DE19638102C1 - Betätigungseinheit für eine elektronisch gesteuerte Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Betätigungseinheit für eine elektronisch gesteuerte Fahrzeugbremsanlage

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Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungseinheit für eine elek­ tronisch gesteuerte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem durch ein Bremspedal betätigbaren Bremskraftverstärker, der ei­ nen Hauptbremszylinder und ein Reservoir für Hydraulikfluid aufweist, einer mit wenigstens einem ersten Fahrzeugrad gekop­ pelten ersten Bremseinrichtung, die durch eine elektronisch ge­ steuerte erste Ventilanordnung in einer Grundstellung mit dem Hauptbremszylinder verbindbar oder in einer Betätigungsstellung von diesem trennbar ist, einer mit dem Hauptbremszylinder ver­ bindbare Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens, die eine zur Wirkung gegen den Hydraulikdruck aus dem Haupt­ bremszylinder eingerichtete Federanordnung aufweist.
Vorzugsweise wird eine derartige Anordnung für sogenannte Bra­ ke-by-Wire-Fahrzeugbremsanlagen verwendet, bei denen eine (hier nicht weiter erläuterte) elektronisch gesteuerte Druckquelle den Hydraulikdruck in den Radbremsen aufbaut, hält und/oder ab­ baut.
Derartige Fahrzeugbremsanlagen sind zum Beispiel aus der DE 31 24 755 A1 bzw. die DE 31 31 856 A1 bekannt. Allerdings haben diese Anordnungen den Nach­ teil, daß das dem Fahrer dargebotene Bremspedalgefühl und das für den Fahrer erlebbare Verhalten des Bremspedals nur unzurei­ chend dem aus herkömmlichen Fahrzeugbremsanlagen bekannten ent­ spricht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden. Dazu ist die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage in der Weise weitergebildet, daß der Federanordnung eine Cha­ rakteristik-Modelliereinrichtung zugeordnet ist.
Dabei kann die Charakteristik-Modelliereinrichtung in der Ver­ bindung zwischen dem Hauptbremszylinder und der Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens angeordnet sein.
Alternativ dazu kann die Charakteristik-Modelliereinrichtung auch in der Verbindung zwischen der Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens und einem Hydraulikreservoir angeord­ net sein.
Um in der ersten oben beschriebenen Ausführungsform bei Defek­ ten in der elektronisch gesteuerten Druckquelle den aus dem Hauptbremszylinder bereitstellbaren Hydraulikdruck nicht unnö­ tig in die Simulationseinrichtung zu fördern, kann mit Vorteil in der Verbindung von dem Hauptbremszylinder zu der Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens eine zweite Venti­ lanordnung angeordnet sein, durch die in einer Grundstellung die Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens von dem Hauptbremszylinder trennbar oder in einer Betätigungsstellung mit diesem verbindbar ist.
Entsprechendes gilt für die zweite oben beschriebene Alternati­ ve, bei der in der Verbindung von der Einrichtung zur Simulati­ on des Bremspedalverhaltens zu dem Reservoir vorzugsweise eine zweite Ventilanordnung angeordnet ist, durch die in einer Grundstellung die Einrichtung zur Simulation des Bremspedalver­ haltens von dem Reservoir trennbar oder in einer Betätigungs­ stellung mit diesem verbindbar ist.
In einer derzeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens durch eine Zylinder/Kolbenanordnung gebildet, bei der ein Kolben durch die Federanordnung belastet ist, die durch eine Schrauben- oder Tellerfederpaket-Anordnung mit vorzugsweise progressiver Federkennlinie gebildet ist. Al­ ternativ dazu kann die Federanordnung auch durch ein Elastomer- Element gebildet sein, wie es als solches durch die DE 43 43 386 A1 bekannt ist.
Durch die Charakteristik-Modelliereinrichtung ist das Verhalten der Simulationseinrichtung in Abhängigkeit von der Bewegungs­ richtung, der Betätigungskraft, und/oder der Betätigungsge­ schwindigkeit des Bremspedals beeinflußbar.
