DE102014102536A1

DE102014102536A1 - Bremsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE102014102536A1
Application number: DE102014102536.9A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber; Thomas Leiber; Valentin Unterfrauner; Christian Köglsperger
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung, wobei diese eine Betätigungseinrichtung aufweist, ferner eine Verstärkereinrichtung, insbesondere mit einem elektro-hydraulischen Antrieb, eine Kolben-Zylinder-Einrichtung (Hauptzylinder), um den Bremskreisen hydraulisches Druckmittel zuzuführen, eine Ventileinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Zufuhr des Druckmittels und eine elektronische Steuer- bzw. Regeleinrichtung (ECU). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mittels einer weiteren Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere einem Doppel-Hubkolben (10) und zumindest eines von der Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) gesteuerten Ventils (AS) zumindest einem Bremskreis gesteuert zusätzliches Druckmittelvolumen zugeführt wird.

Description

Stand der Technik
Die Anforderungen an Bremssysteme steigen. Dies gilt insbesondere auch hinsichtlich Fehlersicherheit und guter Rückfallebene. Wenn der Bremskraftverstärker ausfällt, soll bei der international vorgegebenen Fußkraft von 500 N eine Verzögerung möglichst größer als 0,64 g erreicht werden, was gegenüber der Mindestanforderung des Gesetzgebers von 0,24 erheblich mehr bedeutet. Ein Vorteil der hohen erreichbaren Verzögerung ist es auch, dass eine rote Warnlampe, welche den Fahrer irritiert, nicht angesteuert werden muss.
Gelöst werden kann diese Forderung durch Brake-by-wire-Systeme mit Wegsimulator. Hierbei ist der Hauptzylinder (HZ) bzw. Tandem-Hauptzylinder (THZ) für die Rückfallebene bei Ausfall des Bremssystems ausgelegt. Dies erfolgt durch entsprechende Dimensionierung mit kleinem Durchmesser. Dadurch entstehen höhere Drücke bei einer entsprechenden Fußkraft. Das notwendige Volumen für 0,64 g und entsprechenden Druck ist relativ klein im Vergleich zu dem maximalen Druck bei voller Fahrzeugverzögerung und Fading. Das notwendige Volumen kann ein THZ auch bei größerem Hub nicht voll aufbringen. In der DE 10 2007 062 389 A1 der Anmelderin ist hierfür eine Lösung vorgeschlagen mit Speicherkammer, welche bei höheren Drücken entsprechende Volumen in den Bremskreis einspeist. Ferner ist in der DE 10 2011 009 059 A1 der Anmelderin eine weitere Lösung beschrieben, bei der über entsprechende Ventil- und THZ-Steuerung Volumen vom HZ aus dem Vorratsbehälter in den Bremskreis gefördert wird. Bei Fahrzeugen mit großer Volumenaufnahme, z. B. SUV und Kleintransportern, muss die Auffüllung der Bremskreise beim Abbremsen schon vor dem Blockierdruck für high µ notwendig erfolgen. Beide Lösungen stellen eine hohe Anforderung an die Dichtheit der Ventile. Außerdem ist für die zusätzliche Auffüllung der Bremskreise eine Unterbrechung des Druckaufbaus und kleiner Bremsverluste verbunden.
In der DE 10 2011 111368 der Anmelderin ist ein System mit Zusatzkolben beschrieben, welche das erforderliche Druckmittelvolumen bringen und den Vorteil haben, dass sie von der Motorspindel betätigt werden und in der Rückfallebene nicht wirksam sind, d. h. die vorgegebene Verzögerung ermöglichen. Nachteilig können sich hierbei unter Umständen die entsprechend höheren Kräfte auswirken, welche die Spindel, den Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) und die Lager belasten.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Betätigung für eine Bremsvorrichtung und eine Vorrichtung hierfür, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage, zu schaffen.
Lösung der Aufgabe
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen, auf die hier Bezug genommen wird, enthalten.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Lösung bzw. ihren Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen werden Verbesserungspotentiale, insbesondere ausgehend von einer Bremsvorrichtung gemäß der DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin (auf die hiermit Bezug genommen wird) erschlossen.

1. WS-Systeme sind bekanntlich mit einer festen Pedalkraftwegcharakteristik verbunden. Der Fahrer von heutigen Bremssystemen mit ABS ist jedoch gewohnt, dass er bei low µ bereits bei einem kleinen Pedalweg eine Rückmeldung des vibrierenden Pedals und Fading erkennt durch einen längeren Pedalweg.
2. Im Rahmen der CO₂-Reduzierung soll eine restreibungsarme Bremse geschaffen werden, was durch entsprechendes Lüftspiel möglich ist. Dieses hat aber eine größere Volumenaufnahme und Verzögerung im Druckaufbau zur Folge.
3. Baulänge bestimmt u. a. der Hauptzylinderkolbenhub, der mehrfach in die Baulänge eingeht. Durch geeignete Maßnahmen sollte bei kleinerem Hub trotzdem mehr Volumen im Bremskreis zur Verfügung stehen.

