DE102015203918A1

DE102015203918A1 - Bremsanlage sowie Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage

Info

Publication number: DE102015203918A1
Application number: DE102015203918.8A
Authority: DE
Inventors: Marco Besier; Matthias Schaaf; Peter Stauder
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-09-08

Abstract

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit hydraulisch betätigbaren Radbremsen (8, 9, 10, 11), zumindest einem elektrisch betätigbaren Radventil (6a–6d, 7a–7d) je Radbremse zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke, einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (4), und einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (5) zur Betätigung der Radbremsen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (37) gebildet wird, deren Druckkolben (36) durch einen elektromechanischen Aktuator (35) verschiebbar ist, wobei der Druckraum (37) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (4) zum Nachsaugen von Druckmittel verbunden ist, und wobei der Druckraum (37) mit einem Druckmittelbehälter (60) verbunden ist, in welchem Druckmittel, insbesondere unter Atmosphärendruck oder annähernd Atmosphärendruck, bereitgehalten und unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, abgegeben werden kann, sowie Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Aus der DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandem-Hauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschlatbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist. Es wird beschrieben, dass ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung durch ein Zurückfahren des Kolbens der Druckbereitstellungseinrichtung bei geschlossenen Zuschaltventilen möglich ist, indem Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter über ein Rückschlagventil in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung gesaugt wird.
In der DE 10 2011 076 675 A1 ist ein Verfahren zur Regelung eines elektrohydraulischen „Brake-by-wire“-Bremssystems mit einer elektrisch ansteuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung beschrieben, welche eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum umfasst, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator relativ zu einer Ruheposition verschiebbar ist. Dabei wird die aktuelle Position des Kolbens überwacht, um zu erkennen, wann ein Nachsaugzyklus der Druckbereitstellungseinrichtung durchgeführt werden muss, wobei das Druckmittel hierbei aus einem Druckmittelvorratsbehälter über ein Rückschlagventil angesaugt wird.
Bei den vorbekannten Bremsanlagen ist die Nachsaugzeit abhängig von der Viskosität des Druckmittels und dem aktuellen Luftdruck, welcher im Druckmittelvorratsbehälter vorliegt. Das Nachsaugen von Druckmittel ist daher unter Umständen nicht ausreichend schnell möglich. Auch kann beim Zurückfahren des Kolbens ein Unterdruck im Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung entstehen, wenn Druckmittel nicht schnell genug von dem Druckmittelvorratsbehälter nachfließt, so dass die Gefahr gegeben ist, dass Luft in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung gezogen wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage mit einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage mit einer solchen elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung bereitzustellen, in welcher bzw. durch welches ein schnelles und zuverlässiges Nachsaugen von Druckmittel in die Druckbereitstellungseinrichtung gewährleistet wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsanlage gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage gemäß Anspruch 11 gelöst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass der Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung mit einem Druckmittelbehälter verbunden ist, in welchem Druckmittel bereitgehalten und unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, abgegeben werden kann. So kann zunächst der Druckmittelbehälter mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung mit Druckmittel befüllt werden, so dass Druckmittel in dem Druckmittelbehälter bereitgehalten wird, und dann Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter unter dem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung abgegeben oder nachgesaugt werden.
Vorteilhafterweise wird das Druckmittel unter Atmosphärendruck oder annähernd Atmosphärendruck in dem Druckmittelbehälter bereitgehalten.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Gefahr Luft über die Dichtung in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung zu ziehen stark reduziert wird und dass ein Unterdruck im Druckraum weitgehend vermieden wird. So kann schnell und zuverlässig Druckmittel in die Druckbereitstellungseinrichtung nachgesaugt werden.
Bevorzugt umfasst die Bremsanlage einen Hauptbremszylinder und ein mit dem Hauptbremszylinder gekoppeltes Bremspedal zum Betätigen des Hauptbremszylinders.
Weiterhin umfasst die Bremsanlage bevorzugt eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene Simulationseinrichtung, deren Wirkung mittels eines elektrisch betätigbaren Simulatorventils zu- und abschaltbar ist.
