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Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugbremsanlage mit mindestens einem hydraulischen Bremskreis nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2007 020 503 A1 wird eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage mit zwei an einem gemeinsamen Hauptbremszylinder angeschlossenen Bremskreisen beschrieben. In jedem Bremskreis sind zwei Radbremseinheiten an den Fahrzeugrädern angeordnet, wobei der Bremsdruck in den Bremskreisen über einstellbare Ventile geregelt wird. Die Fahrzeugbremsanlage weist außerdem eine Hydropumpeneinheit mit einer Pumpe pro Bremskreis und einem gemeinsamen, beide Pumpen betätigenden elektrischen Pumpenmotor auf. Über die Hydropumpeneinheit können Fahrerassistenzsysteme unterstützt werden, beispielsweise eine Fahrdynamikregelung wie ein elektronisches Stabilitätsprogramm. In jeden Bremskreis ist außerdem ein Hydrospeicher integriert, der zur Zwischenspeicherung der Hydraulikflüssigkeit während einer Schlupfregelung dient.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage so auszubilden, dass ein rascher Druckaufbau gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage wird in Kraftfahrzeugen oder Nutzfahrzeugen eingesetzt und weist mindestens einen hydraulischen Bremskreis auf, vorzugsweise zwei hydraulische Bremskreise, über die Radbremseinheiten mit hydraulischem Bremsdruck zu versorgen sind. Pro Bremskreis sind vorzugsweise zwei Radbremseinheiten an unterschiedlichen Fahrzeugrädern vorgesehen. Den Bremskreisen ist eine ansteuerbare Förderpumpe zugeordnet, um den hydraulischen Bremsdruck modulieren zu können, wodurch beispielsweise eine Bremskraftverstärkung oder eine Fahrdynamikregelung wie zum Beispiel ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) realisiert werden kann. Die ansteuerbare Förderpumpe wird vorzugsweise über einen elektrischen Pumpenmotor betrieben. Zweckmäßigerweise ist pro Bremskreis eine Förderpumpe angeordnet, wobei gegebenenfalls mehrere Förderpumpen von einem gemeinsamen elektrischen Pumpenmotor angetrieben werden können.
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Um bei einem Bremsvorgang einen raschen Druckaufbau im Hydraulikfluid im Bremskreis zu gewährleisten, ist in dem Bremskreis ein Niederdruckspeicher zur Zwischenspeicherung von Hydraulikfluid angeordnet, der im Strömungsweg zwischen einem Auslassventil der Radbremseinheit und der Förderpumpe angeordnet ist. Der Niederdruckspeicher ist in der Lage, Hydraulikvolumen in unmittelbarer Nähe zum Saugbereich der Förderpumpe bereitzustellen, wodurch der hydraulische Widerstand reduziert ist, was sich in einer entsprechend reduzierten Druckaufbauzeit in der Radbremseinheit niederschlägt. Der Niederdruckspeicher weist außerdem einen reduzierten mechanischen Widerstand beim Aufnehmen der Hydraulikflüssigkeit auf, so dass das Befüllen des Niederdruckspeichers auch mit einem entsprechend geringen hydraulischen Druck erfolgen kann.
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Der Niederdruckspeicher weist eine verstellbare, federkraftbeaufschlagte Wandung auf, die im unbelasteten Ausgangszustand, in welchem keine äußeren Kräfte wirken, in einer Zwischenposition steht, in der die Speicherkammer in dem Niederdruckspeicher ein definiertes Ausgangs- bzw. Anfangsvolumen zur Aufnahme von Hydraulikfluid aufweist. Das der Zwischenposition der verstellbaren Wandung entsprechende Ausgangs- bzw. Anfangsvolumen liegt zwischen einem Minimalvolumen, in welcher die Wandung in einer entsprechenden Minimalstellung steht, und einem Maximalvolumen, in welcher die Wandung in einer Maximalstellung steht.
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Da bereits im Ausgangszustand aufgrund der Stellung der Wandung in der Zwischenposition ein definiertes Ausgangs- oder Anfangsvolumen in der Speicherkammer gegeben ist, kann Hydraulikfluid ohne Überwindung eines mechanischen Widerstandes in die Speicherkammer einströmen. Erst nachdem das Ausgangsvolumen mit Hydraulikfluid ausgefüllt ist, muss gegen den Widerstand des Federelementes, das die Wandung in der Zwischenposition hält, die Wandung bis zum Erreichen der Maximalposition verstellt werden. Hierbei steigt der erforderliche Druck der ansteigenden Federkraft entsprechend an.
