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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, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung zur hydraulischen Betätigung der Radbremsen, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet ist, deren Druckkolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine mit einem Bremspedal betätigbare Betätigungseinrichtung, umfassend einen Hauptbremszylinder mit wenigstens einer Druckkammer, in die bei Betätigung des Bremspedals ein Hauptbremszylinderkolben verschoben wird, einen Hauptbremszylinderkolbenwegsensor, dessen Signal den Verfahrweg des Hauptbremszylinderkolbens repräsentiert, einen Hauptbremszylinderdrucksensor, dessen Signal einen von einer Bremspedalbetätigungskraft bewirkten hydraulischen Druck im Hauptbremszylinder repräsentiert, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter, der im unbetätigten Zustand des Hauptbremszylinders mit der Druckkammer des Hauptbremszylinders hydraulisch verbunden ist, einen hydraulisch ausgebildeten Simulator mit einem Simulatorkolben und einer Simulatorfeder, der dazu eingerichtet ist, die hydraulische Volumenaufnahme druckbeaufschlagter Radbremsen zu simulieren, zumindest ein elektrisch betätigbares Trennventil, das in seinem bestromten Zustand eine hydraulische Verbindung von der Druckkammer zu den Radbremsen sperrt, zumindest ein elektrisch und/oder hydraulisch betätigbares, in seinem inaktiven Zustand geschlossenes Zuschaltventil, das in seinem geöffneten Zustand eine hydraulische Verbindung von der Druckbereitstellungseinrichtung zu den Radbremsen bzw. den Radventilen herstellt. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage.
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In der Kraftfahrzeugtechnik finden elektrohydraulische „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 Druckbeaufschlagung der Radbremsen stattfindet.
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Bei diesen elektrohydraulischen Bremssystemen, ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelbar. Diese Funktion wird in einer Betriebsart „Brake-by-Wire“ genutzt. In dieser Betriebsart wird eine Bremsung elektronisch durchgeführt, wobei eine Steuer- und Regeleinheit die Druckbereitstellungseinrichtung zum aktiven Druckaufbau ansteuert. Bei einer Betätigung des Pedals wird der Bremswunsch des Fahrers erfasst und eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator werden aktiviert. Das vom Fahrer durch seine Pedalbetätigung aus dem Hauptbremszylinder verdrängte Hydraulikvolumen strömt in den Simulator, der dazu dient, dem Fahrer ein möglichst vertrautes und komfortables Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der mit Hilfe von Sensoren erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung einer Sollbremswirkung, woraus dann ein Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der entsprechende Ist-Bremsdruck in den Radbremsen wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung zur Verfügung gestellt.
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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. in einer technisch effizienten und für den Fahrer aufgrund der Pedalentkopplung besonders komfortable Weise verwirklichen.
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In derartigen Bremssystemen ist gewöhnlich eine hydraulische Rückfallebene vorgesehen, in der 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 eine Pedalentkopplungseinheit die oben beschriebene hydraulische Entkopplung zwischen Bremspedalbetätigung und Bremsdruckaufbau erfolgt, wird in der Rückfallebene diese Entkopplung 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 das Rückschlagventil, welches die Druckbereitstellungseinrichtung mit dem Reservoir verbindet, nicht mehr zuverlässig sperrt, so dass ein Druckaufbau nicht mehr zuverlässig möglich ist.
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Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. elektrohydraulischer Aktuator bezeichnet. Beispielsweise wird ein elektrohydraulischer Aktuator durch einen elektromechanischen Linearaktuator gebildet, der zum Druckaufbau einen Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschiebt. Der elektromechanische Linearaktuator wird meist durch die Kombination eines Elektromotors mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebildet.
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Der Hauptbremszylinder ist gewöhnlich als Tandemhauptbremszylinder (THZ) ausgebildet mit einer Primärdruckkammer bzw. Primärkammer und einer Sekundärdruckkammer bzw. Sekundärkammer. In der Primärkammer ist ein Primärkolben verschiebbar, in der Sekundärkammer ist ein Sekundärkolben, bevorzugt schwimmend, verschiebbar.
