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Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, umfassend hydraulisch betätigbare Radbremsen, zumindest ein elektrisch betätigbares Radventil je Radbremse zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung zur Betätigung der Radbremsen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet ist, deren Druckkolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, wobei der Druckraum mit dem Druckmittelvorratsbehälter über eine hydraulische Nachsaugleitung zum Nachsaugen von Druckmittel verbunden ist. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage.
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In der Kraftfahrzeugtechnik finden „Brake-by-Wire“-Bremsanlagen eine immer größere Verbreitung. Derartige Bremsanlagen umfassen oftmals neben einem durch den Fahrzeugführer betätigbaren Hauptbremszylinder eine elektrisch („by-wire“) ansteuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, mittels welcher in der Betriebsart „Brake-by-Wire“ eine Betätigung der Radbremsen stattfindet.
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Bei diesen modernen Bremssystemen, insbesondere elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“, ist der Fahrer von dem direkten hydraulischen Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Während in einer nicht elektrischen Betriebsart ein pedalbetätigter Hauptbremszylinder direkt hydraulisch mit den Radbremsen gekoppelt ist, sorgt in der „By-Wire“-Betriebsart eine elektrohydraulische Umschalteinheit dafür, dass bei Betätigung des Pedals ein Simulator betätigt wird, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes und komfortables Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollwerts für die Bremsung des Fahrzeugs, beispielsweise einer Sollverzögerung, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
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Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel, insbesondere ohne den Fahrer möglicherweise irritierende Pedalrückwirkungen, verwirklichen.
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In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine hydraulische Rückfallebene (die oben erwähnte nicht-elektrische Betriebsart) vorgesehen, durch die der Fahrer durch Muskelkraft bei Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug abbremsen bzw. zum Stehen bringen kann, wenn die „By-Wire“-Betriebsart ausfällt oder gestört ist. Während im Normalbetrieb durch ein Aktivieren der elektrohydraulische Umschalteinheit die oben beschriebene hydraulische Entkopplung zwischen Bremspedalbetätigung und Bremsdruckaufbau erfolgt, ist diese Entkopplung in der Rückfallebene aufgrund fehlender Aktivierung aufgehoben, so dass der Fahrer direkt Druckmittel in die Bremskreise verschieben kann. In die Rückfallebene wird geschaltet, wenn mit Hilfe der Druckbereitstellungseinrichtung kein Druckaufbau mehr möglich ist. Dies ist u.a. dann der Fall, wenn ein Rückschlagventil, welches der Druckbereitstellungseinrichtung ein Nachsaugen von Druckmittel aus dem Reservoir ermöglicht, nicht mehr zuverlässig sperrt, so dass ein Druckaufbau nicht mehr zuverlässig möglich ist.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung im oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden hydraulische Aktuatoren als Linearaktuatoren bzw. Lineareinheiten ausgebildet, die zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschieben, wobei die Lineareinheit über ein Rotations-Translationsgetriebe vom Rotor eines Elektromotors angetrieben ist.
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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 abschaltbare 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.
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Zum Nachsaugen von Bremsflüssigkeit ist bei bekannten Bremsanlagen gewöhnlich die Druckbereitstellungseinrichtung über eine hydraulische Leitung, in die ein Rückschlagventil geschaltet ist, mit einem Reservoir verbunden. Die Zuströmseite des Rückschlagventils ist mit dem Reservoir und die Abströmseite des Rückschlagventils mit der Druckbereitstellungseinrichtung hydraulisch verbunden.
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Bei den vorbekannten Bremsanlagen ist die zum Wiederbefüllen der Druckbereitstellungseinrichtung mit Druckmittel aus dem Reservoir benötigte 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 können beim Zurückfahren des Kolbens im Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung dampfgefüllte Hohlräume entstehen, wenn Druckmittel nicht schnell genug von dem Druckmittelvorratsbehälter nachfließt. Dieser so genannte Kavitationseffekt kann dazu führen, dass die sich im Druckmittel beim Zusammenfallen der Hohlräume ausbildenden Druckwellen die Druckbereitstellungseinrichtung beschädigen. Außerdem ist mit akustischen Beeinträchtigungen zu rechnen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine oben genannte Bremsanlage dahingehend zu verbessern, dass ein Wiederbefüllen des Druckraums der Druckbereitstellungseinrichtung sicher und zuverlässig erfolgen kann.
