DE102022207995A1

DE102022207995A1 - Hydraulisches Bremssystem eines Zweirads

Info

Publication number: DE102022207995A1
Application number: DE102022207995.7A
Authority: DE
Inventors: Silas Klug; Alessandro Moia
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-08-02
Filing date: 2022-08-02
Publication date: 2024-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Bremssystem eines Zweirads (10), insbesondere eines Fahrrads, vorzugsweise eines Elektrofahrrads, umfassend eine Speicherkammer (2) zur Aufnahme einer Bremsflüssigkeit, einen Kolben (4), der innerhalb der Speicherkammer (2) verschiebbar ist und ein erstes Kammervolumen (21) von einem zweiten Kammervolumen (22) trennt, einen Aktuator (5), der eingerichtet ist zum steuerbar betätigbaren Verschieben des Kolbens (4) innerhalb der Speicherkammer (2), eine Bremsleitung (11), welche einen ersten Leitungsabschnitt (11a) und einen zweiten Leitungsabschnitt (11b) aufweist, wobei der erste Leitungsabschnitt (11a) mit dem ersten Kammervolumen (21) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist zur Verbindung mit einem Bremszylinder (15), wobei der zweite Leitungsabschnitt (11b) mit dem zweiten Kammervolumen (22) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist zur Verbindung mit einem Bremssattel (13), eine Bypassleitung (16), welche den ersten Leitungsabschnitt (11a) und den zweiten Leitungsabschnitt (11 b) miteinander verbindet, wobei in die Bypassleitung (16) ein steuerbar betätigbares Ventil (17) integriert ist, und eine Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, das Ventil (17) während eines aktuierten Bremsbetriebs geschlossen zu halten und gleichzeitig den Kolben (4) mittels des Aktuators (5) gesteuert zu betätigen, zur aktiv steuerbaren Bremsdruckanpassung im zweiten Leitungsabschnitt (11b) der Bremsleitung (11).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Bremssystem, ein Zweirad, und ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Bremssystems.
Bekannt sind hydraulische Bremssysteme mit Antiblockiersystemen, welche durch eine Druckmodulation eines hydraulischen Bremsdrucks im System ein Blockieren von Rädern des Fahrzeugs verhindern oder verringern sollen. Beispielsweise weist eine solche Antiblockiereinheit eine Speicherkammer auf, in die Bremsflüssigkeit während eines Antiblockierbetriebs ein- und ausströmen kann. Häufig ist dabei eine Pumpe zwischen einem per Hand betätigten Bremszylinder und der Speicherkammer angeordnet. Um eine Druckmodulation an einem Bremssattel zu ermöglichen, sind dabei zusätzliche Ventile zum Absperren von Teilen der Bremsleitung erforderlich. Insbesondere im Falle von Zweirädern stellen übliche hydraulische Bremssysteme einen erheblichen Kostenfaktor dar und führen aufgrund komplexer Konstruktionen häufig zu einem hohen Gewicht.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße hydraulische Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion aus. Bei der Anwendung können zudem besonders vorteilhafte Bremsfunktionen ermöglicht werden, wie beispielsweise ein aktiver Aufbau des Bremsdrucks durch das hydraulische Bremssystem selbst. Dies wird erreicht durch ein hydraulisches Bremssystem eines Zweirads, vorzugsweise eines Fahrrads, besonders bevorzugt eines Elektrofahrrads, umfassend eine Speicherkammer, welche eingerichtet ist zur Aufnahme einer Bremsflüssigkeit, einen Kolben, welcher innerhalb der Speicherkammer verschiebbar angeordnet ist und welcher ein erstes Kammervolumen der Speicherkammer fluidisch von einem zweiten Kammervolumen der Speicherkammer trennt, einen Aktuator, welcher eingerichtet ist, um den Kolben innerhalb der Speicherkammer steuerbar betätigbar zu verschieben, und eine Bremsleitung, welche einen ersten Leitungsabschnitt und einen zweiten Leitungsabschnitt aufweist. Der erste Leitungsabschnitt steht dabei mit dem ersten Kammervolumen der Speicherkammer in Fluidverbindung, und ist eingerichtet zur Verbindung mit einem Bremszylinder des Zweirads. Der zweite Leitungsabschnitt steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Kammervolumen, und ist eingerichtet zur Verbindung mit einem Bremssattel des Zweirads. Ferner umfasst das hydraulische Bremssystem eine Bypassleitung, welche den ersten Leitungsabschnitt und den zweiten Leitungsabschnitt in Fluidverbindung miteinander verbindet. Dabei ist in die Bypassleitung ein steuerbar betätigbares Ventil integriert, welches eingerichtet ist, um die Fluidverbindung unterbrechen oder freigeben zu können. Zudem umfasst das hydraulische Bremssystem eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, um das Ventil während eines aktuierten Bremsbetriebs des hydraulischen Bremssystems geschlossen zu halten. Gleichzeitig ist die Steuereinheit eingerichtet, während des aktuierten Bremsbetriebs den Kolben mittels des Aktuators gesteuert zu betätigen, zur aktiv steuerbaren Bremsdruckanpassung im zweiten Leitungsabschnitt der Bremsleitung.