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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 Linearaktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit Bremskreisversorgungsleitungen verbindbar ist.
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Während des By-Wire-Betriebes des Bremssystems muss zuverlässig der Fahrerbremswunsch erfasst werden, so dass dieser mit Hilfe des aktiven Druckaufbaus durch die Druckbereitstellungseinrichtung in eine entsprechende Druckbeaufschlagung der Radbremsen umgesetzt werden kann. Ein bekanntes Konzept zur Erfassung einer Bremspedalbetätigung verwendet einen THZ-Primärkolbenwegsignal und ein Sekundärkammerdrucksignal. Dadurch soll sichergestellt werden, dass bei einem Ausfall des Wegsensorsignals die Pedalbetätigung mit Hilfe des Drucksensorsignals erfasst werden kann, dass bei einem Ausfall des Drucksensorsignals die Pedalbetätigung mit Hilfe des Wegsensorsignals erfasst werden kann, dass ein fälschlicherweise geschlossenes Simulatorventil dadurch erkannt werden kann, dass das Wegsignal im Vergleich zum Drucksignal zu klein ist, und dass eine hydraulische Leckage dadurch erkannt werden kann, dass das Drucksignal im Vergleich zum Wegsignal zu klein ist.
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Dabei wird ein Kolbenwegsensor verwendet, der unmittelbar nach dem Anlegen einer Versorgungsspannung ein präzises Absolutwegsignal liefert. Dagegen liefert der Drucksensor ein Signal, das um einen zunächst unbekannten Offset verschoben ist. Dieser Offset muss erst ermittelt werden, bevor das um den Offset bereinigte Drucksignal verwendet werden kann. Der Offset wird durch Mittelwertbildung des Drucksensorsignals über einen Zeitraum ermittelt, in dem sichergestellt ist, dass die Sekundärkammer mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist und daher den Atmosphärendruck aufweist. So kann es vorkommen, dass bei einer Pedalbetätigung mit geringem Pedalweg der THZ-Primärkolbenweg bereits gut erfassbar ist, während das Sekundärkammerdrucksignal sich noch so wenig vom Atmosphärendruck unterscheidet, dass sich aufgrund eines noch nicht sicher ermittelten Offsetwertes keine Pedalbetätigungsinformation daraus ableiten lässt.
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Die Charakteristik der Simulatorfeder ist zudem gewöhnlich nichtlinear. Im Bereich kleiner Wege haben Wegänderungen nur sehr kleine Druckänderungen zur Folge. Hinzu kommt, dass die erfassten Drücke nicht nur vom Pedalbetätigungsweg, sondern auch von der Pedalgeschwindigkeit abhängen. Dies ist primär ein Effekt des hydraulischen Strömungswiderstandes des geöffneten Simulatorventils. Es hat sich herausgestellt, dass eine Detektion von hydraulisch-mechanischen Fehlern mit Hilfe eines Abgleichs von Weg- und Drucksignal zu Fehlauslösungen führen kann.
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Es ist weiterhin bekannt, die Funktion der Dichtringe im THZ und im Simulator zu prüfen, indem bei unbetätigtem Bremspedal ein Diagnoseventil in der hydraulischen Verbindung zwischen der THZ-Primärkammer-Ausgleichsverbindung und Druckmittelvorratsbehälter geschlossen wird, um dann mit Hilfe des Aktuators Druck aufzubauen, was bei einem intakten System ohne ein Abfließen von Druckmittel zum Behälter möglich sein muss. Während derartiger Überprüfungsvorgänge steht das Bremssystem für kurze Zeit nicht zur Verfügung, was bei plötzlich notwendigen Notfallbremsungen Gefährdungspotential erzeugt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine oben genannte Bremsanlage dahingehend zu verbessern, dass es eine zuverlässige und präzise Erfassung der Pedalbetätigung und des Simulatorzustandes im laufenden Betrieb ermöglicht. Weiterhin soll ein besonders zuverlässiges Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage angegeben werden.
