DE10346674A1 - Elektrohydraulische Bremskraftanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage, die in drei Betriebsarten betrieben werden kann, einer muskelkraftbetriebenen, unverstärkten Betriebsart, einer Hydraulikverstärker-Betriebsart und einer elektronisch geregelten Betriebsart, wobei die Bremsanlage einen Hauptzylinder (1) aufweist, einen ersten Kolben (2), der mit einem Bremspedal (3) gekoppelt ist, einen zweiten Kolben (4), der den Hauptzylinder (1) betätigt, und einen dritten Kolben (5), der vom ersten Kolben (2) betätigbar ist, wobei zwischen dem ersten und dem dritten Kolben (5) mindestens ein elastisches Element (6, 7) vorgesehen ist und alle drei Kolben (2, 4, 5) in einem Gehäuse (8) angeordnet sind. Weiterhin sind eine hydraulische Druckquelle (9) vorgesehen und eine Ventileinrichtung (10) zum Reduzieren des Drucks der Druckquelle (9) auf einen Druckwert, der in einen Zwischenraum (11) eingespeist wird, durch den der zweite Kolben (4) und der dritte Kolben (5) derart voneinander getrennt sind, dass der dritte Kolben (5) durch den auf den zweiten Kolben (4) einwirkenden Druck in der der Beaufschlagungsrichtung des zweiten Kolbens (4) entgegengesetzten Richtung beaufschlagt wird. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung (29-31, 45) vorgesehen, die durch elektromagnetventilgesteuerte Änderung des Druckmittelvolumens in der hydraulischen Kammer (21) ein von der durch die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichendes Pedalverhalten ermöglicht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer Betriebsart „Brake-by-Wire„ betrieben werden kann, mit:
einem Hauptzylinder, an den Radbremszylinder anschließbar sind,
einem ersten Kolben, der mit einem Bremspedal gekoppelt ist,
einem zweiten Kolben, der den Hauptzylinder betätigt,
einem dritten Kolben, der vom ersten Kolben betätigbar ist, wobei zwischen dem ersten und dem dritten Kolben mindestens eine Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung vorgesehen ist, die in der by-Wire-Betriebsart dem Fahrzeugführer ein komfortables Pedalgefühl vermittelt,
und alle drei Kolben sowie die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung in einem Gehäuse angeordnet sind,
mit einer hydraulischen Druckquelle sowie einer Ventileinrichtung zum Reduzieren des Drucks der Druckquelle auf einen Wert, mit dem der zweite Kolben beaufschlagbar ist,
wobei der zweite und der dritte Kolben durch einen Zwischenraum derart voneinander getrennt sind, dass der dritte Kolben durch den auf den zweiten Kolben wirkenden Druck in der der Beaufschlagungsrichtung des zweiten Kolbens entgegengesetzten Richtung beaufschlagt wird. - In der Kraftfahrzeugtechnik finden Brake-by-Wire-Bremssysteme eine immer größere Verbreitung. Bei diesen Bremssystemen kann die Bremse auch ohne aktives Zutun des Fahrers aufgrund elektronischer Signale „fremd-„ betätigt werden. Diese elektronischen Signale können beispielsweise von einem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP oder einem Abstandsregelsystem ACC ausgegeben werden. Kommt es zu einer Überlagerung einer derartigen Fremdbetätigung mit einer Fahrerbetätigung, so spürt der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Rückwirkung im Bremspedal in Form einer Abweichung von der gewohnten Pedalcharakteristik. Dieser Rückwirkungseffekt auf das Bremspedal kann einerseits für den Fahrer ungewohnt und unangenehm sein, so dass der Fahrer in einer kritischen Situation des Straßenverkehrs das Bremspedal nicht so stark betätigt wie es in dieser Situation notwendig wäre, da er durch die von der Fremdbetätigung der Bremse verursachte Störung der Bremspedalcharakteristik irritiert wird, andererseits erhält der Fahrer bei ABS- und ESP- Regelaktivitäten eine haptische Rückmeldung durch Bremspedalvibrationen. Wünschenswert wäre eine vollständige Vermeidung von Störungen der Bremspedalcharakteristik und gegenüber dem Stand konventioneller Bremssysteme reduzierte, elektronisch steuerbare Pedalvibrationen.