Insbesondere können mit der erfindungsgemäßen Lösung bzw. deren vorteilhaften Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen folgende Vorteile erzielt werden:
Vorfüllen (VF) durch Steuerung des AS-Ventils unter Verwendung von Drucksignal oder Motorstrom, des Kolbenhubes und der Pedalgeschwindigkeit. Damit lässt sich über die große effektive Kolbenfläche der Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere des Doppelhubkolbens (DHK) schon bei kleinem Hub viel Volumen über die Manschette in den Arbeitsraum des Druckstangenkolbens (DK) einspeisen. Vorteilhaft erfolgt dies z. B. abhängig von der Pedalgeschwindigkeit V_P, da bei kleiner V_P in der Regel eine geringere Abbremsung (Druck) erforderlich ist im Gegensatz zu hoher V_P, die auf eine Vollbremsung zielen. Bei kleiner V_P z. B. genügt ein VF-Druck von 5 bar, dabei ist vorteilhaft auch ein Lüftspiel der Bremsen mit abgedeckt. Bei großen V_P genügt ein VF-Druck von 30 bar. Hierbei wird mit einem relativ kleinen Hauptzylinder(HZ)-Hub bis zu 50 % mehr Volumen erzeugt. Damit kann der Hauptzylinder-Hub kleiner gewählt werden, was in Gewicht und Baulänge eingeht. Da das Vorfüllen gleich mit Beginn der Hubbewegung einsetzt, entsteht kein Manschettenverschleiß durch das Schnüffelloch, da hierbei die Manschette nicht mehr über das Schnüffelloch des Druckstangenkolbens gleitet. Das Vorfüllen hat ein größeres Volumen im Bremskreis zur Folge, was bei Zurücknahme des Bremspedals die Beziehung S_P = f (p) über den Wegsimulator (WS) stört, insbesondere bei kleinen Pedalhüben. Dies hätte außerdem auch eine starke Manschettenbelastung gegen Hubende zur Folge. Zur Vermeidung erfolgt der Druckabbau bei großem Vorfüllen durch Öffnung der Ventile AV und Volumenabfluss in den Rücklauf zum Vorratsbehälter (VB).
Mit dem Vorfüllen lässt sich auch ein zeitlich schnellerer Druckaufbau Time-to-lock (Blockiergrenze) erzielen. Auch kann das Vorfüllen genutzt werden für Extremfälle bei Ausfall des Motors z. B. auf low µ. Hier kann der Wegsimuator-Hub voll ausgesteuert sein, und der Druck im Bremskreis ist sehr niedrig. Der restliche Kolbenhub in der Rückfallebene ist entsprechend geringer mit kleinerem Volumen. Auch hier kann das Vorfüllen bis zum Erreichen einer Druckgrenze genutzt werden, was ca. 30 % mehr Volumen oder Druck bringt.
In Verbindung mit dem System mit größerem Leerweg und kleinerem Hauptzylinder-Hub ist es besonders vorteilhaft, über die Kolben-Zylindereinheit, insbesondere Doppelhubkolben, in den Druckstangenkolben-Kreis einzuspeisen zusammen mit einer speziellen Ventilanordnung im Wegsimulator mit Drossel. Dieses Einspeisen (ES) ist auch vorteilhaft in der Rückfallebene bei Motorausfall, um zusätzliches Volumen aus dem Hilfskreis in den Druckstangenkolben-Kreis einzuspeisen.
Wichtig ist auch die Diagnose von sicherheitsrelevanten Funktionen. Hierzu zählt u. a. die Funktion der Kupplung und Freigängigkeit des Kolbenstößels, die bei ausgefallenem Motor gebraucht werden, wenn der Pedalstößel direkt den Druckstangenkolben zur Druckerzeugung verschiebt.
Ein hohes Potenzial zur CO₂-Reduzierung hat die restreibungsarme Bremse. Bekanntlich erzeugen heute nach der Bremsung die nicht freigängigen Bremsbeläge zusätzliche Reibung, was 2–4 g CO₂/km entspricht. Verbessert werden kann dies durch einen starken Rollback oder ein Zurückziehen des Bremskolbens über Unterdruck wie in der DE 10 2008 051 316.4 A1 der Anmelderin beschrieben.
Ein Problem ist jedoch das hierbei entstehende Lüftspiel, was zusätzliches Volumen und Zeitverzug im Druckaufbau zum Anlegen der Bremsbeläge bedeutet. Eine vorteilhafte Lösung hierfür ist Vorfüllen und eine adaptive Lüftspieleinstellung über Unterdruck. Diese wirkt z. B. im Gegensatz zum Rollback nicht mehr in den Rückfallebenen. Damit wird das zusätzliche Volumen für das Lüftspiel vermieden, so dass ein höheres Druckniveau und bessere Pedalcharakteristik entsteht.
Weiterhin besteht bei dem System mit Multiplexanordnung bzw. -betrieb (MUX) gleichzeitig P_auf über Rückhub in einem Bremskreis (BK) und im anderen BK P_ab durch entsprechende Kolbenbewegung.