Dazu weist die Charakteristik-Modelliereinrichtung wenigstens eine bei der Betätigung des Bremspedals Hydraulikfluid durch­ lassende erste Drossel und eine bei einer Zurücknahme der Betä­ tigung des Bremspedals Hydraulikfluid durchlassende zweite Drossel auf. Dabei ist der ersten und/oder der zweiten Drossel jeweils ein Sperrventil vor- oder nachgeschaltet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zu der bei der Betätigung des Bremspedals Hydraulikfluid durchlassenden ersten Drossel eine dritte Drossel parallel geschaltet, der vorzugsweise ein druckgesteuertes Differenzdruckventil vor- oder nachgeschaltet ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Betätigungseinheit für eine elektronisch gesteuerte Fahrzeug­ bremsanlage in einer schematischen Darstellung.
Fig. 2 zeigt eine erste Abwandlung der der Einrichtung zur Si­ mulation des Bremspedalverhaltens aus Fig. 1 zugeordneten Cha­ rakteristik-Modelliereinrichtung.
Fig. 3 zeigt eine zweite Abwandlung der der Einrichtung zur Si­ mulation des Bremspedalverhaltens aus Fig. 1 zugeordneten Cha­ rakteristik-Modelliereinrichtung.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemä­ ßen Betätigungseinheit für eine elektronisch gesteuerte Fahr­ zeugbremsanlage in einer schematischen Darstellung.
In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Betätigungseinheit für ein elektronisch gesteuertes Bremssystem schematisch dargestellt. Die Betätigungseinheit umfaßt einen Hauptbremszylinder 2, der über ein Bremspedal 1 betätigbar ist. Von dem Hauptbremszylin­ der 2 geht ein Bremskreis 1 aus, um eine Radbremse 5 mit Hy­ draulikfluid aus einem Reservoir 3 zu versorgen. Üblicherweise werden von dem Hauptbremszylinder 2 zwei Bremskreise mit je­ weils zwei Radbremsen angesteuert. Der Übersichtlichkeit halber ist jedoch nur ein Bremskreis mit einer Radbremse 5 darge­ stellt. Zwischen dem Hauptbremszylinder 1 und der Radbremse 5 ist eine erste Ventileinrichtung 4 angeordnet, die die Verbin­ dung zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und der Radbremse 5 fe­ derunterstützt öffnet (Grundstellung) und elektromagnetbetätigt sperrt (Betätigungsstellung).
Bei fehlerfreiem elektronisch gesteuertem Bremssystem nimmt die erste Ventileinrichtung 4 ihre Betätigungsstellung ein, so daß die Versorgung der Radbremse 5 mit Hydraulikfluid durch eine nicht näher dargestellte elektronisch gesteuerte Druckquelle erfolgt. Tritt dagegen in dem elektronisch gesteuerten System ein Fehler, beispielsweise durch eine zu geringe Versorgungs­ spannung, auf, so geht die erste Ventilanordnung 4 in ihre Grundstellung zurück, damit eine Notbetätigung der Radbremse 5 durchführbar ist.
Parallel zu der ersten Ventilanordnung 4 und der Radbremse 5 ist der Ausgang des Hauptbremszylinders 2 an eine Simulations­ einrichtung 7 angeschlossen. Die Simulationseinrichtung 7 dient dazu, wenn sich die erste Ventileinrichtung 4 in ihrer Betäti­ gungsstellung befindet, also die Versorgung der Radbremse 5 mit Hydraulikfluid durch die nicht näher dargestellte elektronisch gesteuerte Druckquelle erfolgt, dem Fahrer bei Betätigung des Bremspedals 1 die bei einer konventionellen Bremsanlage übliche Pedalcharakteristik zu vermitteln.