- Die
EP 1 078 833 A1 beschreibt eine elektrohydraulische Bremsanlage der eingangs genannten Gattung. Durch die besondere Anordnung der Kolben wird eine Entkopplung des Bremspedals von den genannten hydraulischen Komponenten erreicht, so dass der vorhin erwähnte Rückwirkungseffekt weitestgehend eliminiert werden kann. Als weniger vorteilhaft ist bei der vorbekannten Bremsanlage die Tatsache anzusehen, dass die Bremspedalcharakteristik in der „Brake-by-wire„-Betriebsart durch die Eigenschaften der die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung bildenden passiven elastischen und dämpfenden Elemente fest vorgegeben ist und keine haptische Rückmeldung des Bremssystems an den Fahrerfuß erlaubt. - Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei der ein aktiver Eingriff in die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung im Sinne der oben genannten haptischen Rückmeldung möglich ist. Außerdem soll die Bremsanlage einen einfachen Aufbau aufweisen und kostengünstig herstellbar sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die durch ventilgesteuerte Änderung des Druckmittelvolumens in der hydraulischen Kammer ein von der durch die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichendes, elektronisch steuerbares Pedalverhalten ermöglicht. Die Einrichtung ist dabei vorzugsweise durch die elektrische Steuer- und Regeleinheit steuerbar.
- Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, dass die elektrisch steuerbare Einrichtung durch ein in einer ersten Verbindung zwischen der hydraulischen Kammer und einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter eingefügtes, elektromagnetisch schaltbares erstes 2/2-Wegeventil, ein in einer zweiten Verbindung zwischen der hydraulischen Kammer und dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter eingefügtes, elektromagnetisch schaltbares zweites 2/2-Wegeventil, sowie ein elektromagnetisch schaltbares drittes 2/2-Wegeventil gebildet ist, welches in einer zur Druckquelle hin führenden Leitung eingefügt ist.
- Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 4 bis 15 aufgeführt.
- Im Folgenden wird die Erfindung am Beispiel einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 den Aufbau der erfindungsgemäßen Bremsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform im Ruhezustand, -
2 eine alternative Ausführung einer Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung, die bei der Bremsanlage gemäß1 Verwendung finden kann. -
1 zeigt die erfindungsgemäße Bremsanlage im Ruhezustand. Die Bremsanlage weist ein Bremspedal3 auf, das über eine Betätigungsstange38 mit einem ersten Kolben2 fest verbunden ist. Der Bremspedalweg kann mittels eines Wegsensors17 erfasst werden. Der erste Kolben2 ist in einem dritten Kolben5 angeordnet, wobei zwischen dem ersten und dem dritten Kolben eine hydraulische Kammer21 angeordnet ist, in der elastische Elemente6 ,7 , angeordnet sind die auf den ersten und dritten Kolben Kräfte ausüben und zusammen mit nicht gezeigten Dämpfungs- und/oder Reibelementen eine Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung bilden, die eine Simulatorkraft zwischen dem ersten (2 ) und dem dritten Kolben5 bewirkt. - Weiterhin ist ein zweiter Kolben
4 vorgesehen, der einem Hauptzylinder1 zugeordnet ist und darin einen Druckaufbau ermöglicht. Der Hauptzylinder1 ist über eine lediglich schematisch angedeutete elektrohydraulische Regel- bzw. Steuereinheit28 eines Blockierschutzregelsystems (ABS) an nicht gezeigte Radbremsen des Fahrzeuges angeschlossen. - Der erste (
2 ), der zweite (4 ) und der dritte Kolben5 sind in einem Gehäuse8 untergebracht. Zwischen dem dritten Kolben5 und dem zweiten Kolben4 befindet sich ein Zwischenraum11 , der mit Druckmittel befüllbar ist. - Bei Betätigung des Bremspedals
