DE102013224783A1

DE102013224783A1 - Bremssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013224783A1
Application number: DE102013224783.4A
Authority: DE
Inventors: Paul Linhoff
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2015-06-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Achsen, wobei die Räder einer Antriebsachse mit einem elektrischen Antrieb verbunden sind, der mindestens eine als Motor oder Generator betreibbare elektrische Maschine aufweist, welches einen ersten hydraulischen Bremskreis mit mindestens einer Radbremse, insbesondere zwei Radbremsen, einen vom Fahrer über ein Bremspedal betätigbaren Hauptbremszylinder, der mit den Radbremsen des ersten Bremskreises verbunden ist, einen Bremsbetätigungssensor, und einen zweiten hydraulischen Bremskreis mit mindestens einer Radbremse, insbesondere zwei Radbremsen, umfasst. Erfindungsgemäß ist der zweite Bremskreis nur mit einer autonomen Druckquelle hydraulisch verbunden, wobei die Radbremsen des zweiten Bremskreises der Antriebsachse zugeordnet sind und die Radbremsen des ersten Bremskreises einer anderen Achse zugeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems gemäß Oberbegriff von Anspruch 16, und die Verwendung eines Bremssystems in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine.
Kraftfahrzeuge mit einem zumindest zeitweise elektrischen Antrieb gewinnen zunehmend an Bedeutung, wobei es im Hinblick auf die Reichweite des elektrischen Antriebs wünschenswert ist, die Batterie des Kraftfahrzeugs nicht nur im Stand aufzuladen, sondern dies auch während des Betriebs zu tun. Indem der elektrische Antrieb bzw. die mindestens eine elektrische Maschine als Generator betrieben wird, kann beim Bremsen des Kraftfahrzeugs durch Umwandlung der Bewegungsenergie elektrische Energie gewonnen und in der Batterie gespeichert werden.
Das durch die Rekuperation, also die (Rück-)Gewinnung von elektrischer Energie durch den Generator, aufgebaute Bremsmoment ist von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und dem Füllstand der Batterie abhängig. Um in jedem Fall hinreichende Bremsverzögerung aufbringen zu können, weisen Bremssysteme z. B. für Hybridfahrzeuge, die elektrischen Antrieb und Verbrennungsmotor kombinieren, neben der elektrischen Maschine zusätzliche Bremsmittel auf. Diese zusätzlichen Bremsmittel, die gewöhnlich in zwei gesetzlich vorgeschriebenen Bremskreisen realisiert sind, umfassen beispielsweise elektromechanische oder hydraulische Radbremsen, die auf der Reibung eines Bremsbelags an einer mit dem Rad verbundenen Scheibe oder Trommel.
Besonders das Zusammenwirken von hydraulischen Reibbremsen und einem Generator, welches wegen geringer Systemkosten und moderater Systemkomplexität wünschenswert ist, bedingt einige technische Herausforderungen: Für eine effiziente Rekuperation sollte das in der jeweiligen Fahrsituation maximal mögliche Bremsmoment des Generators genutzt werden. Weiterhin sollte ein Übergang zwischen einem Abbremsen des Kraftfahrzeugs durch die Bremsverzögerung des Generators und einem Abbremsen des Kraftfahrzeugs durch Reibbremsen möglich sein, ohne dass es zu ruckartigen Änderungen der Bremsverzögerung oder einer in Bezug auf Fahrstabilität kritischen Bremskraftverteilung kommt. Außerdem muss vermieden werden, dass durch die Entkopplung der elektrisch-regenerativen Bremsung durch den Generator von dem Bremspedal für den Fahrer ein ungewöhnliches Pedalgefühl entstehen, so dass er die von ihm erzielte Bremswirkung schlecht einschätzen kann.
Aus der DE 10 2011 003 346 A1 ist ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs bekannt, das mindestens eine elektrisch-regenerative Bremse und ein hydraulisches Bremssystem mit Reibbremsen aufweist, wobei die den einzelnen Rädern zugeordneten Radbremsen in mindestens zwei Bremskreisen angeordnet sind, welche von einem Tandemhauptbremszylinder mit Druckmittel beaufschlagbar sind, und wobei jeder Bremskreis zumindest einen Druckspeicher und elektrisch ansteuerbare Hydraulikventile umfasst. Das Bremssystem umfasst eine elektronische Steuer- und Regeleinheit, durch welche bei einem Bremsen mit der elektrisch-regenerativen Bremse mindestens ein Hydraulikventil derart angesteuert wird, dass zu einem Zeitpunkt Druckmittel in einen vorbestimmten Druckspeicher abgeleitet wird. Im Allgemeinen setzt sich die Gesamtverzögerung des Fahrzeugs aus Verzögerungsanteilen der Radbremsen und des Generators zusammen. Dieses gattungsgemäße Bremssystem ermöglicht ein für den Fahrer komfortables Pedalgefühl und eine effiziente Rekuperation, allerdings ist die Ansteuerung recht komplex und die Lebensdauer des Bremssystems durch die Anzahl möglicher Schaltzyklen der Magnetventile begrenzt, da diese – anders als bei einem konventionellen Bremssystem – auch während „normaler” Bremsungen betätigt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrisch angetriebenen Achse bereitzustellen, welches eine effiziente Rekuperation bei einem für den Fahrer angenehmen Pedalgefühl ermöglicht und vorzugsweise eine geringe Systemkomplexität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremssystem nach Anspruch 1 gelöst.