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Grundsätzlich reicht es aus, dass die verstellbare Wandung von genau einem Federelement kraftbeaufschlagt und im unbelasteten Ausgangszustand in der Zwischenposition gehalten wird. Das Federelement kann sowohl eine Zug- als auch eine Druckkraft auf die verstellbare Wandung ausüben. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist dagegen vorgesehen, das die verstellbare Wandung von zwei gegenüberliegenden Federelementen kraftbeaufschlagt wird, wodurch auch über einen langen Betriebszeitraum eine Kraftbeaufschlagung und ein Verstellen der Wandung in Richtung der Ausgangsposition gewährleistet werden kann. Die beiden Federelemente sind als Zugfedern, als Druckfedern oder als Zug-/Druckfedern ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Strömungsweg zwischen dem Auslassventil und der Förderpumpe ein erstes Rückschlagventil angeordnet, das in Richtung des Auslassventils sperrt. Dieses erste Rückschlagventil kann mit einem Federelement ausgestattet sein, das das Ventilglied in die sperrende Position kraftbeaufschlagt, so dass zum Öffnen des Rückschlagventils das Ventilglied gegen die Kraft des Federelementes angehoben werden muss. In einer weiteren Ausführung kann es auch ausreichend sein, ein Rückschlagventil ohne Federelement vorzusehen. Das erste Rückschlagventil befindet sich vorteilhafterweise zwischen einer Leitungsverzweigung zu dem Niederdruckspeicher und der Förderpumpe.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist im Strömungsweg zwischen Auslassventil und Förderpumpe ein zweites Rückschlagventil angeordnet, das bezogen auf das erste Rückschlagventil näher am Auslassventil platziert ist. Das zweite Rückschlagventil sperrt in Richtung des Auslassventils. Dieses zweite Rückschlagventil ist vorzugsweise in dem Leitungsabschnitt zwischen dem Auslassventil und der Leitungsverzweigung zu dem Niederdruckspeicher angeordnet.
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Indem zwei Rückschlagventile vor und nach der Leitungsverzweigung zum Niederdruckspeicher vorgesehen sind, können verschiedene vorteilhafte Betriebsweisen zum Befüllen bzw. Entleeren des Niederdruckspeichers realisiert werden. So ist es insbesondere möglich, während eines Bremsvorgangs, der mit einem beschränkten Druckaufbau durchgeführt wird, also einem Teilbremsvorgang, das Auslassventil zu öffnen, wodurch der Speicher mit Hydraulikfluid befüllt wird. Da im Teilbremsbetrieb kein maximaler Druckaufbau erforderlich ist, kann die geringfügige Druckabsenkung durch Befüllen des Speichers in Kauf genommen werden bzw. durch eine geringfügig erhöhte Bremsenbetätigung ausgeglichen werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch nach einem Entleeren des Speichers, beispielsweise bei aktivem Druckaufbau während der Betätigung durch ein Fahrerassistenzsystem, regelmäßig wieder ein Befüllen des Speichers durchgeführt wird.
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Bei einem Fahrerassistenzsystem, beispielsweise einem Antiblockiersystem (ABS) oder einem elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP), wird in eigenständiger Weise der Bremsdruckaufbau moduliert. Es kann zum Beispiel für die Durchführung der ABS-Funktion das Auslassventil geöffnet werden, woraufhin zunächst Druck abgebaut und Fluid in den Speicher gefördert wird. Bei einem Ansteuern und Betätigen der Förderpumpe wird das Hydraulikfluid aus dem Speicher über ein Umschaltventil in den Hauptzylinder der Fahrzeugbremsanlage zurückgefördert. Bei geöffnetem Auslassventil verhindert das unmittelbar am Auslassventil angeordnete Rückschlagventil einen Unterdruck in der Radbremseinheit.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass zum Vermeiden des Ausgasens von Hydraulikfluid die Speicherkammer in regelmäßigen Abständen evakuiert und anschließend durch Öffnen des Auslassventils bei Betätigung der Förderpumpe Fluidvolumen aus der Radbremseinheit wieder in die Speicherkammer gefördert wird. Dieser Vorgang wird regelmäßig durchgeführt, insbesondere nach einem Start des Antriebsmotors des Fahrzeugs.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein hydraulischer Schaltplan einer Fahrzeugbremsanlage dargestellt ist.