3 bewegt der Fahrer den ersten Kolben2 entgegen der Simulatorkraft, die von den Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung erzeugt wird. Die in der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung enthaltenen passiven elastischen (6 ,7 ) und reibenden beziehungsweise dämpfenden Elemente sind so ausgeführt, dass sie dem Fahrer das Bremsgefühl vermitteln, das einer gewöhnlichen Bremspedalcharakteristik entspricht. Dies bedeutet, dass bei geringem Bremspedalweg der die Pedalkraft zunächst auf einen Anfangswert springt, bei weiterem Pedalweg zunächst langsam ansteigt und dann bei größerem Bremspedalweg überproportional zunimmt. - Bei Betätigung des Bremspedals wird der Druck im Zwischenraum
11 in einem hydraulisch geregelten Betriebsmodus mit Hilfe einer ersten Ventileinrichtung so gesteuert, dass der dritte Kolben5 in unmittelbarer Nähe eines Anschlags35 im Gehäuse8 bleibt und in einem bevorzugten „By-Wire„ Betriebsmodus mit Hilfe einer zweiten Ventileinrichtung so, dass der dritte Kolben5 in Anlage an dem Anschlag35 im Gehäuse8 bleibt. Der „By-Wire„-Betriebsmodus umfasst sowohl vom Fahrer durch ein Niederdrücken des Bremspedals ausgelöste, als auch autonome, das heißt elektronisch gesteuerte, ohne Zutun des Fahrers eingeleitete Bremsungen sowie deren Überlagerungen. Im erstgenannten Betriebsmodus sind Pedalbewegung und Pedalkraft weitgehend, im zweiten Betriebsmodus vollständig entkoppelt vom Betätigungszustand des Hauptzylinders1 . Druckpulsationen im Hauptzylinder1 , die bei ABS- und ESP-Regelvorgängen auftreten, können im Gegensatz zu herkömmlichen Bremsanlagen wegen dieser Entkopplung nicht an das Bremspedal gelangen. - Im hydraulisch geregelten Betriebsmodus kann durch Betätigen des Bremspedals
3 und den damit verbundenen Aufbau einer Simulatorkraft der dritte Kolben5 in Richtung des zweiten Kolbens4 bewegt werden, wodurch bereits nach einem sehr geringen Verfahrweg eine Ventileinrichtung10 betätigt wird. Die Ventileinrichtung10 ist im dargestellten Beispiel als ein hydromechanisches Verstärkerventil ausgebildet, das einen Ventilkörper13 aufweist, der mittels einer Feder32 in Richtung auf den zweiten Kolben4 zu vorgespannt wird und zwei Steuerkanten aufweist, deren Aufgabe im nachfolgenden Text erläutert wird. Eine hydraulische Verbindung12 ermöglicht ein Beaufschlagen der dem Zwischenraum11 abgewandten Stirnfläche des Ventilkörpers13 mit dem im Zwischenraum11 eingesteuerten Druck. Der Ventilkörper13 wirkt dabei mit einem Betätigungselement zusammen, das im dargestellten Beispiel als ein am dritten Kolben5 angeformter radialer Vorsprung14 ausgebildet ist. Bewegt sich der dritte Kolben5 ein wenig in Richtung des zweiten Kolbens4 , so folgt der Ventilkörper13 seiner Bewegung so lange, bis eine Verbindung zwischen dem Zwischenraum11 und einer hydraulischen Druckquelle9 hergestellt wird. Diese Verbindung wird dadurch hergestellt, dass die in der Zeichnung rechte Steuerkante des Ventilkörpers13 den Strömungsweg zwischen einer von der Druckquelle9 führenden hydraulischen Druckleitung23 bzw. einem von dieser abzweigenden Leitungsabschnitt34 und einem im Zwischenraum11 mündenden Druckmittelkanal35 freigibt. Die hydraulische Druckquelle9 wird vorzugsweise durch einen Hochdruckspeicher19 gebildet, der durch ein Motor-Pumpen-Aggregat20 aufgeladen wird. Das Motor-Pumpen-Aggregat20 besteht aus einem Elektromotor26 sowie einer hydraulischen Pumpe27 , deren Saugseite an einen drucklosen Druckmittelvorratsbehälter22 angeschlossen ist, während ihre Druckseite über die vorhin genannte Leitung23 mit dem Hochdruckspeicher19 in Verbindung steht. In der Leitung23 