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In Bezug auf die Bremsanlage wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass in die Nachsaugleitung eine Befüllungsvorrichtung hydraulisch geschaltet ist, die bei Unterschreiten eines vorgegeben Druckschwellenwerts im Druckraum Druckmittel in diesen fördert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass eine ausreichende Befüllung des Druckraums überaus wichtig ist, da insbesondere in kritischen Situationen ausreichend Druckmittel für einen hohen Bremsdruckaufbau zur Verfügung stehen sollte. Bei herkömmlichen Ausgestaltungen von Bremssystemen, bei denen der Druckraum zum Wiederbefüllen über ein Rückschlagventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist, kann unter gewissen Umständen wie niedrigem Luftdruck oder kaltem und viskosem Druckmittel dieses Auffüllen nicht schnell genug erfolgen, so dass bei einem der nächsten Bremseingriffe zu wenig Druckmittel zur Verfügung steht und/oder sich Luftblasen im Druckraum bilden, wodurch die Effektivität der Bremsanlage geschwächt wird.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich ein zuverlässiges Auffüllen des Druckraumes der Bremsaktuators realisieren, indem in einem speziell dafür vorgesehenen, unter Druck stehenden Raum, Druckmittel vorrätig gehalten wird, und wobei eine hydraulische Verbindung zwischen diesem Raum und dem Druckraum des Aktuators bedarfsweise und auf passive Art freigegeben wird, wenn der Druck im Druckraum des Aktuators unter einen vorgegebenen Wert sinkt.
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Vorteilhafterweise wird die Förderung von Druckmittel mittels einer Freigebevorrichtung gesteuert, die eine Ventilvorrichtung aufweist, die beim Unterschreiten des Druckschwellenwerts öffnet. Durch diesen druckabhängigen Öffnungsmechanismus öffnet die Freigebevorrichtung in passiver Weise, so dass sie besonders zuverlässig funktioniert. Aktiv ansteuerbare Komponenten sind nicht notwendig.
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Vorteilhafterweise weist die Freigebevorrichtung einen von einer Feder belasteten Kolben auf, wobei der Druckschwellenwert ein durch die konstruktive Auslegung von Federkraft der Feder und Kolbenfläche des Kolbens der Freigebevorrichtung festgelegter Bruchteil des Atmosphärendrucks ist.
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Die Befüllungsvorrichtung umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen hydraulischen Befüllraum, welcher bei Druckaufbau durch den Aktuator geladen wird und in dem im geladenen Zustand Druckmittel unter einem Druck bevorratet ist, der höher als der Atmosphärendruck ist.
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Die Befüllungsvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Stufenkolben, der als hydraulischer Stangenkolben mit zwei unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet ist, der von einer Feder mit Kraft beaufschlagt ist. Auf der dem Füllraum abgewandten Kolbenseite ist vorzugsweise der Befüllraum angeordnet.
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Der Befüllraum ist bevorzugt von der Ringfläche des Stufenkolbens begrenzt derart, dass die Kraft der Feder und die Größe der Ringfläche den Bevorratungsdruck im Befüllraum konstruktiv festlegen.
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Bevorzugt liegt im geladenen Zustand des Befüllraums der Stufenkolben an einem seinen Verfahrweg in den Füllraum begrenzenden Anschlag an. Dadurch ist die Befüllvorrichtung bzw. Fülleinrichtung hydraulisch steif in dem Sinne, dass sie bei einem Bremsdruckaufbau mit der Druckbereitstellungseinrichtung kein weiteres Druckmittel mehr aufnimmt. Dadurch wird eine Beeinträchtigung der regulären Funktion der Bremsanlage außerhalb des Nachladevorgangs verhindert und bei einem Druckaufbau steht Druckmittel unmittelbar den Radbremsen zum Aufbau von Bremsdruck zur Verfügung.