Mit anderen Worten wird ein hydraulisches Bremssystem bereitgestellt, das eine Speicherkammer mit einem Kolben aufweist, die direkt in die Bremsleitung zwischen Bremszylinder und Bremssattel integriert ist. Eine Bypassleitung bildet eine absperrbare Umgehung dieser Speicherkammer. Beispielsweise kann dadurch in einem Normal-Bremsbetrieb bei einer Bremshebelbetätigung durch einen Fahrer des Fahrrads ein am Bremszylinder aufgebauter Bremsdruck über die Bypassleitung an den Bremssattel übertragen werden, um eine Bremsung zu bewirken. Durch die Möglichkeit der Absperrung der Bypassleitung mittels des Ventils und die Möglichkeit der steuerbar betätigbaren Verschiebung des Kolbens mittels des Aktuators kann beispielsweise bei Bremsungen, die zu einem Blockieren eines Rads des Zweirads führen würden, der Bremsdruck am Bremssattel abgebaut und/oder gezielt moduliert werden. Dadurch, dass die Steuereinheit den Aktuator und damit den Kolben gesteuert betätigen kann während das Ventil geschlossen ist, kann somit eine aktiv gesteuerte Beeinflussung des Bremsdrucks, insbesondere an einem mit dem zweiten Leitungsabschnitt verbindbaren Bremssattel, erzielt werden. Damit können vielfältige Bremsfunktionen umgesetzt werden, welche einen besonders hohen Fahrkomfort für einen Fahrer des Zweirads bieten können.
Das hydraulische Bremssystem bietet somit den Vorteil einer besonders einfachen und kostengünstigen Konstruktion. Dabei kann durch den speziellen Aufbau zugleich eine Vielzahl an vorteilhaften Funktionen umgesetzt werden durch die Betätigbarkeit des Kolbens, wie insbesondere ein aktiver Bremsdruckaufbau am Bremssattel.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt umfasst der Aktuator einen Motor und einen Spindelantrieb. Insbesondere treibt der Motor dabei mittels des Spindelantriebs den, insbesondere linear, verschiebbaren Kolben an. Damit kann ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau, der eine präzise Bewegung des Kolbens erlaubt, bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt umfasst das hydraulische Bremssystem ferner einen Drucksensor, der eingerichtet ist zur Erfassung eines Satteldrucks am zweiten Leitungsabschnitt. Insbesondere umfasst das hydraulische Bremssystem dabei ausschließlich einen einzigen Drucksensor. Durch den, vorzugsweise genau einen einzigen, Drucksensor kann dabei der Satteldruck innerhalb des zweiten Leitungsabschnitts, also der Fluiddruck am Bremssattel, direkt präzise erfasst werden.
Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, einen Zylinderdruck p_MC innerhalb des ersten Leitungsabschnitts basierend auf folgender Gleichung zu ermitteln:

Jώ = p_MC A i - p_wc A i + M . Dabei ist p_MC der mittels des Drucksensors erfasste Satteldruck, A eine Kolbenfläche des Kolbens, insbesondere auf welche ein Fluiddruck der Bremsflüssigkeit wirkt, i eine Spindelübersetzung des Spindelantriebes, ώ eine Winkelgeschwindigkeit des Motors, insbesondere während eines Betriebs des Motors, J eine vorbekannte Motorträgheit des Motors, und M ein Motormoment des Motors, insbesondere während des Betriebs des Motors. Vorzugsweise werden die Winkelgeschwindigkeit und das Motormoment des Motors während eines Betriebs des Motors mittels eines entsprechenden Sensors erfasst und/oder basierend auf beispielsweise einem Betriebsstrom des Motors ermittelt. Die weiteren Parameter der oben genannten Gleichung sind vorbekannte, und insbesondere konstante, Kennwerte. Der Satteldruck wird dabei mittels des Drucksensors direkt erfasst, wobei der Zylinderdruck basierend auf einem Lösen der oben genannten Gleichung ermittelt wird. Somit wird eine einfache und kostengünstige Möglichkeit bereitgestellt, um mittels eines einzigen Drucksensors die Fluiddrücke sowohl Bremssattel-seitig als auch Bremszylinder-seitig präzise ermitteln zu können.