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In Bezug auf die Bremsanlage wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Simulatorkolbenwegsensor, dessen Signal den Verschiebeweg des Simulatorkolbens repräsentiert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für einen zuverlässigen und sicheren Betrieb eines By-Wire-Bremssystems die genaue Kenntnis des Fahrerbremswunsches von äußerster Wichtigkeit ist.
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Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich falsche Bestimmungen des Fahrerbremswunsches vermeiden, indem ein zusätzliches Signal herangezogen wird, welches im Wesentlichen den Betätigungszustand des Simulators repräsentiert. Dies ist im vorliegenden Fall der von dem Simulatorkolben zurückgelegte Weg. Wie weiterhin erkannt wurde, ermöglicht die Erfassung des Simulatorkolbenwegsignals auch diagnostische Maßnahmen zur Bestimmung der Funktionsfähigkeit von hydraulischen Komponenten der Bremsanlage, wodurch die Sicherheit des Fahrers weiter erhöht wird.
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Der Begriff „elektromechanischer Aktuator bezeichnet im Rahmen der Anmeldung einen Elektromotor, dessen Rotor bzw. Motorachse mit einem Rotations-Translationsgetriebe gekoppelt ist, welches die Rotation des Rotors bzw. der Motorachse in eine translatorische Bewegung des Druckkolben der Druckbereitstellungseinrichtung umwandelt.
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Die Bremsanlage weist eine elektronische Steuer- und Regeleinheit bzw. Elektronikeinheit auf, welche bei einer elektronisch durchgeführten/kontrollierten bzw. By-Wire-Bremsung bedarfsweise die Druckbereitstellungseinrichtung und die Ventile ansteuert.
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In einer ersten bevorzugten Ausführung weist die Bremsanlage ein Simulatorventil auf, das in seinem inaktiven, d. h. unbestromten, Zustand eine hydraulische Verbindung von der Druckkammer zum Simulator sperrt und in seinem aktivierten, d.h. bestromten, Zustand diese Verbindung herstellt.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführung weist der Hauptbremszylinder der Bremsanlage eine Geberkammer auf, wobei ein Simulatorventil vorgesehen ist, das in seinem unbestromten Zustand eine hydraulische Verbindung von der Geberkammer oder einer mit der Geberkammer hydraulisch verbundenen Simulatorkammer zum Behälter herstellt und in seinem aktivierten Zustand sperrt.
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Vorteilhafterweise ist der Simulatorkolbenwegsensor redundant ausgeführt. Auf diese Weise wird eine Überwachung dieses Sensors durch die Elektronikeinheit ermöglicht, die die beiden Signale auswertet und miteinander vergleicht.
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In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Weg des Simulatorkolbens mit Hilfe eines Simulatorkolbenwegsensors erfasst wird.
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In einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die Bremsanlage ein Simulatorventil auf, das in seinem inaktiven bzw. unbestromten Zustand eine hydraulische Verbindung von der Druckkammer zum Simulator sperrt und in seinem aktivierten bzw. bestromten Zustand diese Verbindung herstellt, wobei zur Durchführung einer elektronisch kontrollierten Bremsung das Simulatorventil geöffnet wird um die Hauptzylinder-Primärkolbenbewegung hydraulisch mit der Simulatorkolbenbewegung zu koppeln, und wobei das zumindest eine Trennventil geschlossen wird, um einen Druckmittelaustausch zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremsen zu unterbinden, wobei ein Fahrerbremswunsch aus den Signalen von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor und Hauptbremszylinderdrucksensor gebildet wird, und wobei anhand des Simulatorkolbenwegsensorsignals überwacht wird, ob eine hydraulische Kopplung von Hauptzylinder und Simulator bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptzylinder und Radbremsen vorliegt.
