DE19616538A1 - Elektrohydraulische Bremsanlage - Google Patents
Elektrohydraulische BremsanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Bremsanlage für
Kraftfahrzeuge, mit einem durch ein Bremspedal betätigbaren
Bremszylinder und einem drucklosen Reservoir für Hydraulik
fluid, einer mit wenigstens einem Fahrzeugrad gekoppelten Brem
seinrichtung, die mit dem Bremszylinder in Verbindung bringbar
ist, um die Bremseinrichtung mit unter Druck stehendem Hydrau
likfluid zu beaufschlagen ("Push-Through"), einer Hydraulikpum
pe und einem von dieser gespeisten Hydraulikdruckspeicher zur
Bereitstellung von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, das
der Bremseinrichtung durch eine Steuerventilanordnung gesteuert
zuführbar ist, um die Bremseinrichtung mit unter Druck stehen
dem Hydraulikfluid zu beaufschlagen ("Brake-by-Wire").
Bei einer solchen elektrohydraulischen Bremsanlage wird die zur
Abbremsung des Kraftfahrzeugs erforderliche Bremsenergie durch
ein elektrisch betätigtes Bremssystem bereitgestellt. Um das
Fahrzeug bei einem unerwarteten Ausfall des elektrisch betätig
ten Bremssystems mit einer Mindestverzögerung abzubremsen,
weist die Bremsanlage zusätzlich ein hydraulisches Hilfsbrems
system zur unmittelbaren Betätigung der Bremsen auf.
Das Anwendungsgebiet einer solchen elektrohydraulischen Brems
anlage umfaßt Antiblockierregelung, Antischlupfregelung, elek
tronische Bremskraftverteilung sowie fahrdynamische Regelungen.
Da bei einer elektrisch betätigten Bremsanlage der Fahrerwunsch
am Bremspedal mit Sensoren erfaßt und in Form von elektrischen
Signalen der elektronischen Steuerung zugeführt wird, werden
derartige Systeme auch als "Brake-by-Wire"-Systeme bezeichnet.
Für das redundante hydraulische Notsystem ist in herkömmlicher
Weise über einen Bremsdruckgeber sowie Hydraulikleitungen eine
direkte Verbindung zwischen Bremspedal und den Bremsen herzu
stellen, was auch die Bezeichnung "Push-Through" trägt. Dies
erfordert eine Umschalteinrichtung, so daß bei normalem Betrieb
der in dem elektrischen System erzeugte Bremsdruck, und bei
Vorliegen eines Fehlers oder Ausfall des elektrischen Systems
der in dem hydraulischen Hilfssystem erzeugte Bremsdruck an die
Bremsen übertragen wird.
Ein "Push-Through"-fähiges elektrohydraulisches Bremssystem ist
aus der US 721,019 bekannt.
Üblicherweise ist die Steuerventilanordnung als Schieberventil
ausgestaltet, so daß Undichtigkeiten und Leckagen unumgänglich
sind. Damit ist ein Druckabfall des in dem Hydraulikdruckspei
cher aufgenommenen Hydraulikfluids insbesondere bei längeren
Stillstandszeiten des Fahrzeuges nicht zu vermeiden. Außerdem
stehen bei dieser bekannten Anlage die dem Hydraulikdruckspei
cher nachgeordneten Bauelemente (Leitungen, Dichtungen, Ver
bindungen etc.) permanent unter dem in dem Hydraulikdruckspei
cher vorhandenen Druck. Dies kann zu vorzeitiger Materialermü
dung, zu Undichtigkeiten und dergl. führen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde unter Vermeidung
der vorgenannten Nachteile eine "Push-Through"-fähige elek
trohydraulische Bremsanlage zu entwickeln, die hohen Sicher
heitsanforderungen gerecht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei der eingangs genannten Brems
anlage zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikdruckspei
cher ein Absperrventil angeordnet, um eine Verbindung zwischen
und der Hydraulikpumpe und dem Hydraulikdruckspeicher herzu
stellen oder zu unterbinden.
Überraschenderweise lassen sich durch diese Maßnahmen die fol
genden Vorteile erzielen:
Da die Steuerventilanordnungen vorzugsweise als Schieberventile ausgeführt werden, die eine bauartbedingte Leckage ausweisen, wird durch das Vorhandensein des Absperrventils ein Entweichen des im Hydraulikdruckspeicher gespeicherten Bremsfluids bzw. ein Abfallen des Arbeitsdruckes im Hydraulikdruckspeicher ver hindert. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum stillsteht.