Vorzugsweise sind Kolbenflächen des Kolbens, welche jeweils unmittelbar an das entsprechende Kammervolumen angrenzen, gleich groß. Mit anderen Worten begrenzt jede aktive Kolbenfläche jeweils eine Seite des entsprechenden Kammervolumens. Bevorzugt ist der Kolben dabei mittels einer durchgehenden Kolbenstange, welche jeweils durch das erste Kammervolumen und das zweite Kammervolumen hindurchragt, verschiebbar innerhalb der Speicherkammer gehalten. Dadurch kann auf besonders einfache Weise eine präzise mechanische und hydraulische Auslegung des hydraulischen Bremssystems erfolgen. Zudem kann eine besonders einfache Ermittlung der relevanten Drücke oder Kräfte am Kolben erfolgen. Außerdem wird eine präzise Führung des Kolbens innerhalb der Speicherkammer bereitgestellt.
Vorzugsweise umfass das hydraulische Bremssystem ferner einen Bremszylinder, der in Fluidverbindung mit dem ersten Leitungsabschnitt steht, und einen Bremssattel der in Fluidverbindung mit dem zweiten Leitungsabschnitt steht. Das hydraulische Bremssystem zeichnet sich somit durch einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau mit wenigen Bauteilen und geringem Gewicht aus, wobei zuverlässig verschiedene vorteilhafte Bremsfunktionen umgesetzt werden können.
Ferner betrifft die Erfindung ein Zweirad, insbesondere ein Fahrrad, bevorzugt ein Elektrofahrrad, das das beschriebene hydraulische Bremssystem umfasst.
Insbesondere beim Einsatz an einem Elektrofahrrad zeichnet sich das hydraulische Bremssystem durch einen besonders einfachen kostengünstigen Einbau bei geringem notwendigen Platzangebot aus.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Bremssystems, insbesondere des oben beschriebenen hydraulischen Bremssystems. Das Verfahren umfasst den Schritt: - Durchführen eines aktuierten Bremsbetriebs durch geschlossenhalten des Ventils und gleichzeitiges gesteuertes Betätigen des Kolbens mittels des Aktuators, zur aktiv gesteuerten Bremsdruckanpassung im zweiten Leitungsabschnitt der Bremsleitung. Das Verfahren bietet somit die Möglichkeit, auf einfache und effiziente Weise einen besonders präzisen und flexiblen Betrieb des hydraulischen Bremssystems gezielt gesteuert zu betätigen.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren dabei zumindest eine, bevorzugt mehrere, der folgenden Betriebsweisen:

- Erhöhen eines Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt, insbesondere des Satteldrucks, ohne dass eine manuelle Betätigung der Bremse erfolgt, das heißt ohne dass eine Druckerhöhung des Zylinderdrucks im ersten Leitungsabschnitt, erfolgt,
- Erhöhen des Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt zusätzlich zu einem im ersten Leitungsabschnitt manuell erzeugten Bremsdruck, das heißt sodass eine Bremskraftverstärkung erfolgt,
- Aufrechterhalten des Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt nach einer Beendigung der manuellen Betätigung der Bremse, insbesondere zum Halten einer Position des Zweirads nach einem Stillstand,
- Erzeugen eines vorbestimmten Mindest-Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt, insbesondere unabhängig von einer manuellen Betätigung der Bremse, beispielsweise zum Halten des Zweirads an einer Steigung und/oder zum Anlegen von Bremsbelegen an eine Bremsscheibe, beispielsweise um eine nasse Bremsscheibe zu trocknen oder zur Verkürzung eines Bremshebel-Wegs,
- Erhöhen und/oder Absenken des Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt in Abhängigkeit von erfassten Sensorparametern, wie beispielsweise einem Nickwinkel und/oder einem Schlupf eines Rades des Zweirads,
- Anpassen des Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt in Abhängigkeit eines Bremsdrucks in einem weiteren hydraulischen Bremssystem, das heißt beispielsweise zur Abstimmung eines Bremsdrucks von jeweils einer Vorderradbremse und einer Hinterradbremse aufeinander.

Dabei können mittels des hydraulischen Bremssystems und mittels des entsprechenden Verfahrens zum Betreiben des hydraulischen Bremssystems eine Vielzahl an Funktionen bereitgestellt werden, welche einen besonders komfortablen und effizienten Fahrbetrieb des Zweirads für den Fahrer ermöglichen.