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Auf diese Weise wird insbesondere überwacht bzw. überprüft, ob die zu Beginn der Bremsung durchgeführten hydraulischen Umschaltmaßnahmen den beabsichtigten Effekt einer hydraulischen Kopplung von Hauptzylinder und Simulator bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptzylinder und Radbremsen zeigen.
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In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist der Hauptbremszylinder eine Geberkammer auf, wobei ein Simulatorventil vorgesehen ist, das in seinem unbestromten Zustand eine hydraulische Verbindung von der Geberkammer oder einer mit der Geberkammer hydraulisch verbundenen Simulatorkammer zum Behälter herstellt und in seinem aktivierten Zustand sperrt, wobei zur Durchführung einer elektronisch kontrollierten Bremsung das Simulatorventil geschlossen wird um die Hauptzylinder-Primärkolbenbewegung hydraulisch mit der Simulatorkolbenbewegung zu koppeln und ein Primärkolbenentlastungsventil geöffnet wird, um eine hydraulische Verbindung der Hauptzylinderprimärkammer mit dem Behälter herzustellen, und wobei das zumindest eine Trennventil geschlossen wird, um einen Druckmittelaustausch zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremsen zu unterbinden ,und wobei ein Fahrerbremswunsch aus den Signalen von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor und Hauptbremszylinderdrucksensor gebildet wird, und wobei anhand des Simulatorkolbenwegsensorsignals überwacht wird, ob eine hydraulische Kopplung von Hauptzylinder und Simulator bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptzylinder und Radbremsen vorliegt.
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Auf diese Weise wird insbesondere überwacht bzw. überprüft, ob die zu Beginn der Bremsung durchgeführten hydraulischen Umschaltmaßnahmen den beabsichtigten Effekt einer hydraulischen Kopplung von Hauptzylinder und Simulator bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptzylinder und Radbremsen zeigen. Ist dies nicht der Fall, wird auf eine Leckage, d. h. einen ungewollten Abfluss von druckbeaufschlagter Bremsflüssigkeit geschlossen.
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Vorteilhafterweise wird anhand der Signale von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor und Simulatorkolbenwegsensor festgestellt, ob das infolge einer Pedalbetätigung aus dem Hauptbremszylinder verdrängte Druckmittelvolumen vollständig zum Simulator strömt.
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Bevorzugt wird anhand der Signale von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor und Simulatorkolbenwegsensor festgestellt, ob das infolge einer Pedalwegzurücknahme in den Hauptbremszylinder einströmende Druckmittelvolumen der Simulator-Druckmittelvolumenabgabe entspricht.
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Aus dem Hauptbremszylinderkolbenwegsignal wird bevorzugt durch Multiplikation mit der Hauptbremszylinderkolbenquerschnittsfläche ein Hauptbremszylindervolumenwert berechnet wird und aus dem Simulatorkolbenwegsignal durch Multiplikation mit der Simulatorkolbenquerschnittsfläche ein Simulatorvolumenwert.
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Vorteilhafterweise wird anhand des Hauptbremszylindervolumenwerts und des Simulatorvolumenwertes überprüft, ob während der pedalgesteuerten Bremsung die Summe der Druckmittelvolumina von Hauptbremszylinder und Simulator konstant bleibt.
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Bevorzugt wird bei einem im zeitlichen Verlauf der Hauptbremszylinderbetätigung abnehmenden Summenvolumen auf eine Leckage geschlossen.
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Bevorzugt wird bei einem zunehmenden Summenvolumen auf ein undichtes Trennventil geschlossen, über das fälschlich von der Druckbereitstellungseinrichtung unter Druck gesetztes Druckmittel zu Hautbremszylinder und Simulator abströmt.