Da die Steuerventilanordnungen vorzugsweise als Schieberventile ausgeführt werden, die eine bauartbedingte Leckage ausweisen, wird durch das Vorhandensein des Absperrventils ein Entweichen des im Hydraulikdruckspeicher gespeicherten Bremsfluids bzw. ein Abfallen des Arbeitsdruckes im Hydraulikdruckspeicher ver hindert. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das Fahrzeug über einen längeren Zeitraum stillsteht.
Fehlerbedingte Leckagen (Leitungsrisse, defekte Dichtsitze,
etc.) werden ebenfalls vermieden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ab
sperrventil als elektromagnetisch betätigbares Sitzventil aus
gestaltet ist. Sitzventile sind prinzipbedingt leckagefrei, so
daß sich der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke besonders
einfach realisieren läßt.
Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen
Bremsanlage für Kraftfahrzeuge eine elektronischen Steuerein
richtung (ECU) vorgesehen, die mit einem ersten Sensor zur Er
fassung von in der Bremsanlage und insbesondere an dem Bremspe
dal auftretenden statischen und dynamischen Zuständen verbunden
ist und von dem ersten Sensor abgegebene Signale zur Erzeugung
von Steuersignalen für das Absperrventil heranzieht.
Des weiteren kann bei der erfindungsgemäßen elektrohydrauli
schen Bremsanlage für Kraftfahrzeuge der Hydraulikdruckspeicher
als Gasdruckspeicher ausgestaltet sein und die elektronische
Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit von
einem Signal eines zweiten Sensors die Hydraulikpumpe zu betä
tigen um den Hydraulikdruckspeicher zu laden.
Der ideale Arbeitsdruck des Hydraulikdruckspeichers liegt in der
Größenordnung zwischen 130 bar und 160 bar. Wenn als Hydraulik
druckspeicher ein Gasdruckspeicher zum Einsatz kommt, ist der
Gasfülldruck von der Gastemperatur bzw. der Umgebungstemperatur
abhängig. Dies bedeutet, daß, wenn der Gasdruckspeicher bei ei
ner Temperatur von 20°C auf einen Gasfülldruck von 90 bar vor
geladen ist, und die Temperatur auf -40°C absinkt, der Gas
fülldruck auf 16 bar abfällt.
Der Druck im Hydraulikdruckspeicher wird durch einen Sensor
überwacht. Fällt der Druck auf einen Wert unterhalb von Pmin,
z. B. 110 bar, ab, so wird das Absperrventil geöffnet und die
Hydraulikpumpe in Betrieb genommen, um den Druckspeicher nach
zuladen. Wird während des Nachladevorganges eine Bremsenbetäti
gung erforderlich, so besteht durch das Absperrventil die Mög
lichkeit, den Hydraulikdruckspeicher abzusperren, so daß die
Befüllung der Radbremsen mit Bremsfluid unmittelbar durch die
Hydraulikpumpe erfolgen kann. Da der Hydraulikdruckspeicher ab
gesperrt ist, fördert die Pumpe während der Bremsenbetätigung
kein Bremsfluid in den Hydraulikdruckspeicher, so daß ein
schnellerer Druckaufbau in den Radbremsen erfolgen kann.
Weiterhin kann die elektronische Steuereinrichtung (ECU) dazu
eingerichtet sein, in Abhängigkeit von einem eine Betätigung
des Bremspedals wiedergebendes Signal wenigstens des ersten
Sensors sowie eines einen unter einem vorbestimmten Hydraulik
druckes in dem Hydraulikdruckspeicher wiedergebendes Signal we
nigstens des zweiten Sensors das Absperrventil im Sinne eines
Unterbindens der Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe und dem
Hydraulikdruckspeicher zu betätigen.
Außerdem kann die elektronische Steuereinrichtung (ECU) dazu
eingerichtet sein, das Absperrventil im Sinne eines Unterbin
dens der Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe und dem Hydrau
likdruckspeicher zu betätigen und die Hydraulikpumpe so mit An
steuersignalen zu beaufschlagen, daß die Hydraulikpumpe ein
vorherbestimmtes Druckprofil erzeugt, das durch in der Bremsan
lage vorhandene Sensoren erfaßt und in Form von entsprechenden
Sensorsignalen an die elektronische Steuereinrichtung (ECU) ge
leitet wird, zum Vergleich zwischen dem vorherbestimmten Druck
profil und dem durch die Sensoren erfaßten Druckverlauf.