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Die Befüllvorrichtung weist vorzugsweise einen Laderaum auf, in den der Abschnitt des Stufenkolbens mit dem geringeren Durchmesser taucht, wobei der Laderaum über eine Füllleitung mit dem Druckraum verbunden und/oder verbindbar ist, dergestalt, dass der Stufenkolben durch in den Laderaum verschobenes Druckmittel in den Füllraum verschoben wird.
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Die Freigebevorrichtung weist vorzugsweise einen Druckmittelraum auf, der von einem verschiebbaren Kolben begrenzt ist, der auf seiner vom Druckmittelraum abgewandten Seite von Luft unter Atmosphärendruck beaufschlagt ist, wobei die Verschiebung des Kolbens einen Verschlusskörper steuert, so dass dieser bedarfsweise, insbesondere bei Druckaufbau in der Bremsanlage einen Ventilraum verschließt und beim Nachsaugen freigibt, wodurch in freigegebenem Zustand eine hydraulische Verbindung zwischen Befüllraum und Druckraum freigegeben wird.
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Der Befüllraum ist mit dem Füllraum vorzugsweise über ein Rückschlagventil hydraulisch verbunden, das in Richtung Befüllraum durchströmbar ist und in Richtung Füllraum sperrt. Das Rückschlagventil ist bevorzugt als Manschettendichtung ausgebildet.
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In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in einem ersten Verfahrensschritt durch den Druckkolben Druck aufgebaut wird, wodurch in einer Befüllvorrichtung ein Laderaum gegen einen federbelasteten Stufenkolben mit Druckmittel befüllt wird, wodurch eine Feder komprimiert wird, die den Stufenkolben beaufschlagt und dadurch in einem Ringraum einen Druckmittelvorrat unter Druck bereithält, und wobei in einem zweiten Verfahrensschritt beim Zurückfahren des Druckkolbens bei geschlossenem Zuschaltventil Druckmittel über die hydraulische Nachsaugleitung in den Druckraum strömt.
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Vorteilhafterweise strömt beim Zurückfahren des Druckkolbens ohne ein Unterschreiten des Druckschwellenwertes im Druckraum Druckmittel aus dem Vorratsbehälter vermöge des Atmosphärendrucks im Druckmittelvorratsbehälter über die hydraulische Nachsaugleitung in den Druckraum, wobei die Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Druckraum gesperrt bleibt.
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Vorteilhafterweise wird beim Zurückfahren des Druckkolbens bei einem Unterschreiten des Druckschwellenwertes im Druckraum eine hydraulische Verbindung zwischen dem Raum und dem Druckraum freigegeben, so dass vermöge der Förderwirkung der auf den Stufenkolben wirkenden Feder Druckmittel aus dem Ringraum über die Füllleitung sowie aus dem Laderaum über die hydraulische Nachsaugleitung in den Druckraum strömt.
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Bei vollständig geladenem Ringraum verhält sich die Befüllvorrichtung bevorzugt hydraulisch steif. Wenn sie einmal geladen ist, beeinträchtigt sie nicht die normalen Bremsfunktionen der Bremsanlage und bleibt gewissermaßen hydraulisch unbemerkt.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass eine Befüllung des Druckraumes des Aktuators zuverlässig erfolgen kann, ohne dass elektronische Steuerungsmaßnahmen oder Ventile und Sensoren verwendet werden müssen. Durch die passive, von den auftretenden Drücken gesteuerte Befüllung wird ein besonders robustes Befüllungsverfahren realisiert. Dadurch wird erreicht, dass die Druckbereitstellungseinrichtung stets genügend Druckmittel zum Druckaufbau in dem Bremsen zur Verfügung hat, wodurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Bremsanlage erhöht werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
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1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage mit einer Befüllvorrichtung;
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2 die Befüllvorrichtung gemäß 1 in einem ungeladenen Zustand; und
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3 die Befüllvorrichtung gemäß 1 in einem geladenen Zustand.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 1 dargestellt. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1a 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 und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12.
