformt sein. Drehhemm- und Vorspannelemente 170' sind zwischen die Schrauben 216a, 216b und die jeweiligen Kolbenstirnwände 102' gekoppelt. In der in 13 gezeigten Ruheposition sind die Elemente 170' wirksam, um die Schrauben 216a, 216b von den jeweiligen Kolben 92' fort und in Richtung der dargestellten mittigsten Ruheposition zu beaufschlagen. Insbesondere wenn kein Drehmoment vom Motor 40' auf den Rotor 204 ausgeübt wird, bewirken die Vorspannelemente 170' eine Translation der Schrauben 216a, 216b zur dargestellten Ruheposition. Die Elemente 170' verhindern auch eine Relativdrehung zwischen dem jeweiligen Kolben 92' und den Schrauben 216a, 216b. Die dargestellten Vorspannelemente 170' sind Druckfedern.
Zusammen definieren die Kolbenbaugruppen 88' (und insbesondere die Kolben 92') und die Dichtungen 80' und 134' eine erste Fluidkammer 228, eine zweite Fluidkammer 232, eine dritte Fluidkammer 236 und eine vierte Fluidkammer 240. In der dargestellten Ausgestaltung sind alle Fluidkammern 228, 232, 236 und 240 koaxial zur Längsachse 64' der Schraubengetriebeanordnung 200. Die erste und dritte Fluidkammer 228, 236 befinden sich auf entgegensetzten Seiten der Schraubengetriebekammer 76' unmittelbar benachbart zu dieser. Die Fluidkammern 228, 232, 236 und 240 haben dieselben Öffnungen 154', 158' 162' und 166' wie oben mit Bezug auf die Öffnungen 154, 158, 162 und 166 beschrieben.
Die Öffnung 154', die erste Fluidkammer 228, die zweite Fluidkammer 232 und die Öffnung 162' definieren zusammen einen Kreis, während die Öffnungen 158', die dritte Fluidkammer 236, die vierte Fluidkammer 240 und die Öffnung 166' einen zweiten Kreis definieren. Wenn die Dichtfläche 224a der Schraube 216a in der ersten Fluidkammer 228 mit der entsprechenden Kolbenstirnwand 102' in Eingriff ist, um die Öffnung 110' abzudichten (siehe 14 bis 17 und 19), sind die erste und zweite Fluidkammer 228, 232 von einander fluidisch isoliert, so dass Hydraulikfluid in der ersten Fluidkammer 228 nicht in die zweite Fluidkammer 232 fließen kann. Diese fluidische Isolation bewirkt eine Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Radbremsen 26, was bedeutet, dass bei Bremsereignissen wie etwa Antiblockier- (ABS-) oder Tempomat-(ACC-)-Bremsereignissen am Bremspedal 14 keine Pedalrückkoppelung zu spüren ist. Wenn die Dichtoberfläche 224a der Schraube 216a in der ersten Fluidkammer 228 von der entsprechenden Kolbenstirnwand 102' gelöst ist und dadurch die Öffnung 110' ungedichtet ist (siehe 13 und 18), sind erste und zweite Fluidkammer 228, 232 nicht voneinander fluidisch isoliert, und Hydraulikfluid in der ersten Fluidkammer 228 kann frei in die zweite Fluidkammer 232 fließen.
Entsprechend sind, wenn die Dichtfläche 224b der Schraube 216b in der dritten Fluidkammer 236 mit der entsprechenden Kolbenstirnwand 102' in Eingriff ist, um die Öffnung 110' abzudichten (siehe 14 bis 17 und 19), die dritte und vierte Fluidkammer 236, 240 voneinander fluidisch isoliert, so dass Hydraulikfluid in der dritten Fluidkammer 236 nicht in die vierte Fluidkammer 240 fließen kann. Wiederum bewirkt diese fluidische Isolation eine Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Radbremsen 26, was bedeutet, dass bei Bremsereignissen wie etwa Antiblockier- (ABS-) oder Tempomat-(ACC-)-Bremsereignissen am Bremspedal 14 keine Pedalrückkoppelung zu spüren ist. Wenn die Dichtfläche 224b der Schraube 216b in der dritten Fluidkammer 236 von der entsprechenden Kolbenstirnwand 102' getrennt ist und so die Öffnung 110' ungedichtet lässt (siehe 13 und 18), sind die dritte und vierte Fluidkammer 236, 240 nicht voneinander fluidisch isoliert, und Hydraulikfluid in der dritten Fluidkammer 236 kann frei in die vierte Fluidkammer 240 fließen.
