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Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine elektrohydraulische
Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs
1 und ein Verfahren zum Betreiben dieser Betätigungseinrichtung nach Anspruch
5.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 101 23 599 A1 mit älterem Zertrang
ist eine hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, die
in einer Betriebsart Brake-by-wire sowohl vom Fahrzeugführer als
auch unabhängig
vom Fahrzeugführer
ansteuerbar ist. Dazu weist die Bremsanlage eine hydraulische Hilfsdruckquelle
auf, die durch Verschiebung eines in einer Simulatoreinrichtung
gelagerten Simulatorkolbens vorgespannt werden kann.
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Ebenso ist eine derartige Betätigungseinrichtung
aus der
DE 100 39
238 A1 und der
DE
100 44 820 A1 bekannt. Die dort offenbarten Betätigungseinrichtungen
weisen jedoch das Problem auf, dass bei Ausfall der elektronischen
Steuereinheit während
eines vom Fahrer eingeleiteten Bremsvorgangs, also wenn der Fahrer
bereits das Bremspedal betätigt
hat, nur noch eine relativ geringe Bremskraft infolge des verringerten
Bremspedalwegs vom Fahrer aufgebracht werden kann. Zusätzlich steht
die zum Zeitpunkt des Ausfalls im Simulatorkolben gespeicherte Energie
für den
Notbremsvorgang nicht zur Verfügung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
alternative Betätigungseinrichtung
für elektrohydraulische Bremsanlagen
in Kraftfahrzeugen anzugeben, die bei Ausfall der elektronischen
Steuereinheit während eines
Bremsvorgangs die in der Betätigungseinheit ge speicherte
Energie für
die Notbremsung zur Verfügung
stellt, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Einrichtung.
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Diese Aufgabe wir durch eine Betätigungseinrichtung
nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen
Betätigungseinrichtung nach
Anspruch 5 gelöst.
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Grundlegender Gedanke der Erfindung
ist, in einer bekannten Betätigungseinrichtung
einer elektrohydraulischen Bremsanlage zu sätzlich einen Federspeicher
vorzusehen, der mit einem oder beiden Bremskreisen verbunden werden
kann. Insbesondere sieht die Erfindung vor, dass diese Verbindung dann
herstellbar ist, wenn ein Fehler in der elektronischen Steuereinheit
der elektrohydraulischen Bremsanlage während des Bremsvorgangs, also
bei betätigtem
Bremspedal auftritt. Die in dem Federspeicher bzw. in der Speicherfeder
gespeicherte Energie kann sodann für das Zuspannen der Radbremsen
in einem oder beiden Bremskreisen genutzt werden. Dieses, ohne dass
der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Bremsvorgang ab- bzw. unterbrechen
und danach wiederholen muss. Denn die im Federspeicher gespeicherte
Energie wird bei einem Ausfall der elektrischen Steuereinheit, bei
dem für
eine Notbremsung die in den Hydraulikleitungen angeordneten Schaltventile geöffnet werden,
den mit den Radbremsen kommunizierenden Druckräumen zur Verfügung gestellt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor,
die Verbindung zwischen dem Federspeicher und dem bzw. den Druckräumen über einen
der beiden Kolben in der Betätigungseinheit
herzustellen. Dazu weist dieser Kolben einen Kanal auf, der bei
einer bestimmten Position des Kolbens in der Gehäuseführung die Speicherkammer des
Federspeichers mit dem bzw. den Druckräumen verbindet.
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Eine weiter Ausführungsform sieht vor, den Speicherkolben
im Fehlerfall auf den Simulatorkolben einwirken zu lassen und so
die im Speicherkolben gespeicherte Energie im Fehlerfall bei einer
Notbremsung in beiden Bremskreisen zur Verfügung zu stellen. Die Einwirkung
kann dabei mechanisch durch z.B. eine Kolbenstange, die am Speicherkolben
befestigt und mit dem Simulatorkolben kraftschlüssig verbunden ist oder hydraulisch
durch eine schaltbare Verbindung zwischen Speicherkammer und Pedalwegsimulator
erfolgen.
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Des weiteren weist eine Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Betätigungseinheit
die Möglichkeit
auf, die Speicherfeder über
den Druck einer Druckquelle z.B. einer Pumpe oder eines Druck reservoirs
vorzuspannen. Dabei kann die vorhandene Motor-Pumpeneinheit oder das Druckreservoir
der elektrohydraulischen Bremse, die für den normalen Bremsvorgang
benötigt
werden, genutzt werden.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung können der
Zeichnung entnommen werden, deren Figuren nachfolgend beschrieben
werden. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung der Betätigungseinheit
in unbetätigtem
Zustand,
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2 eine
Darstellung der Betätigungseinheit
gemäß 1 jedoch während eines
normalen Bremsvorgangs und
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3 eine
Darstellung der Betätigungseinheit
gemäß 1 jedoch während einer
Notbremsung.