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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.
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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.
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Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 21 zwei hintereinander angeordnete Kolben 15, 16 auf, die die hydraulischen Druckräume 17, 18 begrenzen. Die Druckräume 17, 18 stehen einerseits bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 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.
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In der Druckausgleichsleitung 41a ist ein stromlos offenes Ventil 28 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. Der hydraulische Druck im Hauptzylinder-Druckraum 18 wird mit Hilfe eines Drucksensors 20 erfasst. Kolbenwegsignal und Drucksignal repräsentieren einen Bremswunsch des Fahrzeugführers. Die Verwendung dieser beiden physikalisch unterschiedlichen Größen zur Fahrerwunscherfassung bietet den Vorteil, dass die Erfassung besonders robust ist. Im Falle eines mechanisch blockierten Simulators mit der Fehlerfolge eines zu kleinen oder nicht vorhandenen Kolbenwegs kann der Fahrerwunsch anhand des Drucksignals und im Falle einer hydraulischen Leckage mit der Fehlerfolge eines zu kleinen oder nicht vorhandenen Druckes anhand des Kolbenwegsignals erfasst werden. Zusätzlich kann aus einem Abweichen der Relation zwischen beiden Signalen von einer im fehlerfreien Zustand des Systems eingehaltenen Kennkurve auf eine Störung des Bremssystems geschlossen werden.
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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. Der erwähnte Hauptzylinder-Drucksensor 20 ist an den Leitungsabschnitt 22b angeschlossen.
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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.
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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 Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
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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 der Systemdruck zu den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b und bei offenen Einlassventilen 6a–6d zu den 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.
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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.
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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.
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Die Bremsanlage 1 weist daher eine Befüllvorrichtung 60 auf, durch die der Aktuator bzw. der Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 zuverlässig und schnell befüllt werden kann. Die Befüllvorrichtung 60 ist jeweils in den 2 und 3 in einem vergrößerten Ausschnitt dargestellt.
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Die Befüllvorrichtung 60 weist einen hydraulischen Füllraum 64 auf, der über eine kurze hydraulische Leitung 68 mit großem hydraulischem Querschnitt mit dem Druckmittelbehälter 4 verbunden ist. In den Füllraum 64 ist ein federbelasteter Stufenkolben 72 verschiebbar, der eine innere hydraulische Wirkfläche, eine Ringfläche und eine Summenwirkfläche aufweist, wobei letztere gegen den Druck einer Feder 76 in den Füllraum 64 verschiebbar ist. Die zentrale innere hydraulische Wirkfläche des Stufenkolbens 72 ist über einen Laderaum 140 und eine daran angeschlossene hydraulische Saugleitung 84 bzw. Nachsaugleitung an den vom Kolbenaktuator bzw. der Druckbereitstellungseinrichtung 5 abgegebenen Aktuatordruck bzw. den Druckraum 37 angeschlossen. Die Ringfläche des Stufenkolbens 72 ist hydraulisch im ringförmigen Befüllraum 80 wirksam.
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Zwischen Druckraum 37 und Befüllraum 80 ist eine Freigebevorrichtung 88 hydraulisch geschaltet, die einen Druckmittelraum 92 aufweist, der über eine hydraulische Leitung 96 mit dem Druckraum 37 verbunden ist. Der Druckmittelraum 92 wird durch einen federbelasteten Kolben 100 begrenzt, auf dessen dem Druckmittelraum 92 entgegengesetzter Seite ein Raum 106 angeordnet ist, der einen Atmosphärenanschluss 110 aufweist.
