DE102014107112A1 - Vehicle brake actuation system and method of operating the actuation system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugbremse, mit einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einem Bremspedal, zumindest einer (ersten) Kolben-Zylinder-Einheit, die über eine Hydraulikleitung mit der Fahrzeugbremse verbunden ist (Bremskreis), um dem Bremskreis Druckmittel zuzuführen und die Fahrzeugbremse mit Druck zu beaufschlagen und mit einem Antrieb für die Kolben-Zylinder-Einheit. Erfindungsgemäß ist vorgesehen dass mittels zumindest eines, insbesondere gestuft ausgeführten, Kolbens (10) der Kolben-Zylinder-Einheit (10, 10a, 10b) dem Bremskreis gesteuert in beiden Kolben-Bewegungsrichtungen, insbesondere Vor- und Rückhub, Druckmittel zuführbar ist. The invention relates to an actuating system for a vehicle brake, with an actuating device, in particular a brake pedal, at least one (first) piston-cylinder unit which is connected via a hydraulic line to the vehicle brake (brake circuit) to supply the brake circuit pressure medium and the vehicle brake with To pressurize and with a drive for the piston-cylinder unit. According to the invention, by means of at least one, in particular stepped, piston (10) of the piston-cylinder unit (10, 10a, 10b) controlled by the brake circuit in both piston movement directions, in particular forward and return stroke, pressure medium can be supplied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Betätigungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11. The invention relates to an actuating system for a vehicle brake according to the preamble of
Stand der Technik State of the art
Die Anforderungen an Bremssysteme steigen. Dies gilt insbesondere auch hinsichtlich Fehlersicherheit und guter Rückfallebene. Wenn der Bremskraftverstärker ausfällt, so 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 vom 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. The demands on brake systems are increasing. This applies in particular with regard to fault tolerance and good fallback level. If the brake booster fails, it should be achieved at the internationally predetermined foot force of 500 N, a delay greater than 0.64 g, which compared to the minimum requirement of the legislator of 0.24 significantly more means. An advantage of the high achievable delay is also that a red warning lamp, which irritates the driver, does not have to be controlled.
Gelöst werden können diese Forderungen 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 Bremsflüssigkeits-Volumen für 0,64 g und entsprechenden Druck ist relativ klein im Vergleich zu dem bei maximalem Druck bei voller Fahrzeugverzögerung und Fading. Das notwendige Volumen kann ein THZ auch bei größerem Hub nicht voll aufbringen. In der
In der
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Einbaulänge. Hierzu gibt es bei Bremssystemen zwei unterschiedliche Bauformen, die sog. „Serielle Bauform“ S und die „Parallele Bauform“ P (nachfolgend auch „S-System“ bzw. „P-System“ genannt). Darunter ist zu verstehen, dass beim S-System die Hauptkomponenten (wie z. B. in
Die P-Systeme erfordern weniger Baulänge, sind aber aufwändiger und unterscheiden sich zu S-System auch in der Fehlersicherheit. Gemäß der
Aufgabe der Erfindung Object of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit kurzer Baulänge und hoher Fehlersicherheit zu gestalten zu schaffen. The invention has for its object to provide a system with short length and high reliability to create.
Lösung der Aufgabe Solution of the task
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. The object of the invention is achieved by the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten, auf die hier Bezug genommen wird. Advantageous embodiments or embodiments of the invention are contained in the further claims, to which reference is made here.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Mit der erfindungsgemäßen Lösung und ihren Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen wird ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugbremse und ein Verfahren zum Betrieb des Betätigungssytems mit verkürzter Baulänge und verbesserter Fehlersicherheit geschaffen. With the solution according to the invention and its embodiments or refinements, an actuation system for a vehicle brake and a method for operating the actuation system with shortened overall length and improved fault tolerance are provided.
Ferner wird durch die Erfindung bzw. ihre Ausführungsformen/Ausgestaltungen ausreichend Bremsflüssigkeitsvolumen bereitgestellt mit einer zusätzlichen Vorfüll(Prefill)-Funktion. Furthermore, the invention or its embodiments / designs provide sufficient brake fluid volume with an additional prefill function.