Bei abgesperrtem Druckspeicher kann eine Überwachung der Druck
sensoren erfolgen, indem über die Pumpe ein bestimmter Druck
verlauf eingestellt wird, der mit dem mittels der Drucksensoren
erfaßten Druckverlauf verglichen wird.
Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen elektrohydraulische
Bremsanlage für Kraftfahrzeuge die elektronische Steuereinrich
tung (ECU) dazu eingerichtet sein, das Absperrventil im Sinne
eines Unterbindens der Verbindung zwischen der Hydraulikpumpe
und dem Hydraulikdruckspeicher zu betätigen und die Hydraulik
pumpe so mit Ansteuersignalen zu beaufschlagen, daß die Hydrau
likpumpe einen über dem maximalem Arbeitsdruck des Hydraulik
druckspeichers liegenden Hydraulikdruck erzeugt.
Ist ein Druckaufbau oberhalb des maximalen Arbeitsdrucks des
Druckspeichers erforderlich, so kann dies bei abgesperrtem
Druckspeicher durch die Pumpe ebenfalls innerhalb einer kürze
ren Zeitspanne erfolgen.
Es kann auch ein Druckspeicher mit geringerem Volumen einge
setzt werden, wodurch sich Einbauraum einsparen läßt, da durch
eine entsprechende Hydraulikpumpe die gewünschten Druckverläufe
erzielt werden können.
Die Erfindung betrifft also auch die Betriebsweise der elektroni
schen Steuereinrichtung (ECU), die sich im Zusammenhang mit der
erfindungsgemäßen Absperr-Ventilanordnung ergibt.
Die Erfindung und deren Vorteile werden im folgenden anhand der
beigefügten Zeichnung näher erläutert, die in einer schemati
schen Prinzipschaltung eine Ausführungsform einer erfindungsge
mäßen "Push-Through"-fähigen "Brake-by-Wire" Bremsanlage zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Bremsanlage weist zur Notbe
tätigung einen "Push-Through" Bremskreis 100 auf, der von einem
über das Bremspedal 101 betätigbaren Bremszylinder 102 gespeist
wird. Das Bremspedal 101 weist einen Sensor 101a zur Erfassung
des Fahrerwunsches auf. Der Sensor 101a gibt beispielsweise ein
aus der Betätigung abgeleitetes elektrisches Weg- und/oder
Kraftsignal ab. Der Fahrerwunsch wird zu einer elektronischen
Steuereinheit ECU übertragen, dort ausgewertet und zur Erzeu
gung elektrischer Steuersignale zur Ansteuerung von weiter un
ten näher beschriebener Ventile und einer Hydraulikpumpe 110
herangezogen. Zwischen dem "Push-Through" Bremskreis 100 und
den Radbremsen einer Fahrzeugachse 103a, 103b sind Umschaltven
tile 104a, 104b angeordnet, um die Radbremsen 103a, 103b entwe
der durch den "Push-Through" Bremskreis 100 oder durch die
elektrisch gesteuerten Bremskanäle 105a, 105b ("Brake-by-Wire")
mit Bremsfluid zu beaufschlagen.
Die Umschaltventile 104a, 104b verbinden im elektrisch unbetä
tigtem Zustand, also ihrer Vorzugsstellung, den "Push-Through"
Bremskreis 100 mit den Radbremsen 103a, 103b, wobei die Verbin
dung zu den elektrisch gesteuerten Bremskanälen 105a, 10b ge
sperrt wird. Bei elektrischer Betätigung verbinden die Um
schaltventile 104a, 104b die Radbremsen 103a, 103b jeweils mit
den zugehörigen elektrisch gesteuerten Bremskanälen 105a, 105b,
wobei jeweils die Verbindung zu dem "Push-Through" Bremskreis
100 gesperrt wird. Um die Sicherheit zu erhöhen, beispielsweise
im Fall einer defekten Ventilrückstellfeder 107a, 107b, sind
die Umschaltventile 104a, 104b jeweils auch über Drucksteuer
leitungen 106a, 106b in die der "Push-Through" Betätigung ent
sprechende Vorzugsstellung bringbar.
Weiterhin sind in den elektrisch gesteuerten Bremskanälen 105a,
105b dem Umschaltventilen 104a, 104b jeweils sogenannte Trenn
zylinder 108a, 108b vorgeschaltet. Durch diese Trennzylinder
108a, 108b wird eine hydraulische Entkopplung zwischen dem
"Push-Through" Bremskreis 100 und den elektrisch gesteuerten
Bremskanälen 105a, 105b sichergestellt.