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Der Kolben 100 ist über eine Feder 114 in Richtung des Raums 106 belastet. In einem Ventilraum 120 ist ein mit dem Kolben 100 mechanisch verbundenes Verschlusselement 126 verschiebbar. Ist die auf den Kolben 100 aufgrund des Druckes im Druckmittelraum 92 und der Feder 114 wirkende Kraft größer als die im Raum 106 aufgrund des Atmosphärendruckes herrschende Kraft, verschließt das Verschlusselement 126 eine hydraulische Verbindung vom Ventilraum 120 zum Druckraum 37. Im entgegengesetzten Fall öffnet das Verschlusselement 126 und erlaubt einen Fluss von Druckmittel aus dem Befüllraum 80 durch eine Füllleitung 128 in den Druckmittelraum 92 und von dort zusammen mit einem Druckmittelfluss, der aus dem Laderaum 140 über die Leitung 84 eintrifft in den Druckraum 37. Ventilraum 120 und Verschlusselement 126 bilden gewissermaßen eine Ventilvorrichtung.
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Bei einem Systemdruckaufbau – beispielsweise für einen Bremsvorgang – wird die Befüllvorrichtung 60 geladen. Der Elektromotor 35 fährt dabei den Druckkolben 36 in den Druckraum 37, wodurch Druckmittel in den Druckmittelraum 92 gedrückt wird. Aufgrund des Druckes im Druckmittelraum 92 schließt der ohnehin schon von der Kraft der Feder 114 geschlossene Ventilkörper 126 die Verbindung von Druckmittelraum 92 und Ventilraum 120 umso fester, so dass kein Druckmittel durch die Füllleitung 128 fließt. Aus dem Druckmittelraum 92 wird Druckmittel in die Saugleitung 84 befördert und gelangt in einen Laderaum 140. Dadurch wird der Stufenkolben 72 entgegen der Federkraft der Feder 76 verschoben. Der als Ringraum ausgebildete Befüllraum 80 saugt dabei über ein Rückschlagventil, das vorliegend als Manschettendichtung 146 ausgebildet ist, Druckmittel bzw. Bremsflüssigkeit aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 bzw. dem mit dem Behälter permanent verbundenen Füllraum 64.
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Von der Leitung 84 verzweigt an einem hydraulischen Verzweigungspunkt 150 eine hydraulische Leitung 152, die in einen Saugraum 156 mündet, in dem ein federbelasteter Ventilkörper 160 angeordnet ist. Saugraum 156 und Ventilkörper 160 bilden ein Saugventil. Bei geöffnetem Ventilkörper 160 steht der Saugraum 156 hydraulisch in Verbindung mit dem Füllraum 64 und dadurch auch in Verbindung mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4. Bei einem Druckaufbau durch die Druckmittelbereitstellungseinrichtung 5 verschließt der Ventilkörper 160 vermöge dieses Drucks sowie der Kraft der ihm belastenden Feder die Verbindung von der Leitung 152 zum Füllraum 64, so dass auf diesem Wege kein Druckmittel in den Druckmittelvorratsbehälter 4 gedrückt wird. Saugventil 156, 160 und Saugleitung 84 sind bei herkömmlichen Bremsanlagen für eine Wiederbefüllung des Druckraumes 37 vorgesehen.
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Nach einem Bremsvorgang, bei dem infolge eines Öffnens wenigstens eines der Auslassventile 7a–7d Druckmittel in den Behälter 4 abgelassen wurde, fährt zum Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 der der Druckkolben bzw. Kolben 36 zurück (in der Abbildung nach rechts). Der Aktuator saugt bei langsamer Fahrt über das in dieser Durchflussrichtung öffnende, durch Saugraum 156 und Ventilkörper 160 gebildete Saugventil Druckmittel bzw. Bremsflüssigkeit aus dem Druckmittelbehälter 4 an. Bei schnellem Zurückfahren und/oder bei hoher Viskosität des Druckmittels und/oder geringem Luftdruck kann der Druck im Druckmittelraum 92 unter den erwähnten Druckschwellenwert fallen, wodurch die Vorrichtung 88, die als Multifunktionsventil arbeitet, eine hydraulische Verbindung zwischen dem Ringraum 80 und dem Druckraum 37 öffnet.
