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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage für ein Fahrzeug, umfassend eine erste Bremseinheit zum Bereitstellen einer auf ein Rad des Fahrzeuges wirkenden ersten Bremskraft und eine zweite Bremseinheit zum Bereitstellen einer auf das Rad wirkenden zweiten Bremskraft, wobei die erste Bremseinheit mittels eines Bremspedals von einem Fahrer des Fahrzeuges betätigbar ist und wobei eine Summe aus der ersten Bremskraft und der zweiten Bremskraft eine für eine in einem Fahrbetrieb des Fahrzeuges auftretende Bremssituation angemessene Gesamtbremskraft ist.
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Im Stand der Technik sind seit Jahrzehnten hydraulische Bremsanlagen für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, bekannt. Bei derartigen Bremsanlagen wird eine von dem Fahrer in das Bremspedal eingeleitete Pedalkraft regelmäßig verstärkt und mittels einer Flüssigkeit auf Bremszylinder übertragen, die mit der so erzielten Bremskraft Bremsbeläge auf Oberflächen von Bremsscheiben oder Bremstrommeln pressen. Aufgrund der Reibung zwischen den Bremsbelägen und den Bremsscheiben oder Bremstrommeln wird kinetische Energie des Fahrzeuges primär in thermische Energie umgewandelt und das Fahrzeug somit verzögert. Elektronische Regelungssysteme, wie beispielsweise ein Antiblockiersystem oder ein elektronisches Stabilitätsprogramm, sind ausgebildet, um die im Bremszylinder anliegende Bremskraft zu manipulieren.
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Seit geraumer Zeit umfasst der Stand der Technik auch elektrische Bremsanlagen. Solche Bremsanlagen, auch elektromechanische Bremsanlagen, mechatronische Bremsanlagen oder Brake-by-Wire-Anlagen genannt, sind in zwei Gruppen einteilbar, nämlich in halbtrockene und trockene Bremsanlagen. Bei den halbtrockenen Bremsanlagen werden die Bremszylinder nach wie vor hydraulisch betätigt, um die Bremsbeläge den Bremsscheiben oder Bremstrommeln zuzustellen, allerdings erfolgt eine Übertragung eines Bremssignals von dem Bremspedal zu dem Bremszylinder elektrisch oder elektronisch. Bei den trockenen Bremsanlagen erfolgt die Übertragung des Bremssignals ebenfalls elektrisch oder elektronisch und zusätzlich eine Zustellung der Bremsbeläge zu den Bremsscheiben oder Bremstrommeln mittels eines Elektromotors in Verbindung mit einem Getriebe.
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Beiden Arten von Bremsanlagen ist gemein, dass die in einer gewissen Bremszeit erreichbare Gesamtbremskraft, die das Fahrzeug verzögert und gegebenenfalls zum Stillstand bringt, von Bremspedalstellung und Bremspedalkraft und somit von Handlungen des Fahrers abhängig ist. Insbesondere ungeübte oder ältere Fahrer bremsen in Gefahrensituationen zu spät oder zu schwach, sodass sich personen- und sachschädigende Unfälle ereignen, die eigentlich vermeidbar gewesen wären.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage der eingangs genannten Art anzugeben, die das Fahrzeug besonders wirkungsvoll verzögert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung eine Bremsanlage der eingangs genannten Art vor, wobei die zweite Bremseinheit die zweite Bremskraft schneller als die erste Bremseinheit die erste Bremskraft bereitstellend ausgebildet ist. Mit großem Vorteil unterstützt das schnelle Bereitstellen der zweiten Bremskraft das Generieren der ersten Bremskraft durch den Fahrer oder tritt sogar an dessen Stelle, um eine der Fahrsituation angemessene Gesamtbremskraft zum Verzögern des Fahrzeuges rechtzeitig aufzubringen und somit Unfälle zu vermeiden. Hierzu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zweite Bremseinheit die zweite Bremskraft entweder früher als die erste Bremseinheit die erste Bremskraft aufbaut oder die zweite Bremskraft schneller aufbaut oder beides.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Bremseinheit zum Bereitstellen der zweiten Bremskraft einen Impulsspeicher. Ein Impulsspeicher im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Speichern und explosionsartigen Freisetzen von Energie, wobei die freigesetzte Energie zum Erzeugen der zweiten Bremskraft verwendet wird. Aufgrund seiner schnellen Energiebereitstellung ist der Impulsspeicher bestens geeignet, eine zu spät bereitstehende oder zu schwache erste Bremskraft rechtzeitig zu verstärken oder zu ersetzen, um eine fahrsituationsgerechte Gesamtbremskraft für das Fahrzeug zu erreichen.