Bevorzugt umfasst die Bremsanlage als Radventile ein Einlass- und ein Auslassventil je Radbremse, wobei die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden sind.
Bevorzugt wird der Druckmittelbehälter mittels der Druckbereitstellungseinrichtung mit Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter befüllt. So geht kein Druckmittel aus der Druckbereitstellungseinrichtung verloren, welches bei einem nachfolgenden Bremsdruckaufbau fehlen könnte.
Der vorgegebene Druck, unter welchem Druckmittel in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung abgegeben oder nachgesaugt wird, liegt bevorzugt in einem Bereich von etwa 2 bar bis etwa 5 bar. Dieser Überdruck ist ausreichend, um das Nachsaugen vorteilhaft zu beschleunigen und die Gefahr des Ziehens von Luft in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung deutlich zu reduzieren. Andererseits ist ein derartiger Überdruck technisch einfach, z.B. mittels einer Feder, zu realisieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Druckmittelbehälter einen mittels eines vorgespannten elastischen Elements kraftbeaufschlagten Kolben, wobei der Kolben eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer begrenzt, welche gegeneinander abgedichtet sind. Ein solcher Druckmittelbehälter stellt eine besonders einfache und kostengünstige Ausführungsform dar. Die erste und zweite Druckkammer sind besonders bevorzugt auf derselben Seite des Kolbens angeordnet und das elastische Element ist auf der anderen Seite des Kolbens angeordnet.
Bevorzugt ist der Kolben gestuft mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche ausgeführt, wobei die zweite Fläche größer als die erste Fläche ist. Durch die erste Fläche wird die erste Druckkammer und durch die zweite Fläche wird die zweite Druckkammer begrenzt.
Die Vorspannkraft des elastischen Elements ist bevorzugt größer als die Kraft, welche bei einem Blockierdruck einer der Radbremsen auf die erste Fläche wirkt.
Das elastische Element ist bevorzugt auf der den Druckkammern abgewandten Seite des Kolbens angeordnet. Durch das elastische Element wird der Kolben mit der Vorspannkraft in Richtung der Druckkammern beaufschlagt.
Die erste Druckkammer ist bevorzugt mit dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung verbunden. So kann der Druckmittelbehälter mittels eines Druckaufbaus in der ersten Druckkammer durch die Druckbereitstellungseinrichtung geladen werden. Besonders bevorzugt ist in der hydraulischen Verbindung zwischen erster Druckkammer und Druckraum ein elektrisch betätigbares Ventil angeordnet. So kann der in der ersten Druckkammer mittels der Druckbereitstellungseinrichtung aufgebaute Druck „eingesperrt“ werden. Mittels des Ventils ist also ein frühzeitiges Laden des Druckmittelbehälters, z.B. bereits vor einer ABS-Regelung, möglich.
Bevorzugt ist die zweite Druckkammer über ein in Richtung des Druckraums öffnendes Rückschlagventil mit dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung verbunden. So kann unter Überdruck stehendes Druckmittel aus der zweiten Kammer des Druckmittelbehälters in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung nachgesaugt werden.
Die zweite Druckkammer ist bevorzugt über ein in Richtung der zweiten Druckkammer öffnendes Rückschlagventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden. So kann die zweite Druckkammer des Druckmittelbehälters mit Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter geladen werden.
Bevorzugt handelt es sich um eine Bremsanlage, die in einer „Brake-by-wire“-Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, normalerweise in der „Brake-by-wire“-Betriebsart betrieben wird und in einer Rückfallbetriebsart betrieben werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein mit dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung verbundener Druckmittelbehälter mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung mit Druckmittel befüllt, so dass das Druckmittel in dem Druckmittelbehälter bereitgehalten wird. In einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt wird Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung abgegeben.
Bevorzugt wird das Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter unter den vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, gesetzt und in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung nachgesaugt.
Bevorzugt wird das Druckmittel unter Atmosphärendruck oder annähernd Atmosphärendruck in dem Druckmittelbehälter bereitgehalten.
Bevorzugt wird im zweiten Verfahrensschritt das Druckmittel durch Nachsaugen in den Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung abgegeben, wobei der Druckkolben der Druckbereitstellungseinrichtung zurückgefahren wird.