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Das im Hydraulikschaltplan in der Figur dargestellte hydraulische Bremssystem in einer Bremsanlage 1 weist einen Vorderachsbremskreis 2 und einen nur angedeuteten Hinterachsbremskreis 3 zur Versorgung von Radbremseinheiten 8 und 9 an den Vorderrädern bzw. an den Hinterrädern mit hydraulischem Bremsfluid auf. Grundsätzlich kommen auch Bremsanlagen in Betracht, bei denen die Bremskreisaufteilung diagonal ist, so dass pro Bremskreis eine Radbremsvorrichtung an einem Vorderrad und einem Hinterrad vorgesehen ist. Der Hinterachsbremskreis 3 ist analog zum Vorderachsbremskreis 2 aufgebaut.
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Die beiden Bremskreise 2, 3 sind an einem gemeinsamen Hauptbremszylinder 4 angeschlossen, der über einen Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 5 mit Bremsfluid versorgt wird. Der Hauptbremszylinder 4 wird vom Fahrer über das Bremspedal 6 betätigt, der vom Fahrer ausgeübte Pedalweg wird über einen Pedalwegsensor 7 gemessen.
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Im Bremskreis 2 ist ein Umschaltventil 12 angeordnet, das im Strömungsweg zwischen dem Hauptbremszylinder 4 und den jeweiligen Radbremseinheiten 8 und 9 liegt. Das Umschaltventil 12 ist in seiner stromlosen Grundstellung geöffnet. Dem Umschaltventil 12 ist ein parallel geschaltetes Rückschlagventil zugeordnet, das in Richtung der jeweiligen Radbremseinheiten durchströmbar ist.
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Zwischen dem Umschaltventil 12 und den jeweiligen Radbremseinheiten 8, 9 befinden sich Einlassventile 13, die ebenfalls stromlos geöffnet und denen Rückschlagventile zugeordnet sind, welche in Gegenrichtung, also von den Radbremseinheiten in Richtung zum Hauptbremszylinder 4 durchströmbar sind.
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Jeder Radbremseinheit 8, 9 ist jeweils ein Auslassventil 14 zugeordnet, das stromlos geschlossen ist. Die Auslassventile 14 sind jeweils mit der Saugseite einer Pumpeneinheit 15 verbunden, die im Bremskreis 2 eine Förderpumpe 18 aufweist. Der Pumpeneinheit ist ein elektrischer Antriebs- bzw. Pumpenmotor 22 zugeordnet, der über eine Welle 23 die Förderpumpe 18 betätigt. Die Druckseite der Förderpumpe 18 ist an einen Leitungsabschnitt zwischen dem Umschaltventil 12 und den beiden Einlassventilen 13 angeschlossen.
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Die Saugseite der Förderpumpe 18 ist mit einem Hochdruck-Schaltventil 24 verbunden, das an den Hauptbremszylinder 4 hydraulisch angeschlossen ist. Bei einem fahrdynamischen Regeleingriff kann für einen schnellen Bremsdruckaufbau das im stromlosen Zustand geschlossene Hochdruck-Schaltventil 24 geöffnet werden, so dass die Förderpumpe 18 unmittelbar aus dem Hauptbremszylinder 4 Hydraulikfluid ansaugt. Dieser Bremsdruckaufbau kann unabhängig von einer Betätigung der Bremsanlage durch den Fahrer durchgeführt werden. Die Pumpeneinheit 15 mit der Förderpumpe 18, dem elektrischen Pumpenmotor 22 und der Welle 23 gehört zu einem Fahrerassistenzsystem und ist Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP).
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Zur Druckmessung ist ein erster Drucksensor 26 im Bremskreis 2 benachbart zum Hauptbremszylinder 4 und ein zweiter Drucksensor 27 an der Radbremseinheit 8 angeordnet.
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Zwischen den Auslassventilen 14 und der Saugseite der Förderpumpe 18 befindet sich im Bremskreis 2 ein Niederdruckspeicher 25, der zur Zwischenspeicherung von Bremsflüssigkeit dient, welche während eines fahrdynamischen Eingriffs durch die Auslassventile 14 aus den Radbremsvorrichtungen 8, 9 ausgelassen wird. Auch der Speicher 25 gehört zum elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP). Der Speicher 25 befindet sich in einem Leitungsabschnitt 31, der von einer Verbindungsleitung 30 zwischen den Auslassventilen 14 und der Saugseite der Förderpumpe 18 verzweigt.
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Dem Speicher 25 ist ein erstes Rückschlagventil 32 und ein zweites Rückschlagventil 33 zugeordnet, die beide in der Verbindungsleitung 30 angeordnet sind und jeweils in Richtung der Auslassventile 14 sperren bzw. in Richtung der Saugseite der Förderpumpe 18 öffnen.