Beschreibung der Figuren
1 das Gesamtsystem mit Strukturierung der Funktionsblöcke;
1a adaptiver Wegsimulator (WS);
2 Ventilschaltungen; und
3 Hilfskolben im Block B
Der Gesamtaufbau entspricht weitgehend dem der DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin und ist zum besseren Verständnis in Funktionsblöcken strukturiert

– A Motor mit Spindelantrieb
– B Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere Doppelhubkolben (DHK) und Hauptzylinderkolben
– C Hilfskolben mit Wegimulator (WS)
– D Ventilschaltung D1 für Druckregelung D2 für Steuerung Doppelhubkolben (DHK), Vorfüllen (VF) und Druckversorgung Hauptzylinder (HZ) bei Rückhub D3 Steuerung Wegsimulator (WS) mit Einspeisen (ES)

Im Block A ist ein Antrieb mit einem Motor 8 mit einem Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) 7 und Spindel 5 angeordnet, welche auf eine Kupplung 9 und eine Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere mit einem Doppelhubkolben (DHK) 10 wirkt. Die Kupplung 9 ist in der Ausgangsstellung geöffnet, indem eine Hauptzylinder-Rückstellfeder 23 über eine Kupplungsrückstellfeder 22 auf einen in der Spindel verschiebbar gelagerten Kolbenstößel 4 wirkt, der mit einem Kupplungsstößel (KS) verbunden ist. Der Kolbenstößel 4 liegt dann auf einem Anschlag 21 auf. Bewegen sich der Motor 8 und die Spindel 5, die auf den Doppelhubkolben 10 wirkt, so schließt die Kupplung 9 nach einem kleinen Kupplungsweg und die Spindel 5 ist danach in beiden Richtungen mit dem Doppelhubkolben 10 gekuppelt, was für den Rückhub notwendig ist, damit, wie beschrieben, der Doppelhubkolben (der als Ringkolben ausgebildet sein kann) über EA-Ventile Volumen in die Bremskreise von Druckstangenkolben (DK) 12a und Schwimmkolben (SK) 12 fördert. Dieser Kupplungsweg hat den Vorteil, dass der Stößel bei jeder Bremsung bewegt wird. Im Fall eines Klemmens stellt der Kolben nicht in die Ausgangsstellung zurück und kann über Restdruck im Arbeitsraum des Druckstangenkolbens 12a und einen Motorsensor 6 diagnostiziert werden.
Fällt der Motorantrieb aus, so wirkt ein Pedalstößel 3 nach dem Leerweg (LW) auf den Kolbenstößel 4 und damit auf den Druckstangenkolben 12a, welcher in den Doppelhubkolben 10 integriert ist. In diesem Fall wird während des Leerweges von einem Hilfskolben 16 Volumen über ein stromlos offenes Magnetventil ESV und ein Magnetventil AS und ein offenes Schnüffelloch 20 direkt in den Druckstangen-Bremskreis eingespeist. Dadurch geht der Leerweg nicht als Verlustweg in die Volumenbilanz des Druckstangenkolbens 10 ein. Dies ist dadurch möglich, dass durch den Schwimmkolben 12 und eine Drossel D (Blende) zu einem Wegsimulator WS ein Staudruck entsteht, welcher ein Einspeisen vom Druckmedium ermöglicht. Zur weiteren Optimierung kann ein stromlos geschlossenes Absperrventil 24 zusammen mit einem Überdruckventil ÜD eingesetzt werden.
In einem speziellen Fall, wenn der Antrieb (Motor/Getriebe) blockiert ist und damit auch die beiden Kolben (DK und SK) 12a, 12 kann auch von einem Hilfskolben 16 über die Ventile EA Druck auf- und abgebaut werden.
Nach Überbrückung des Leerweges trifft der Pedalstößel 3 auf den Kolbenstößel 4 und überwindet in der weiteren Bewegung den Kraftsprung, der durch die Hauptzylinder-Rückstellfeder 23 und den vom Druckstangenkolben 12a erzeugten Druck entsteht. Auf den Hilfskolben 16 wirkt hierbei der geschwindigkeitsabhängige Staudruck als hydrodynamische Kraft auf der Drossel D. Beim Kraftsprung wird die Geschwindigkeit kurzfristig klein, so dass der Druck am Druckstangenkolben 12a vor dem Auftreffen = Staudruck sich nicht voll zum Staudruck addiert.
Damit entsteht nur ein kleiner zusätzlicher Kraftsprung. Der Kraftsprung kann durch einen elastischen Anschlag 21 mit einer Übergangsfunktion gestaltet werden. Dieser Kraftsprung ist bezogen auf die vom Gesetzgeber vorgeschriebene Pedalkraft von 500 N für die Mindestabbremsung in der Rückfallebene im Bereich < 10 %, also vom Fahrer beherrschbar. Dieser Kraftsprung gilt für die Rückfallebene (RFE 3, d.h. Ausfall Motor und Bordnetz). Bei Motorausfall und intakter ECU (= RFE 2) kann durch Pulsweitenmodulation (PWM) des Magnetventils (ESV) und des Magnetventils (WA) der Hilfskolbendruck in diesem Bereich gesteuert werden.