Der Betrieb des hydraulischen Bremssystems 10' wird nun mit Bezug auf 13 bis 19 diskutiert. 13 zeigt eine Ruheposition des Verstärkers 30', in der der Fahrer das (nicht dargestellte) Gaspedal herunterdrückt und nicht das Bremspedal 14 herunterdrückt. In dieser Position sind die Schrauben 216a, 216b beide in ihren am weitesten nach innen zurückgezogenen Positionen, so dass die Dichtflächen 224a, 224b von den jeweiligen Kolbenstirnwänden 102' getrennt sind. Drehhemm- und Vorspannelemente 170' sind zwischen die benachbarte Schraube 216a, 216b und Kolbenstirnwand 102' gekoppelt. In der in 13 gezeigten Ruheposition sind die Elemente 170' wirksam, um die Schrauben 216a, 216b von den jeweiligen Kolben 92' fort und in Richtung der dargestellten, mittigsten Ruheposition zu beaufschlagen. Insbesondere wenn kein Drehmoment vom Motor 40' auf den Rotor 204 ausgeübt wird, bewirken die Vorspannelemente 170' eine Translation der Schrauben 216a, 216b zur dargestellten Ruheposition. Die Elemente 170' verhindern auch eine Relativdrehung zwischen den Kolben 92' und Schrauben 216a, 216b.
14 zeigt eine Bereitschaftsposition des Verstärkers 30', in der die Dichtflächen 224a, 224b der Schrauben 216a, 216b mit den jeweiligen Kolbenstirnwänden 102' in Eingriff sind, so dass die Öffnungen 122' abgedichtet sind. Erste und zweite sowie dritte und vierte Fluidkammer 228, 232 bzw. 236, 240 sind voneinander fluidisch isoliert. Diese Bereitschaftsposition tritt auf, wenn der Benutzer das Gaspedal freigibt (d.h. das Gaspedal nicht herunterdrückt), aber noch nicht das Bremspedal 14 heruntergedrückt hat. Das System 10' antizipiert ein mögliches zukünftiges Bremsszenario. Der Motor 40' wird über eine Steuerung durch einen Sensor, der die nicht.heruntergedrückte Position des Gaspedals erfasst, oder einen anderen Motorparametersensor betätigt, und Strom wird an den Motor 40' angelegt, um eine Drehung des Rotors 204 zu bewirken, durch die die Schrauben 216a, 216b weit genug mit den Kolben 92' in Eingriff gebracht werden, um zu bewirken, dass die Dichtflächen 224a, 224b die Öffnungen 122' abdichten. Die Vorspannkraft der Elemente 170' wird durch die Bewegung der Schrauben 216a, 216b überwunden, doch ist die Vorspannkraft der Vorspannanordnungen 96' noch nicht weit genug überwunden, um den Kolben 92' um einen signifikanten Betrag zu bewegen. Das an den Rotor 204 angelegte Drehmoment wird gesteuert, um diese Bereitschaftsposition zu erhalten.