In der Verbindung zwischen dem Ausgang des Hauptbremszylinders 2 und der Simulationseinrichtung 7 ist eine zweite Ventilein­ richtung 6 angeordnet, die die Verbindung zwischen dem Haupt­ bremszylinder 2 und der Simulationseinrichtung 7 federunter­ stützt sperrt (Grundstellung) und elektromagnetbetätigt öffnet (Betätigungsstellung). Damit ist es möglich, während der Durch­ führung einer Notbetätigung der Radbremse 5 die Verbindung des Hauptbremszylinders 2 zu der Simulationseinrichtung 7 zu sper­ ren, so daß kein Hydraulikfluidvolumen in die Simulationsein­ richtung 7 entweichen kann. Die zweite Ventilanordnung 6 geht dann in ihre Grundstellung über, wenn sich auch die erste Ven­ tileinrichtung 4 in ihrer Grundstellung befindet, also ein Feh­ ler (zum Beispiel Spannungsrückgang) in dem elektronisch ge­ steuerten System aufgetreten ist.
Die Simulationseinrichtung 7 hat einen Kolben 7a, der einen Zy­ linder in zwei Druckräume 7′, 7′′ unterteilt. Der eine Druckraum 7′′ ist mit dem Reservoir 3′ für Hydraulikfluid verbunden. Die­ ses Reservoir 3′ kann mit dem Reservoir 3 des Hauptbremszylin­ ders 2 identisch oder mit ihm hydraulisch verbunden sein. Der andere Druckraum 7′ ist über eine Charakteristik-Modellier­ einrichtung zwischen den Punkten A und B sowie die (in ihrer Betätigungsstellung befindliche) zweite Ventilanordnung 6 mit dem Hauptbremszylinder 2 verbunden, um den Kolben 7a gegen die Wirkung eines Federelements 7b mit Druck zu beaufschlagen. Vor­ zugsweise weist das Federelement 7b eine progressive Federkenn­ linie auf, um die Pedalcharakteristik möglichst genau zu simu­ lieren.
Das Federelement 7b kann in herkömmlicher Weise als Schrauben­ feder oder als Tellerfederpaket ausgebildet werden. Jedoch ist es auch möglich, das Federelement 7b als Elastomer-Element aus­ zubilden, wodurch sich nicht unerhebliche Kostenvorteile erge­ ben, da anders als bei Verwendung einer Schraubenfeder Befesti­ gungs- sowie Anschlagteile direkt in das Elastomer-Element in­ tegriert werden können. Auch wird der bei der Verwendung einer Schraubenfeder erforderliche Aufwand zur Führung sowie Einstel­ lung der Vorspannkraft der Schraubenfeder eingespart. Vorteil­ haft erweist sich weiterhin, daß ein Elastomer-Element gegen­ über einer Schraubenfeder stärker ausgeprägte Dämpfungseigen­ schaften aufweist. Die vorteilhaften Eigenschaften des Elasto­ mer-Elements lassen sich durch geeignete Formgebung, Kapselung sowie Materialauswahl erzielen.
Um die Simulation der Pedalcharakteristik durch hydraulische Dämpfung weiter zu formen und damit zu optimieren, sind in der Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und der Simulati­ onseinrichtung 7 eine erste und eine zweite Drossel 10, 11 an­ geordnet. Die Drosseln 10, 11 sind zwischen den Punkten A, B angeordnet und zueinander parallel geschaltet, wobei zu der zweiten Drossel 11 ein Sperrventil 12 in Reihe geschaltet ist. Das Sperrventil 12 ist so ausgerichtet, daß eine Strömungsver­ bindung nur in Richtung von der Simulationseinrichtung 7 zu dem Hauptbremszylinder 2 möglich ist. Demzufolge strömt bei einer Betätigung des Bremspedals 1 Hydraulikfluid von dem Haupt­ bremszylinder 2 über die erste Drossel 10 in die Simulations­ einrichtung 7, während bei einer Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 Hydraulikfluid von der Simulationseinrichtung 7 über beide Drosseln 10, 11 in den Hauptbremszylinder 2 zurück­ strömt.
Erfindungsgemäß stellt sich damit bei Betätigung des Bremspe­ dals 1 und bei Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 je­ weils eine unterschiedliche Dämpfungs- und damit Pedalcharakte­ ristik ein.