Auch werden weitere Verbesserungspotenziale, insbesondere ausgehend von einer Bremsvorrichtung gemäß der Patentanmeldung
Die in den Anmeldungen
- – fehlersicherer adaptiver Wegsimulator mit Hilfskolben und Einspeisfunktion in der Rückfallebene
- – DHK
- – fehlersicherer DHK
- – Vorfüllfunktion
- - Fail-safe adaptive travel simulator with auxiliary piston and feed function in the fallback level
- - DHK
- - fail-safe DHK
- - Pre-filling function
Zusätzlich: In addition:
- – kurze Baulänge - short length
- – Minimierung des Aufwandes - Minimizing the effort
- – kleine Pedalanfangskraft, möglichst vergleichbar mit der S-Bauform - Small pedal initial power, as comparable as possible to the S-type
Beschreibung der Figuren Description of the figures
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Ausführungen bzw. Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher beschrieben. Embodiments of the invention and their embodiments or embodiments are described in more detail in the following description of the figures.
Es zeigen: Show it:
Von den Arbeitskammern
Ein Wegsimulator WS mit Kolben, Rückschlagventilen RVO, RV1, Blende D und Magnetventilen ESV, WA ist über eine hydraulische Leitung mit Blende D bzw. Rückschlagventil RVO mit einer Arbeitskammer der Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfskolben verbunden und entspricht dem in den Patentanmeldungen
Bei der Normalfunktion werden bei Pedalbetätigung der Hilfskolben
Die Volumenförderung in den Bremskreis übernimmt bei der S-Bauform und der P-Bauform der Doppelhubkolben DHK. Das Fördervolumen wird bestimmt durch die effektive Kolbenfläche und den Kolbenhub. Bei der S-Bauform erfolgt die Förderung beim Vorhub direkt in den Bremskreis und bei der P-Bauform über die EA-Ventile in den Bremskreis. Beim Rückhub erfolgt sowohl bei S-Bauform als auch bei P-Bauform die Förderung über die EA-Ventile. Erfolgt die sog. Vorfüllung VF, so wird durch Ventilschaltungen die effektive Kolbenfläche größer. Entsprechend den verschiedenen Anforderungen für S-Bauform und P-Bauform ist der Doppelhubkolben DHK mit drei (DHK3) und bzw. zwei (DHK2) wirksamen Kolbenflächen ausgebildet. Volume delivery into the brake circuit is handled by the double-stroke piston DHK in the S-design and the P-design. The delivery volume is determined by the effective piston area and the piston stroke. In the S-design, the feed takes place during the preliminary stroke directly into the brake circuit and in the P-design via the EA valves in the brake circuit. During the return stroke, both the S-design and the P-design are pumped via the EA valves. If the so-called prefill VF occurs, then the effective piston area becomes larger by means of valve circuits. According to the different requirements for S-type and P-type, the double-stroke piston DHK is designed with three (DHK3) and / or two (DHK2) effective piston surfaces.
Für die Anwendung bei der S-Bauform muss der Doppelhubkolben DHK beim Vorhub das Volumen in den Bremskreis zum Druckaufbau fördern und ebenfalls beim Rückhub. Da hier der Kolben mit der Dichtung D1 und D3 Volumen aus dem Bremskreis entnimmt, muss die Ringfläche entsprechend bemessen sein. Weiterhin soll beim Vorfüllen die effektive Kolbenfläche vergrößert werden. Das Volumen aus der Ringfläche wird hierbei unter der einseitig wirkenden Dichtmanschette hindurch gepresst, mit dem Vorteil, dass dies bereits im Bereich des Schnüffellochs geschieht und damit die Manschette entlastet. Außerdem ist eine Kolbenbewegung mit Unterdruckerzeugung im Bremssattel zur Einstellung des Belaglüftspiels erwünscht, um das Restreibmoment und damit CO2 zu reduzieren. Dabei muss die Dichtung D1 unterdruckfest sein. Daraus resultiert ein Doppelhubkolben DHK3 mit drei wirksamen Flächen. Dieser kann auch bei einer P-Anordnung eingesetzt werden (
Man kann eine Kolbenfläche reduzieren beim Doppelhubkolben DHK2 mit Verzicht auf Unterdruckförderung. Weiterhin kann beim Doppelhubkolben DHK wie er in