Es wird also ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Achsen bereitgestellt, wobei die Räder einer Antriebsachse mit einem elektrischen Antrieb verbunden sind, der mindestens eine als Motor oder Generator betreibbare elektrische Maschine aufweist, das einen ersten hydraulischen Bremskreis mit mindestens einer Radbremse, insbesondere zwei Radbremsen, mit einem vom Fahrer über ein Bremspedal betätigbaren Hauptbremszylinder, der mit den Radbremsen des ersten Bremskreises verbunden ist, einen Bremsbetätigungssensor, und einen zweiten hydraulischen Bremskreis mit mindestens einer Radbremse, insbesondere zwei Radbremsen, umfasst. Erfindungsgemäß ist der zweite Bremskreis nur mit einer autonomen Druckquelle hydraulisch verbunden, wobei die Radbremsen des zweiten Bremskreises der Antriebsachse zugeordnet sind und die Radbremsen des ersten Bremskreises einer anderen Achse zugeordnet sind. Mit einer autonomen bzw. fahrerunabhängigen Druckquelle ist hierbei gemeint, dass die für einen Druckaufbau benötigte Energie nicht aus der Bremskraft des Fahrers, sondern einer externen Quelle wie der Fahrzeugbatterie entnommen wird und somit ein fahrerunabhängiger Druckaufbau erfolgen kann.
Indem nur die Radbremsen der nicht angetriebenen Achse vom Fahrer über ein Bremspedal direkt betätigt werden, kann das Bremsmoment an der Antriebsachse vollständig vom elektrischen Antrieb aufgebaut werden, ohne dass eine aufwändige hydraulische Ansteuerung erforderlich ist. Solange das verfügbare Schleppmoment der elektrischen Maschine/n im Generatorbetrieb ausreicht, erfolgt zweckmäßigerweise kein Druckaufbau durch die autonome Druckquelle. Durch die weitgehende Verwendung bewährter hydraulischer Komponenten bleibt die Systemkomplexität begrenzt und eine hohe Zuverlässigkeit bei vergleichsweise geringen Kosten gewährleistet.
Die autonome Druckquelle umfasst vorzugsweise eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe, insbesondere eine Kolbenpumpe mit zwei Kolben, vorzugsweise einen Pulsationsdämpfer, insbesondere ein mit der Auslassseite der Pumpe verbundenes elastisches Element, und einen Druckmittelvorratsbehälter. Elektrisch angetriebene Kolbenpumpen sind besonders kostengünstig und robust. Durch einen Pulsationsdämpfer werden Druckschwankungen bzw. Pulsationen beim Druckaufbau vermindert. Ergänzend kann es zur Erhöhung der Druckaufbaudynamik und Verringerung von Pulsationen auch vorgesehen sein, eine Kolbenpumpe mit einer größeren Anzahl von Kolben (insbesondere 6 Kolben) einzusetzen.
Besonders bevorzugst ist jeder Radbremse des zweiten Bremskreises ein zwischen Auslassseite der Pumpe und Radbremse angeordnetes Einlassventil, insbesondere ein stromlos geöffnetes Magnetventil, und ein zwischen Radbremse und Saugseite der Pumpe angeordnetes Auslassventil, insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil, zugeordnet. Dies ermöglicht eine individuelle Bremsdruck- bzw. Bremsschlupfregelung der jeweiligen Radbremse.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die autonome Druckquelle ein erstes Ventil, insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil, welches zwischen der Auslassseite der Pumpe und dem Druckmittelvorratsbehälter angeordnet ist, und ein zweites Ventil, insbesondere ein stromlos geöffnetes Magnetventil, welches zwischen der Saugseite der Pumpe und dem Druckmittelvorratsbehälter angeordnet ist, umfasst. Somit kann über das erste Ventil eine Saugregelung der Pumpe vorgenommen werden bzw. mittels des zweiten Ventils ein Druckausgleich zwischen Saug- und Auslassseite der Pumpe erfolgen.
Besonders zweckmäßigerweise ist an der Auslassseite der Pumpe ein Drucksensor angeordnet, und die autonome Druckquelle wird von einem Drucksteuergerät angesteuert, welches mit dem Bremsbetätigungssensor und mit dem Drucksensor verbunden ist. Der Drucksensor ermöglicht eine genauere Druckregelung in dem zweiten Bremskreis. Indem das Drucksteuergerät mit dem Bremsbetätigungssensor verbunden ist, kann dieses über die autonome Druckquelle eine hinreichende Fahrzeugverzögerung auch bei einer Leckage des ersten Bremskreises gewährleisten.