Die Drosseln 10, 11 sind so bemessen oder einstellbar, daß sich bei Betätigung des Bremspedals 1 eine stärker gedämpfte Pedal­ charakteristik als bei Zurücknahme der Betätigung des Bremspe­ dals 1 ergibt. Die Bemessung der Drosseln 10, 11 kann in übli­ cher Weise durch Einstellung der Strömungsquerschnitte erfol­ gen. Damit sich bei Betätigung eine stärkere Bedämpfung als bei Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 ergibt, sind ent­ weder die Strömungsquerschnitte der Drosseln 10, 11 jeweils gleich groß oder der Strömungsquerschnitt der mit dem Sperrven­ til 12 in Reihe geschalteten zweiten Drossel 11 ist größer als der Strömungsquerschnitt der ersten Drossel 10 einzustellen.
Sofern bereits das Federelement 7b der Simulationseinrichtung 7 eine ausreichende Bedämpfung bewirkt, was insbesondere bei der Verwendung von einem Elastomer-Element als Federelement 7b der Fall ist, kann das mit dem Sperrventil 12 in Reihe geschaltete Drosselventil 11 eingespart werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist gegenüber der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 zusätzlich auch der ersten Drossel 10 ein Sperrventil 13 in Reihe geschaltet, wobei das Sperrventil 13 so ausgerichtet ist, daß eine Strömungsverbindung nur in Richtung von dem Hauptbremszylinder 2 zu dem Druckraum 7′ der Simulati­ onseinrichtung 7 möglich ist. Demzufolge strömt bei einer Betä­ tigung des Bremspedals 1 Hydraulikfluid von dem Hauptbremszy­ linder 2 über die erste Drossel 10 in die Simulationseinrich­ tung 7. Bei einer Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 strömt Hydraulikfluid von dem ersten Druckraum 7′ der Simulati­ onseinrichtung 7 über die zweite Drossel 11 in den Haupt­ bremszylinder 2 zurück. Hierbei ist der Strömungsquerschnitt der mit dem Sperrventil 12 in Reihe geschalteten zweiten Dros­ sel 11 größer als der Strömungsquerschnitt der mit dem Sperr­ ventil 13 in Reihe geschalteten ersten Drossel 10 eingestellt. Damit wird erreicht, daß sich bei Betätigung des Bremspedals 1 eine stärkere Bedämpfung als bei Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 ergibt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist gegenüber der Ausfüh­ rungsform nach Fig. 1 den Drosseln 10, 11 eine weitere Drossel 15 parallel geschaltet, wobei dieser dritten Drossel 15 ein Differenzdruckventil 14 mit geschlossener Grundstellung in Rei­ he geschaltet ist. Hierbei strömt bei einer Betätigung des Bremspedals 1 Hydraulikfluid von dem Hauptbremszylinder 2 über die Drossel 10 in die Simulationseinrichtung 7. Sobald die Druckdifferenz zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und der Simu­ lationseinrichtung 7 eine voreingestellte Öffnungsdruckdiffe­ renz überschreitet, strömt die Hydraulikfluid von dem Haupt­ bremszylinder 2 über die zweite und dritte Drossel 10, 15 in die Simulationseinrichtung 7. Wird die Betätigung des Bremspe­ dals 1 zurückgenommen, so strömt Hydraulikfluid von der Simula­ tionseinrichtung 7 über die erste und zweite Drossel 10, 11 in den Hauptbremszylinder 2 zurück.
Da die Druckdifferenz zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und der Simulationseinrichtung 7 mit der auf das Bremspedal 1 ausgeüb­ ten Betätigungskraft in Beziehung steht, erfolgt hierbei die Einstellung der Dämpfungscharakteristik in Abhängigkeit von der Betätigungskraft. Die Druckdifferenz zwischen dem Hauptbremszy­ linder 2 und der Simulationseinrichtung 7 hängt bei in seiner geschlossenen Grundstellung befindlichem Differenzdruckventil 14 von dem Volumenstrom durch die erste Drossel 10 ab. Außerdem steht der Volumenstrom mit der Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedal 1 in Beziehung. Daher ist die Einstellung der Dämp­ fungscharakteristik auch von der Betätigungsgeschwindigkeit ab­ hängig. Insgesamt läßt sich somit die Dämpfungscharakteristik bei Betätigung des Bremspedals 1 durch Einstellung der Öff­ nungsdruckdifferenz des Differenzdruckventils 14 sowie durch Bemessung des Strömungsquerschnittes der ersten Drossel 10 in Abhängigkeit von der Betätigungskraft sowie der Betätigungsge­ schwindigkeit des Bremspedals 1 zu exakten Simulation der Pe­ dalcharakteristik einstellen.