Soll, abhängig von der Ventilschaltung, auch bei größerem Weg des Hilfskolbens 16 ein Staudruck wirken, welcher eine höhere Pedalkraft erfordert, welcher den maximalen Druck bei z. B. 500 N Pedalkraft reduziert, so kann hier in der Hilbskolben-Bohrung ein Bypass verwendet werden. Dieser bewirkt bei entsprechender Kolbenstellung ein Abströmen der Flüssigkeit in den Rücklauf. Ohne dieses Merkmal ist kein Rücklauf vom Hilfskolben zum Vorratsbehälter (VB) 11 notwendig.
Im Gegensatz zu den in den Patentanmeldungen DE 10 2010 045 617.9 A1 und DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin beschriebenen Ausführungen ist das Ventil ESV neben dem Ventil WA stromlos offen, was das Einspeisen in der Rückfallebene ohne große Nachteile ermöglicht. Damit ist die Variante mit Leerweg und verkürztem Hauptzylinderhub möglich, was zu nennenswerter Baulängenverkürzung und Kostenreduzierung führt. Das kleinere Fördervolumen des Hauptzylinders mit reduziertem Hub wird durch Vorfüllen ausgeglichen, wie weiter unten noch ausführlicher erklärt werden wird.
Die Funktionen des Wegsimulators (WS) mit den Ventilen ESV, WA, RV0, RV1, D sind in den Patentanmeldungen DE 10 2010 045 617.9 A1 und DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin näher beschrieben auf die hiermit diesbezüglich Bezug genommen wird.
Im Block B ist die Kolben-Zylinder-Einrichtung mit den Hauptzylinderkolben 12 und 12a und dem Doppelhubkolben 10 enthalten und parallel die Ventilfunktionen für ABS/ESP und Druckversorgung mit Steuerung des Doppelhubkolbens 10.
Das Einspeisen über das Schnüffelloch 20 wurde weiter oben bereits beschrieben, was nur für die Rückfallebene (RFE) im Wesentlichen gilt. Bei intaktem Motor liefern Pedalwegsensoren 2a und 2b schon nach kleinem Pedalstößelweg ein Signal zur Motorsteuerung für den Druckaufbau. Dabei tritt sofort das Vorfüllen in Funktion durch Schließen des AS-Ventils. Hierbei fördert der volle Doppelhubkolben aus der Fläche des Ringraums 10a und des Druckstangenkolbens 12a bereits bei kurzem Weg ein großes Volumen, welches zum Vorfüllen genutzt wird. Hierbei tritt noch ein zusätzlicher Effekt ein, indem das Vorfüllvolumen durch die Manschette des Druckstangenkolbens 12a strömt und verhindert, dass diese vom Schnüffelloch verschlissen wird. Das Vorfüllen soll z. B. geschwindigkeitsabhängig sein bei Stufe 1 kleiner V ein niedriger Druck < 10 bar und Stufe 2 bei hoher V < 40 bar. Hierbei kann als Regelsignal der gemessene Druck des Drucksensors D6 oder der Strom oder die Kolbenstellung verwendet werden. Bei der speziellen Gestaltung des Doppelhubkolbens mit zwei Kolben insbesondere mit einem Ringkolben kann sowohl das Vorfüllen als auch die zusätzliche Volumenförderung beim Rückhub über nur ein Ventil (AS) erledigt werden. Bei anderen Gestaltungen des Doppelhubkolbens können bzw. müssen für das Vorfüllen zwei oder mehrere Ventile eingesetzt werden.
Das Vorfüllen hat zwei entscheidende Vorteile

a. Bei kleinem Bremsbelag-Lüftspiel, also zusätzlichem Volumenbedarf, ist der Druckaufbau sog. Time-to-lock schneller, was Bremswegverkürzung bedeutet.
b. Bei Lüftspiel LS, z. B. mit Rollback, geht das zusätzliche Volumen nicht nennenswert in Time-to-lock ein. Hierbei bietet sich zur Lüftspielsteuerung die in der Patentanmeldung DE 10 2008 051316.4 der Anmelderin auf die diesbezüglich hier Bezug genommen wird, beschriebene Bremsbelag-Lüftspielsteuerung durch Steuerung des Unterdrucks im Bremskolben an. Hierbei kann das Lüftspiel variabel gestaltet werden, z. B. fahrzeuggeschwindigkeitsabhängig oder abhängig von der RFE. Dies Lüftspiel ist ein wesentlicher Beitrag zur CO₂-Reduzierung im Bereich von 1–2 g.
c. Bei großem Volumenbedarf im Hauptzylinder für eine Vollbremsung und große Pedalgeschwindigkeit wird bei < 40 bar ein 50 % höheres Volumen bei demselben HZ-Hub erzeugt. Damit ist die vorteilhafte Variante mit Leerweg (LW) und kürzerem Hauptzylinderweg gerechtfertigt.
d. In der Rückfallebene RFE1 (mit Ausfall des Wegsimulators) wird auf so genannten Folgeverstärker umgeschaltet, weil hier beim konventionellen Bremskraftverstärker (BKV) der Pedalstößel auf den HZ-Kolben (DK) wirkt.