ist ein zum Hochdruckspeicher19 hin öffnendes Rückschlagventil24 eingefügt, wobei ein Drucksensor39 die Überwachung des Ladezustands des Hochdruckspeichers19 ermöglicht. Der Hochdruckspeicher19 unterstützt die Pumpe27 vor allem in den Fällen, in denen beispielsweise bei einer schnellen Vollbremsung in kurzer Zeit Druck aufgebaut werden muss, den die Pumpe27 aufgrund ihrer Massenträgheit nicht sofort bereitstellen kann. Mittels der Verbindung zwischen dem Hochdruckspeicher19 und dem Zwischenraum11 wird dieser mit Druck beaufschlagt, wodurch der zweite Kolben4 im Hauptzylinder1 Druck aufbaut und der dritte Kolben5 in Richtung eines Anschlags35 im Gehäuse8 gedrückt wird, an dem er vor dem Betätigen der Bremse anlag. Ein an den Hochdruckspeicher19 angeschlossenes Ventil15 , ein Druckaufbauventil, ist im unbestromten Zustand geschlossen, während ein in den Druckmittelkanal34 eingefügtes Trennventil16 , in der dargestellten Ausführungsform ein Trennventil, im unbestromten Zustand geöffnet ist, so dass die Pumpe27 beziehungsweise der Hochdruckspeicher19 den Zwischenraum11 über die vorhin erläuterte Verbindung mit Druck beaufschlagen kann. Ein Drucksensor18 kann den in dem Zwischenraum11 eingesteuerten Druck erfassen. Durch Bestromen des Trennventils16 kann ein Abfließen von Druckmittel aus dem Zwischenraum11 über die Ventileinrichtung10 unterbunden werden, während durch Bestromen des Druckaufbauventils15 dem Zwischenraum11 Druckmittel zugeführt werden kann. - Im unbetätigten Zustand des Bremspedals
3 wird der erste Kolben2 über die elastischen Elemente6 und7 gegen einen Anschlag37 angedrückt, der im dritten Kolben5 ausgebildet ist. Die elastischen Elemente6 ,7 , die die vorhin erwähnte Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung bilden, sind im dargestellten Beispiel in einer vom ersten (2 ) und dritten Kolben5 begrenzten hydraulischen Kammer21 angeordnet, die einerseits mit dem Druckmittelvorratsbehälter22 und andererseits mit der Druckquelle9 bzw. dem Hochdruckspeicher19 verbindbar ist. In der ersten Verbindung40 zwischen der hydraulischen Kammer21 und dem Druckmittelvorratsbehälter22 , die durch eine Relativbewegung des dritten Kolbens5 gegenüber dem Gehäuse8 absperrbar ist, ist ein elektromagnetisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (SO-) 2/2-Wegeventil29 eingefügt, wobei das Absperren der hydraulischen Kammer21 dadurch erfolgt, dass die Mündung des im dritten Kolben5 ausgebildeten Verbindungsabschnitts40a eine im Gehäuse8 unbeweglich angeordnete Dichtung41 überfährt. In der zweiten Verbindung42 zwischen der hydraulischen Kammer21 und dem Druckmittelvorratsbehälter22 , die in der Betätigungsrichtung der Kolben2 ,5 hinter der Dichtung41 an den Verbindungsabschnitt40a angeschlossen ist, ist ein zweites elektromagnetisch betätigbares, vorzugsweise stromlos geschlossenes (SG-) 2/2-Wegeventil30 eingefügt, an dessen Eingangsanschluss gleichzeitig eine weitere hydraulische Leitung43 angeschlossen ist, die zur Druckquelle9 bzw. dem Hochdruckspeicher19 führt. In der Leitung43 sind ein drittes, elektromagnetisch betätigbares, vorzugsweise stromlos geschlossenes (SG-) 2/2-Wegeventil31 , sowie ein zum Hochdruckspeicher19 hin schließendes Rückschlagventil44 eingefügt sowie ein weiterer Drucksensor32 angeschlossen, der der Ermittlung des in der hydraulischen Kammer21 herrschenden Druckes dient. Außerdem kann an die Leitung43 ein zweiter (Hilfs-) Hochdruckspeicher33 angeschlossen sein. Das dritte 2/2-Wegeventil31 sperrt in seiner ersten Schaltstellung die hydraulische Leitung43 ab, während es in seiner zweiten Schaltstellung die Funktion eines zum Hochdruckspeicher19 hin sperrenden Rückschlagventils erfüllt. Die vorhin erwähnten 2/-2-Wegeventile29 ,30 , und31 bilden eine elektrisch steuerbare Einrichtung, die in der Betriebsart „Brake-by-wire„ eine Änderung des Druckmittelvolumens in der hydraulischen Kammer21 und damit ein von der durch die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichendes Pedalverhalten ermöglicht. -