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Über diese Verbindung strömt nun Druckmittel mit einem größeren Volumenstrom aus dem Ringraum 80 sowie dem Laderaum 140 in den Druckraum 37, als es ohne die Befüllvorrichtung 60 möglich wäre. Weil dieser Druckmittelvolumenstrom von der Feder 76 angetrieben wird, kann dieser größere Volumenstromwert sogar mit kleinen Durchströmquerschnitten und relativ großen Leitungslängen der Leitung 84 erreicht werden. Dies stellt gegenüber herkömmlichen Systemen, die hier große Querschnitte und kurze Leitungslängen voraussetzen, einen konstruktiven und funktionalen Vorteil dar.
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In 2 ist die Befüllvorrichtung 60 in einem ungeladenen Zustand dargestellt. Der Stufenkolben 72 ist an seinem rechten Anschlag und dabei in den Laderaum 140 hinein. In diesem Zustand kann Druckmittel aus dem Befüllraum 80 nicht mehr in den Druckraum 37 transportiert werden. In der 2 ist weiterhin ein stromlos geschlossenes Zuschaltventil 170 dargestellt, das in eine hydraulische Leitung 178 geschaltet ist und in 2 und 3 stellvertretend für die beiden Zuschaltventile 26a, 26b aus 1 abgebildet ist um die Funktion zu erläutern. Bei geöffnetem Zuschaltventil 170 verbindet die hydraulische Leitung 178 den Druckraum 37 mit den Bremskreisen der in 1 dargestellten Bremsanlage 1. Bei geschlossenem Zuschaltventil 170 ist diese Verbindung getrennt. Eine derartige Trennung wird beispielsweise in der Rückfallebene bei Fehlfunktion der Druckbereitstellungseinrichtung 5 durchgeführt.
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In 3 ist die Befüllvorrichtung 60 in einem geladenen Zustand dargestellt. Der Raum 80 ist mit Druckmittel gefüllt, und der Stufenkolben 72 ist bis zu seinem linken Anschlag gefahren, die Feder 76 ist somit maximal gespannt. Bei einem Zurückfahren des Kolbens 36 bzw. Aktuatorkolbens kann nun bei Öffnen der hydraulischen Verbindung von Raum 126 zum Druckmittelraum 92 durch die Füllleitung 128 Druckmittel in den Druckraum 37 gefördert werden. Gleichzeitig strömt Druckmittel aus dem Füllraum 140 ebenfalls in den Druckraum 37.
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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 1 der 1 erläutert.
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Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt der Druckkolben 36 in den Druckraum 37 verfahren, wobei Druckmittel in den Raum 92 der Freigebevorrichtung 88 gedrückt wird. Druckmittel wird durch den Druckmittelraum 92 und durch die Saugleitung 84 in den Raum 140 befördert, wodurch der Stufenkolben 72 nach links gedrückt wird und der Befüllraum 80 mit Druckmittel befüllt wird, welches durch die Manschettendichtung 146 aus dem Raum 64 in ihn strömt.
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In einem zweiten Verfahrensschritt wird bei einem Zurückfahren des Druckkolbens 36 Bremsflüssigkeit aus dem Druckmittelvorratsbehälter 4 angesaugt. Ist der im Druckraum 37 herrschende Druck geringer als Atmosphärendruck, bewegt sich der Kolben 100 in der Freigebevorrichtung 88 nach links, so dass der Ventilkörper eine hydraulische Verbindung von Füllleitung 128, Raum 120 und Druckraum 37 ermöglicht, so dass der federbelastete Stufenkolben 72 Druckmittel aus dem Raum 80 und dem Raum 140 in den Druckraum 37 fördert. Auf diese Weise wird der Druckraum 37 schneller befüllt, also dies bei herkömmlichen Anlagen geschehen kann, in denen nur die Saugleitung 84 zur Verfügung steht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204778 A1 [0007]