Die Bremsdruckmodulation in den elektrisch gesteuerten Bremska
nälen 105a, 105b sowie den elektrisch gesteuerten Bremskanälen
105c, 105d, die den Radbremsen der anderen Fahrzeugachse 103c,
103d zugeordnet sind, erfolgt in bekannter Weise über Steuer
ventile 109a, 109b, 109c, 109d, wobei der Bremsdruck von aus
einer elektromotorisch betriebenen Pumpe 110 und einem Druck
speicher 111 bestehenden Einheit bereitgestellt wird.
Zwischen den elektrisch gesteuerten Bremskanälen einer Fahr
zeugachse 105a, 105b bzw. 105c, 105d sind Absperrventile 112
bzw. 113 angeordnet. Diese Absperrventile 112 bzw. 113 verbin
den in unbestätigtem Zustand die Bremskanäle 105a, 105b bzw.
105c, 105d miteinander, wogegen die Bremskanäle 105a, 105b bzw.
105c, 105d im betätigten Zustand gegeneinander gesperrt sind.
Dadurch besteht die Möglichkeit die Bremskanäle einer Fahr
zeugachse 105a, 105b bzw. 105c, 105d hydraulisch zu koppeln.
Durch die Kopplung können Unterschiede im Regelverhalten zwi
schen den Bremskanälen einer Fahrzeugachse 105a, 105b bzw.
105c, 105d kompensiert werden, die beispielsweise durch ferti
gungstechnisch bedingte Toleranzen entstehen können. Dies ist
insbesondere bei einer Normalbremsung von Vorteil, da sich wie
bei einer konventionellen Bremsanlage in den Radbremsen einer
Fahrzeugbremse 103a, 103b bzw. 103c, 103d jeweils das gleiche
Druckniveau einstellt, so daß die Stabilität des Fahrzeugs ge
währleistet ist. Ist dagegen eine individuelle Regelung des
Bremsdrucks in den Radbremsen 103a, 103b bzw. 103c, 103d erfor
derlich, was unter anderem bei einer Antiblockierregelung, An
tischlupfregelung oder Fahrdynamikregelung der Fall ist, so
wird die hydraulische Kopplung der Bremskanäle 105a, 105b bzw.
105c, 105d durch Betätigung des Absperrventils 112 bzw. 113
aufgehoben.
Zwischen der Hydraulikpumpe 110 und dem Hydraulikdruckspeicher
111 ist das einen wesentlichen Aspekt der Erfindung bildende
Absperrventil 120 angeordnet, das als Sitzventil ausgestaltet
ist. Durch dieses Absperrventil 120 ist es möglich, die Leckage
probleme an den Schieberventilen 109a bis 109d zu umgehen.
Außerdem kann die Motorpumpeneinheit zur Druckmodulation
(anstelle des Druckspeichers 111 oder zu dessen Unterstützung)
herangezogen werden. Um einen schnelleren Druckaufbau insbeson
dere oberhalb des Arbeitsdrucks der Hydraulikdruckkammer 111 zu
erreichen, kann die Hydraulikdruckkammer 111 von dem übrigen
Bremssystem durch das Absperrventil 120 getrennt werden. Damit
ist ein dynamischerer Druckaufbau möglich.
Der Druck im Druckspeicher 111 wird durch einen Sensor 122
überwacht. Fällt der Druck auf einen Wert unterhalb von, z. B.
110 bar, ab, so wird das Absperrventil 120 geöffnet und die
Pumpe 121 in Betrieb genommen, um den Druckspeicher nachzula
den. Wird während des Nachladevorganges eine Bremsenbetätigung
erforderlich, so besteht durch das Absperrventil 120 die Mög
lichkeit, den Druckspeicher 111 abzusperren, so daß die Befül
lung der Radbremsen 103a, 103b, 103c, 103d mit Bremsfluid un
mittelbar durch die Pumpe 110 erfolgen kann. Wenn der Druck
speicher 111 abgesperrt wird, fördert die Pumpe während der
Bremsenbetätigung kein Bremsfluid in den Druckspeicher 111, so
daß ein schnellerer Druckaufbau in den Radbremsen 103a, 103b,
103c, 103d erfolgen kann.
Ist ein Druckaufbau oberhalb des maximalen Arbeitsdrucks des
Druckspeichers 111 erforderlich, so kann dies bei abgesperrtem
Druckspeicher 111 durch die Pumpe 120 innerhalb einer kürzeren
Zeitspanne erfolgen.