Bevorzugt wird in dem ersten Verfahrensschritt in die zweite Druckkammer des Druckmittelbehälters so viel Druckmittel gefüllt, dass das bereitgehaltene Druckmittel ausreichend ist für eine Nachfüllung des Druckraums.
Bevorzugt wird der erste Verfahrensschritt des Befüllens des Druckmittelbehälters während einer Antiblockierregelung zumindest einer der Radbremsen durchgeführt.
Der Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung ist bevorzugt über zumindest ein elektrisch betätigbares Zuschaltventil mit den Radbremsen verbunden. Bevorzugt wird vor der Durchführung des zweiten Verfahrensschritts das Zuschaltventil geschlossen. Bei mehreren Zuschaltventilen, werden vor der Durchführung des zweiten Verfahrensschritts die Zuschaltventile geschlossen.
Bevorzugt umfasst der Druckmittelbehälter einen mittels eines vorgespannten elastischen Elements kraftbeaufschlagten Kolben, wobei der Kolben eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer begrenzt, welche gegeneinander abgedichtet sind. Besonders bevorzugt ist die Grundfläche der zweiten Druckkammer größer als die Grundfläche der ersten Druckkammer.
Bevorzugt ist die erste Druckkammer mit dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung verbunden. Bevorzugt ist weiterhin die zweite Druckkammer über ein in Richtung des Druckraums öffnendes Rückschlagventil mit dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung sowie über ein in Richtung der zweiten Druckkammer öffnendes Rückschlagventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen dem ersten Verfahrensschritt und dem zweiten Verfahrensschritt ein dritter Verfahrensschritt durchgeführt, in welchem die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum und der ersten Druckkammer des Druckmittelbehälters mittels eines elektrisch betätigbaren Ventils geschlossen wird.
Bevorzugt wird dann der erste Verfahrensschritt des Befüllens des Druckmittelbehälters nach einem Starten des Fahrzeugs, z.B. während eines Zündungslaufs, durchgeführt.
Bevorzugt wird das in dem Druckmittelbehälter bereitgehaltene Druckmittel zur Betätigung zumindest einer der Radbremsen genutzt. Besonders bevorzugt wird das bereitgehaltene Druckmittel für eine Notbremsfunktion oder zum Anlegen eines Bremsbelags einer Radbremse genutzt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand einer Figur.
Es zeigt schematisch:
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckmittelbehälters für eine erfindungsgemäße Bremsanlage.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren Hauptbremszylinder 2, eine mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammen wirkende Simulationseinrichtung 3, einen dem Hauptbremszylinder 2 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum 37 gebildet wird, deren Kolben 36 durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke, eine mit dem Druckraum 37 hydraulisch verbundenen Druckmittelbehälter 60 und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12.
Die nicht näher bezeichnete Druckmodulationseinrichtung umfasst beispielsgemäß je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8, 9, 10, 11 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ein Einlassventil 6a–6d und ein Auslassventil 7a–7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremsen 8, 9, 10, 11 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a–6d werden mittels Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b mit Drücken versorgt, die in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aus einem Systemdruck abgeleitet werden, der in einer an den Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 angeschlossenen Systemdruckleitung 38 vorliegt. Den Einlassventilen 6a–6d ist jeweils ein zu den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b hin öffnendes Rückschlagventil 50a–50d parallel geschaltet. In einer Rückfallbetriebsart werden die Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b über hydraulische Leitungen 22a, 22b mit den Drücken der Druckräume 17, 18 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a–7d sind über eine Rücklaufleitung 14b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden.
Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 21 zwei hintereinander angeordnete Kolben 15, 16 auf, die hydraulische Druckräume 17, 18 begrenzen. Die Druckräume 17, 18 stehen einerseits über in den Kolben 15, 16 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 41a, 41b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei die Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 17, 18 im Gehäuse 21 absperrbar sind. Die Druckräume 17, 18 stehen andererseits mittels der hydraulischen Leitungen 22a, 22b mit den bereits genannten Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b in Verbindung. In der Druckausgleichsleitung 41a ist eine Parallelschaltung eines stromlos offenen Diagnoseventils 28 mit einem zum Druckmittelvorratsbehälter 4 hin schließenden Rückschlagventil 27 enthalten. Die Druckräume 17, 18 nehmen nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 15, 16 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem, vorzugsweise redundant ausgeführten, Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch des Fahrzeugführers.