Bevorzugt umfasst der aktuierte Bremsbetrieb ferner den Schritt: Betätigen des Kolbens, derart um einen Bremsdruck im zweiten Leitungsabschnitt aufzubauen, unabhängig von einer manuellen Bremsbetätigung eines Fahrers des Zweirads. Insbesondere erfolgt das Betätigen des Kolbens zum Aufbauen des Bremsdrucks in diesem Fall während keine manuelle Bremsbetätigung des Fahrers erfolgt. Beispielsweise kann mittels eines Sensors, und/oder basierend auf einer Ermittlung des Zylinderdrucks, erkannt werden, ob eine manuelle Bremsbetätigung des Fahrers vorliegt. Das heißt, ein Bremsdruckaufbau, welcher insbesondere zu einer Verzögerung, also einem Bremsmanöver, des Zweirads führt, wird in diesem Fall ausschließlich durch die gesteuerte Betätigung des Kolbens erzielt. Dadurch kann ein automatisches Bremsen des Zweirads ermöglicht werden. Beispielsweise kann dies in Abhängigkeit von mittels Sensoren erfassten Fahrparametern und/oder Fahrsituationen des Zweirads erfolgen. Somit kann ein besonders hoher Fahrkomfort für den Fahrer des Zweirads bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt umfasst der aktuierte Bremsbetrieb ferner die Schritte:

- Ermitteln eines Zylinderdrucks im ersten Leitungsabschnitt, und
- Erzeugen eines Satteldrucks im zweiten Leitungsabschnitt mittels des gesteuerten Betätigens des Kolbens.

Dabei wird der Satteldruck derart erzeugt, dass dieser größer oder kleiner als der ermittelte Zylinderdruck ist. Mit anderen Worten erfolgt somit durch die gesteuerte Betätigung des Kolbens eine Verstärkung bzw. eine Abschwächung des manuell vom Fahrer erzeugten Bremsdrucks. Der aktuierte Bremsbetrieb kann in diesem Fall als Bremskraftverstärkung bzw. Bremskraftabschwächung angesehen werden. Somit kann ein für den Fahrer besonders komfortabler Fahrbetrieb ermöglicht werden, insbesondere da beispielsweise eine Anpassung der Kolbenbetätigung an unterschiedliche Fahrparameter und/oder Fahrbahneigenschaften und/oder einen individuellen Fahrerwunsch oder dergleichen erfolgen kann.
Besonders bevorzugt wird der Kolben vor dem Durchführen des aktuierten Bremsbetriebs in eine vorbestimmte Position bewegt, während das Ventil geöffnet ist. Dadurch kann eine Bewegung des Kolbens erfolgen, ohne dass diese sich auf den Fluiddruck der Bremsflüssigkeit im hydraulischen Bremssystem auswirkt. Insbesondere wird der Kolben dabei derart innerhalb der Speicherkammer angeordnet, dass jedes Kammervolumen größer Null ist. Besonders bevorzugt wird der Kolben derart angeordnet, dass die beiden Kammervolumina gleich groß sind. Damit kann eine besonders flexible Anpassung des Bremsdrucks im zweiten Leitungsabschnitt in beide Richtungen, das heißt zu einer Erhöhung, als auch zu einer Abschwächung, erfolgen.