Die Volumenförderung in den Bremskreis korreliert mit der Volumenaufnahme als Funktion des Druckes für die einzelnen Radkreise oder des gesamten Bremssystems. Man spricht von der p-v-Kennlinie. Daher kann die Korrelation für die Diagnose des Bremskreises (Erfüllungszustand, Leck, BK-Ausfall) verwendet werden. Aber auch zur genannten Drucksteuerung für den Druckaufbau Pauf als auch den Druckabbau Pab. Man kann hierbei ein „Teil-Multiplex“ (Teil-MUX) vorsehen, wobei das Multiplexverfahren nur für den Druckaufbau oder den Druckabbau verwendet wird, wie dies in der Patentanmeldung
Vorzugsweise ist der Kolbenstößel biegeelastisch ausgebildet, um bei Spindelschlag eine geringere Querkraft auf den Doppelhubkolben (DHK)
Ist nach Ende des Vorhubes des Doppelhubkolbens
Alternativ kann anstelle von 4 EV und 4 AV 4 die MUX Drucksteuerung mit 4 SV eingesetzt werden. Einer der vielen Vorteile ist eine genaue Drucksteuerung, indem der Kolben (DHK) entsprechendes Volumen in den Radkreis einsteuert. Auch dieses Verfahren kann hier bei Pauf über EV eingesetzt werden. Alternatively, instead of 4 EV and 4
Bei Betätigung um Bewegung des Bremspedals
- a. Nach Durchlaufen des Leerweges LW trifft der Pedalstößel
3 auf den Kolben 12a und wirkt dann weiter auf die HZ-Rückstellfeder23a und zusätzlich vier Dichtungen, da dieFeder 23 vorgespannt ist. Dies bedeutet insgesamt sechs Dichtungen. Mit dem Motoranlauf werden die Ventile TVDK und TVSK geschlossen und ein HLF-Ventil zum Rücklauf R zum Vorratsbehälter VB geöffnet, damit keine zusätzliche Druckkraft aufden Kolben 12a und Pedalstößel3 wirkt. Die Kraft-Weg-Charakteristik bestimmt neben der genannten Reibung nur der Wegsimulator WS, der auch adaptiv sein kann wie inder DE der Anmelderin beschrieben.10 2014 102 536.9 - b. Über das geöffnete VDK-Ventil gelangt beim Vorhub des Doppelhubkolbens
10 entsprechend der Motorsteuerung Bremsflüssigkeitsvolumen aus dem Druckraum10b (auch aus dem Druckraum10a über geöffnete Ventile AS und VF) in einen von der Rückseite des DK-Kolbens 12a begrenzten Druckraum 12c , somit wirkt dieser wie die vorgenannte S-Bauform gemäß DE der Anmelderin, da bei offenem Ventil AS nur das Volumen des vorderen Kolbens zur Volumenförderung beiträgt, wie dies auch in10 2010 045 617.9 den Patentanmeldungen DE 10 2013 111 974.3 und DE der Anmelderin beschrieben ist, auf die diesbezüglich hier Bezug genommen wird. Somit wirkt hier auf die Pedalanfangskraft nur die Reibungskraft von zwei Dichtungen, wobei die Druckkomponente des kleinen Pedalstößeldurchmessers mit < 15 % vernachlässigt werden kann. In dieser Phase sind zunächst beide Ventile TV offen, vorteilhaft wird das TVSK nach dem Überfahren des Schnüffellochs10 2014 102 536.9 12b desKolbens 12a geschlossen. Dies kann indirekt über die Bewegung des DHK-Kolbens 10 über den Motorsensor festgestellt werden. Nach Schließen von TVSK bleibt TVDK offen, das EADK ist zu, EASK ist offen, damit das Volumen des DHK nach geschlossenem TVSK in den Bremskreis SK gelangt. Damit sind beide BK annähernd auf demselben Druckniveau, welches bei höheren Drücken nicht mehr der Fall ist wegen der Dichtungsreibung im DK-Kolben 12a . Zum Druckausgleich kann hierbei das EADK geöffnet werden, somit wirkt der Druck des Doppelhubkolbens (DHK)10 mit gleichem Druckniveau in beide Bremskreise BK. Ein möglicher Bremskreis-Ausfall wird diagnostiziert durch je einen Druckgeber DG pro Bremskreis BK und die Volumenförderung des Doppelhubkolbens DHK, welche mit der Druckvolumenkennlinie des Bremskreises BK korrelieren muss. Ist dies nicht der Fall, so wird die Volumenzufuhr über das jeweilige Ventil EA abgeschaltet. Soll Vorfüllen für einen Ausgleich des Belaglüftspiels oder einen schnellen Druckanstieg erfolgen, so werden die Ventile AS und VF geschlossen, so dass eine große effektive Kolbenfläche desDoppelhubkolbens DHK 10 voll zur Wirksamkeit kommt. Dabei wirkt beim Doppelhubkolben DHK3 eine große Kolbenfläche bestehend aus dem vorderen Kolben (Druckraum10b ) und dem Ringkolben (Druckraum10a ), was über den Kolbenweg eine größere (z. B. um den Faktor 3) Fördermenge ergibt, als nur mit dem vorderen Kolben bzw. dessen Wirkfläche. Beim Doppelhubkolben DHK2 wirkt der Kolben mit der Dichtung D2. Beim Vorfüllen wird ein Druckausgleich auf die Hinterseite des Kolbens verhindert durch Sperren desVentils VF gemäß 2 .