In den an die Druckräume 17, 18 angeschlossenen Leitungsabschnitten 22a, 22b ist je ein Trennventil 23a, 23b angeordnet, welches als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch die Trennventile 23a, 23b kann die hydraulische Verbindung zwischen den Druckräumen 17, 18 des Hauptbremszylinders und den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b abgesperrt werden.
Ein an den Leitungsabschnitt 22b angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den im Druckraum 18 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 16 aufgebauten Druck.
Die Simulationseinrichtung 3 ist hydraulisch an den Hauptbremszylinder 2 ankoppelbar und besteht beispielsgemäß im Wesentlichen aus einer Simulatorkammer 29, einer Simulatorfederkammer 30 sowie einem die beiden Kammern 29, 30 voneinander trennenden Simulatorkolben 31. Der Simulatorkolben 31 stützt sich durch ein in der Simulatorfederkammer 30 angeordnetes elastisches Element (z.B. eine Feder), welches vorteilhafterweise vorgespannt ist, am Gehäuse 21 ab. Die Simulatorkammer 29 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Simulatorventils 32 mit dem ersten Druckraum 17 des Hauptbremszylinders 2 verbindbar. Bei Vorgabe einer Pedalkraft und geöffnetem Simulatorventil 32 strömt Druckmittel vom Hauptbremszylinder-Druckraum 17 in die Simulatorkammer 29. Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorventil 32 angeordnetes Rückschlagventil 34 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorventils 32 ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von der Simulatorkammer 29 zum Hauptbremszylinder-Druckraum 17. Andere Ausführungen und Anbindungen der Simulationseinrichtung an den Hauptbremszylinder 2 sind denkbar.
Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, deren/ dessen Druckkolben 36, welcher den Druckraum 37 begrenzt, von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor zum Sensieren der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das in dem Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die Systemdruckleitung 38 eingespeist und mit einem vorzugsweise redundant ausgeführten Drucksensor 19 erfasst. Bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b gelangt das Druckmittel in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 zu deren Betätigung. Durch Vor- und Zurückschieben des Kolbens 36 erfolgt so bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b bei einer Normalbremsung in der „Brake-by-Wire“-Betriebsart ein Radbremsdruckaufbau und -abbau für alle Radbremsen 8, 9, 10, 11. Beim Druckabbau strömt dabei das vorher aus dem Druckraum 37 in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück. Dagegen strömt bei einer Bremsung mit radindividuell unterschiedlichen, mit Hilfe der Einlass- und Auslassventile 6a–6d, 7a–7d geregelten Radbremsdrücken (z.B. bei einer Antiblockierregelung (ABS-Regelung)) der über die Auslassventile 7a–7d abgelassene Druckmittelanteil in den Druckmittelvorratsbehälter 4 und steht somit zunächst der Druckbereitstellungseinrichtung 5 zur Betätigung der Radbremsen 8, 9, 10, 11 nicht mehr zur Verfügung. Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenen Zuschaltventilen 26a, 26b möglich.
Wäre der Druckmittelbehälter 60 nicht vorhanden, so würde bei dem Zurückfahren des Kolbens 36 Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 über eine hydraulische Verbindungsleitung 14a mit einem in Strömungsrichtung zur Druckbereitstellungseinrichtung 5 öffnenden Rückschlagventil 52 in den Druckraum 37 nachgesaugt. Bei einem schnellen Nachsaugen ist dabei die benötigte Zeit abhängig vom Luftdruck/Atmosphärendruck (welchem der Druck des Druckmittels im Druckmittelvorratsbehälter 4 entspricht) und der Viskosität des Druckmittels. Gerade bei großen Höhenlagen ist der Luftdruck nicht ausreichend, um eine ausreichend kurze Nachfüllzeit zu erreichen, obwohl der Antrieb 35 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 schnell genug ist.