2 zeigt eine alternative Ausführung der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung, bei der das elastische Element bzw. die Druckfeder6 außerhalb der hydraulischen Kammer21 angeordnet ist und somit „trocken„ bleibt. - Die im Zusammenhang mit der Zeichnung beschriebene erfindungsgemäße Bremsanlage kann selbstverständlich auch in anderen Betriebsarten betrieben werden. So wird in einer Betriebsart, die durch einen vom Fahrerwillen unabhängigen Bremsvorgang charakterisiert ist, der Betätigungsdruck im Zwischenraum
11 durch Ansteuern der zweiten Ventileinrichtung einem fortlaufend neu berechneten Solldruckwert nachgeführt. Dazu kann durch Bestromen des Trennventils16 der Volumenstrom zur Ventileinrichtung10 unterbunden werden, während die Möglichkeit des umgekehrten Volumenstroms von der ersten Ventileinrichtung10 durch das Trennventil16 zum Druckaufbau im Zwischenraum11 erhalten bleibt. Über das Druckaufbauventil15 kann elektronisch gesteuert ein höherer Betätigungsdruck eingestellt werden als der, den das hydromechanische Verstärkerventil, die Ventileinrichtung10 , vorgeben würde. Zum elektronisch gesteuerten Druckabbau wird die Bestromung des Trennventils16 vorübergehend ausgesetzt, so dass Druckmittel zur Ventileinrichtung10 abfließen kann, die in diesem Betriebszustand eine Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter22 herstellt. Diese Verbindung kommt dadurch zustande, dass die in der Zeichnung linke Steuerkante des Ventilkörpers13 den Strömungsweg zwischen dem Druckmittelkanal45 und einer von der Ventileinrichtung10 zum Druckmittelvorratsbehälter10 führenden hydraulischen Verbindung36 freigibt. Diese elektronische Bremsdruckregelung hat den Vorteil, dass ihr Übertragungsverhalten im Rahmen der durch die technischen Daten von Hochdruckspeicher, Druckaufbau- und Trennventil gegebenen Dynamik frei wählbar ist. Daher können eine sogenannte Springerfunktion, d.h. das Springen auf einen vorgegebenen Bremsdruckwert beim Antippen des Bremspedals3 , eine Bremsassistentenfunktion, eine Verzögerungsregelung und ein autonomes Bremsen, wie es beispielsweise für ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung), ESP (Elektronisches Stabilitäts-Programm) und ACC (Adaptive Cruise Control) benötigt wird, durch Softwaremaßnahmen realisiert werden. Hierfür wird die Fahrervorgabe in Form einer Bremspedalbetätigung, die durch Weg-, Kraft- oder sonstige Sensoren erfasst wird, von der nicht dargestellten elektronischen Steuer- und Regeleinheit durch Anwendung geeigneter Algorithmen in Radbremsdrücke umgerechnet, die mit Hilfe der elektronisch schaltbaren Ventile im Fremdkraft-Bremsmodul und der nachgeschalteten ABS-Hydraulik realisiert werden. - In dem bereits erwähnten bevorzugten „Brake-by-wire„-Betriebsmodus, der durch einen vom Fahrerverzögerungswunsch eingeleiteten Fremdbremsvorgang charakterisiert ist, wird im Zwischenraum