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Die in 1 dargestellte
Betätigungseinheit 1 weist
einen ersten Kolben 2 und einen zweiten Kolben 3 auf,
welche in einer Gehäuseführung 4 unter Ausbildung
eines ersten Druckraums 5 und eines zweiten Druckraums 6 hintereinander
angeordnet sind. Dabei ist eine erste Feder 7 im ersten
Druckraum 5 zwischen den beiden Kolben 2, 3 und
eine zweite Feder 8 im zweiten Druckraum 6 zwischen dem
zweiten Kolben 3 und dem Gehäuse 9 vorgespannt.
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Ein druckloser Druckmittelvorratsbehälter 11 ist über Hydraulikleitungen 10 mit
Kanalöffnungen 5a, 6a des
ersten und des zweiten Druckraums 6, 7 verbunden. Über weitere
Kanalöffnungen 5b, 6b und hydraulische
Verbindungsleitungen 12, 13 steht der erste Druckraum 5 mit
einem ersten Bremskreis 14 und der zweite Druckraum 6 mit
einem zweiten Bremskreis 15 jeweils über elektromagnetische Schaltventile 16, 17 absperrbar
in Verbindung. Bei den Schaltventilen 16, 17 handelt
es sich um 2/2-Wegeventile,
die in stromlosem Zustand jeweils durch eine Feder 16a, 17a in
der Durchgangsstellung gehalten werden.
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Mit dem ersten Kolben 2 ist
ein (in der Zeichnung nicht dargestelltes) Bremspedal kraftschlüssig verbunden, über das
zumindest der erste Kolben 2 betätigbar ist.
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Des weiteren weist die Betätigungseinheit 1 einen
Pedalwegsimulator 18 auf, der durch einen eine Simulatorkammer 19 begrenzenden
Simulatorkolben 20 und einer mit diesem zusammenwirkenden Simulatorfeder 21 gebildet
wird. Über
eine Verbindungsbohrung 22 ist die Simulatorkammer 19 mit dem
ersten Druckraum 2 verbunden. Die auf der der Simulatorkammer 19 abgewandten
Seite des Simulatorkolbens 20 liegende Kammer 23 steht über einen Kanal 24 mit
dem Druckmittelvorratsbehälter 11 in Verbindung.
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Neben dem Pedalwegsimulator 18 ist
ein Federspeicher 25 angeordnet, der durch einen eine Speicherkammer 26 begrenzenden
Speicherkolben 27 und eine auf den Speicherkolben 27 einwirkende Speicherfeder 28 gebildet
wird. Die Speicherkammer 26 ist über eine Hydraulikleitung 29 mit
einer Druckquelle 30 verbunden. Die Hydraulikleitung 29 ist
dabei durch ein elektromagnetisches 3/3-Wege-Schaltventil 31 unterbrochen,
das sich stromlos federzentriert in geschlossener Stellung befindet.
In einer ersten Betriebsstellung ermöglich das Schaltventil 31, dass
Hydraulikflüssigkeit
unter Druck von der Druckquelle 30 in die Speicherquelle
gefördert
werden kann. In einer zweiten Betriebsstellung ermöglicht das
Schaltventil 31, dass Hydraulikflüssigkeit über eine Leitung 32 in
den Druckmittelvorratsbehälter 11 fließen kann.
Die Kammer 33, in der die Speicherfeder 28 angeordnet
ist, steht über
einen Kanal 34 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 11 in
Verbindung. In die Speicherkammer 26 mündet ein weiterer Kanal 35,
der im Ausgangs- und normalen Bremszustand der Betätigungseinheit 1 durch
den zweiten Kolben 3 verschlossen ist. Im zweiten Kolben 3 ist
ein Kanal 35a vorgesehen, der in einer gegenüber der
Ausgangslage verschobenen Position des zweiten Kolbens 3 mit
dem Kanal 35 in Überdeckung
gebracht werden kann, so dass eine Verbindung zwischen der Speicherkammer 26 und
dem zweiten Druckraum 6 entsteht.