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In einer weiterführenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Impulsspeicher als ein hydraulischer Impulsspeicher ausgebildet ist. Der hydraulische Impulsspeicher weist eine Kammer zum Bevorraten einer Flüssigkeit und ein Stellelement zum explosionsartigen Verändern eines Volumens der Kammer auf. Bei einem Auslösen des Impulsspeichers verändert das Stellelement das Volumen der Kammer so schnell, dass die darin befindliche Flüssigkeit explosionsartig aus der Kammer ausgetrieben und dem Bremszylinder zugeleitet wird, um einen schnellen Aufbau der zweiten Bremskraft zu bewerkstelligen. Die Veränderung des Volumens ist regelmäßig eine Reduzierung des Volumens. Das Stellelement umfasst bevorzugt eine einen Hubkolben tragende Feder oder Gasdruckkartusche. Alternativ dazu kann der Impulsspeicher als ein mechanischer Impulsspeicher ausgebildet sein. Ein solcher Impulsspeicher umfasst beispielsweise ein Reibelement und ein Stellelement zum explosionsartigen Zustellen des Reibelementes zu einem sich mit dem Rad drehenden Bauteil, insbesondere zu einer Bremsscheibe oder zu einer Antriebswelle. Das Stellelement umfasst bevorzugt eine Feder, ein Federpaket oder eine Gasdruckkartusche.
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In einer noch weiterführenden Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Impulsspeicher mit einem Getriebe des Fahrzeuges hydraulisch leitend verbunden, wobei eine in dem Getriebe enthaltene Getriebeflüssigkeit ein Arbeitsmedium zum Wiederaufladen des Impulsspeichers ist. Somit ist der hydraulische Impulsspeicher mit einem Getriebeflüssigkeitskreislauf des Getriebes gekoppelt und beispielsweise nach einer erfolgten Aktivierung mittels einer bei Kraftfahrzeugen regelmäßig vorhandenen Getriebeflüssigkeitspumpe wiederaufladbar. Der hydraulische Impulsspeicher ist also mehrfach einsetzbar und bedarf hierfür keiner gesonderten Pumpe oder einer sonstigen Aufladeeinheit.
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In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Bremseinheit als eine elektrische Fahrbremse ausgebildet ist, wobei die elektrische Fahrbremse eine elektrische Maschine zum Erzeugen der ersten Bremskraft umfasst. Bei der elektrischen Fahrbremse kann es sich um eine rein dissipative oder zumindest teilweise rekuperative Fahrbremse handeln. Je nach Typ der elektrischen Fahrbremse ist deren Ansprechverhalten träge, sodass insbesondere bei trägen elektrischen Fahrbremsen das Vorhandensein der zweiten Bremseinheit mit ihrem schnellen Ansprechverhalten einen deutlichen Sicherheitsgewinn darstellt.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Impulsspeicher mit einer Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombination des Rades in direkter Wirkverbindung stehend. Aufgrund der direkten Wirkverbindung erfolgt der Aufbau der zweiten Bremskraft äußerst schnell. Die direkte Wirkverbindung ist beispielsweise realisiert mittels einer separaten hydraulischen Leitung von dem Impulsspeicher zu dem Bremszylinder der Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombination.
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In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Impulsspeicher mit der elektrischen Maschine in direkter Wirkverbindung stehend ist. Auf diese Weise werden zusätzliche Bauteile an der peripher angeordneten und teilweise exponierten Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombination vermieden, was die Lebensdauer der Bremsanlage insbesondere bei widrigen Umgebungsbedingungen erheblich verlängert. Bevorzugt ist der Impulsspeicher mit einer Welle der elektrischen Maschine in direkter Wirkverbindung stehend, wobei die erfindungsgemäße Bremsanlage eine rein dissipative Bremsanlage oder eine zumindest teilweise rekuperative Bremsanlage ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Bremseinheit von dem Fahrer betätigbar. Somit ist der Fahrer in der Lage, neben der ersten Bremseinheit auch die zweite Bremseinheit bewusst auslösen. Die zweite Bremseinheit kann insofern als eine reguläre Bremseinheit zum wiederholten Verzögern des Fahrzeuges dienen, beispielsweise indem sie mittels des Bremspedals auslösbar ist, das die erste Bremseinheit betätigt. Andererseits kann die Bremseinheit als eine Bremseinheit für Notbremsungen dienen, beispielsweise indem sie mittels eines Notfallknopfes oder einer Notfallhandgelenksschlinge auslösbar ist, den der Fahrer betätigt beziehungsweise die der Fahrer um sein Handgelenk trägt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Bremseinheit mittels eines Sicherheitssystems des Fahrzeuges betätigbar. Das Sicherheitssystem umfasst regelmäßig eine Vielzahl an Sensoren, die den Fahrer bei der Wahrnehmung der Umgebung unterstützen und oftmals gefährliche Fahrsituationen erkennen, bevor der Fahrer dies tut. Somit trägt das Sicherheitssystem maßgeblich dazu bei, dass das Bereitstellen der zweiten Bremskraft schnell erfolgen kann. Darüber hinaus ist das Sicherheitssystem vorzugsweise von Handlungen des Fahrers unabhängig ausgebildet, um fahrerbasierte Fehler bei einer Bewältigung von gefährlichen Fahrsituationen und Bremssituationen kompensieren zu können. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die zweite Bremseinheit sowohl von dem Fahrer als auch von dem Sicherheitssystem betätigbar. Darüber hinaus ermöglicht das gleichzeitige Vorhandensein der ersten Bremseinheit und der zweiten Bremseinheit innerhalb des Fahrzeuges eine Redundanz bezüglich Einheiten zum Verzögern des Fahrzeuges, was insbesondere im Falle eines Ausfalls einer Bremseinheit eine Aufrechterhaltung der Fahrsicherheit ermöglicht.