- a. After passing through the free travel LW hits the pedal plunger
3 on thepiston 12a and then acts on the HZ return spring23a and in addition four seals, as thespring 23 is biased. This means a total of six seals. With the engine start the valves TVDK and TVSK are closed and an HLF valve to the return R to the reservoir VB is opened, so that no additional pressure force on thepiston 12a and pedal rams3 acts. In addition to the mentioned friction, the force-displacement characteristic determines only the displacement simulator WS, which can also be adaptive as in theDE 10 2014 102 536.9 - b. The open VDK valve reaches the forward stroke of the double-
stroke piston 10 according to the engine control brake fluid volume from the pressure chamber10b (also from the pressure room10a via opened valves AS and VF) into one of the back of theDK piston 12a limited pressure chamber 12c , so this acts like the aforementioned S-type construction according toDE 10 2010 045 617.9patent applications DE and10 2013 111 974.3 DE 10 2014 102 536.912b of thepiston 12a closed. This can be done indirectly via the movement of theDHK piston 10 be detected via the engine sensor. After closing TVSK TVDK remains open, the EADK is closed, EASK is open, so that the volume of DHK after closed TVSK in the brake circuit SK arrives. Thus, both BK are approximately at the same pressure level, which at higher pressures is no longer the case because of the seal friction in theDK piston 12a , To equalize the pressure, the EADK can be opened, thus the pressure of the double-stroke piston (DHK) acts.10 with the same pressure level in both brake circuits BK. A possible brake circuit failure is diagnosed by a respective pressure transmitter DG per brake circuit BK and the volume of the Doppelhubkolbens DHK, which must correlate with the pressure volume characteristic of the brake circuit BK. If this is not the case, the volume supply via the respective valve EA is turned off. If priming for a compensation of the lining clearance or a rapid increase in pressure take place, then the valves AS and VF are closed, so that a large effective piston area of the double-stroke piston DHK 10 fully effective. The double-stroke piston DHK3 has a large piston area consisting of the front piston (pressure chamber10b ) and the annular piston (pressure chamber10a ), which results in a larger (eg by a factor of 3) delivery rate via the piston travel, than only with the front piston or its effective area. With the double-stroke piston DHK2, the piston acts with the seal D2. During priming, pressure compensation to the rear of the piston is prevented by locking the valve VF in accordance with2 ,
Die Ansteuerung nach b. hat viele Vorteile, z. B. sind die Dichtungen des HZ-Kolbens immer mit realem Druck belastet. Bei Systemen, bei denen die HZ-Kolben für den Wegsimulator WS mitgenutzt werden, wirkt hierbei nur der WS-Druck der ca. nur 30 % des Bremsdrucks im Bremskreis BK ist. The control according to b. has many advantages, eg. B. the seals of the HZ-piston are always loaded with real pressure. In systems in which the HZ pistons are used for the waysimulator WS, only the WS-pressure which is only about 30% of the brake pressure in the brake circuit BK is effective.
Weiterhin wird bei Erreichen des Wegsimulator(WS)-Ansteuerpunkts ca. 40 % des Pedalwegs das Ventil TVDK geschlossen zus. mit dem WA-Ventil des Wegsimulators WS, welches bereits in der Stufe
Bekanntlich kann der Druck im Wegsimulator WS sehr hoch werden, wenn ein kräftiger Fahrer voll auf das Pedal tritt. Hier können Drücke > 300 bar auftreten, welche Gehäuse und Dichtungen belasten. Dieser hohe Druck wird mit dem Druckgeber DG gemessen, da die hohe Pedalkraft auf den DK-Kolben wirkt, wenn z. B. bei hohem Druck > 200 bar das Ventil WA mechanisch öffnet. In diesem Fall kann das Ventil VDK geschlossen werden und das Ventil ESV geöffnet. Damit wirken sowohl die Druckkräfte von DK-Kolben
Der Druckabbau im Bremskraftverstärker(BKV)-Modus erfolgt durch Rückbewegung des Doppelhubkolbens
Nachfolgend sind noch die Rückfallebenen RFE zu beschreiben. Below are the fallback levels RFE to describe.