15 zeigt eine benutzerausgelöste Bremsoperation, bei der der Benutzer Bremskraft auf das Bremspedal 14 für eine gewünschte Bremsung ausübt. Die an den Motor 40' gekoppelte Steuerung bestimmt oder erfasst die Bremspedalbewegung und/oder die auf das Bremspedal 14 ausgeübte Kraft und/oder den Hauptzylinderdruck, um dem Motor 40' zu signalisieren, dass er einen zugeordneten Betrag an zusätzlichen Drehmoment auf den Rotor 204 ausüben und so eine weitere Bewegung der Schrauben 216a, 216b in Richtung der entsprechenden Kolben 92' bewirken soll. Der Eingriff zwischen den Dichtflächen 224a, 224b und den Kolbenstirnwänden 102' treibt die Kolben 92' fort von der Schraubengetriebekammer 76', wobei die Vorspannung der Vorspannungsanordnungen 96' überwunden wird. Das Volumen der zweiten und vierten Fluidkammer 232, 240 wird variiert (d.h. reduziert), wodurch Hydraulikfluid in der zweiten und vierten Fluidkammer 232, 240 auf einen Druck P2 gebracht wird, der größer als ein im Hauptzylinder 18 erzeugter und in der ersten und dritten Fluidkammer 228, 236 vorliegender Druck P1 ist. Das Fluid in der zweiten Fluidkammer 232 wird durch die Öffnung 162' und zur hydraulischen Steuereinheit 22 getrieben, um gesteuert an eine oder mehrere der Radbremsen 26 angelegt zu werden. Entsprechend wird das Fluid in der vierten Fluidkammer 240 durch die Öffnung 166' und zur hydraulischen Steuereinheit 22 getrieben, um gesteuert an eine oder mehrere verschiedene Radbremsen 26 angelegt zu werden. Die gesamte oder fast die gesamte an den Kolben 92' verrichtete Arbeit ist ein Ergebnis der Bewegung der Schrauben 216a, 216b durch den Motor 40'.
Druckfluid unter dem Druck P1 fließt vom Hauptzylinder 18 in die erste und dritte Fluidkammer 228, 236, ist aber daran gehindert, direkt in die isolierte zweite und vierte Fluidkammer 232, 240 zu fließen. Entsprechend wird auch ein Fluss von der zweiten und vierten Fluidkammer 232, 240 zurück in die erste bzw. dritte Fluidkammer 228, 236 verhindert. Dies führt zu einer Entkoppelung des Bremspedals 14 von den Rädern, wodurch die herkömmlicherweise bei einer Antiblockierbremsung, Antriebsschlupfregelungsbremsung , Tempomatsteueroperation und anderen nicht benutzerinitiierten Bremssituationen beobachtete Pedalrückkopplung beseitigt wird. Das hydraulische Bremssystem 10' ist auch völlig unabhängig vom Motorvakuum.
Anders als beim Verstärker 30 halten die erste und dritte Fluidkammer 228, 236 im Betrieb ein konstantes Volumen aufrecht, was bedeutet, dass bei einer benutzerinitiierten Bremsung eine Änderung im Bremspedalgefühl auftritt. Daher braucht der im System 10 optional verwendete Pedalgefühlsimulator 28 im System 10' nicht verwendet zu werden.
16 zeigt eine Rückkehrposition des Verstärkers 30', nach dem ein Benutzer eine Bremsbetätigung beendet hat (d.h. aufgehört hat, Druck auf das Bremspedal 14 auszuüben). Die Steuerung signalisiert dem Motor 40', das Drehmoment am Rotor 204 umzukehren und so die Schrauben 216a, 216b zum Rückzug in Richtung der Ruheposition zu veranlassen. Die Vorspannanordnungen 96' halten die Kolbenstirnwände 102' während des Rückzugs im Eingriff mit den Dichtflächen 224a, 224b und in abgedichtetem Zustand. Letztlich kehren die Schrauben 216a, 216b und Kolben 92' den gesamten Weg zur in 13 gezeigten Ruheposition zurück, wenn keine weitere Kraft auf das Bremspedal 14 ausgeübt wird.
17 zeigt eine nicht benutzerausgelöste Bremsposition des Verstärkers 30', wie etwa Tempomatbetrieb. In diesem Zustand drückt der Benutzer das Bremspedal 14 überhaupt nicht herunter, sondern stattdessen wird das Bremsen vollständig von einem Fahrzeugsystem initiiert. Die Steuerung signalisiert dem Motor 40', ein Drehmoment auszuüben, was bewirkt, dass die Schrauben 216a, 216b mit den Kolben 92' in Eingriff gelangen und diese bewegen, wie basierend auf den Bedürfnissen des Fahrzeugsystems gewünscht.