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Bevorzugt werden die Signale des Simulatorkolbenweges und des Hauptbremszylinderkolbenwegs in Relation gesetzt zu dem Sekundärkammerdrucksignal. Dabei ist bevorzugt den beiden Wegsignalen jeweils ein Grenzwert des Drucksignals zugeordnet. Ist der Wert des Drucksignals geringer als der jeweilige Grenzwert, wird auf ein fälschlicherweise geschlossenes Simulatorventil geschlossen bzw. der geschlossene Zustand des Simulatorventils erkannt.
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Bei einem erkannten Ausfall des Hauptbremszylinderkolbenwegsignals für die Ermittlung des Fahrerbremswunsches wird vorteilhafterweise ein Ersatz- Hauptbremszylinderkolbenwegsignal verwendet, das aus dem Simulatorkolbenwegsignal gebildet wird.
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Ein Ausfall des Hauptbremszylinderkolbenwegsignals wird vorteilhafterweise folgendermaßen erkannt: Zum einen überprüft die Elektronikeinheit, ob der Sensor korrekterweise die beiden Signale seiner redundanten Teil-Sensoren liefert. Zum anderen vergleicht die Elektronikeinheit die beiden Signale der redundanten Einheiten miteinander und schließt bei einer Übereinstimmung der beiden Signale mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit auf einen voll funktionsfähigen Sensor.
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Vorteilhafterweise wird bei einem erkannten Ausfall des Hauptbremszylinderkolbenwegsignals als Ersatz- Hauptbremszylinderkolbenwegsignal das Simulatorkolbenwegsignal multipliziert mit dem Quotienten aus der Querschnittsfläche des Simulatorkolbens und der Querschnittsfläche des Hauptbremszylinderkolbens verwendet. Auf diese Weise kann das fehlende Hauptbremszylinderkolbenwegsignal durch ein adäquates Ersatzsignal ersetzt werden, so dass das Bremssystem weiterhin zuverlässig im By-Wire-Modus betrieben werden.
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Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch die Erfassung des Simulatorkolbenweges das Bremssystem auch bei Ausfall des Hauptbremszylinderkolbenwegsignals der Fahrerbremswunsch durch Bildung eines geeigneten Ersatzsignals zuverlässig und präzise erfasst werde kann. Auch im normalen Betrieb können mit Hilfe dieses zusätzlichen Signals Fehlfunktionen bzw. Leckagen des Bremssystems entdeckt werden.
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Eine Überprüfung der Dichtringe im Hauptbremszylinder und im Simulator wird bei unbetätigtem Pedal nicht benötigt, da diese Überprüfung bei jeder Pedalbetätigung ohne eine Störung des regulären Betriebes des Bremssystems möglich ist. Alle Druck tragenden Dichtringe werden dadurch überprüft, dass bei einer Pedalbetätigung das THZ-Primärkolbenwegsensorsignal und das Simulatorkolbenwegsignal proportional sein müssen, sobald die Druckausgleichsverbindungen des THZ geschlossen sind. Eine solche Überprüfung ist einfach und robust darstellbar. Sie ist keinen Parameterfluktuationen unterworfen, weil sie nur von Konstruktionsmaßen abhängt, die im Gegensatz z.B. zu einer Simulatorfederkennlinie nicht von Temperatur, Materialalterung und ähnlichem abhängt. Dass die nicht-Druck-tragenden Primärkolben-Sekundärmanschette nicht geprüft wird, ist unproblematisch. Wenn diese undicht wird, spricht die Behälterfüllstandswarneinrichtung an, so wie es für konventionelle Bremssysteme Stand der Technik ist. Ein Diagnoseventil zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Simulators wird nicht benötigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
- 1 ein Bremssystem in einer ersten bevorzugten Ausführungsform; und
- 2 ein Bremssystem in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
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Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 2 dargestellt. Die Bremsanlage 2 bzw. das Bremssystem umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 6 betätigbaren Hauptbremszylinder 10, eine mit dem Hauptbremszylinder 10 zusammenwirkende Simulationseinrichtung 14, einen dem Hauptbremszylinder 10 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 18, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 20, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum 26 gebildet wird, deren Kolben 32 durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 40.