Da aber zur Erzielung größerer Drücke bei 500 N Pedalkraft bekanntlich ein kleiner Hauptzylinderdurchmesser eingesetzt wird, ist entsprechend der Pedalweg ohne Wegsimulator WS erheblich größer. Dieser kann mit Vorfüllung um ca. 30 % reduziert werden. Das größere Vorfüllvolumen kann die Kolbenstellung beeinflussen, so dass ggf. der SK-Kolben 12 frühzeitig schon am Anschlag ist. Dies kann verhindert werden, indem der SK-Kolben 12 einen größeren Durchmesser erhält. Andererseits wird der Anschlag erkannt durch Druck = f (Kolbenweg), gemessen vom Motorsensor. Bei Anschlag wird über das Rückhubvolumen (d.h. das Volumen das beim Rückhub gefördert wird) in den Bremskreis des Schwimmkolbens eingespeist. Auch kann die Zuordnung der Kolben über einen Schwimmkreis-Kolbenwegsensor 15 mit Target 15a im Kolben erfasst werden.
Insbesondere bei Systemen mit Rekuperation ist ein Pedal-Leerweg zwischen Pedalstößel und dem Kolben der Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere Doppelhubkolben 10 vorteilhaft, da wegen des Bremsmoments des Generators kein Druck durch die Kolben-Zylinder-Einrichtung aufgebaut werden muß. Das Bremsmoment wird von einem Pedalweggeber zusammen mit dem Wegsimulator vorgegeben und in Generatorbremsmoment und Bremsmoment entsprechend dem Druck aufgeteilt. Wird vom Fahrer z.B. ein kleines Bremsmoment vorgegeben, so genügt das Generatorbremsmoment. Dies gilt bis zu einem Bremsmoment von ca. 30 bar, das vom Generator aufgebracht werden kann. Der Pedalwegbereich von ca 5–8 mm entspricht dem Leerweg. Um diesen Leerweg wird der Weg des Kolbens 10 der Kolben-Zylinder-Einrichtung kleiner, da der Pedalhub vorgegeben ist und nach dem Leerhub ein kleiner Hub des Kolben 10 resultiert. In der Rückfallebene fehlt dieser Hub bei der gesamten Volumenförderung des Kolbens 10. Erfindungsgemäß wird daher Volumen vom Hilfskolben 16 über den Kolben 10 und das offene Schnüffelloch des Druckstangenkolbens in den Druckstangenkolben-Bremskreis eingespeist.
Das Vorfüllen mit größerem Volumen muss jedoch beim Druckabbau berücksichtigt werden, da bezogen auf Pedalwegbereich, insbesondere in der Stufe 1 des Wegsimulators WS, der Wegsimulatorkolben noch nicht wirkt (s. Beschreibung 1a). Hier erfolgt ein Druckabbau P_ab abhängig von der Pedalwegreduzierung in den Vorratsbehälter 11 über die Auslassventile wie bei ABS. Zur Steuerung des Doppelhubkolbens 10 sind das Ventil AS und Saugventile S2 und ggf. S3 zum Vorratsbehälter notwendig. S2 wirkt bei geschlossenem Ventil AS beim Rückhub und Volumenförderung über EA in die Bremskreis. S3 ist ggf. notwendig, da beim Vorfüllen das Ventil AS geschlossen ist und hier bei Unterdruck entsteht, was nach dem Vorfüllen bei wieder offenem Ventil AS nicht so schnell ausgeglichen werden kann.
Beim Rückhub wirkt bei entsprechender Dimensionierung des Doppelhubkolbens 10 eine kleinere Spindelkraft und auch Motormoment, was bei hohen Drücken von Vorteil ist. Diese Phase kann auch entsprechend gestaltet werden, indem bei anstehendem Vorhub für den hohen Druckbereich dieser dazu genutzt wird als quasi Freilauf, dass Volumen nicht zum Druckaufbau P_auf, sondern in den Rücklauf zum Vorratsbehälter 11 gelangt. Erst beim anschließenden Rückhub wird dann Volumen für den hohen Druckbereich gefördert.
Auch kann der Rückhub bei der vorteilhaften Systemvariante mit Multiplexanordnung bzw. -betrieb (MUX bei der der Druckaufbau und der Druckabbau über jeweils nur ein Ventil in den Bremsleitungen erfolgt) zum gleichzeitigen Druckaufbau P_auf und Druckabbau P_ab in getrennten Bremskreisen erfolgen. Hierzu ist ein zusätzliches Absperrventil 17 notwendig.
Im Block D1 befinden sich die Ventile zur ABS/ESR-Drucksteuerung, die z.B. in der Patentanmeldung DE 10 2013 111974.3 der Anmelderin, auf die diesbezüglich hier Bezug genommen wird, beschrieben wurden. Bei der konventionellen Drucksteuerung mit Einlassventilen (EV) und Auslassventilen (AV) erfolgt der Druckabbau P_ab durch die Auslassventile (AV) in den Rücklauf zum Vorratsbehälter 11.