Die Bremsanlage umfasst daher beispielsgemäß einen Druckmittelbehälter 60, in welchem Druckmittel unter Atmosphärendruck bzw. annähernd Atmosphärendruck bereitgehalten werden kann und unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, abgegeben werden kann. Der Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist zum schnelleren Nachsaugen mit dem Druckmittelbehälter 60 verbunden. Beispielsgemäß ist der Druckmittelbehälter 60 über Leitungsabschnitte 74, 73, 72 mit der Systemdruckleitung 38 und damit dem Druckraum 37 verbunden.
Der Druckraum 37 ist also zum Nachsaugen über eine erste hydraulische Verbindung 14a mit einem Rückschlagventil 52 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 und über eine zweite, von der ersten unabhängige, hydraulische Verbindung 38, 72, 73, 74 mit dem Druckmittelbehälter 60 verbunden.
Beispielsgemäß wird ein bestimmtes Druckmittelvolumen, welches typischerweise für den Nachfüllvorgang der Druckbereitstellungseinrichtung 5 notwendig ist, während einer Regelbremsung in den Druckmittelbehälter 60 vorgeladen. Das in dem Druckmittelbehälter 60 vorhandene Druckmittelvolumen wird dann beim Nachsaugvorgang mit einem geringen Überdruck (z.B. 2–5 bar) in die Druckbereitstellungseinrichtung 5 bzw. den Druckraum 37 „nachgesaugt“. So wird die Gefahr, Luft über die Kolbenmanschette in die Druckbereitstellungseinrichtung 5 zu ziehen, stark reduziert, und ein Unterdruck in der Druckbereitstellungseinrichtung 5 wird weitgehend vermieden.
Der Druckmittelbehälter 60 wird mittels der Druckbereitstellungseinrichtung 5 mit Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 befüllt, wie im Folgenden noch genauer erläutert werden wird.
Beispielsgemäß umfasst der Druckmittelbehälter 60 einen gestuften Kolben 63 mit einer kleineren Fläche 63a und einer größeren, ringförmigen Fläche 63b. Die beiden Flächen 63a, 63b liegen auf derselben Seite des Kolbens 63. Der Kolben 63 ist in einem gestuften Gehäuse 67 abgedichtet geführt, so dass die Fläche 63a mit dem Gehäuse 67 eine erste Druckkammer 61 und die Fläche 63b mit dem Gehäuse 67 eine zweite Druckkammer 62 begrenzt. Die Druckkammern 61 und 62 sind gegeneinander abgedichtet.
Druckmittelbehälter 60 umfasst drei hydraulische Anschlüsse A, B und C. Der Anschluss A ist mit der ersten Druckkammer 61 verbunden. Die Anschlüsse B und C sind mit der zweiten Druckkammer 62 verbunden.
Der Anschluss C, und damit die zweite Druckkammer 62, ist mittels eines Rückschlagventils 71 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Das Rückschlagventil 71 ist ein in Richtung der zweiten Druckkammer 62 öffnendes Rückschlagventil, d.h. die Durchflussrichtung des Rückschlagventils 71 ist vom Druckmittelvorratsbehälter 4 zur zweiten Druckkammer 62 bzw. zum Druckmittelbehälter 60.
Von der Systemdruckleitung 38 zweigt ein Leitungsabschnitt 72 zum Druckmittelbehälter 60 ab, welcher sich dann in einen ersten Leitungsabschnitt 73 und einen zweiten Leitungsabschnitt 74 verzweigt. Der erste Leitungsabschnitt 73 ist an den Anschluss A des Druckmittelbehälters 60, und damit die ersten Druckkammer 61, angeschlossen, während der zweite Leitungsabschnitt 74 an den Anschluss B des Druckmittelbehälters 60, d.h. die zweite Druckkammer 61 angeschlossen ist. In dem zweiten Leitungsabschnitt 74 ist ein in Richtung des Leitungsabschnitts 72 öffnendes Rückschlagventil 70 angeordnet, d.h. die Durchflussrichtung des Rückschlagventils 70 ist von der zweiten Druckkammer 62 zum Druckraum 37.