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Bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs
z. B. bei oder unmittelbar nach Starten des Motors, werden die Schaltventile 16 und 17 über nicht
dargestellte Steuerleitungen seitens eines ebenfalls nicht dargestellten
Steuergeräts
elektronisch angesteuert und jeweils durch die Feder 16a bzw. 17a in
ihrer Sperrstellung bewegt. Ebenso wird das Schaltventil 31 elektronisch
angesteuert und in seine erste Betriebsstellung verschoben, so dass
Hydraulikflüssigkeit von
der Druckquelle 30, z.B. einer Pumpe oder einem Druckreservoir,
in die Speicherkammer 26 gefördert werden kann. Da zu diesem
Zeitpunkt der Kanal 35 durch den zweiten Kolben 3 verschlossen
ist, wird der Speicherkolben 27 gegen die Speicherfeder 28 verschoben,
wodurch letztere vorgespannt wird. Die bei dieser Kolbenverschiebung
aus der Kammer 33 verdrängte
Hydraulikflüssigkeit
entweicht über
den Kanal 34 in den Druckmittelvorratsbehälter 11.
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In 2 ist
eine Kolbenstellung wiedergegeben, die eine Momentaufnahme eines
normalen Bremsvorgangs wiedergibt. Der erste Kolben 2 ist durch
Betätigung
des nicht gezeigten Bremspedals gegenüber seiner Ausgangsposition
in der Gehäuseführung 4 nach
links verschoben worden und verschließt die Kanalöffnung 5a.
Die zwischen den Kolben 2 und 3 wirkende Feder 7 wurde
gestaucht. Ihre Reaktionskraft und das im ersten Druckraum 5 befindlichen
Hydrauliköl
haben den zweiten Kolben 3 soweit nach links verschoben,
bis dieser die Kanalöffnung 6a verschlossen
hat. Da das Schaltventil 17 bei einem normalen Bremsvorgang
verschlossen ist, kann die Hydraulikflüssigkeit nicht weiter in die
Radbremsen 37 des zweiten Bremskreises 15 und
somit der zweite Kolben 3 nicht weiter nach links verschoben
werden. Auch das Schaltventil 16 ist verschlossen. Daher
wurde die weitere vom ersten Kolben 2 aus dem ersten Druckraum 5 verschobene
Hydraulikflüssigkeit über die
Kanalöffnung 5b und
die Verbindungsbohrung 22 in die Simulatorkammer 19 des Pedalwegsimulators 18 verschoben
und hat dabei den Simulatorkolben 20 gegen die Simulatorfeder 21 gedrückt. Die
dabei aus der Kammer 23 verdrängte Hydraulikflüssigkeit
ist über
den Kanal 24 in den Druckmittelvorratsbehälter entwichen.
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Über
die Charakteristik der Federkennlinie der Simulatorfeder 21 kann
das "Bremsgefühl" des Fahrers beeinflusst
werden, da der Fahrer den Widerstand der Simulatorfeder beim Betätigen des Bremspedals
spürt.
Daher wird vorteilhafter Weise eine Simulatorfeder gewählt, die
eine progressive Federkennlinie aufweist, somit mit zunehmender Stauchung "verhärtet", also dem Fahrer
mit zunehmendem Bremspedalweg einen ansteigenden Widerstand entgegensetzt.
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Bei Beendigung des normalen Bremsvorgangs
wird der erste Kolben 2 nicht mehr vom nicht dargestellten
Bremspedal beaufschlagt und kann somit von der Hydraulikflüssigkeit
aus dem Pedalwegsimulator 18 und von den Federn 6, 8 wieder
in die Ausgangslage verschoben werden. Die sich bei diesem Vorgang
entspannende Simulatorfeder 21 verschiebt dabei den Simulatorkolben 20 wieder
nach rechts. In die Kammer 23 fließt dabei über den Kanal 24 Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckmittelvorratsbehälter 11.