11 durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventile15 ,16 mittels der nicht dargestellten elektronischen Steuer- und Regeleinheit nach Maßgabe des Signals des den Fahrerwunsch erfassenden Wegsensors17 ein hydraulischer Druck eingeregelt. Dieser Druck ist stets so bemessen, dass er ausreicht, um den dritten Kolben5 an seinem Anschlag35 in Gehäuse8 zu halten. Dadurch ergibt sich eine Bremspedalcharakteristik d.h. ein durch mathematische Funktionen beschreibbarer Zusammenhang zwischen Bremspedalkraft, Bremspedalweg und Bremspedalgeschwindigkeit, in den der Betätigungszustand des Hauptzylinders1 nicht eingeht. Die wesentlichen Parameter der Bremspedalcharakteristik sind die Steifigkeiten und Vorspannungen der elastischen Elemente6 und7 . Eine haptische Rückmeldung über das Fahrerpedal kann durch ein elektronisch gesteuertes Abweichen von der durch passive Elemente vorgegebenen Bremspedalcharakteristik erreicht werden. Dazu wird erfindungsgemäß mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Ventilen29 ,30 ,31 das Druckmittelvolumen in der hydraulischen Kammer21 gesteuert, wobei die ansonsten offene hydraulische Verbindung40 zwischen der hydraulischen Kammer21 und dem Vorratsbehälter22 abgesperrt wird. Zum Beenden einer Betriebsphase der Bremsanlage mit abweichender Bremspedalcharakteristik wird einfach die Verbindung40 wieder freigegeben. Der Ventilschaltvorgänge zur Überlagerung der vorgegebenen Bremspedalcharakteristik (Force Feedback Pedal) werden im nachfolgenden Text genauer beschrieben. - Zum Zurückdrücken des Bremspedals
3 wird zunächst die erste Verbindung40 der hydraulischen Kammer21 mit dem Druckmittelvorratsbehälter22 durch Umschalten des ersten 2/2-Wegeventils29 abgesperrt. Dann wird die Kammer21 durch geregeltes Öffnen des dritten 2/2-Wegeventils31 mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt, wodurch zusätzliches Druckmittel in die Kammer21 strömt und das Pedal3 zurückgedrückt wird. Durch Beobachtung des Drucks in der Kammer21 mit Hilfe des Drucksensors32 und der Bremspedalbewegung mit Hilfe des Wegsensors17 kann der Fahrerwunsch trotz der zusätzlichen Rückstellkraft erfasst werden. Für einen aktiven Abbau des in die Kammer21 eingebrachten Druckmittelzusatzvolumens wird das erste 2/2-Wegeventil29 geschlossen gehalten und das Druckmittelvolumen durch Öffnen des zweiten 2/2-Wegeventils30 in den Druckmittelvorratsbehälter22 abgelassen. Durch ein Geschlossen Halten des Ventils29 wird die vorhin erwähnte Dichtung41 geschont, die von der Mündung des Verbindungsabschnitts40a überfahren werden kann. Bei nicht mehr benötigter zusätzlicher Rückstellkraft wird nach vollständigem Abbau des Druckmittelzusatzvolumens über das zweite 2/2-Wegeventils30 die hydraulische Kammer21 durch Öffnen des ersten 2/2-Wegeventils29 wieder drucklos geschaltet. Dadurch folgt der Weg des Bremspedals3 wieder der vorgegebenen passiven Bremspedalcharakteristik. - In einer dritten Betriebsart, die durch einen Ausfall der elektrischen Stromversorgung bzw. die sog. hydraulische Rückfallebene charakterisiert ist, bleiben die elektromagnetischen Ventile
15 und16 unbestromt. Dadurch kann die Ventileinrichtung10 , das hydromechanische Verstärkerventil, den Betätigungsdruck im Zwischenraum11 regeln und so eine Bremskraftverstärkung bewirken. Dabei wird der Druckaufbau durch das Zusammenwirken der in der Zeichnung rechten Steuerkante des Ventilkörpers13 mit dem Leitungsabschnitt34 geregelt, während der Druckabbau durch das Zusammenwirken der in der Zeichnung linken Steuerkante mit der hydraulischen Leitung36 geregelt wird. Die hydraulische Verstärkung funktiorniert ohne Elektrizität, solange der Hochdruckspeicher19 unter Druck stehendes Druckmittel abgeben kann. Es liegt eine lineare Kraftverstärkung vor, deren Verstärkungsfaktor durch das Verhältnis der Querschnittsflächen von zweitem Kolben4 zu drittem Kolben5 fest vorgegeben ist. - In einer vierten Betriebsart, die durch das Fehlen eines hydraulischen Drucks im Druckspeicher