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In einer äußerst vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Impulsspeicher eine Sprengladung auf. Die Sprengladung ist regelmäßig mit dem Sicherheitssystem des Fahrzeuges verbunden und durch dieses auslösbar. Erkennt das Sicherheitssystem, dass eine Notbremsung bis zum Stillstand des Fahrzeuges erforderlich ist, zündet es die Sprengladung. Die gezündete Sprengladung baut in besonders kurzer Zeit einen sehr hohen Druck in dem Impulsspeicher auf, der an die Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombination weitergeleitet wird. Somit stellt die zweite Bremseinheit die zweite Bremskraft besonders schnell bereit. Allerdings ist der eine Sprengladung aufweisende Impulsspeicher lediglich einmal verwendbar und muss nach einer Verwendung ausgetauscht werden. Dieser Nachteil ist in dem hier beschriebenen Fall der Verwendung der zweiten Bremseinheit als eine Pyro-Notbremse tolerierbar.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Bremseinheit einen Impulsspeicher pro Rad umfasst. In dieser Konfiguration sind die Impulsspeicher individuell ansteuerbar ausgebildet, um eine optimale Verzögerung unter Beibehaltung der Lenkbarkeit des Fahrzeuges zu erzielen, insbesondere unter Einflussnahme des Antiblockiersystems oder des elektronischen Stabilitätsprogramms des Fahrzeuges. Ein Personenkraftfahrzeug weist demnach vier Impulsspeicher auf. In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Bremseinheit einen einzigen Impulsspeicher umfasst, der auf alle Räder des Fahrzeuges wirkt. Diese Konfiguration erfordert weniger Bauteile und ist somit bauraumsparender und kostengünstiger als die erstgenannte Konfiguration.
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Die vorliegende Erfindung wird in vier bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen sind.
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Die Figuren der Zeichnungen zeigen im Einzelnen:
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1 eine schematische Darstellung einer Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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3 eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform; und
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4 eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer vierten Ausführungsform.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform. In der ersten Ausführungsform umfasst die Bremsanlage, die beispielsweise in ein Lastkraftfahrzeug integrierbar ist, eine erste Bremseinheit 1 zum Bereitstellen einer auf vier Räder 3 des Fahrzeuges wirkenden ersten Bremskraft und eine zweite Bremseinheit 2 zum Bereitstellen einer auf die Räder 3 wirkenden zweiten Bremskraft. Die erste Bremseinheit 1 ist eine herkömmliche hydraulische Fahrbremse, die einen Hauptbremszylinder und vier Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombinationen 8 aufweist, wobei die Bremsbeläge in entsprechenden Bremssätteln mittels Bremszylindern verschiebbar gehaltert sind. Die erste Bremseinheit 1 ist mittels eines Bremspedals 4 von einem Fahrer des Fahrzeuges betätigbar ist. Die Wirkverbindungen zwischen den Bauteilen der ersten Bremseinheit 1 sind hydraulische Leitungen (durchgezogene Linien). Erfindungswesentlich ist, dass die zweite Bremseinheit 2 die zweite Bremskraft schneller als die erste Bremseinheit 1 die erste Bremskraft bereitstellend ausgebildet ist, um eine optimale Verzögerung des Fahrzeuges zu erreichen. Hierzu umfasst die zweite Bremseinheit 2 vier Impulsspeicher 5, wobei jedem der Räder 3 ein Impulsspeicher 5 zugeordnet ist. Die Impulsspeicher 5 sind als hydraulische Impulsspeicher, insbesondere als wiederaufladbare hydraulische Impulsspeicher, ausgebildet. Alternativ Die zweite Bremseinheit 2 ist mittels eines Sicherheitssystems 9 des Fahrzeuges betätigbar. Die Wirkverbindungen zwischen den Impulsspeichern 5 und den Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombinationen 8 sind hydraulische Leitungen (durchgezogene Linien), die eine direkte Wirkverbindung zwischen den Impulsspeichern 5 und den Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombinationen 8 bereitstellen. Die Wirkverbindungen zwischen dem Sicherheitssystem 9 und den Impulsspeichern 5 sind elektrische Leitungen (gestrichelte Linien).