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In 3 ist
eine Kolbenstellung wiedergegeben, die einer Momentaufnahme eines
Notbremsvorgangs entspricht. Dies bedeutet, dass während eines Bremsvorgangs,
wie er in 2 dargestellt
ist, ein Fehler in der nicht dargestellten elektronischen Steuerungseinheit
aufgetreten oder von dieser detektiert worden ist. Daraufhin werden
die Schaltventile 16, 17 geöffnet und die Hydraulikflüssigkeit
aus dem ersten und zweiten Druckraum 5, 6 wird
zumindest teilweise durch den ersten und zweiten Kolben 2, 3 über die hydraulischen
Verbindungsleitungen 12, 13 in die Radbremsen 36, 37 des
ersten und zweiten Bremskreises 14, 15 gedrückt. Infolge
der dabei stattfindenden Verschiebung des zweiten Kolbens 3 nach
links, gelangt der Kanal 35a in Überdeckung mit der Kanal 35,
der in die Speicherkammer 26 mündet. Über die so entstandene Verbindung
wird, da sich das Schaltventil 31 in Sperrstellung befindet,
unter Entspannung der Speicherfeder 28 die Hydraulikflüssigkeit vom
Speicherkolben 27 von der Speicherkammer 26 über den
zweiten Druckraum 6 und die hydraulische Verbindungsleitung 13 in
die Radbremsen 37 des zwei ten Bremskreises 15 verschoben
und durch Zuspannen des Radbremsen 37 das Fahrzeug abgebremst.
In die Kammer 33 hinter dem Speicherkolben 27 fließt Hydraulikflüssigkeit
aus dem Druckmittelvorratsbehälter 11 über den
Kanal 34 nach. Durch geometrische Gestaltung des Kanals 35 bzw.
des Übergangs
zwischen Kanal 35 und Kanal 35a des zweiten Kolbens 3 kann
Einfluss auf die Durchflussgeschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit
und somit auf die Geschwindigkeit des Zuspannens der Radbremsen 37 genommen
werden.
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Beim Öffnen des Schaltventils 16 wird
ein Teil der in der Simulatorkammer 19 befindlichen Hydraulikflüssigkeit
durch die auf den Simulatorkolben 20 wirkende, sich entspannende
Simulatorfeder 21 über
die Verbindungsbohrung 22 und die hydraulische Verbindungsleitung 12 in
die Radbremsen 36 des ersten Bremskreises 14 verschoben.
Dabei werden die Radbremsen 36 mit einer zu der in der
Simulatorfeder 21 gespeicherten äquivalenten Kraft zugespannt.
Die in der Simulatorfeder 21 gespeicherte Kraft entspricht
der vom Fahrer bei einem normalen Bremsvorgang auf das Bremspedal
aufgebrachte Kraft. Diese Kraft reicht aber nicht für ein effektives Abbremsen
des Fahrzeugs in einer Notbremsung aus. Deswegen bewirkt die Bewegung
des Speicherkolbens 27 nach rechts, dass die an dem Speicherkolben 27 befestigte
und in der Öffnung 39 beweglich gelagerte
Kolbenstange 38 in die Kammer 23 eindringt und
auf die Rückseite
des Simulatorkolbens 20 auftrifft. Über die Kolbenstange 38 besteht
sodann eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen Speicherkolben 27 und Simulatorkolben 20,
so dass die aus der gestauchten Speicherfeder 28 freiwerdende
Energie auch ein Verschieben des Simulatorkolbens 20 bewirkt.
Dabei wird die in der Simulatorkammer 19 des Pedalwegsimulators 18 gespeicherte
Hydraulikflüssigkeit über die
Verbindungsbohrung 22 und die hydraulische Verbindungsleitung 12 in
die Radbremsen 36 des ersten Bremskreises 14 gedrückt und
die Radbremsen 36 zugespannt, wodurch das Fahrzeug weiter
abgebremst wird.
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Somit wird eine während eines normalen Bremsvorgangs
auftretende Störung
in der elektrohydraulischen Bremsanlage durch eine Notbremsung des
Kraftfahrzeugs kompensiert, ohne dass der Fahrer des Fahrzeugs dazu
den normal eingeleiteten Bremsvorgang unterbrechen muss. Die für die Notbremsung
benötigte
Kraft muss nicht vom Fahrer aufgebracht werden, sondern wird systemseitig
zur Verfügung
gestellt. Ein hoher Kraftaufwand für die Beförderung der Hydraulikflüssigkeit
in die Radbremsen der Bremskreise durch starkes Treten auf das Bremspedal
entfällt
für den
Fahrer.
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In den Figuren der Zeichnung sind
aus Übersichtlichkeitsgründen die
für den
normalen Betrieb einer elektrohydraulischen Bremse zusätzlich benötigten Einrichtungen
wie z.B. Druckquelle insbesondere Pumpe, elektronische Steuereinheit,
Signal- und Steuerleitungen, zusätzliche
Schaltventile sowie Bremspedal und Pedalwegsensor nicht dargestellt. Ebenso
ist der Anschluss der Hydraulikleitungen an die Radbremsen 36, 37, über die
im Normalbetrieb die Bremskraft in den Radbremsen 36, 37 erzeugt wird,
nicht dargestellt.