18 zeigt eine benutzerbetätigte Bremsposition des Verstärkers 30', wenn am Fahrzeug eine elektrische Störung oder eine Verstärkermotorstörung aufgetreten ist, die den Motor 40' inoperabel macht. Um sicherzustellen, dass das Fahrzeug immer noch angehalten werden kann, tritt Hydraulikfluid, das im Hauptzylinder 18 dadurch, dass der Fahrer das Bremspedal 14 herunterdrückt, unter Druck gesetzt wurde, über die jeweiligen Öffnungen 154', 158' in die erste und dritte Fluidkammer 228, 236 ein, kann durch die Öffnungen 122' direkt in die zweite und vierte Fluidkammer 232, 240 übergehen, kann durch die Öffnungen 162' bzw. 166' weiter fließen und die hydraulische Steuereinheit 22 erreichen. Die hydraulische Steuereinheit 22 verfügt daher immer noch über unter Druck stehendes Hydraulikfluid, um das Bremsen der Räder zu steuern. In diesem Zustand setzt der Verstärker 30' einer manuellen Druckerhöhung durch den Benutzer keinen Widerstand entgegen. Da außerdem kein Vakuumverstärker vorhanden ist, wirkt dem Benutzer keine Widerstandskraft entgegen, die auf andere Weise mit der Kraft einer Membranrückstellfeder eines Vakuumverstärkers (eine Widerstandskraft von z.B. über 200N) verknüpft ist.
19 veranschaulicht eine Tothub-Anpassungsfunktion des Verstärkers 30'. Der Verstärker 30' kann zur Berücksichtigung von oder Anpassung an Tothub gesteuert werden, der dazu führt, dass aufgrund des langen Weges, den das Bremspedal 14 zurücklegen muss, bevor Druck auf die Radbremsen 26 wirkt, das Bremspedal 14 sich weich anfühlt. Wie in Fg. 19 gezeigt kann die Bereitschaftsposition gegenüber der in 14 gezeigten Position (wie durch eine gestrichelte Linie 300 dargestellt) zu einer angepassten Position (wie durch die Linie 304 dargestellt) angepasst werden, in der Schrauben 216a, 216b gesteuert sind, um eine stärkere nach außen gerichtete Kraft auf die Kolben 92' auszuüben und eine stärkere Bewegung derselben zu verursachen. In dieser angepassten Bereitschaftsposition ist, wenn der Benutzer das Bremspedal 14 herunterdrückt, weniger Nachgiebigkeit oder Tothub vorhanden, was dazu führt, dass die Bremsen sich härter, reaktionsbereiter anfühlen. Diese Anpassung wird gesteuert, indem die Steuerung den Motor 40 etwas mehr Drehmoment auf den Rotor 204 ausüben lässt, um die Schrauben 216a, 216b etwas weiter zu bewegen als in der Bereitschaftsposition der 14. Das Ausmaß der Anpassung kann variiert werden, um das gewünschte Bremsgefühl zu erzielen. Dieses Merkmal kann insbesondere in Verbindung mit Bremssätteln mit niedrigem Rollwiderstand (highretraction/low-drag calipers) nützlich sein.
Diverse Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Bremskraftverstärker (30, 30') zur Verwendung in einem hydraulischen Bremssystem mit einem Bremspedal, einem Hauptzylinder (18) und einer hydraulischen Steuereinheit (22), wobei der Bremskraftverstärker (30, 30') umfasst: ein Gehäuse (34); eine Schraubengetriebeanordnung (38, 200), die wenigstens teilweise in dem Gehäuse (34) positioniert ist; einen an das Gehäuse (34) gekoppelten Motor (40) zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung (38, 200); und eine in dem Gehäuse (34) positionierte Kolbenbaugruppe (88, 88'), wobei die Kolbenbaugruppe (88, 88') und das Gehäuse (34) zusammen wenigstens teilweise definieren: eine erste Fluidkammer (138, 228) mit einer Öffnung (154, 154') zum Herstellen einer Fluidverbindung zum Hauptzylinder; und eine zweite Fluidkammer (142, 232) mit einer Öffnung (162, 162') zum Herstellen einer Fluidverbindung zur hydraulischen Steuereinheit (22); wobei die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) relativ zu einem Kolben (92) der Kolbenbaugruppe (88, 88') zwischen einer Eingriffposition, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) mit dem Kolben (92) in Eingriff ist und eine Öffnung (110, 110') im Kolben (92) abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) von der zweiten Fluidkammer isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar ist, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) die Öffnung (110, 110') im Kolben (92) nicht abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) nicht von der zweiten Fluidkammer isoliert ist.