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform umfasst die erste Ausführungsform, wobei zusätzlich die Impulsspeicher 5 mit einem Getriebe 6 des Fahrzeuges hydraulisch leitend verbunden sind. Eine in dem Getriebe 6 enthaltene Getriebeflüssigkeit ist ein Arbeitsmedium zum Wiederaufladen der Impulsspeicher 5. Die Impulsspeicher 5 sind daher mittels einer in 2 nicht dargestellten Getriebeflüssigkeitspumpe wiederaufladbar. Die Wirkverbindungen zwischen dem Getriebe 6 und den Impulsspeichern 5 sind hydraulische Leitungen (durchgezogene Linien).
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform umfasst die Bremsanlage, die beispielsweise in ein Personenkraftfahrzeug integrierbar ist, eine erste Bremseinheit 1 zum Bereitstellen einer auf zwei Räder 3 des Fahrzeuges wirkenden ersten Bremskraft und eine zweite Bremseinheit 2 zum Bereitstellen einer auf die Räder 3 wirkenden zweiten Bremskraft. Alternativ wirken die erste Bremseinheit 1 und die zweite Bremseinheit 2 auf sämtliche Räder 3 des Fahrzeuges. Die erste Bremseinheit 1 ist als eine elektrische Fahrbremse ausgebildet, wobei die elektrische Fahrbremse eine elektrische Maschine 7 zum Erzeugen der ersten Bremskraft umfasst. Die Wirkverbindungen zwischen der elektrischen Maschine 7 und den Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombinationen 8 sind mechanische Getriebe (doppelt durchgezogene Linien). Die erste Bremseinheit 1 und die zweite Bremseinheit 2 sind mittels des Bremspedals 4 von dem Fahrer des Fahrzeuges betätigbar. Die Wirkverbindungen zwischen dem Bremspedal 4 und der ersten Bremseinheit 1 und der zweiten Bremseinheit 2 sind elektrische Leitungen (gestrichelte Linien). Zum schnellen Bereitstellung der zweiten Bremskraft umfasst die zweite Bremseinheit 2 einen Impulsspeicher 5, der mit der elektrischen Maschine 7 in direkter Wirkverbindung steht, insbesondere über eine Welle der elektrischen Maschine 7. Der Impulsspeicher 5 ist als mechanischer Impulsspeicher, insbesondere als wiederaufladbarer mechanischer Impulsspeicher, ausgebildet. In 3 nicht dargestellt ist, dass die zweite Bremseinheit 2 zusätzlich mittels eines Sicherheitssystems 9 des Fahrzeuges betätigbar ist.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung der Bremsanlage der vorliegenden Erfindung gemäß einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform ist ähnlich zu der dritten Ausführungsform aufgebaut. Allerdings ist hier jedem der zwei, oder alternativ vier, Räder 3 des Fahrzeuges eine separate elektrische Maschine 7 und ein separater Impulsspeicher 5 zugeordnet. Alternativ stehen die Impulsspeicher 5 mit den Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombinationen 8 in direkter Wirkverbindung. Die erste Bremseinheit 1 ist mittels des Bremspedals 4 von dem Fahrer des Fahrzeuges betätigbar. Die zweite Bremseinheit 2 ist mittels des Sicherheitssystems 9 des Fahrzeuges betätigbar. Die Wirkverbindungen zwischen dem Sicherheitssystem 9 und der zweiten Bremseinheit 2 sind elektrische Leitungen (gestrichelte Linien).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erste Bremseinheit
- 2
- Zweite Bremseinheit
- 3
- Rad
- 4
- Bremspedal
- 5
- Impulsspeicher
- 6
- Getriebe
- 7
- Elektrische Maschine
- 8
- Bremsscheibe-Bremsbelag-Kombination
- 9
- Sicherheitssystem