RFE1 bei Ausfall des Wegsimulators WS z. B. Undichtheit. In diesem Fall fehlt die Gegenkraft, da kein Druck im Wegsimulator WS entsteht. Dies wird bekanntlich durch den Kraft-Weg-Simulator KWS erkannt wie er in der
Bei einer Optimierung der Empfindlichkeit des Kraft-Weg-Simulators KWS könnte auf den Wegsimulator WS verzichtet werden. In an optimization of the sensitivity of the force-displacement simulator KWS could be dispensed with the waysimulator WS.
RFE
RFE3 bei Motor- und Bordnetzausfall. Die Ventile ESV, VDK, WA sind hier offen, die Ventile EADK, EASK geschlossen. Der Pedalstößel wirkt auf DK-Kolben
Es ist auch denkbar, die S-Bauform gemäß der
Dieser Doppelhubkolben DHK2 oder auch DHK3 gem.
Bei hydraulischen Systemen muss darauf geachtet werden, dass diese bei Fahrzeugstillstand druckausgeglichen sind. Dies ist bei dem System nach
Der Unterschied des Doppelhubkolbens (DHK3) gemäß
In
Parallel dazu, d.h. mit räumlich vesetzt angeordneter Mittelachse, ist im Bereich der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Doppelhubkolben) ein Antrieb mit Elektromotor
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Bremspedal brake pedal
- 2a 2a
- Pedalwegsensoren Master Pedal travel sensors Master
- 2b 2 B
- Pedalwegsensoren Slave Pedal travel sensors slave
- 3 3
- Pedalstößel pedal tappet
- 4 4
- Kolbenstößel plunger rod
- 5 5
- Spindel spindle
- 6 6
- Motorsensor Motorsensor
- 7 7
- KGT KGT
- 8 8th
- EC-Motor EC motor
- 9 9
- Lagerung storage
- 10 10
- Doppelhubkolben (DHK3) Double Stroke Pistons (DHK3)
- 10a10a
- Ringraum annulus
- 10b10b
- Druckkammer pressure chamber
- 10c10c
- Druckkammer pressure chamber
- 11 11
- Vorratsbehälter reservoir
- 12 12
- SK-Kolben SK-piston
- 12a12a
- DK-Kolben DK-piston
- 12b12b
- Schnüffelloch DK Sniffer hole DK
- 15 15
- Doppelhubkolben (DHK2) Double Stroke Pistons (DHK2)
- 16 16
- Hilfskolben auxiliary piston
- 18 18
- Pedalrückstellfeder Pedal return spring
- 23 23
- HZ-Rückstellfeder HZ-return spring
- 23a23a
- HZ-Rückstellfeder HZ-return spring
- 24 24
- Absperrventil shut-off valve
- 25 25
- DHK-Gehäuse DHK housing
- D D
- Blende zur Drosselung Aperture for throttling
- S1 S1
-
Saugventil 1
Suction valve 1 - S2 S2
-
Saugventil 2
Suction valve 2 - R R
- Rücklauf zum VB Return to the VB
- RV0 RV0
- Rückschlagventil 0 Check valve 0
- RV1 RV1
-
Rückschlagventil 1 Check
valve 1 - WS WS
- Wegsimulator travel simulator
- ÜV OSR
- Überdruckventil Pressure relief valve
- Hiko Hiko
- Hilfskolben auxiliary piston
- LW LW
- Leerweg leerweg
- RFE RFE
- Rückfallebene Fallback
- LS LS
- Lüftspiel clearance
- KWS KWS
- Kraft-Weg-Sensor Force-displacement sensor
- BK BK
- Bremskreis brake circuit
- DG DG
- Druckgeber thruster
- VF VF
- Vorfüllen priming
- BKV BKV
- Bremskraftverstärker Brake booster
- Fo-BKVFo-BKV
- Folge-BKV Follow-BKV
- VB VB
- Vorratsbehälter reservoir
- VBL VBL
- Ventilblock manifold
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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