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) eine Längsachse (64, 64') definiert und die erste Fluidkammer (138, 228) und die zweite Fluidkammer (142, 232) koaxial zu der Längsachse (64, 64') sind.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem die Kolbenbaugruppe (88, 88') eine erste Kolbenbaugruppe (88, 88') ist und der Kolben (92) ein erster Kolben (92) ist, ferner mit einer in dem Gehäuse (34) positionierten zweiten Kolbenbaugruppe (88, 88'), wobei die zweite Kolbenbaugruppe (88, 88') und das Gehäuse (34) zusammen wenigstens zum Teil definieren: eine dritte Fluidkammer (146, 236) mit einer Öffnung (158, 158') zum Herstellen einer Fluidverbindung zum Hauptzylinder; und eine vierte Fluidkammer (150, 240) mit einer Öffnung (166, 166') zum Herstellen einer Fluidverbindung zur hydraulischen Steuereinheit (22); wobei die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) relativ zu einem zweiten Kolben (92) der zweiten Kolbenbaugruppe (88, 88') zwischen einer Eingriffposition, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) mit dem zweiten Kolben (92) in Eingriff ist und eine Öffnung (110, 110') im Kolben (92) abdichtet, so dass die dritte Fluidkammer (146, 236) von der vierten Fluidkammer (150, 240) isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar ist, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) die Öffnung (110, 110') im zweiten Kolben (92) nicht abdichtet, so dass die dritte Fluidkammer (146, 236) von der vierten Fluidkammer (150, 240) nicht isoliert ist.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 3, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) eine Längsachse (64, 64') definiert und die erste Fluidkammer (138, 228), die zweite Fluidkammer (142, 232), die dritte Fluidkammer (146, 236) und die vierte Fluidkammer (150, 240) koaxial zu der Längsachse (64, 64') sind.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) einen von dem Motor (40) angetriebenen Rotor (48, 204) umfasst.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 5, bei dem der Rotor (48, 204) im Gehäuse (34) durch ein Lager getragen ist, das eine Translation des Rotors (48, 204) entlang einer Längsachse (64, 64') der Schraubengetriebeanordnung (38, 200) zulässt.
Bremskraftverstärker (30) nach Anspruch 5, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (38) ferner umfasst: eine an den Rotor (48) zur Drehung mit diesem gekoppelte Schraube; und eine über der Schraube (68) positionierte Gewindebuchse (72); wobei die Drehung der Schraube (68) in einer ersten Richtung eine Bewegung der Gewindebuchse (72) in Richtung auf die Kolbenbaugruppe (88) zu bewirkt.
Bremskraftverstärker (30) nach Anspruch 7, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (38) ein Kugelschraubengetriebe ist, das ferner eine Mehrzahl von zwischen Schraube (68) und Gewindebuchse (72) positionierten Kugeln (74) umfasst.
Bremskraftverstärker (30) nach Anspruch 7, bei dem die Gewindebuchse (72) eine Dichtfläche umfasst, die selektiv mit dem Kolben (92) in Eingriff bringbar ist, um die Öffnung (110) in dem Kolben (92) abzudichten und dadurch die erste Fluidkammer (138) von der zweiten Fluidkammer zu isolieren.
Bremskraftverstärker (30') nach Anspruch 5, bei dem der Rotor (204) eine Gewindebuchse (212) definiert, die in sich eine Schraube (216a bzw. 216b) aufnimmt, wobei eine Drehung der Gewindebuchse (212) in eine erste Richtung eine Bewegung der Schraube (216a bzw. 216b) in Richtung auf die Kolbenbaugruppe (88') zu bewirkt.
Bremskraftverstärker (30') nach Anspruch 10, bei dem die Schraubengetriebeanordnung (200) ein Kugelschraubengetriebe ist, das ferner eine Mehrzahl von zwischen Schraube (216a bzw. 216b) und Gewindebuchse (212) positionierten Kugeln (220) umfasst.