Weiter bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Durchführen eines Normal-Bremsbetriebs. Der Kolben ist in dem Normal-Bremsbetrieb dabei derart innerhalb der Speicherkammer angeordnet, dass das zweite Kammervolumen gleich Null ist. Das Ventil ist dabei während des Normal-Bremsbetriebs geöffnet. Damit kann ein mittels einer manuellen Bremsbetätigung durch einen Fahrer des Zweirads am Bremszylinder, das heißt im ersten Leitungsabschnitt, erzeugter Bremsdruck direkt zum zweiten Leitungsabschnitt und damit zum Bremssattel übertragen werden. Als Normal-Bremsbetrieb wird ein Betriebszustand des hydraulischen Bremssystems angesehen, in welchem eine, insbesondere unmittelbar übertragbare, Bremsbetätigung, vorzugsweise ausschließlich, durch den Fahrer möglich ist. Insbesondere liegt der Kolben dabei in dem Normal-Bremsbetrieb an einer sattelseitigen Wand der Speicherkammer an. Dadurch kann sich der Kolben bei einer Druckerhöhung von einem Bremszylinder ausgehend, also im ersten Leitungsabschnitt, nicht über die Speicherkammer zum Bremssattel auswirken. Stattdessen erfolgt die Übertragung des Bremsdrucks insbesondere über die Bypassleitung. Somit kann auf einfache Weise ein hydraulisches Bremssystem mit besonders vielfältigen Möglichkeiten der Anpassung der Bremsbetätigung bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann dabei zur Umsetzung eines Antiblockier-Betriebs, das heißt, wenn ein Blockieren eines Rads des Fahrzeugs beginnt oder unmittelbar bevorsteht, ein Druck am Bremssattel abgebaut werden, indem durch entsprechendes Verschieben des Kolbens mittels des Aktuators das zweite Kammervolumen erhöht wird, sodass Bremsflüssigkeit in das zweite Kammervolumen einströmt.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Durchführen eines Antiblockier-Betriebs. Bevorzugt wird der Antiblockier-Betrieb durchgeführt, wenn der Kolben, wie im Normal-Bremsbetrieb, derart innerhalb der Speicherkammer angeordnet ist, dass das zweite Kammervolumen gleich Null ist. Der Antiblockier-Betrieb umfasst dabei die aufeinanderfolgenden Schritte: Schließen des Ventils, Betätigen des Kolbens mittels des Aktuators derart, um das zweite Kammervolumen zu vergrößern, und vorzugsweise Freigeben des Kolbens. Das heißt, durch das Schließen des Ventils in der Bypassleitung wird der Fahrer hydraulisch vom Bremssattel getrennt. Damit kann durch Bewegen des Kolbens mittels des Aktuators, insbesondere derart, dass das zweite Kammervolumen vergrößert wird, Bremsflüssigkeit vom Bremssattel in das zweite Kammervolumen einströmen, sodass der Bremsdruck am Bremssattel reduziert wird. Anschließend kann der Bremsdruck Bremssattel-seitig durch das Freigeben des Kolbens wieder erhöht werden, da anschließend der manuelle Bremsdruck, der durch den Fahrer aufgebracht wird, wieder auf den Kolben wirkt. Alternativ bevorzugt kann der Bremsdruck durch aktiv gesteuertes entgegengesetztes Verschieben des Kolbens wieder erhöht werden. Damit kann auf besonders einfache und effektive Weise ein Antiblockier-Betrieb bei dem Verfahren bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 eine vereinfachte schematische Ansicht eines hydraulischen Bremssystems des Elektrofahrrads der 1.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Elektrofahrrad 100 umfasst eine Antriebseinheit 105, welche eingerichtet ist, eine Tretkraft eines Fahrers mittels Motorkraft zu unterstützen. Die Antriebseinheit 105 wird von einem elektrischen Energiespeicher 106 mit elektrischer Energie versorgt.
Das Elektrofahrrad 100 umfasst ein hydraulisches Bremssystem 50 mittels welchem Bremsen 101, 102 jeweils an einem Vorderrad 107 bzw. einem Hinterrad 108 des Elektrofahrrads 100 betätigt werden können. Das hydraulische Bremssystem 50 umfasst pro Bremse 101, 102 jeweils einen Bremshebel 19, einen Bremszylinder 15, und einen Bremssattel 13.
Das hydraulische Bremssystem 50 ist in 2 detaillierter dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Die Beschreibung erfolgt dabei aus Gründen der Einfachheit nur in Bezug auf eine einzelne Bremse 101, insbesondere des Vorderrads 107.
Das hydraulische Bremssystem 50 umfasst eine Bremsleitung 11, welche einen ersten Leitungsabschnitt 11a und einen zweiten Leitungsabschnitt 11b aufweist. Der erste Leitungsabschnitt 11a ist mit dem Bremszylinder 15 verbunden, und der zweite Leitungsabschnitt 11b ist mit dem Bremssattel 13 verbunden.
In die Bremsleitung 11 ist eine Speicherkammer 2 zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit integriert. Innerhalb der Speicherkammer 2 ist ein Kolben 4 verschiebbar angeordnet. Der Kolben 4 trennt dabei ein erstes Kammervolumen 21 fluidisch von einem zweiten Kammervolumen 22. Das erste Kammervolumen 21 steht in Fluidverbindung mit dem ersten Leitungsabschnitt 11a. Das zweite Kammervolumen 22 steht in Fluidverbindung mit dem zweiten Leitungsabschnitt 11 b.
An das jeweilige Kammervolumen 21, 22 angrenzend, weist der Kolben 4 jeweils eine aktive Kolbenfläche 42 auf, auf die jeweils ein Fluiddruck der Bremsflüssigkeit wirkt. Die beiden Kolbenflächen 42 weisen dabei eine identische Größe auf. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass der Kolben 4 mittels einer durchgehenden Kolbenstange 41, die sowohl das erste Kammervolumen 21, als auch das zweite Kammervolumen 22 durchdringt, innerhalb der Speicherkammer 2 gehalten ist.