Insbesondere ist der Bremsbetätigungssensor redundant ausgeführt und über mindestens zwei Signalleitungen mit dem Drucksteuergerät verbunden, wobei das Drucksteuergerät vorzugsweise einen kernredundanten Mikrocontroller umfasst. Dies ermöglicht eine nochmalige Steigerung der Zuverlässigkeit; ergänzend kann auch eine redundante Stromversorgung von Drucksteuergerät und Pumpe vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste Bremskreis ein elektrohydraulisches Steuergerät mit einem Drucksensor, einem zwischen Radbremse/n und Hauptbremszylinder angeordneten Einlassventil, insbesondere einem stromlos geöffneten Magnetventil, einem Druckspeicher, der über ein Rückschlagventil mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist, und einem zwischen Radbremse/n und Druckspeicher angeordneten Auslassventil, insbesondere einem stromlos geschlossenen Magnetventil, auf. Dadurch, dass die Radbremsen des ersten Bremskreises kollektiv angesteuert werden, kann dieser besonders einfach und kostengünstig aufgebaut werden. Über den Drucksensor kann die Bremsbetätigung durch den Fahrer erfasst werden; vorzugsweise kann das elektrohydraulische Steuergerät entsprechende Bremsmomentanforderungen über einen Fahrzeugdatenbus senden, um eine kooperative Steuerung beispielsweise mit dem Generator zu ermöglichen.
Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsachse die Hinterachse, wobei der erste Bremskreis der Vorderachse zugeordnet ist, wobei die Radbremse/n des ersten Bremskreises als Scheibenbremse ausgebildet ist/sind, und wobei die Radbremse/n des zweiten Bremskreises vorzugsweise als Trommelbremse ausgebildet ist/sind. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, die Radbremse/n des zweiten Bremskreises als Scheibenbremse aus einem nichtrostenden Material, wie insbesondere Edelstahl, zu fertigen. Die Bremswirkung der Radbremse des zweiten Bremskreises ist somit unabhängig von den Witterungsbedingungen gleichbleibend. Werden Trommelbremsen als Radbremsen der Hinterachse verwendet, hat dies den Vorteil, dass auch eine besonders kompakte autonome Druckquelle mit begrenzter Pumpleistung eingesetzt werden kann.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das elektrohydraulische Steuergerät über einen Fahrzeugdatenbus mit einem weiteren elektronischen Steuergerät verbunden ist, welches als Drucksteuergerät die autonome Druckquelle ansteuert. Somit können in Serie gefertigte elektrohydraulische Steuergeräte insbesondere für Krafträder mit angepasster Software eingesetzt werden. Durch den Fahrzeugdatenbus ist eine kooperative Steuerung möglich, wobei zweckmäßigerweise das elektrohydraulische Steuergerät als „Master” dem Drucksteuergerät als „Slave” ein gewünschtes Bremsmoment bzw. einen Solldruck vorgibt. Das elektrohydraulische Steuergerät ist vorteilhafterweise mit dem elektrischen Antrieb bzw. einem Antriebssteuergerät verbunden und kann somit die im allgemeinen Fall aus Bremsmoment der Reibbremse und Schleppmoment des Generators zusammengesetzte Bremswirkung an der Antriebsachse koordinieren.
Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Bremsscheibe/n der Vorderachse je einen zusätzlichen Bremssattel aufweisen, der in einem dritten hydraulischen Bremskreis von einer elektrisch angetriebenen Pumpe betätigt wird. Dadurch, dass sowohl Vorder- als auch Hinterachse eine frei ansteuerbare Druckquelle aufweisen, kann die Bremskraftverteilung in weiten Bereichen frei eingestellt werden. Dies ermöglicht beispielsweise je nach Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder geschätzter Reibwert eine optimale Bremskraftverteilung in Bezug auf Fahrstabilität zu wählen.
Insbesondere ist es hierbei zweckmäßig, wenn das elektrohydraulische Steuergerät die elektrisch angetriebene Pumpe und dem dritten Bremskreis zugeordnete Magnetventile umfasst, wobei jedem zusätzlichen Bremssattel ein zwischen Auslassseite der elektrisch angetriebenen Pumpe und Bremssattel angeordnetes Einlassventil, insbesondere stromlos geöffnetes Magentventil, und ein zwischen Bremssattel und Saugseite der Pumpe angeordnetes Auslassventil zugeordnet sind. Somit ist auch eine individuelle Bremsschlupfregelung an der Vorderachse möglich. Da die zusätzlichen Bremssättel hydraulisch vom ersten Bremskreis getrennt sind, erfolgt keine für den Fahrer unkomfortable Rückwirkung auf das Bremspedal.
Gemäß einer zweiten besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsachse die Vorderachse, wobei die Radbremse/n des ersten Bremskreises insbesondere als Trommelbremsen ausgebildet ist/sind, und wobei die Radbremse/n des zweiten Bremskreises als Scheibenbremsen ausgebildet ist/sind und vorzugsweise aus einem nichtrostenden Material bestehen, wie insbesondere Edelstahl. Die Radbremsen der Vorderachse werden selten eingesetzt, da für eine effiziente Rekuperation in der Regel der Generator das Bremsmoment an dieser Achse aufbringt. Dadurch, dass die Radbremsen der Vorderachse aus einem nichtrostenden Material bestehen, muss keine Konditionierung wie ein gezieltes Trockenbremsen dieser Radbremsen erfolgen.
In dieser Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn das elektrohydraulische Steuergerät auch als Drucksteuergerät wirkt und vorzugsweise die autonome Druckquelle in dem elektrohydraulischen Steuergerät integriert ist. Somit wird nur eine besonders geringe Anzahl von Komponenten benötigt.