Im Block D2 wurde die Ventilfunktion der Ventile AS und EA bereits beschrieben. In der Patentanmeldung DE 10 2013 111974.3 der Anmelderin ist anstelle des Ventils EA nur ein Rückschlagventil verwendet. Dieses ist von Nachteil z. B. bei Bremskreisausfall, z. B. des Schwimmkolben-Bremskreises, bei dem kein Nachfördern durch Rückhub möglich ist, da das Rückhubvolumen ggf. in den drucklosen Schwimmkolben-Kreis gefördert wird. Da dies durch Diagnose p = f (Kolbenweg) erkannt wird, erfolgt in diesem Fall beim EA-Ventil keine Förderung in den ausgefallenen Kreis.
In der Ausführung mit MUX haben die Ventile zur Druckregelung keinen Rücklauf. Für den beschriebenen Fall von größerem Vorfüll-Volumen und Druckabbau P _ab zum Ausgleich bei kleineren Pedalwegen muss hier ein Ventil AV_x zum Druckabbau P_ab eingesetzt werden.
Block C beinhaltet das Pedalinterface mit Hilfskolben 16, Pedalwegsensoren 2a und 2b und Wegsimulator WS. Die Funktionen sind in früheren Anmeldungen der Anmelderin bereits beschrieben und gelten auch für die Systemausführung mit Doppelhubkolben. Die Ventilfunktionen des Blocks D3 wurden in Verbindung mit Einspeisung ES beschrieben. Zu erwähnen ist noch die Diagnose des Schnüffellochs 20 im Druckstangenkolben 12a, was bei konventionellen Bremssystemen nicht immer möglich ist. Dieser Fall kann durch Toleranzverschiebungen oder Störungen im Betrieb auftreten. Wenn das Schnüffelloch geschlossen bleibt, so ist kein Druckausgleich im Bremskreis möglich. Dies hat bei tieferen Temperaturen einen Unterdruck zur Folge mit ggf. Lüftspiel, wenn der Bremskolben hierauf reagiert oder bei hoher Temperatur ein Restdruck im Bremskreis zu einer Restbremswirkung mit ggf. Temperaturerhöhung in der Bremse führt.
Beim vorgeschlagenen System mit Vorfüllung verbleibt im Bereich des Leerweges LW noch ein Restdruck im Druckstangenkolben-Bremskreis, welcher über die Ventile AV und ESV gesteuert werden kann. In diesem Fall ist Ventil ESV geschlossen und Ventil EA offen; damit entsteht kein Differenzdruck an der Manschette, da der Druck im Bremskreis des Druckstangenkolbens DK und Doppelhubkolben-Bremskreis gleich ist. Bei Pedalweg = 0 (d.h. Ausgangsstellung) wird das Ventil EA geschlossen und das Ventil ESV geöffnet. Die folgende Druckänderung ist ein Indiz, dass das Schnüffelloch geöffnet ist. Dieses Verfahren kann bei jeder Bremsung oder in großen Abständen eingesetzt werden.
1a zeigt das adaptive Verhalten des Wegsimulators WS. Der Wegsimulator WS hat in seiner Charakteristik mindestens drei Stufen:
Stufe 1: Pedalrückwirkung wird über die Pedalrückstellfeder 18 erzeugt. Ventil WA offen. Diese Stufe wird z. B. mit 7–8 mm Pedalstößelweg dimensioniert und ergibt gegen Ende einen Systemdruck von ca. 30 bar. Dieser Druck entspricht ungefähr der Abbremsung mit einem hohen Rekuperationsdrehmoment des Generators. Der beschriebene Leerweg LW des Pedalstößels entspricht ca. dem vorgenannten Weg, was bedeutet, dass bei Rekuperation der Aktuator mit Motorantrieb nicht eingeschaltet wird, was ca. 80 % weniger Belastungszyklen erfordert.
Stufen 2 und 3: Ventil WA geschlossen, Volumen des Hilfskolbens 16 gelangt in den Wegsimulator-Kolben mit spezifischer Kraft-Druck-Charakteristik mit Anschlag.
Bei bekannten Systemen ist der Anschlag des Wegsimulators über ein Ventil WA einem festen Pedalweg zugeordnet. Gemäß einem vorteilhaften erfinderischen Aspekt wird nunmehr eine Lösung vorgeschlagen, bei der der Wegsimulator adaptiv ist, z. B. bei Fading was erkennbar ist aufgrund der Funktion p = f (Fahrzeugverzögerung). Im Normalfall ist bei N der Anschlag erreicht. Bei Fading, erkennbar durch hohen Druck in Relation zur Fahrzeugverzögerung kann der Anschlag durch Steuerung des Ventils WA auf F verschoben werden. Bei low µ wird diese ebenfalls erkannt, und der Anschlag kann bei kleineren Pedalwegen vorgesehen sein. Bekanntlich wirkt das konventionelle ABS noch bei kleineren Pedalwegen E1. Auch dies kann erzeugt werden, indem durch Vorhub über offene Ventile EA und ESV der Druck in den Hilfskolben gelangt und diesen zurückschiebt bzw. moduliert oder mit Rückhub geschlossenem Ventil EA und offenem Ventil ESV.
2 zeigt vereinfachte Ventilschaltungen ohne Details der Bereiche A-C.