19 bzw. die sog. mechanische Rückfallebene charakterisiert ist, kann die Bremsanlage rein mechanisch betätigt werden, der dritte Kolben5 bewegt sich unter der Wirkung einer am Bremspedal3 eingeleiteten Betätigungskraft von seinem Anschlag35 weg und verschiebt den zweiten Kolben4 durch eine mechanische Kraftübertragung, so dass die Betätigung des Hauptzylinders1 ausschließlich mit Muskelkraft erfolgt. Durch die stattfindende Relativbewegung des dritten Kolbens5 gegenüber dem Gehäuse8 erfolgt eine Absperrung der oben erwähnten hydraulischen Kammer21 , indem die Mündung einer an die hydraulische Kammer21 angeschlossenen Leitung40 eine im Gehäuse8 angeordnete, feststehende Dichtung41 überfährt. Durch die Absperrung wird die Funktion der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung6 ,7 abgeschaltet, so dass eine direkte Kraftübertragung vom ersten (2 ) auf den dritten Kolben5 statt findet. - Mit Hilfe des von der vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichenden Pedalverhaltens können dem Fahrer über elektronisch gesteuerte Pedalvibrationen haptische Rückmeldung des Betriebszustands des Bremsenregelsystems gegeben werden Dabei können diese Informationen über Frequenz und Intensität der Vibration quantifiziert werden. Weiterhin kann dem Fahrer durch ein elektronisch gesteuertes, temporäres Zurückdrücken des Bremspedals eine Rückmeldung gegeben werden, wenn eine ABS- beziehungsweise ESP-Regelung durchgeführt wird. Vorzugsweise werden diese absichtlichen Rückmeldungen in ihrer Intensität geringer gestaltet als die in herkömmlichen Bremsanlagen prinzipbedingt unvermeidbar starken und oft störenden oder irritierenden Pedalrückwirkungen.
Claims (15)
- Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer Betriebsart „Brake-by-Wire„ sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, mit – einem Hauptzylinder (
1 ), an den Radbremszylinder anschließbar sind, – einem ersten Kolben (2 ), der mit einem Bremspedal (3 ) gekoppelt ist, – einem zweiten Kolben (4 ), der den Hauptzylinder (1 ) betätigt, – einem dritten Kolben (5 ), der vom ersten Kolben (2 ) betätigbar ist, wobei zwischen dem ersten (2 ) und dem dritten Kolben (5 ) mindestens eine Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung (6 ,7 ) vorgesehen ist, die in der „Brake-by-Wire„-Betriebsart dem Fahrzeugführer ein komfortables Pedalgefühl vermittelt, zwischen dem ersten (2 ) und dem dritten Kolben (5 ) eine mit der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung (6 ,7 ) zusammenwirkende hydraulische Kammer (21 ) begrenzt ist und alle drei Kolben (2 ,4 ,5 ), sowie die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung (6 ,7 ) in einem Gehäuse (8 ) angeordnet sind, – einer mittels einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit ansteuerbaren hydraulischen Druckquelle (9 ), sowie – einer durch den dritten Kolben (5 ) betätigbaren Ventileinrichtung (10 ) zum Reduzieren des Drucks der Druckquelle (9 ) auf einen Wert, mit dem der zweite Kolben (4 ) beaufschlagbar ist, wobei der zweite (4) und der dritte Kolben (5 ) durch einen Zwischenraum (11 ) derart voneinander getrennt sind, dass der dritte. Kolben (5 ) durch den den zweiten Kolben (4 ) beaufschlagenden Druck in der der Beaufschlagungsrichtung des zweiten Kolbens (4 ) entgegengesetzten Richtung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (29-31 ,45 ) vorgesehen ist, die durch elektromagnetventilgesteuerte Änderung des Druckmittelvolumens in der hydraulischen Kammer (21 ) ein von der durch die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichendes Pedalverhalten ermöglicht. - Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (
29-31 ) durch die elektronische Steuer- und Regeleinheit elektrisch steuerbar ist. - Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch steuerbare Einrichtung durch ein in einer ersten Verbindung (