Optional, in 1 nicht dargestellt, ist in dem Leitungsabschnitt 73, über den der Druckraum 37 mit der ersten Druckkammer 61 verbunden ist, elektrisch betätigbares Ventil angeordnet. So kann die Druckkammer 61 von dem Druckraum 37 bei Bedarf hydraulisch getrennt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Druckmittelbehälter 60 frühzeitig mit Druckmittel befüllt werden kann, z.B. beim Starten der Bremsanlage, das befüllte Druckmittel unabhängig von einem Verfahren des Kolbens 36 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 in dem Druckmittelbehälter 60 gehalten werden kann und das Nachsaugen aus dem Druckmittelbehälter 60 in den Druckraum 37 erst zu einem späteren Zeitpunkt bei Bedarf erfolgen kann. Dies wird im Folgenden noch genauer bei der Beschreibung eines beispielsgemäßen Verfahrens erläutert werden.
Desweiteren ist in dem Druckmittelbehälters 60 ein elastisches Element 66 (in Form einer Feder) vorhanden, welches auf der den Druckkammern 61, 62 abgewandten Seite des Kolbens 63 in einer Kammer 68 angeordnet ist und über welches sich der Kolben 63 an dem Gehäuse 67 abstützt. Das elastische Element ist vorgespannt, so dass die beiden Kolbenflächen 63a, 63b mit einer vorgespannten Kraft in Richtung des Ausstoßens von Druckmittel aus den Druckkammern 61, 62 belastet sind.
Die Vorspannung des elastischen Elements entspricht einer Kraft, die vorzugsweise etwas größer ist als die durch einen dem Blockierdruck des Fahrzeugs entsprechenden Druck auf die kleine Kolbenfläche 63a wirkende Kraft.
Die rückseitige Kammer 68 des Druckmittelbehälters 60, die das elastische Element 66 beinhaltet, ist optional ebenfalls mit Druckmittel geflutet und drucklos mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden (nicht dargestellt in 1). Das Risiko eines Lufteintrags wird so minimiert.
Der Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten, insbesondere der Ventile 6a–6d, 7a–7d, 23a, 23b, 26a, 26b, 28, 32 und des Elektromotors 35 der Druckbereitstellungseinrichtung 5, dient die elektronische Steuer- und Regeleinheit 12. Die Signale der Sensoren 19, 20, 25 und 44 werden ebenso in der elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 verarbeitet.
Im Folgenden wird ein beispielsgemäßes Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage in der „Brake-by-wire“-Betriebsart dargestellt. Das beispielsgemäße Verfahren wird anhand der beispielsgemäßen Bremsanlage der 1 erläutert.
Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt der mit dem Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbundene Druckmittelbehälter 60 mittels der Druckbereitstellungseinrichtung 5 mit Druckmittel befüllt. Das dann im Druckmittelbehälter 60 bereitgehaltene Druckmittel besitzt Atmosphärendruck bzw. annähernd Atmosphärendruck. In einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt wird Druckmittel mit einem Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist (zwischen 2 und 5 bar), aus dem Druckmittelbehälter 60 in den Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 nachgesaugt.
Beispielsgemäß wird während einer ABS-Regelung zur Vorbereitung des nachfolgenden Nachsaugzyklus mittels der Druckbereitstellungseinrichtung 5 durch Vorfahren des Druckkolbens 36 der Vordruck in dem Druckraum 37 und damit in der Druckkammer 61 über den, der Vorspannung des elastischen Elements 66 entsprechenden Druck erhöht. Aufgrund der Kraftwirkung auf die Fläche 63a staucht der Kolben 63 das elastische Element 66, d.h. der Kolben 63 wird in 1 nach rechts bewegt. In die Druckkammer 62 mit der großen Fläche 63b strömt Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 über das Rückschlagventil 71 nach. Die Druckkammer 62 des Druckmittelbehälters 60 wird also mittels der Druckbereitstellungseinrichtung 5 mit Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 befüllt. Der erste Verfahrensschritt ist damit beendet. In der Druckkammer 62 wird nun Druckmittel für den Nachsaugzyklus der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgehalten. Der Druck des bereitgehaltenen Druckmittels entspricht aber noch annähernd dem Umgebungsdruck/Atmosphärendruck.