Im Bereich D2 wird für die Druckversorgung der Bremskreise nur ein 3/2-Wege-EA-Ventil mit Rückschlagventil eingesetzt. Hier wird ohne Schaltung des Ventils EA beim Rückhub des Doppelhubkolbens das Volumen in den Schwimmkreis gefördert. Beim Schalten des EA-Ventils erfolgt Förderung in Schwimmkolben-Bremskreis SK und den Bremskreis des Druckstangenkolbens DK. Bei Ausfall im Schwimmkolben Bremskreis SK wird nur in den Schwimmkolben-Bremskreis gefördert. Der Druckstangen-Kreis hat mit Doppelhubkolben noch den Vorteil, dass bei einem Ausfall der Manschette sehr schnell durch die Druck- und Kolbenwegmessung erkannt wird. In diesem Fall wird bei geschlossener Ventil ESV trotzdem in den Druckstangen-Bremskreis gefördert. Hierbei ist bei offenem Ventil AS der DK-Kolbendruck ausgeglichen.
Eine weitere Vereinfachung ist beim Wegsimulator WS möglich. Das stromlos offene Ventil ESU wird durch ein Rückschlagventil RVS ersetzt. Diese Lösung hat den Nachteil, dass der Wegsimulator-Druck in den Doppelhubkolben verlagert wird und zusätzliche Dichtungsreibung bewirkt. Im Extremfall kann bei sehr hohen Pedalkräften der WS-Druck höher als der Druck im Druckstangenkolben-Bremskreis werden. In diesem Fall müsste die ABS-Funktion abgeschaltet werden. Dies kann vermieden werden, wenn die Kolbenbewegung des Wegsimulators WS (siehe gestrichelte Linie) zum zusätzlichen Schließen des Rückschaltventils erweitert wird. Bei dieser Vereinfachung kann beim adaptiven Wegsimulator keine Pedalrückwirkung erzeugt werden.
3 zeigt eine konstruktive Variante, indem der Hilfskolben vom Pedalinterface in den Block B verlegt ist. Hierbei wirkt der Pedalstößel 3 über eine Brücke auf den ringförmigen Hilfskolben 19, der zwischen Doppelhubkolben 10 und dessen Gehäuse 25 gelagert ist. Der Pedalstößel 3 wirkt ebenso auf die Kupplung 9. Die Pedalrückstellfeder 18 wirkt analog zu 1 auf den Hilfskolben 19. Die Bewegung des Hilfskolbens 19 kann hier alternativ an anderer Stelle vom Slave-Pedalwegsensor 2b erfasst werden. Der Vorteil liegt in der Zusammenfassung aller hydraulischen Funktionen in einem Block ohne lange Zuführleitungen zum Pedalinterface entsprechend 1.
Für zukünftige Fahrzeugplattform-Modularität, sollten die Systeme über zahlreiche Baureihen für Linkslenker wie auch für Rechtslenker eingesetzt werden können. Dabei hat der Rechtslenker bei Quereinbau des Verbrennungsmotors Probleme. Hier bietet sich eine 2-Box-Lösung an, indem nur noch der klein bauende Hauptzylinder, insbesondere Tandemhauptzylinder mit Hilfskolben (16) an der Spritzwand des Fahrzeuges angebracht wird und das Antriebs-(bzw. Motor/Getriebe)-Ventilmodul flexibel im Motorraum des Fahrzeuges.
Bezugszeichenliste

1: Bremspedal
2a: Pedalwegsensoren Master
2b: Pedalwegsensoren Slave
3: Pedalstößel
4: Kolbenstößel
5: Spindel
6: Motorsensor
7: KGT
8: EC-Motor
9: Kupplung
10: DK-Doppelhubkolben (DHK)
10a: Ringraum
10b: Druckkammer
11: Vorratsbehälter
12: SK-Kolben
12a: DK-Kolben
12b: Schnüffelloch DK
15: SK-Positionssensor
16: Hilfskolben
16a: Bypass für Hiko
17: Absperrventil für MUX
18: Pedalrückstellfeder
19: Ring-Hilfskolben
20: Schnüffelloch DK
21: Anschlag für Kolbenstößel (KS)
22: Rückstellfeder für KS
23: HZ-Rückstellfeder
23a: HZ-Rückstellfeder
24: Absperrventil zum WS
25: DHK-Gehäuse
S2: Saugventil 1
S3: Saugventil 2
R: Rücklauf zum VB
RV0: Rückschlagventil 0
RV1: Rückschlagventil 1
RVS: spezielles Rückschlagventil
ÜD: Überdruckventil
Hiko: Hilfskolben
LW: Leerweg
RFE: Rückfallebene
LS: Lüftspiel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007062389 A1 [0002]
DE 102011009059 A1 [0002]
DE 102011111368 [0003]
DE 102013111974 [0007, 0019, 0026, 0027, 0036, 0037]
DE 102008051316 A1 [0012]
DE 102010045617 A1 [0026, 0027]
DE 102008051316 [0030]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Bremsvorrichtung, wobei diese eine Betätigungseinrichtung aufweist, ferner eine Verstärkereinrichtung, insbesondere mit einem elektro-hydraulischen Antrieb, eine Kolben-Zylinder-Einrichtung (Hauptzylinder), um den Bremskreisen hydraulisches Druckmittel zuzuführen, eine Ventileinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Zufuhr des Druckmittels und eine elektronische Steuer-bzw. Regeleinrichtung (ECU), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer weiteren Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere einem Doppel-Hubkolben (10) und zumindest eines von der Steuer-und Regeleinrichtung (ECU) gesteuerten Ventils (AS) zumindest einem Bremskreis gesteuert zusätzliches Druckmittelvolumen zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Druckmittelvolumen in der Rückfallebene, insbesondere bei Ausfall des