40 ) zwischen der hydraulischen Kammer (21 ) und einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter (22 ) eingefügtes, elektromagnetisch schaltbares erstes 2/2-Wegeventil (29), ein in einer zweiten Verbindung (42 ) zwischen der hydraulischen Kammer (21 ) und dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter (22 ) eingefügtes, elektromagnetisch schaltbares zweites 2/2-Wegeventil (30 ), sowie ein elektromagnetisch schaltbares drittes 2/2-Wegeventil (31 ) gebildet ist, welches in einer zur Druckquelle (9 bzw.19 ) hin führenden Leitung (43 ) eingefügt ist. - Bremsanlage nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (
32 ) zur Ermittlung des in der hydraulischen Kammer (21 ) herrschenden Druckes vorgesehen ist. - Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste 2/2-Wegeventil (
29 ) als ein stromlos offenes (SO-) Ventil ausgebildet ist, während das zweite 2/2-Wegeventil (30 ) als ein stromlos geschlossenes (SG-) Ventil ausgebildet ist. - Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte 2/2-Wegeventil (
31 ) als ein stromlos geschlossenes (SG-) Ventil ausgebildet ist, welches in seiner ersten Schaltstellung die hydraulische Leitung (43 ) absperrt und in seiner zweiten Schaltstellung die Funktion eines zur Druckquelle (9 bzw.19 ) hin schließenden Rückschlagventils erfüllt - Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (
39 ) zum Überwachen des Ladezustands des Hochdruckspeichers (19 ) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit zugeführt wird und der im Gehäuse (8 ) integriert oder formschlüssig mit diesem verbunden ist. - Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (
18 ) zum Erfassen des im Zwischenraum (11 ) herrschenden Druckes vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit zugeführt wird und der im Gehäuse (8 ) integriert oder formschlüssig mit diesem verbunden ist. - Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Hauptbremszylinder (
1 ) eine elektrohydraulische Steuer- bzw. Regeleinheit (28 ) eines Blockierschutzregelsystems (ABS) angeschlossen ist. - Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung wenigstens ein elastisches Element (
6 ,7 ) enthält, das einen vom Relativweg zwischen erstem (2 ) und drittem Kolben (5 ) abhängigen „Federkraft„-Anteil der von der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung aufgebrachten Kraft ausübt. - Bremsanlage nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung wenigstens eine Dämpfungseinrichtung enthält, die eine von der Relativgeschwindigkeit zwischen erstem (
2 ) und drittem Kolben (5 ) abhängigen „Dämpfungskraft„-Anteil der von der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung aufgebrachten Kraft ausübt. - Bremsanlage nach Anspruch 12 oder 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung (
6 ,7 ) wenigstens eine der Komponenten «Stahlfeder, Elastomerkörper und Reibverbindung» enthält, die die von der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung aufgebrachte Kraft ausüben. - Bremsanlage nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass jede der Komponenten, die die von der Bremspedalcharakteristiksimulationseinrichtung aufgebrachte Kraft ausüben, entweder außerhalb („trocken„) oder innerhalb („nass„) der hydraulischen Kammer (
21 ) angeordnet ist. - Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass das von der vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichende Pedalverhalten elektronisch gesteuerte Pedalvibrationen einschließt.
- Bremsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass das von der vorgegebenen Bremspedalcharakteristik abweichende Pedalverhalten ein elektronisch gesteuertes temporäres Zurückdrücken des Bremspedals einschließt.
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