Das in der Druckkammer 62 vorhandene Druckmittelvolumen kann weder zum Druckmittelvorratsbehälter 4 zurückfließen (wegen des Rückschlagventils 71), noch in den Druckraum 37 abfließen, da dort der Druck höher ist.
Zum Nachsaugen werden zunächst die Zuschaltventile 26a, 26b geschlossen und dann der Druckkolben 36 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 zurückgefahren. Hierdurch wird zunächst die Kraft auf die kleine Kolbenfläche 63a abgebaut und das elastische Element 66 setzt das Druckmittelvolumen in der Druckkammer 62 unter Vordruck (Überdruck). Wenn das Flächenverhältnis der Flächen 63a zu 63b z.B. 1:25 beträgt, entspricht der Vordruck dann ca. einem Fünfundzwanzigstel des minimalen Fülldrucks, also bei 100bar minimalem Fülldruck beträgt der Vordruck 4 bar.
Optional kann in dem Leitungsabschnitt 73 zur kleinen Druckkammer 61 ein elektrisch betätigtes Ventil angeordnet werden. Damit kann frühzeitig vorgeladen werden(z.B. beim Zündungslauf), das Ventil dann geschlossen und damit die „Vorladung“ gehalten werden und erst zu einem gewünschten Zeitpunkt nach Öffnen des Ventils ein Nachsaugzyklus begonnen werden. Die „Vorladung“ kann auch genutzt werden, um eine Bremsassistenzfunktion durchzuführen (z.B. die Bereitstellung von zusätzlichem Druckmittelvolumen zur Betätigung der Radbremsen nach erkannter Notbremsung). Da der Elektromotor 35 zur Beschleunigung eine gewisse, wenn auch kurze Zeit benötigt, kann das elastische Element 66 bis zu einem Druck von ca. 4–5 bar unterstützen (z.B. zum Anlegen der Bremsbeläge).
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Druckmittelbehälters 60 für eine erfindungsgemäße Bremsanlage schematisch dargestellt, welcher besonders platzsparend ausgeführt ist.
Der Druckmittelbehälter 60 umfasst drei hydraulische Anschlüsse A, B und C zur Verbindung mit der übrigen Bremsanlage, entsprechend wie in 1 dargestellt und anhand der Beschreibung zu 1 erläutert.
Der Druckmittelbehälter 60 umfasst einen mittig nach innen gestuften Kolben 63 mit einer kleineren Fläche 63a und einer größeren, ringförmigen Fläche 63b, welche auf derselben Seite des Kolbens 63 liegen. Der Kolben bildet auf der den Flächen 63a, 63b abgewandten Seite eine Aufnehmung für das elastische Element 66, mittels welchem der Kolben 63 sich an einem Gehäuse 67 abstützt. Das elastische Element 66 ist vorgespannt, wie anhand der 1 bereits erläutert.
Beispielsgemäß ist das Gehäuse 67 zweiteilig ausgeführt (Teil 67a, 67b). Das Gehäuseteil 67b umfasst ein in das Innere des Gehäuses ragende Ausformung, in welcher eine Bohrung 69 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 67b und dessen Ausformung sowie der nach innen gestufte Kolben 63 sind derart ausgebildet und verschiebbar gegeneinander abgedichtet geführt, dass von der Ausformung des Gehäuseteils 67b und der inneren Stufe des Kolbens 63 mit der Fläche 63a eine erste Druckkammer 61 und von dem Gehäuseteil 67b und der ringfömigen Fläche 63b des Kolbens 63 eine zweite Druckkammer 61 begrenzt wird. Die Druckkammern 61 und 62 sind gegeneinander abgedichtet.
Der Anschluss A ist über die Bohrung 69 mit der ersten Druckkammer 61 verbunden. Die Anschlüsse B und C sind mit der zweiten Druckkammer 62 verbunden.