Es ist vorteilhaft, wenn der erste Bremskreis einen Pedalsimulator aufweist, insbesondere eine über ein elastisches Element abgetrennte Simulatorkammer mit vorgegebenem Volumen. Insbesondere, wenn die Radbremsen des ersten Bremskreises als Trommelbremsen ausgebildet sind und somit eine geringe Volumenaufnahme besitzen, kann durch einen Pedalsimulator für den Fahrer das gewohnte Pedalgefühl bereitgestellt werden. Durch eine von einem elastischen Element abgetrennte Simulatorkammer lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise ein Pedalsimulator realisieren.
Zweckmäßigerweise wird der Hauptbremszylinder ohne Hilfskraft betätigt, insbesondere ohne einen Vakuumbremskraftverstärker. Dadurch ist der für das Bremssystem benötigte Bauraum deutlich verringert. Da Elektrofahrzeuge bzw. allgemein Fahrzeuge mit modernen Motoren den für einen Vakuumbremskraftverstärker benötigten Unterdruck nicht bzw. nicht in ausreichendem Maße bereitstellen können, wäre ansonsten zusätzlich eine elektrische Vakuumpumpe erforderlich.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Bremssystems, bei dem eine Bremsbetätigung durch den Fahrer an der Antriebsachse durch einen Generatorbetrieb der elektrischen Maschine/n umgesetzt wird, und dass die autonome Druckquelle aktiviert wird, wenn eine gemessene Ist-Verzögerung um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert unter einer der Bremsbetätigung entsprechenden Soll-Verzögerung liegt.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Räder der Antriebsachse und/oder die Räder der anderen Achse von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden können.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einem ersten Ausführungsbeispiel für ein vierrädriges Kraftfahrzeug.
Bremssystem 1 weist vier hydraulische Radbremsen 3a, 3b, 3c, 3d auf, die in zwei Bremskreisen I, II angeordnet sind. Hierbei sind an der Vorderachse VA die Radbremsen 3a, 3b und an der Hinterachse HA die Radbremse 3c, 3d angeordnet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Hinterachse die Antriebsachse, d. h. die Räder der Hinterachse HA sind mit einem elektrischen Antrieb 2 verbunden, der bei einer Bremsung als Generator betrieben werden kann. Der elektrische Antrieb 2 kann eine mit beidem Rädern verbundene elektrische Maschine oder zwei mit je einem Rad verbundene elektrische Maschinen umfassen, insbesondere Radnabenmotoren. Jedes Rad bzw. jede Radbremse 3 weist zweckmäßigerweise einen zugeordneten Raddrehzahlsensor auf, der in 1 nicht eingezeichnet ist. Die Radbremsen 3a, 3b der Vorderachse VA sind in einem ersten Bremskreis I angeordnet und vorzugsweise als Scheibenbremsen ausgeführt, während die Radbremsen 3c, 3d der Hinterachse in einem zweiten Bremskreis II angeordnet sind und vorzugsweise als Trommelbremsen ausgeführt sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Radbremsen 3a, 3b neben den dem ersten Bremskreis I zugeordneten Bremssätteln 3Ia, 3Ib zusätzliche Bremssättel 3IIIa, 3IIIb auf, welche in einem dritten Bremskreis III angeordnet sind.
Die Bremssättel 3Ia, 3Ib der Radbremsen 3a, 3b sind in dem ersten Bremskreises I mit einem Hauptbremszylinder 5 verbunden, der vom Fahrer über ein Bremspedal 4 betätigt werden kann. Der Hauptbremszylinder 5 weist einen einzelnen Druckraum auf und wird zweckmäßigerweise ohne Hilfskraft betätigt, insbesondere ohne einen vorgeschalteten Vakuumbremskraftverstärker. In unbetätigtem Zustand ist der Hauptbremszylinder 5 mit einem Vorratsbehälter 7I verbunden, der unter normalem Atmosphärendruck stehendes Druckmittel bzw. Bremsflüssigkeit enthält. Sobald der Fahrer das Bremspedal 4 betätigt und der Kolben des Hauptbremszylinders 5 in den Druckraum verschoben wird, ist die Verbindung zu dem Vorratsbehälter unterbrochen. Mittels eines Bremsbetätigungssensors 6, der beispielsweise als Pedalwinkelsensor oder im Hauptbremszylinder 5 angeordneter induktiver Wegsensor realisiert sein kann, wird gemessen, wie stark bzw. um welchen Weg der Fahrer das Bremspedal 4 betätigt. In der Hydraulikleitung zwischen Hauptbremszylinder 5 und Bremssätteln 3Ia, 3Ib ist ein elektrohydraulisches Steuergerät angeordnet, das aus einer hydraulischen Kontrolleinheit (HCU) 16 und einer elektronischen Kontrolleinheit (ECU) 17 besteht, welche in der hydraulischen Kontrolleinheit 16 angeordnete Magnetventile ansteuern kann.