Der Kolben 4 ist dabei mittels eines Aktuators 5 verschiebbar. Der Aktuator 5 umfasst einen Motor 51, beispielsweise einen Elektromotor, und einen Spindelantrieb 52, der den Motor 51 und den Kolben 4 verbindet. Insbesondere wird mittels des Spindelantriebs 52 eine durch den Motor 51 erzeugte rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung des Kolbens 4 umgewandelt.
Ferner umfasst das hydraulische Bremssystem 50 eine Bypassleitung 16, welche den ersten Leitungsabschnitt 11a und den zweiten Leitungsabschnitt 11b miteinander verbindet. Insbesondere stellt die Bypassleitung 16 somit eine Fluidverbindung des ersten Leitungsabschnitts 11a, also dem Teil der Bremsleitung 11 zwischen Bremszylinder 15 und erstem Kammervolumen 21, mit dem zweiten Leitungsabschnitt 11b, also dem Teil der Bremsleitung 11 zwischen Bremssattel 13 und zweitem Kammervolumen 22, her. In die Bypassleitung 16 ist dabei ein steuerbar betätigbares Ventil 17 integriert, mittels welchem die Bypassleitung 16, das heißt die Fluidverbindung zwischen erstem Leitungsabschnitt 11a und zweitem Leitungsabschnitt 11b, freigegeben und blockiert werden kann.
Das hydraulische Bremssystem 50 umfasst ferner einen einzigen Drucksensor 35, welcher eingerichtet ist, um einen Satteldruck, das heißt einen Fluiddruck der Bremsflüssigkeit am Bremssattel 13, zu erfassen. Dabei ist der Drucksensor 35 eingerichtet zur Erfassung des Fluiddrucks innerhalb des zweiten Leitungsabschnitts 11 b.
Außerdem umfasst das hydraulische Bremssystem 50 eine Steuereinheit 20. Die Steuereinheit 20 ist eingerichtet, um das Ventil 17 und den Aktuator 5 gesteuert zu betätigen. Zudem ist die Steuereinheit 20 eingerichtet, um den mittels des Drucksensors 35 erfassten Satteldruck zu empfangen.
Durch den speziellen konstruktiven Aufbau des hydraulischen Bremssystems 50 kann dabei ermöglicht werden, dass zusätzlich ein Zylinderdruck, das heißt ein Fluiddruck der Bremsflüssigkeit am Bremszylinder 15, ermittelt werden kann, insbesondere ohne dass ein zusätzlicher Drucksensor erforderlich ist. Hierfür erfolgt eine Berechnung des Zylinderdrucks mittels der Steuereinheit 20 basierend auf dem mittels des Drucksensors 35 erfassten Satteldruck und zusätzlich basierend auf vorbekannten mechanischen und geometrischen Eigenschaften des hydraulischen Bremssystems 1. Im Detail erfolgt eine Berechnung basierend auf den aktiven Kolbenflächen 42 des Kolbens 4 an beiden Kammervolumina, einer Spindelübersetzung des Spindelantriebs 51, einer Winkelgeschwindigkeit des Motors 52, einer vorbekannten Motorträgheit des Motors 52, und einem Motormoment des Motors 52.
Das hydraulische Bremssystem 50 bietet somit den Vorteil eines besonders einfachen und kostengünstigen Aufbaus mit wenigen Komponenten, wobei jedoch eine Vielzahl an Funktionen und ein besonders zuverlässiger und präziser Betrieb ermöglicht werden kann. Die bevorzugten Betriebsweisen des hydraulischen Bremssystems 50 werden nachfolgend näher beschrieben.
In einem Normal-Bremsbetrieb, in welchem manuell durch den Fahrer betätigte Bremsmanöver direkt, das heißt ohne Unterstützung und/oder Eingriff weiterer Systeme erfolgen sollen, ist das Ventil 17 geöffnet, und der Kolben 4 derart innerhalb der Speicherkammer 2 angeordnet, dass das zweite Kammervolumen 22 gleich Null ist. Das heißt, der Kolben 4 befindet sich an einem unteren Ende der Speicherkammer 2. Bei einer Betätigung des Bremshebels 19 wird dabei der am Bremszylinder 15 erzeugte Bremsdruck über die Bypassleitung 16 zum Bremssattel 13 übertragen.