Die Funktionsweise des Druckmittelbehälters der 2 entspricht der Funktionsweise des Druckmittelbehälters der 1 und wurde im Zusammenhang mit der Beschreibung zu 1 bereits ausführlich erläutert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013204778 A1 [0002]
DE 102011076675 A1 [0003]

Claims

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit • hydraulisch betätigbaren Radbremsen (8, 9, 10, 11), • zumindest einem elektrisch betätigbaren Radventil (6a–6d, 7a–7d) je Radbremse zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke, • einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (4), und • einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (5) zur Betätigung der Radbremsen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (37) gebildet wird, deren Druckkolben (36) durch einen elektromechanischen Aktuator (35) verschiebbar ist, wobei der Druckraum (37) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (4) zum Nachsaugen von Druckmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (37) mit einem Druckmittelbehälter (60) verbunden ist, in welchem Druckmittel, insbesondere unter Atmosphärendruck oder annähernd Atmosphärendruck, bereitgehalten und unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, abgegeben werden kann.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelbehälter (60) mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung (5) mit Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter (4) befüllbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Druck in einem Bereich von etwa 2 bar bis etwa 5 bar liegt.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelbehälter (60) einen mittels eines vorgespannten elastischen Elements (66) kraftbeaufschlagten Kolben (63) umfasst, wobei der Kolben (63) eine erste Druckkammer (61) und eine zweite Druckkammer (62) begrenzt, welche gegeneinander abgedichtet sind.
Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (63) gestuft mit einer ersten Fläche (63a) und einer zweiten Fläche (63b) ausgeführt ist, wobei die zweite Fläche größer als die erste Fläche ist, und dass durch die erste Fläche (63a) die erste Druckkammer (61) und durch die zweite Fläche (63b) die zweite Druckkammer (62) begrenzt wird.
Bremsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Druckkammern (61, 62) abgewandten Seite des Kolbens (63) das elastische Element (66) angeordnet ist, durch welches der Kolben (63) mit der Vorspannkraft in Richtung der Druckkammern beaufschlagt wird.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckkammer (61) mit dem Druckraum (37) der Druckbereitstellungseinrichtung (5) verbunden ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckkammer (62) über ein in Richtung des Druckraums (37) öffnendes Rückschlagventil (70) mit dem Druckraum (37) der Druckbereitstellungseinrichtung (5) verbunden ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckkammer (62) über ein in Richtung der zweiten Druckkammer (62) öffnendes Rückschlagventil (71) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (4) verbunden ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser ein Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 durchgeführt wird.
Verfahren zum Betrieb einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit • hydraulisch betätigbaren Radbremsen (8, 9, 10, 11), • zumindest einem elektrisch betätigbaren Ventil (6a–6d, 7a–7d) je Radbremse zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke, • einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (4), und • einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (5) zur Betätigung der Radbremsen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (37) gebildet wird, deren Druckkolben (36) durch einen elektromechanischen Aktuator (35) verschiebbar ist, wobei der Druckraum (37) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (4) zum Nachsaugen von Druckmittel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein mit dem Druckraum (37) der Druckbereitstellungseinrichtung (5) verbundener Druckmittelbehälter (60) mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung (5) mit Druckmittel, insbesondere aus dem Druckmittelvorratsbehälter (4), befüllt wird, so dass das Druckmittel, insbesondere unter Atmosphärendruck oder annähernd Atmosphärendruck, in dem Druckmittelbehälter bereitgehalten wird, und dass in einem nachfolgenden zweiten Verfahrensschritt Druckmittel aus dem Druckmittelbehälter (60) unter einem vorgegebenen Druck, welcher größer als Atmosphärendruck ist, in den Druckraum (37) der Druckbereitstellungseinrichtung (5) abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verfahrensschritt während einer Antiblockierregelung zumindest einer der Radbremsen (8, 9, 10, 11) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (37) über zumindest ein elektrisch betätigbares Zuschaltventil (26a, 26b) mit den Radbremsen (8, 9; 10, 11) verbunden ist, und dass vor der Durchführung des zweiten Verfahrensschritts das Zuschaltventil geschlossen wird oder die Zuschaltventile (26a, 26b) geschlossen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Verfahrensschritt und dem zweiten Verfahrensschritt ein dritter Verfahrensschritt durchgeführt wird, in welchem die hydraulische Verbindung (73) zwischen dem Druckraum (37) und dem Druckmittelbehälter (60) mittels eines elektrisch betätigbaren Ventils geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einer Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.