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Die nicht näher bezeichnete Druckmodulationseinrichtung umfasst beispielsgemäß hydraulisch betätigbare Radbremsen 42, 44, 46 ,48 und je betätigbarer Radbremse 42 bis 48 ein Einlassventil 50, 52, 54, 56 und ein Auslassventil 60, 62, 64, 66, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremsen 42 bis 48 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 50 bis 56 werden mittels Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 mit Drücken versorgt, die in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aus einem Systemdruck abgeleitet werden, der in einer an den Druckraum 26 der Druckbereitstellungseinrichtung 20 angeschlossenen Systemdruckleitung 80 vorliegt und dem von der Druckbereitstellungseinrichtung bereitgestellten Druck entspricht. Die Bremsen 42, 44 sind dabei an einen ersten Bremskreis 84, die Bremsen 46, 48 an einen zweiten Bremskreis 88 hydraulisch angeschlossen.
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Den Einlassventilen 50 bis 56 ist jeweils ein zu den Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 hin öffnendes Rückschlagventil 90, 92, 94, 96 parallel geschaltet. In einer Rückfallebenenbetriebsart werden die Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 über hydraulische Leitungen 100, 102 mit den Drücken des Bremsmittels aus Druckräumen 120, 122 des Hauptbremszylinders 10 beaufschlagt. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 60 bis 66 sind über eine Rücklaufleitung 130 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 18 verbunden.
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Der Hauptbremszylinder 10 weist in einem Gehäuse 136 zwei hintereinander angeordnete Kolben 140, 142 auf, die die hydraulischen Druckräume 120, 122 begrenzen. Die Druckräume 120, 122 stehen einerseits über in den Kolben 140, 142 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 150, 152 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 18 in Verbindung, wobei die Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 140, 42 im Gehäuse 136 absperrbar sind. Die Druckräume 120, 122 stehen andererseits mittels der hydraulischen Leitungen 100, 102 mit den bereits genannten Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 in Verbindung.
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In der Druckausgleichsleitung 150 ist ein stromlos offenes Ventil 160 enthalten. Die Druckräume 120, 122 nehmen nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 140, 142 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 10 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 166 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 6 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten Hauptbremszylinderkolbens 140 bzw. Primärkolbens, dessen Betätigungsweg von einem, vorzugsweise redundant ausgeführten, Wegsensor 170 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch des Fahrzeugführers.
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In den an die Druckräume 120, 122 angeschlossenen Leitungsabschnitten 100, 102 ist je ein Trennventil 180, 182 angeordnet, welches als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch die Trennventile 180, 182 kann die hydraulische Verbindung zwischen den Druckräumen 120, 122 des Hauptbremszylinders 10 und den Bremskreisversorgungsleitungen 70, 72 abgesperrt werden. Ein an den Leitungsabschnitt 102 angeschlossener Drucksensor 188 erfasst den im Druckraum 122 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 142 aufgebauten Druck.
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Die Simulationseinrichtung 14 ist hydraulisch an den Hauptbremszylinder 10 ankoppelbar und umfasst beispielsgemäß im Wesentlichen eine Simulatorkammer 190, eine Simulatorfederkammer 194 sowie einen die beiden Kammern 190, 194 voneinander trennenden Simulatorkolben 198. Der Simulatorkolben 198 stützt sich durch ein in der Simulatorfederkammer 194 angeordnetes elastisches Element (z. B eine Feder), welches vorteilhafterweise vorgespannt ist, am Gehäuse 136 ab. Die Simulatorkammer 190 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Simulatorventils 200 mit dem ersten Druckraum 120 des Hauptbremszylinders 10 verbindbar. Bei Vorgabe einer Pedalkraft und geöffnetem Simulatorventil 200 strömt Druckmittel vom Hauptbremszylinder-Druckraum 120 in die Simulatorkammer 190. Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorventil 200 angeordnetes Rückschlagventil 210 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorventils 200 ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von der Simulatorkammer 190 zum Hauptbremszylinder-Druckraum 120. Andere Ausführungen und Anbindungen der Simulationseinrichtung an den Hauptbremszylinder 10 sind denkbar.