Wegsimulators, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Druckmittelvolumen unter Verwendung eines Drucksignals oder des Motorstromes, des Kolbenhubes und insbesondere der Pedalgeschwindigkeit zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei kleiner Pedalgeschwindigkeit das zusätzliche Druckmittelvolumen bei geringem Druck, insbesondere im Bereich von 5 bar und bei großer Pedalgeschwindigkeit bei einem höheren Druck, insbesondere im Bereich von 30 bar, zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei Systemen mit größerem Leerweg (Bereich ca. größer 3 mm), der durch den Leerweg bedingte Volumenverlust durch Einspeisen zusätzlichen Druckmittelvolumens teilweise oder ganz ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspeisen mittels eines Hilfskolbens in die Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere Hilfskolben (10) über eine einem Wegsimulator (WS) vorgeschaltete Einrichtung, insbesondere Drossel mit nachgeschaltetem Magnetventil (24) im Rücklauf zu einem Vorratsbehälter (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere für eine restreibungsarme Bremse das nach der Bremsung eingestellte Bremsbelag-Lüftspiel (LS) und das Volumen zum Ausgleich des Lüftspiels beim Bremsen durch Vorfüllen ausgeglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nach der Bremsung eingestellte Bremsbelag-Lüftspiel (LS) z.B. durch Unterdrucksteuerung der Bremskolben, adaptiv gestaltet wird, abhängig von der Fahrzeugsituation, insbesondere auch der Rückfallebene (z.B. Ausfall des Elektro-Antriebsmotors des Aktuators.
Verfahren, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einer Bremsvorrichtung mit nur einem Einlass-/Auslassventil pro Bremskreis (Multiplex) mittels der weiteren Kolben-Zylinder-Einrichtung gleichzeitig in einem Bremskreis Druck aufgebaut und in einem anderen Druck abgebaut wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Reduzierung des Pedalhubes ein Druckabbau insbesondere bei großer Vorfüllung (Bereich ca. größer 10% des Gesamtvolumens) durch Öffnen des Magnetventils (AV) und Volumenabfluss in einen Vorratsbehälter (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Antrieb zugeordnete Kupplung zur Kolben-Zylinder Einrichtung, insbesondere Doppelhubkolben (10) einen kleinen Kupplungsweg (Bereich wenige mm bzw. ca. 5% des Ps) aufweist, wodurch der Stößel bei jeder Bremsung bewegt wird, wodurch ein Klemmen des Kolbens insbesondere durch Messung des Restdruckes im DK-Bremskreis und mittels eines Motorsensors diagnostizierbar ist
Bremsvorrichtung mit einer Betätigungseinrichtung, ferner einer Verstärkereinrichtung, insbesondere mit einem elektro-hydraulischen Antrieb, einer Kolben-Zylinder-Einrichtung (Hauptzylinder), um Bremskreisen hydraulisches Druckmittel zuzuführen, einer Ventileinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Zufuhr des Druckmittels und einer elektronische Steuer- bzw. Regeleinrichtung (ECU), insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine hydraulische Leitung vom Doppel-Hubkolben (10) zu den Druckräumen der Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) bzw. den diesen zugeordneten Bremskreisleitungen ein Magnetventil, insbesondere ein 3/2-Wege-Ventil (EA) mit einem nachgeschalteten Rückschlagventil (RV) geschaltet ist. (2)
Bremsvorrichtung, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle eines Magnetventils (ESV) in der hydr. Leitung vom Hilfskolben (16) zu zur Kolben-Zylinder-Einrichtung, insbesondere Doppelhubkolben und zum Magnetventil (EA) ein Rückschlagventil (RV) vorgesehen ist, und wobei alternativ eine zusätzliche Steuerung des Rückschlagventil (RV) mittels des Kolbens des Wegsimulators möglich ist, damit bei hohen Drücken im Wegsimulator WS die Verbindung zum Doppelhubkolben gesperrt ist (d.h. der Druck zum Doppelhubkolben begrenzt wird).
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskolben (19) im Bereich zwischen dem Antrieb und der Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) angeordnet und insbesondere als Ringkolben ausgeführt ist. (3)
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsimulator WS adaptiv ist, insbesondere in seiner Charakteristik zumindest zwei Stufen aufweist.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen modularen Aufbau aufweist, wobei die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung in einer (1-Box) oder in zwei Baugruppen (2-Box) zusammengefasst sind.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer 2-Box-Anordnung die Kolben-Zylinder-Einheit (Hauptzylinder) und der Wegsimulator in einer ersten Baueinheit zusammengefasst sind und der Antrieb (Aktuator) und die Ventile der hydraulischen Regeleinheit (HCU) in einer zweiten Baueinheit.