Bei abgesperrtem Druckspeicher 111 kann eine Überwachung der
Drucksensoren 115a, 115b, 115c, 115d erfolgen, indem über die
Pumpe 110 ein bestimmter Druckverlauf eingestellt wird, der mit
dem mittels der Drucksensoren 115a, 115b, 115c, 115d erfaßten
Druckverlauf verglichen wird.
Claims (7)
1. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, mit
- - einem durch ein Bremspedal (101) betätigbaren Bremszylin der (102) und einem drucklosen Reservoir (102a) für Hy draulikfluid,
- - einer mit wenigstens einem Fahrzeugrad gekoppelten Brem seinrichtung (103a . . . 103d), die mit dem Bremszylinder (102) in Verbindung bringbar ist, um die Bremseinrichtung (103a . . . 103b) mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid zu beaufschlagen,
- - einer Hydraulikpumpe (110) und einem von dieser gespeisten Hydraulikdruckspeicher (111) zur Bereitstellung von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, das der Bremseinrichtung (103a . . . 103b) durch eine Steuerventilanordnung (109a . . . 109d) gesteuert zuführbar ist, um die Bremseinrichtung (103a . . . 109d) mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid zu beaufschlagen, wobei zwischen der Hydraulikpumpe (110) und dem Hydraulikdruckspeicher (111) ein Absperrventil (120) angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen und der Hydraulikpumpe (110) und dem Hydraulikdruckspeicher (111) herzustellen oder zu unterbinden.
2. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach An
spruch 1, wobei das Absperrventil (122) als elektromagne
tisch betätigbares Sitzventil ausgestaltet ist.
3. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach ei
nem der Ansprüche 1 oder 2, mit
einer elektronischen Steuereinrichtung (ECU), die mit ei
nem ersten Sensor (101a) zur Erfassung von in der Bremsan
lage und insbesondere an dem Bremspedal (101) auftretenden
statischen und dynamischen Zuständen verbunden ist und von
dem ersten Sensor (101a) abgegebene Signale zur Erzeugung
von Steuersignalen für das Absperrventil (120) heranzieht.
4. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hydraulikdruckspeicher
als Gasdruckspeicher (111) ausgestaltet ist und die elektro
nische Steuereinrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, in Ab
hängigkeit von einem Signal eines zweiten Sensors (122) die
Hydraulikpumpe (110) zu betätigen um den Hydraulikdruckspei
cher (111) zu laden.
5. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die elektronische Steuer
einrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von
einem eine Betätigung des Bremspedals (101) wiedergebendes
Signal wenigstens des ersten Sensors (101a) sowie eines ei
nen unter einem vorbestimmten Hydraulikdruckes in dem Hy
draulikdruckspeicher (111) wiedergebendes Signal wenigstens
des zweiten Sensors (122) das Absperrventil (120) im Sinne
eines Unterbindens der Verbindung zwischen der Hydraulikpum
pe (110) und dem Hydraulikdruckspeicher (111) zu betätigen.
6. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die elektronische Steuer
einrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, das Absperrventil
(120) im Sinne eines Unterbindens der Verbindung zwischen
der Hydraulikpumpe (110) und dem Hydraulikdruckspeicher
(111) zu betätigen und die Hydraulikpumpe (110) so mit An
steuersignalen zu beaufschlagen, daß die Hydraulikpumpe
(110) ein vorherbestimmtes Druckprofil erzeugt, das durch in
der Bremsanlage vorhandene Sensoren (115a . . . 115d; 122) er
faßt und in Form von entsprechenden Sensorsignalen an die
elektronische Steuereinrichtung (ECU) geleitet wird, zum
Vergleich zwischen dem vorherbestimmten Druckprofil und dem
durch die Sensoren erfaßten Druckverlauf.
7. Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektronische Steuer
einrichtung (ECU) dazu eingerichtet ist, das Absperrventil
(120) im Sinne eines Unterbindens der Verbindung zwischen
der Hydraulikpumpe (110) und dem Hydraulikdruckspeicher
(111) zu betätigen und die Hydraulikpumpe (110) so mit An
steuersignalen zu beaufschlagen, daß die Hydraulikpumpe
(110) einen vorzugsweise über dem maximalem Arbeitsdruck des
Hydraulikdruckspeichers (111) liegenden Hydraulikdruck er
zeugt.
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