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Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 20 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, deren/ dessen Druckkolben 32, welcher den Druckraum 26 begrenzt, von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 220 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes, welches bevorzugt als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet ist, betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 220 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagesensor ist mit dem Bezugszeichen 226 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor 228 zum Sensieren der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
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Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 32 auf das in dem Druckraum 26 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die Systemdruckleitung 80 eingespeist und mit einem vorzugsweise redundant ausgeführten Drucksensor 230 erfasst. Bei geöffneten Druckzuschaltventilen 240, 242 gelangt das Druckmittel in die Radbremsen 42 bis 48 zu deren Betätigung. Durch Vor- und Zurückschieben des Kolbens 32 erfolgt so bei geöffneten Druckzuschaltventilen 240, 242 bei einer Normalbremsung in der „Brake-by-Wire“-Betriebsart ein Radbremsdruckaufbau und -abbau für alle Radbremsen 42 bis 48.
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Beim Druckabbau strömt dabei das vorher aus dem Druckraum 26 in die Radbremsen 42 bis 48 verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 26 zurück. Dagegen strömt bei einer Bremsung mit radindividuell unterschiedlichen, mit Hilfe der Einlass- und Auslassventile 50 bis 56, 60 bis 66 geregelten Radbremsdrücken (z. B bei einer Antiblockierregelung (ABS-Regelung) ) der über die Auslassventile 60 bis 66 abgelassene Druckmittelanteil in den Druckmittelvorratsbehälter 18 und steht somit zunächst der Druckbereitstellungseinrichtung 20 zur Betätigung der Radbremsen 42 bis 48 nicht mehr zur Verfügung.
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Der Weg des Simulatorkolbens wird mit Hilfe eines Simulatorkolbenwegsensors 206 gemessen. Das Signal des Simulatorkolbenwegsensors 206 kann verwendet werden, um einen sicheren Betrieb der Bremsanlage 2 zu ermöglichen und verschiedene Fehlfunktionen zuverlässig aufzudecken.
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Bei einer Bremsung im Brake-by-Wire-Modes der Bremsanlage 2 wird das Simulatorventil 200 geöffnet, wodurch die Bewegung des Hauptzylinder-Primärkolbens 140 hydraulisch mit der Bewegung des Simulatorkolbens gekoppelt wird, und die Trennventile 180, 182 werden geschlossen, um einen Druckmittelaustausch zwischen dem Hauptbremszylinder 10 und den Radbremsen 42, 44, 46, 48 zu unterbinden. Ein Fahrerbremswunsch wird aus den Signalen von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor 170 und Hauptbremszylinderdrucksensor 188 gebildet, wobei während der elektronisch kontrollierten Bremsung anhand des Simulatorkolbenwegsensorsignals überwacht wird, ob eine hydraulische Kopplung von Hauptbremszylinder 10 und Simulator 14 bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptbremszylinder 10 und Radbremsen 43, 44, 46, 48 vorliegt. Durch die gleichzeitige Überwachung der Hautbremszylinderweg- und -drucksignale kann die geschilderte hydraulische Umschaltung verifiziert werden.
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Die in 2 dargestellte Bremsanlage 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Bremsanlage durch die hydraulische Anbindung des Simulators 14. Der Hauptbremszylinder 10 weist eine Geberkammer auf 202, in die bei Betätigung des Bremspedals 6 ein Ringbereich des Primärkolbens 140 verschoben wird. Dadurch wird Bremsflüssigkeit aus der Geberkammer 202 verdrängt. In der Rückfallebenenbetriebsart strömt das verdrängte Druckmittelvolumen über das hydraulisch offene Simulatorventil 160 in den Behälter 18 und beim Lösen des Pedals auf gleichem Weg zurück.