Wird ein Blockieren eines Rades oder ein unmittelbar bevorstehendes Blockieren des Rades erkannt, beispielsweise mittels einer entsprechenden Erfassung mittels der Steuereinheit 20, so kann ein Antiblockier-Betrieb durchgeführt werden. Dabei wird das Ventil 17 geschlossen, sodass der Bremszylinder 15 hydraulisch vom Bremssattel 13 getrennt wird. Bei geschlossenem Ventil 17 wird mittels des Aktuators 5 aktuiert der Kolben 4 derart innerhalb der Speicherkammer 2 bewegt, dass das zweite Kammervolumen 22 vergrößert wird. Dadurch kann Bremsflüssigkeit aus dem Bremssattel-seitigen Teil der Bremsleitung 11 in das zweite Kammervolumen 22 einströmen, sodass der Bremsdruck am Bremssattel 13 verringert wird. Durch entgegengesetztes Verschieben des Kolbens 4, oder durch Freigeben des Kolbens, sodass der Zylinderdruck wieder übertragen werden kann, kann der Bremsdruck anschließend wieder erhöht werden. Das heißt, durch das gesteuerte Verschieben des Kolbens 4 mittels des Aktuators 5 kann der Bremsdruck am Bremssattel 13 moduliert werden.
Ferner erlaubt das hydraulische Bremssystem 50 eine Durchführung eines aktuierten Bremsbetriebs, bei dem während das Ventil 17 geschlossen gehalten wird gleichzeitig eine gesteuerte Betätigung des Kolbens 4 mittels des Aktuators 5 erfolgt. Dadurch wird der Bremsdruck im zweiten Leitungsabschnitt 11 b und damit der Bremsdruck am Bremssattel 13 aktiv gesteuert angepasst. Dadurch können eine Vielzahl an Funktionen des hydraulischen Bremssystems 50 umgesetzt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei dem aktuierten Bremsbetrieb eine Betätigung des Kolbens 4 zum Bremsdruckaufbau unabhängig von einer manuellen Bremsbetätigung mittels des Bremshebel 19 durch den Fahrer erfolgt. Dadurch kann beispielsweise eine automatische Notbrems-Funktion des Elektrofahrrads 100 umgesetzt werden.
Weiterhin kann bei dem aktuierten Bremsbetrieb zusätzlich zu einer manuell am Bremszylinder 15 erzeugten Bremskraft eine Anpassung dieser manuellen Bremskraft erfolgen. Das heißt, es kann durch gezielte Betätigung des Kolbens 4 eine Abschwächung der Bremskraft erfolgen, sodass am Bremssattel 13 ein niedrigerer Fluiddruck als am Bremszylinder 15 vorliegt. Analog kann entgegengesetzt durch gezielte Betätigung des Kolbens 4 eine Bremskraftverstärkung erfolgen, sodass am Bremssattel 13 ein höherer Fluiddruck als am Bremszylinder 15 vorliegt.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Kolben 4 vor dem Durchführen des aktuierten Bremsbetriebs mittels des Aktuators 5 in eine vorbestimmte Position, beispielsweise mittig innerhalb der Speicherkammer 2, oder an einem oberen Ende sodass das erste Kammervolumen 21 gleich Null ist bewegt wird, während das Ventil 17 geöffnet ist. Dadurch kann der Kolben 4 in eine für den aktuierten Bremsbetriebs optimale Position gebracht werden, ohne dass durch den Positioniervorgang eine unerwünschte Änderung eines Bremsdrucks erfolgt.

Claims

Hydraulisches Bremssystem eines Zweirads (10), insbesondere eines Fahrrads, vorzugsweise eines Elektrofahrrads, umfassend: - eine Speicherkammer (2) zur Aufnahme einer Bremsflüssigkeit, - einen Kolben (4), der innerhalb der Speicherkammer (2) verschiebbar ist und ein erstes Kammervolumen (21) von einem zweiten Kammervolumen (22) trennt, - einen Aktuator (5), der eingerichtet ist zum steuerbar betätigbaren Verschieben des Kolbens (4) innerhalb der Speicherkammer (2), - eine Bremsleitung (11), welche einen ersten Leitungsabschnitt (11a) und einen zweiten Leitungsabschnitt (11 b) aufweist, - wobei der erste Leitungsabschnitt (11a) mit dem ersten Kammervolumen (21) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist zur Verbindung mit einem Bremszylinder (15), - wobei der zweite Leitungsabschnitt (11b) mit dem zweiten Kammervolumen (22) in Fluidverbindung steht und eingerichtet ist zur Verbindung mit einem Bremssattel (13), - eine Bypassleitung (16), welche den ersten Leitungsabschnitt (11a) und den zweiten Leitungsabschnitt (11 b) miteinander verbindet, - wobei in die Bypassleitung (16) ein steuerbar betätigbares Ventil (17) integriert ist, und - eine Steuereinheit (20), welche eingerichtet ist, das Ventil (17) während eines aktuierten Bremsbetriebs geschlossen zu halten und gleichzeitig den Kolben (4) mittels des Aktuators (5) gesteuert zu betätigen, zur aktiv steuerbaren Bremsdruckanpassung im zweiten Leitungsabschnitt (11 b) der Bremsleitung (11).