Im ersten Bremskreis I ist stromabwärts des Hauptbremszylinders 5 ein Einlassventil 9I vorgesehen, insbesondere ein stromlos offenes Magnetventil, welches die Bremssättel 3Ia, 3Ib von dem Hauptbremszylinder 5 abtrennen kann. Weiterhin sind im ersten Bremskreis I ein Niederdruckspeicher 11 und ein Auslassventil 10I vorgesehen, insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil, welches zwischen den Bremssätteln 3Ia, 3Ib und dem Niederdruckspeicher angeordnet ist. Bei geschlossenem Einlassventil 9I kann durch Öffnen von Auslassventil 10I ein Druckabbau mittels Ableiten von Druckmittel in den Niederdruckspeicher 11 durchgeführt werden. Zwischen Niederdruckspeicher 11 und Hauptbremszylinder 5 ist ein Rückschlagventil angeordnet, so dass bei unbetätigtem Bremspedal 4 Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher 11 abfließen kann. Zwischen Hauptbremszylinder 5 und Einlassventil 9I ist zweckmäßigerweise ein Drucksensor 8I angeordnet, dessen Signale der elektronischen Kontrolleinheit 17 zugeführt werden. Das elektrohydraulische Steuergerät ist mit den der Vorderachse zugeordneten Raddrehzahlsensoren und vorzugsweise auch den der Hinterachse zugeordneten Raddrehzahlsensoren verbunden und kann somit beispielsweise eine Bremsschlupfregelung an den Radbremsen 3a, 3b des ersten Bremskreises I durchführen. Über einen nicht gezeigten Fahrzeugdatenbus ist der Generator 2 bzw. eine Elektromotor-Steuereinheit mit der elektronischen Kontrolleinheit 17 verbunden, wodurch eine kooperative Steuerung von Radbremsen und elektrischem Antrieb möglich ist.
Die Radbremsen 3c, 3d des zweiten Bremskreises II sind mit einer autonomen Druckquelle verbunden, die eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe 14II, insbesondere eine Kolbenpumpe mit zwei Kolben, vorzugsweise einen Pulsationsdämpfer 15II, insbesondere ein mit der Auslassseite der Pumpe verbundenes elastisches Element, und einen Druckmittelvorratsbehälter 7II umfasst. Zwischen Auslassseite der Pumpe 14II und Druckmittelvorratsbehälter 7II ist ein erstes Ventil angeordnet, insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil. Ferner ist zwischen Saugseite der Pumpe 14II und Druckmittelvorratsbehälter 7II ein zweites Ventil angeordnet, insbesondere ein stromlos geöffnetes Magnetventil. Durch das erste Ventil kann ein Druckabbau in den bzw. ein Druckausgleich mit dem Vorratsbehälter erfolgen, während das zweite Ventil eine Saugregelung der Pumpe 14II ermöglicht. Zwischen Auslassseite der Pumpe 14II und Radbremsen 3c, 3d der Hinterachse ist jeweils ein Einlassventil 9IIc, 9IId angeordnet. Weiterhin ist zwischen den Radbremsen 3c, 3d und der Saugseite der Pumpe 14II jeweils ein Auslassventil 10IIc, 10IId angeordnet. Da somit den Radbremsen 3c, 3d der Hinterachse je ein Einlassventil 9IIc, 9IId und ein Auslassventil 10IIc, 10IId zugeordnet sind, kann eine individuelle Regelung des Drucks in der einzelnen Radbremse erfolgen.
Die Pumpe 14II sowie die Magnetventile des zweiten Bremskreises sind zweckmäßigerweise in einer Druckerzeugungseinheit 18 zusammengefasst werden von einer Druckkontrolleinheit 19 angesteuert. Diese empfängt die Signale eines an der Auslassseite der Pumpe 14II angeordneten Drucksensors 8II. Über einen Fahrzeugdatenbus 21 sind die elektronische Kontrolleinheit 17 und die Druckkontrolleinheit 19 verbunden, wobei die elektronische Kontrolleinheit 17 vorzugsweise Bremsanforderungen an die Druckkontrolleinheit 19 sendet, welche diese umsetzt. Die Druckkontrolleinheit 19 ist mit dem Bremsbetätigungssensor 6 über eine vorzugsweise redundant ausgeführte Signalleitung 20 verbunden und steuert die Druckerzeugungseinheit 18 bzw. die Pumpe 14II nach Maßgabe der erfassten Bremsbetätigung an, womit insbesondere im Fall eines Defekts von Fahrzeugdatenbus 21 oder elektronischer Kontrolleinheit 17 eine hinreichende Verzögerung des Fahrzeugs gewährleistet bleibt.
Die zusätzlichen Bremssättel 3IIIa, 3IIIb an den Radbremsen 3a, 3b der Vorderachse sind in einem dritten Bremskreis III angeordnet, welcher eine als elektrisch angetriebene Pumpe 14III realisierte zweite autonome Druckquelle aufweist. Durch Verwendung einer Pumpe mit mehreren Kolben, insbesondere 6 Kolben, und/oder einen Pulsationsdämpfer 15III, der beispielsweise über ein auslassseitig angebrachtes elastisches Element wie eine Membran auftretende Druckschwankungen vermindert, kann eine nahezu konstante Förderleistung gewährleistet werden. Auf der Saugseite der Pumpe ist zweckmäßigerweise ein Magnetventil 13III angeordnet, welches über ein Öffnen oder Schließen eine Saugregelung der Pumpe 14III ermöglicht. Die Saugseite der Pumpe ist mit einem Druckmittelvorratsbehälter 7III verbunden, welches auch über eine Verbindungsleitung zu dem Vorratsbehälter 7I des Hauptbremszylinders 5 realisiert sein kann. Für einen Druckausgleich weist der dritte Bremskreis III vorzugsweise ein zwischen Druckmittelvorratsbehälter 7III und Auslassseite der Pumpe angeordnetes Magnetventil 12III auf. Den Bremssätteln 3IIIa, 3IIIb sind jeweils ein Einlassventil 9IIIa, 9IIIb und ein Auslassventil 10IIIa, 10IIIb zugeordnet, wodurch eine individuelle Regelung des Drucks in dem einzelnen Bremssattel möglich ist.