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Das erste Rückschlagventil 32 ist zwischen dem Leitungsabschnitt 31 zum Speicher 25 und der Förderpumpe 18 angeordnet, das zweite Rückschlagventil 33 befindet sich in der Verbindungsleitung 30 zwischen den Auslassventilen 14 und dem verzweigenden Leitungsabschnitt 31 zum Speicher 25. Beide Rückschlagventile 32, 33 sind durch die Kraft eines Federelementes in ihre sperrende Position beaufschlagt. Das erste Rückschlagventil 32 kann aber gegebenenfalls, wie mit Bezugszeichen 32’ dargestellt, in einer alternativen Ausführung auch ohne Rückschlag-Federelement ausgeführt sein.
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Der Niederdruckspeicher 25 weist eine Speicherkammer 37 auf, die zur Aufnahme von Hydraulikfluid führt, welches über die Verbindungsleitung 30 und den Leitungsabschnitt 31 in die Speicherkammer 37 einführbar bzw. aus dieser abzuleiten ist. Die Speicherkammer 37 ist von einer beweglichen, verstellbaren Wandung 34 begrenzt, die von zwei Federelementen 35 und 36 in einer Zwischenposition gehalten wird, welche die Wandung 34 im Ausgangs- bzw. Anfangszustand einnimmt, in welcher keine äußeren Kräfte auf die Wandung wirken. Die Wandung 34 ist je nach Druckverhältnissen zwischen einer das Kammervolumen in der Speicherkammer 37 reduzierenden Minimalstellung und einer das Kammervolumen vergrößernden Maximalstellung zu verschieben. In der Minimalstellung kann gegebenenfalls das Volumen der Speicherkammer 37 bis auf null reduziert sein.
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Je nach Schaltzustand der Ventile im Bremskreis und Betätigung der Förderpumpe 18 kann Hydraulikfluid in die Speicherkammer 37 ein- bzw. aus dieser abgeleitet werden. Dies erfolgt entweder im Rahmen eines regulären Bremsvorganges, insbesondere zum Auffüllen der Speicherkammer 37, oder bei Aktivieren eines Fahrerassistenzsystems zum Modulieren des Drucks im hydraulischen Bremskreis, insbesondere bei Aktivieren eines Antiblockiersystems ABS bzw. eines elektronischen Stabilitätsprogramms ESP. Zum Beispiel kann bei einem aktiven Druckaufbau in der Bremsanlage das Umschaltventil 12 geschlossen und das Hochdruck-Schaltventil 24 geöffnet und zugleich die Förderpumpe 18 aktiviert werden. Der hierbei erzeugte Unterdruck auf der Saugseite saugt Hydraulikfluid aus der Speicherkammer 37 ab, wodurch das Volumen in der Speicherkammer reduziert wird. Das Hydraulikfluid wird über das geöffnete Rückschlagventil 32 abgeleitet.
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Erfolgt durch den Fahrer ein Bremsen während des aktiven Druckaufbaus, schließt das Rückschlagventil 32, so dass ein Zurückfördern in die Speicherkammer 37 verhindert wird und ein weiches Bremsverhalten vermieden wird.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung kann während eines Bremsvorgangs, der vom Fahrer ausgelöst wird und bei dem nur ein beschränkter Druckaufbau unterhalb des Maximaldrucks erfolgt, der Speicher 25 wieder mit Hydraulikfluid gefüllt werden. Dies erfolgt während des Entlastungsvorgangs durch den Fahrer, also bei einem Zurücknehmen der Bremspedalbetätigung, was über den Drucksensor 26 detektiert werden kann, der dem Hauptbremszylinder 4 zugeordnet ist. In dieser Phase öffnen die Auslassventile 14 und wird die Speicherkammer 37 wieder mit Hydraulikfluid befüllt. Im Anschluss hieran können die Auslassventile 14 geschlossen werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird zum Vermeiden des Ausgasens von Hydraulikfluid die Speicherkammer 37 regelmäßig evakuiert, indem die Förderpumpe 18 bei zunächst geschlossenen Auslassventilen 14 betätigt wird. Nach dem Evakuieren wird die Speicherkammer 37 durch Öffnen der Auslassventile 14 wieder befüllt. Dieser Vorgang kann regelmäßig durchgeführt werden, insbesondere jeweils nach dem Start des Antriebsmotors des Fahrzeugs.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007020503 A1 [0002]