Hydraulisches Bremssystem nach Anspruch 2, wobei der Aktuator (5) einen Motor (51) und einen Spindelantrieb (52) umfasst.
Hydraulisches Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Drucksensor (35), der eingerichtet ist zur Erfassung eines Satteldrucks am zweiten Leitungsabschnitt (11 b).
Hydraulisches Bremssystem nach Anspruch 2 und 3, - wobei die Steuereinheit (20) eingerichtet ist, einen Zylinderdruck p_MC im ersten Leitungsabschnitt (11a) basierend auf folgender Gleichung zu ermitteln: $J \dot{ω} = p_{M C} A i - p_{W C} A I + M$
mit dem erfassten Satteldruck p_MC im zweiten Leitungsabschnitt (11b), einer Kolbenfläche (42) A des Kolbens (4), einer Spindelübersetzung i des Spindelantriebs (52), einer Winkelgeschwindigkeit ώ des Motors (52), einer vorbekannten Motorträgheit J des Motors (52), und einem Motormoment M des Motors (52).
Hydraulisches Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweilige unmittelbar an jedes Kammervolumen (21, 22) angrenzende Kolbenflächen (42) des Kolbens (4) gleich groß sind, insbesondere wobei der Kolben (4) mittels einer durchgehenden Kolbenstange (41), welche jeweils durch das erste Kammervolumen (21) und das zweite Kammervolumen (22) hindurchragt, verschiebbar in der Speicherkammer (2) gehalten ist.
Hydraulisches Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - einen Bremszylinder (15), der in Fluidverbindung mit dem ersten Leitungsabschnitt (11a) steht, und - einen Bremssattel (13), der in Fluidverbindung mit dem zweiten Leitungsabschnitt (11 b) steht.
Zweirad, insbesondere Fahrrad, vorzugsweise Elektrofahrrad, umfassend ein hydraulisches Bremssystem (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Bremssystems (50) eines Zweirads (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: - Durchführen eines aktuierten Bremsbetriebs durch geschlossenhalten des Ventils (17) und gleichzeitiges gesteuertes Betätigen des Kolbens (4) mittels des Aktuators (5), zur aktiv gesteuerten Bremsdruckanpassung im zweiten Leitungsabschnitt (11 b) der Bremsleitung (11).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der aktuierte Bremsbetrieb den Schritt umfasst: - Betätigen des Kolbens (4) zum Bremsdruckaufbau unabhängig von einer manuellen Bremsbetätigung eines Fahrers des Zweirads (10), insbesondere während keine Bremsbetätigung des Fahrers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der aktuierte Bremsbetrieb die Schritte umfasst: - Ermitteln eines Zylinderdrucks im ersten Leitungsabschnitt (11a), und - Erzeugen eines Satteldrucks im zweiten Leitungsabschnitt (11 b) mittels des gesteuerten Betätigens des Kolbens (4), - wobei der Satteldruck größer oder kleiner als der ermittelte Zylinderdruck ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Kolben (4) vor dem Durchführen des aktuierten Bremsbetriebs bei geöffnetem Ventil (17) in eine vorbestimmte Position bewegt wird, insbesondere derart innerhalb der Speicherkammer (2) angeordnet wird, dass jedes Kammervolumen (21, 22) größer Null ist, bevorzugt derart, dass die beiden Kammervolumina (21, 22) gleich groß sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner umfassend den Schritt: - Durchführen eines Normal-Bremsbetriebs, wobei der Kolben (4) in dem Normal-Bremsbetrieb derart innerhalb der Speicherkammer (2) angeordnet ist, dass das zweite Kammervolumen (22) gleich Null ist, und wobei das Ventil (17) im Normal-Bremsbetrieb geöffnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, ferner umfassend den Schritt: Durchführen eines Antiblockier-Betriebs, welcher die aufeinanderfolgenden Schritte umfasst: - Schließen des Ventils (17), - Betätigen des Kolbens (4) mittels des Aktuators (5) derart, um das zweite Kammervolumen (22) zu vergrößern, und - insbesondere Freigeben des Kolbens (4).