Magnetventile und Pumpe des dritten Bremskreises sind zweckmäßigerweise in der hydraulischen Kontrolleinheit 16 integriert und werden von der elektronischen Kontrolleinheit 17 angesteuert. Da erster und dritter Bremskreis zusammen lediglich 8 Magnetventile benötigen, kann das elektrohydraulische Steuergerät durch Modifikation eines an sich bekannten ABS-Steuergeräts insbesondere für Krafträder realisiert sein. Entsprechend können die Druckkontrolleinheit und die Hydraulikeinheit als ein ABS-Steuergerät mit angepasster Software ausgeführt sein. Auch der Hauptbremszylinder und die Radbremsen entsprechen zweckmäßigerweise in Serie gefertigen Bauteilen für Krafträder (gegebenenfalls durch Hinzufügen eines zweiten Bremssattels modifiziert). Somit kann das erfindungsgemäße Bremssystem auf Basis kostengünstiger Serienbauteile gefertigt werden.
Wenn der Fahrer das Bremspedal 4 betätigt, ist es zweckmäßigerweise vorgesehen, dass an der Hinterachse zunächst nur der elektrische Antrieb 2 als Generator betrieben wird und somit ein Schleppmoment bzw. Bremsmoment aufbaut. Die Bremsen 3a, 3d bauen aufgrund der direkten Verbindung zwischen Bremspedal 4 und Hauptbremszylinder 5 ein Bremsmoment an der Vorderachse auf. Da die Betätigung des Fahrers nicht durch Hilfskraft unterstützt wird, ist dieses Bremsmoment vergleichsweise gering, und es kann somit eine effiziente Rekuperation erfolgen. Im Bereich geringer Verzögerungen ist es auch in Bezug auf die Fahrstabilität unkritisch, wenn das an der Hinterachse HA aufgebaute Bremsmoment das an der Vorderachse VA anliegende Bremsmoment übersteigt. Daher kann in einem ersten Verzögerungsbereich vollständig auf die Aktivierung einer Pumpe verzichtet werden. Bei einer stärkeren Fahrzeugverzögerung ist in einer aus Stabilitätsgesichtspunkten geeigneten Bremskraftverteilung das Bremsmoment bzw. Schleppmoment an der Vorderachse deutlich höher, so dass zweckmäßigerweise ein Druckaufbau in dem dritten Bremskreis III erfolgt.
Wenn der elektrische Antrieb 2 nicht als Generator betrieben werden kann (z. B. weil die Batterie voll ist), oder das erforderliche Bremsmoment das maximal verfügbare Generatorschleppmoment übersteigt, so wird ein Bremsmoment in den Radbremsen 3c, 3d der Hinterachse aufgebaut, indem die autonome Druckquelle bzw. die Pumpe 14II aktiviert wird. Hierbei kann es zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die elektronische Kontrolleinheit 17 der Druckkontrolleinheit 19 ein Sollbremsmoment oder einen Solldruck vorgibt. Eine mangelnde Verzögerung durch den Generator 2 kann anhand einer Nachricht der Elektromotor-Steuereinheit über einen Fahrzeugdatenbus an die elektronische Kontrolleinheit 17 gemeldet werden. Auch eine bei niedrigen Geschwindigkeiten abnehmende Generatorleistung wird zweckmäßigerweise durch eine Aktivierung der autonomen Druckquelle kompensiert.
Es wird also vorzugsweise ein Master-Slave-Regelkonzept umgesetzt, bei dem die elektronische Kontrolleinheit 17 die Bremsmomente für Generator 2 und auch Druckkontrolleinheit 19 vorgibt. Wenn die Raddrehzahlsensoren auch der Hinterachse mit der elektronischen Kontrolleinheit 17 verbunden sind, kann über die Bremsmomentvorgabe auch eine Bremsschlupfregelung an der Hinterachse erfolgen, wodurch Druckkontrolleinheit nur eine geringe Rechenleistung benötigt und einfach aufgebaut sein kann. Da sowohl die Radbremsen der Vorderachse als auch die Radbremsen der Hinterachse über eine autonome, d. h. fahrerunabhängig angesteuerte und mit Energie versorgte Pumpe mit Druck beaufschlagt werden können, ist die Bremskraftverteilung zwischen Vorder- und Hinterachse in weiten Bereichen frei einstellbar. Weiterhin ist es durch eine geeignete Ansteuerung der Pumpen und Magnetventile möglich, gezielt Giermomente in das Fahrzeug einzubringen, um die Fahrdynamik zu beeinflussen und somit z. B. ein Übersteuern zu korrigieren.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bremssystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel für ein vierrädriges Kraftfahrzeug. Hierbei sind die Bezugszeichen beibehalten worden, so sind beispielsweise die Radbremsen der Antriebsachse in 2 mit 3a und 3b bezeichnet, wie dies auch in 1 der Fall war. Auf die bereits beschriebenen Einzelheiten soll daher nicht weiter eingegangen werden, vielmehr werden im Folgenden die Unterschiede erläutert.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der elektrische Antrieb 2 mit der Vorderachse VA verbunden, womit diese die Antriebsachse darstellt. Der erste Bremskreis I ist der Hinterachse HA zugeordnet und besonders einfach aufgebaut, da er lediglich ein den Radbremsen 3a, 3b der Hinterachse gemeinsam zugeordnetes Einlassventil 9I und ein gemeinsames Auslassventil 10I aufweist. Somit kann bei geschlossenem Einlassventil 9I ein Druckabbau in den Radbremsen 3a, 3b erfolgen, indem das Auslassventil 10I geöffnet wird und Druckmittel in den Niederdruckspeicher 11 abgeleitet wird. Über ein Rückschlagventil kann bei nicht betätigtem Hauptbremszylinder 5 Druckmittel aus dem Niederdruckspeicher abfließen und auch ein Druckausgleich mit Vorratsbehälter 7I stattfinden. Der Druck im ersten Bremskreis I kann durch Drucksensor 8I erfasst werden, der mit elektronischer Kontrolleinheit (ECU) 17 verbunden ist. Neu in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Pedalsimulator 22, der eine über ein elastisches Element, wie eine Membran oder ein Hütchen abgetrennte Simulatorkammer mit definiertem Volumen umfasst. Somit kann die verringerte Druckmittelvolumenaufnahme der vorzugsweise als Trommelbremsen ausgeführten Radbremsen 3a, 3b der Hinterachse kompensiert und ein für den Fahrer komfortables Pedalgefühl bereitgestellt werden.