Bremskraftverstärker (30') nach Anspruch 10, bei dem die Schraube (216a bzw. 216b) eine Dichtfläche umfasst, die mit dem Kolben (92') selektiv in Eingriff bringbar ist, um die Öffnung (110') in dem Kolben (92') abzudichten und dadurch die erste Fluidkammer (228) von der zweiten Fluidkammer zu isolieren.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem die Kolbenbaugruppe (88, 88') ferner ein Vorspannelement umfasst, das den Kolben (92, 92') in Richtung der ersten Fluidkammer und in Richtung der Schraubengetriebeanordnung (38, 200) vorspannt.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, ferner mit einem Drehhemmelement (170, 170'), das zwischen den Kolben (92, 92') und die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) gekoppelt ist, wobei das Drehhemmelement (170, 170') betreibbar ist, um eine Drehung des Kolbens (92) während des Eingriffs zwischen Kolben (92, 92') und Schraubengetriebeanordnung (38, 200) im Wesentlichen zu verhindern.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 14, bei dem das Drehhemmelement (170, 170') eine Feder ist, die ferner den Kolben (92, 92') und die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) auseinandertreibt.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem der Motor (40) basierend auf Bremspedalauslenkung und/oder auf das Bremspedal ausgeübter Kraft und/oder Hauptzylinderdruck gesteuert ist.
Bremskraftverstärker (30, 30') nach Anspruch 1, bei dem, wenn im Falle einer Störung des Motors (40) ein Benutzer das Bremspedal herunterdrückt, Druckfluid in der ersten Fluidkammer direkt durch die Öffnung (110, 110') im Kolben (92) in die zweite Fluidkammer (142, 232) fließt.
Hydraulisches Bremssystem mit: einem Bremspedal; einem mit dem Bremspedal gekoppelten Hauptzylinder; einer mit einer Mehrzahl von Radbremsen gekoppelten hydraulischen Steuereinheit (22); und einem zwischen den Hauptzylinder (18)und die hydraulische Steuereinheit (22) gekoppelten Bremskraftverstärker (30, 30'), wobei der Bremskraftverstärker (30, 30') umfasst: ein Gehäuse (34); eine wenigstens teilweise in dem Gehäuse (34) positionierte Schraubengetriebeanordnung (38, 200); einen an das Gehäuse (34) gekoppelten Motor (40) zum Betätigen der Schraubengetriebeanordnung (38, 200); und eine in dem Gehäuse (34) positionierte Kolbenbaugruppe (88, 88'), wobei die Kolbenbaugruppe (88, 88') und das Gehäuse (34) zusammen wenigstens teilweise definieren: eine erste Fluidkammer (138, 228) mit einer Öffnung (154, 154') in Fluidverbindung zum Hauptzylinder; eine zweite Fluidkammer (142, 232) mit einer Öffnung (162, 162') in Fluidverbindung zur hydraulischen Steuereinheit (22); wobei die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) relativ zu einem Kolben (92) der Kolbenbaugruppe (88, 88') zwischen einer Eingriffposition, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) mit dem Kolben (92) in Eingriff ist und eine Öffnung (110, 110') im Kolben (92) abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) von der zweiten Fluidkammer isoliert ist, und einer Nichteingriffposition bewegbar ist, in der die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) die Öffnung (110, 110') im Kolben (92) nicht abdichtet, so dass die erste Fluidkammer (138, 228) nicht von der zweiten Fluidkammer isoliert ist.
Hydraulisches Bremssystem nach Anspruch 18, bei dem, wenn während des Betriebs des Motors (40) die Schraubengetriebeanordnung (38, 200) in der Eingriffposition ist, der Hauptzylinder (18) einen ersten Fluiddruck in der ersten Fluidkammer erzeugt und der Bremskraftverstärker (30, 30') betreibbar ist, um einen zweiten Fluiddruck, der höher als der erste Fluiddruck ist, in der zweiten Fluidkammer zu erzeugen
Hydraulisches Bremssystem nach Anspruch 18, bei dem bei dem, wenn im Falle einer Störung des Motors (40) ein Benutzer das Bremspedal herunterdrückt, Druckfluid vom Hauptzylinder (18) in die erste Fluidkammer (138, 228), von der ersten Fluidkammer direkt durch die Öffnung (110, 110') im Kolben (92) in die zweite Fluidkammer (142, 232) und von der zweiten Fluidkammer zur hydraulischen Steuereinheit (22) fließt.