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In der By-Wire-Betriebsart wird das Simulatorventil 160 aktiviert, mithin hydraulisch geschlossen, wodurch das aus dem Ringbereich des Primärkolbens 140, d. h. der Geberkammer 202 verschobene Druckmittel in die Simulatorkammer 190 geleitet wird, wodurch der Simulatorkolben 198 verschoben wird, dessen Weg durch den Simulatorkolbenwegsensor 206 gemessen wird. Gleichzeitig zum Simulatorventil 160 wird dabei das stromlos geschlossene Ventil 204 aktiviert, wodurch Ventil 204 öffnet und einen hydraulische Verbindung von der Hautbremszylinderkammer 120 zum Behälter 18 herstellt. Dies ermöglicht die Bewegung des Hauptbremszylinderkolbens 140 bei zur geschlossenen Trennventilen 180, 182.
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Zur Durchführung einer Brake-by-Wire-Bremsung wird im Bremssystem nach 2 - abweichend vom Bremssystem nach 1 - ein stromlos offenes Simulatorventil aktiviert und damit hydraulisch geschlossen, wodurch das aus der Geberkammer 202 verdrängte Druckmittelvolumen in die mit der Geberkammer 202 hydraulisch verbundene Simulatorkammer 190 geleitet wird. Dadurch wird die Hauptzylinder-Primärkolbenbewegung hydraulisch mit der Simulatorkolbenbewegung gekoppelt. Gleichzeitig wird ein Primärkolbenentlastungsventil 204 geöffnet, um eine hydraulische Verbindung der Hauptzylinderprimärkammer 120 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 18 herzustellen. Die Trennventile 180, 182 werden geschlossen, um einen Druckmittelaustausch zwischen dem Hauptbremszylinder 10 und den Radbremsen 42, 44, 46, 48 zu unterbinden. Während der elektronisch kontrollierten Bremsung bzw. By-Wire-Bremsung wird ein Fahrerbremswunsch aus den Signalen von Hauptbremszylinderkolbenwegsensor 170 und Hauptbremszylinderdrucksensor 188 gebildet.
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Anhand des Simulatorkolbenwegsensorsignals wird überwacht, ob eine hydraulische Kopplung von Hauptbremszylinder 10 und Simulator 14 bei gleichzeitiger Entkopplung von Hauptbremszylinder 10 und Radbremsen 42, 44, 46, 48 vorliegt. Wie auch bei der in 1 dargestellten Variante der Bremsanlage 2 kann durch die gleichzeitige Überwachung der Hautbremszylinderweg- und -drucksignale die geschilderte hydraulische Umschaltung verifiziert werden.
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Das Signal des Simulatorwegsensors kann in beiden in 1 und 2 gezeigten Ausführungen der Bremsanlage 2 verwendet werden, um ein Ersatzsignal zu bilden, welches bei Ausfall der Signale des Hauptbremszylinderkolbenweges und/oder des Hauptbremszylinderdrucksignals zur Erfassung des Fahrerbremswunsches verwendet werden kann. Auf diese Weise kann die Bremsanlage 2 auch dann noch betrieben werden, wenn eines der beiden dem Hauptbremszylinder zugeordneten Signale nicht mehr zuverlässig oder gar nicht mehr zur Verfügung steht.
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Das Ersatzsignal wird bevorzugt gebildet, indem aus dem Hauptbremszylinderkolbenwegsignal durch Multiplikation mit der Hauptbremszylinderkolbenquerschnittsfläche ein Hauptbremszylindervolumenwert berechnet wird und aus dem Simulatorkolbenwegsignal durch Multiplikation mit der Simulatorkolbenquerschnittsfläche ein Simulatorvolumenwert. Bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführung der Bremsanlage 2 ist die Hauptbremszylinderkolbenquerschnittsfläche die Primärkolbenstirnfläche. Bei der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführung der Bremsanlage 2 ist die Hauptbremszylinderkolbenquerschnittsfläche die Geberkammer-Ringfläche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204778 A1 [0008]