Der zweite Bremskreis II ist entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel gestaltet, wobei hier die Radbremsen 3c, 3d der Vorderachse VA angeschlossen sind, welche vorzugsweise als Scheibenbremsen realisiert sind. Da in diesem Ausführungsbeispiel kein dritter Bremskreis vorhanden ist, können die Magnetventile für beide Bremskreise und die autonome Druckquelle in einem einzigen elektrohydraulischen Steuergerät realisiert sein, welches eine hydraulische Kontrolleinheit 16 und eine elektronische Kontrolleinheit 17 umfasst. Die elektronische Kontrolleinheit 17 ist mit dem Generator und vorzugsweise Raddrehzahlsensoren an allen Rädern verbunden. Ferner kann über eine redundante Leitung 20 ein Signal des Betätigungssensors 6 empfangen werden. Somit kann auch im Falle einer Leckage des ersten Bremskreises I eine hinreichende Verzögerung des Fahrzeugs gewährleistet werden.
Bei geringen Verzögerungen wird weiterhin bevorzugt nur über Generator 2 ein Schleppmoment aufgebaut und die autonome Druckquelle nicht aktiviert. An der Vorderachse können aus Fahrstabilitätsgesichtspunkten prinzipiell höhere Bremsmomente angelegt werden. Dies ermöglicht eine dominant regenerative Bremsung bis zu höheren Fahrzeugverzögerungen. Im Falle nachlassender Generatorleistung erfolgt wiederum eine Aktivierung der autonomen Druckquelle bzw. Ansteuerung der Pumpe 14II. Eine Fahrdynamikregelung im Übersteuerfall ist weiterhin uneingeschränkt möglich, im Falle eines Untersteuerns kann gegebenenfalls eine Abbremsung des Fahrzeugs erfolgen.
Durch den Wegfall eines Bremskraftverstärkers ist das erfindungsgemäße Bremssystem kompakt aufgebaut. Indem an sich bekannte Komponenten wie ein elektrohydraulisches Steuergerät mit angepasster Software verwendet werden, ist das erfindungsgemäße Bremssystem einfach und kostengünstig realisierbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011003346 A1 [0005]

Claims

Bremssystem (1) für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Achsen (VA, HA), wobei die Räder einer Antriebsachse mit einem elektrischen Antrieb (2) verbunden sind, der mindestens eine als Motor oder Generator betreibbare elektrische Maschine aufweist, umfassend einen ersten hydraulischen Bremskreis (I) mit mindestens einer Radbremse (3a, 3b), insbesondere zwei Radbremsen, mit einem vom Fahrer über ein Bremspedal (4) betätigbaren Hauptbremszylinder (5), der mit den Radbremsen (3a, 3b) des ersten Bremskreises (I) verbunden ist, einen Bremsbetätigungssensor (6), und einen zweiten hydraulischen Bremskreis (II) mit mindestens einer Radbremse (3c, 3d), insbesondere zwei Radbremsen, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bremskreis (II) nur mit einer autonomen Druckquelle hydraulisch verbunden ist, wobei die Radbremsen (3c, 3d) des zweiten Bremskreises (II) der Antriebsachse zugeordnet sind und die Radbremsen des ersten Bremskreises (I) einer anderen Achse zugeordnet sind.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die autonome Druckquelle eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe (14II), insbesondere eine Kolbenpumpe mit zwei Kolben, vorzugsweise einen Pulsationsdämpfer (15II), insbesondere ein mit der Auslassseite der Pumpe verbundenes elastisches Element, und einen Druckmittelvorratsbehälter (7II) umfasst.
Bremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Radbremse (3c, 3d) des zweiten Bremskreises (II) ein zwischen Auslassseite der Pumpe (14II) und Radbremse (3c, 3d) angeordnetes Einlassventil (9IIc, 9IId), insbesondere ein stromlos geöffnetes Magnetventil, und ein zwischen Radbremse (3c, 3d) und Saugseite der Pumpe (14II) angeordnetes Auslassventil (10IIc, 10IId), insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil, zugeordnet ist.
Bremssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die autonome Druckquelle ein erstes Ventil (12II), insbesondere ein stromlos geschlossenes Magnetventil, welches zwischen der Auslassseite der Pumpe (14II) und dem Druckmittelvorratsbehälter (7II) angeordnet ist, und ein zweites Ventil (13II), insbesondere ein stromlos geöffnetes Magnetventil, welches zwischen der Saugseite der Pumpe (14II) und dem Druckmittelvorratsbehälter (7II) angeordnet ist, umfasst.
Bremssystem nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Auslassseite der Pumpe (14II) ein Drucksensor (8II) angeordnet ist, und dass die autonome Druckquelle von einem Drucksteuergerät angesteuert wird, welches mit dem Bremsbetätigungssensor (6) und mit dem Drucksensor (8II) verbunden ist.
Bremssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbetätigungssensor (6) redundant ausgeführt ist und über mindestens zwei Signalleitungen (20) mit dem Drucksteuergerät verbunden ist, wobei das Drucksteuergerät vorzugsweise einen kernredundanten Mikrocontroller umfasst.
Bremssystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bremskreis (I) ein elektrohydraulisches Steuergerät (16, 17) mit einem Drucksensor (8I), einem zwischen Radbremse/n (3a, 3b) und Hauptbremszylinder (5) angeordneten Einlassventil (9I), insbesondere einem stromlos geöffneten Magnetventil, einem Druckspeicher (11), der über ein Rückschlagventil mit dem Hauptbremszylinder (5) verbunden ist, und einem zwischen Radbremse/n (3a, 3b) und Druckspeicher (11) angeordneten Auslassventil (10I), insbesondere einem stromlos geschlossenen Magnetventil, aufweist.
Bremssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse die Hinterachse (HA) ist und dass der erste Bremskreis (I) der Vorderachse (VA) zugeordnet ist, wobei die Radbremse/n (3a, 3b) des ersten Bremskreises als Scheibenbremse ausgebildet ist/sind, und wobei die Radbremse/n des zweiten Bremskreises (II) vorzugsweise als Trommelbremse ausgebildet ist/sind.
Bremssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrohydraulische Steuergerät (16, 17) über einen Fahrzeugdatenbus (21) mit einem weiteren elektronischen Steuergerät (19) verbunden ist, welches als Drucksteuergerät die autonome Druckquelle ansteuert.
Bremssystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsscheibe/n der Vorderachse (VA) je einen zusätzlichen Bremssattel (3IIIa, 3IIIb) aufweisen, der in einem dritten hydraulischen Bremskreis (III) von einer elektrisch angetriebenen Pumpe (14III) betätigt wird.
Bremssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, das elektrohydraulische Steuergerät (16, 17) die elektrisch angetriebene Pumpe (14III) und dem dritten Bremskreis (III) zugeordnete Magnetventile (9IIIa, 9IIIb, 10IIIa, 10IIIb, 12IIIa, 12IIIb, 13IIIa, 13IIIb) umfasst, wobei jedem zusätzlichen Bremssattel (3IIIa, 3IIIb) ein zwischen Auslassseite der elektrisch angetriebenen Pumpe (14III) und Bremssattel (3IIIa, 3IIIb) angeordnetes Einlassventil (9IIIa, 9IIIb), insbesondere stromlos geöffnetes Magnetventil, und ein zwischen Bremssattel (3IIIa, 3IIIb) und Saugseite der elektrisch angetriebenen Pumpe (14III) angeordnetes Auslassventil zugeordnet (10IIIa, 10IIIb) sind.
Bremssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsachse die Vorderachse (VA) ist, wobei die Radbremse/n (3a, 3b) des ersten Bremskreises (I) insbesondere als Trommelbremsen ausgebildet ist/sind, und wobei die Radbremse/n (3c, 3d) des zweiten Bremskreises (II) als Scheibenbremse ausgebildet ist/sind und vorzugsweise aus einem nichtrostenden Material bestehen, wie insbesondere Edelstahl.
Bremssystem nach Anspruch 12 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrohydraulische Steuergerät (16, 17) auch als Drucksteuergerät wirkt und vorzugsweise die autonome Druckquelle in dem elektrohydraulischen Steuergerät (16, 17) integriert ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bremskreis (I) einen Pedalsimulator aufweist, insbesondere eine über ein elastisches Element abgetrennte Kammer mit einem vorgegebenem Volumen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbremszylinder (5) ohne Hilfskraft betätigt wird, insbesondere ohne einen Vakuumbremskraftverstärker.
Verfahren zur Steuerung eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsbetätigung durch den Fahrer an der Antriebsachse durch einen Generatorbetrieb der elektrischen Maschine/n (2) umgesetzt wird, und dass die autonome Druckquelle aktiviert wird, wenn eine gemessene Ist-Verzögerung um mehr als einen vorgegebenen Schwellenwert unter einer der Bremsbetätigung entsprechenden Soll-Verzögerung liegt.
Verwendung eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Räder der Antriebsachse und/oder die Räder der anderen Achse von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden können.