Die in Fig. 4 gezeigt Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 darin, daß die Charakteristik- Modelliereinrichtung nicht mit dem mit dem Hauptbremszylinder 2 verbundenen ersten Druckraum 7′, sondern in der Verbindung zwi­ schen dem Reservoir 3′ und dem zweiten Druckraum 7′′ angeordnet ist. Dabei ist die Orientierung der Punkte A und B vertauscht, um der Richtungsgebundenheit der Ventile 12, 13, 14 Rechnung zu tragen. In der Fig. 4 ist auch die zweite Ventilanordnung 6 in dieser Verbindung zwischen dem Reservoir 3′ und dem zweiten Druckraum 7′′ angeordnet. Alternativ dazu kann die Ventilanord­ nung 6 jedoch auch zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem ersten Druckraum 7′ verbleiben. In der erfindungsgemäß erziel­ ten Funktion ändert sich dadurch nichts.

Claims (11)

1. Betätigungseinheit für eine elektronisch gesteuerte hy­ draulische Fahrzeugbremsanlage, mit
  • - einem durch ein Bremspedal (1) betätigbaren Bremskraftver­ stärker, der einen Hauptbremszylinder (2) und ein Reservoir (3) für Hydraulikfluid aufweist,
  • - einer mit wenigstens einem ersten Fahrzeugrad gekoppelten er­ sten Bremseinrichtung (5), die durch eine elektronisch ge­ steuerte erste Ventilanordnung (4) in einer Grundstellung (4.1) mit dem Hauptbremszylinder (2) verbindbar oder in einer Betätigungsstellung (4.2) von diesem trennbar ist,
  • - einer mit dem Hauptbremszylinder (2) verbindbaren Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens (7), die
  • - eine zur Wirkung gegen den Hydraulikdruck aus dem Haupt­ bremszylinder (2) eingerichtete Federanordnung (7b) aufweist,
  • - und der eine Charakteristik-Modelliereinrichtung (A . . . B) zugeordnet ist.
2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, bei der
  • - die Charakteristik-Modelliereinrichtung (A . . . B) in der Ver­ bindung zwischen dem Hauptbremszylinder (2) und der Einrich­ tung zur Simulation des Bremspedalverhaltens (7) angeordnet ist (Fig. 1).
3. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, bei der
  • - die Charakteristik-Modelliereinrichtung (A . . . B) in der Ver­ bindung zwischen der Einrichtung zur Simulation des Bremspe­ dalverhaltens (7) und einem Hydraulikreservoir (3, 3′) ange­ ordnet ist (Fig. 4).
4. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, bei der
  • - in der Verbindung von dem Hauptbremszylinder (2) zu der Ein­ richtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens (7) eine zweite Ventilanordnung (6) angeordnet ist, durch die in einer Grundstellung (6.1) die Einrichtung zur Simulation des Brems­ pedalverhaltens (7) von dem Hauptbremszylinder (2) trennbar oder in einer Betätigungsstellung (6.2) mit diesem verbindbar ist (Fig. 1).
5. Betätigungseinheit nach Anspruch 3, bei der
  • - in der Verbindung von der Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens (7) zu dem Reservoir (3, 3′) eine zweite Ventilanordnung (6) angeordnet ist, durch die in einer Grund­ stellung (6.1) die Einrichtung zur Simulation des Bremspedal­ verhaltens (7) von dem Reservoir (3, 3′) trennbar oder in ei­ ner Betätigungsstellung (6.2) mit diesem verbindbar ist (Fig. 1).
6. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der
  • - die Einrichtung zur Simulation des Bremspedalverhaltens (7) durch eine Zylinder/Kolbenanordnung gebildet ist, bei der ein Kolben (7a) durch die Federanordnung (7b) belastet ist und
  • - die Federanordnung (7b) durch eine Schrauben- oder Tellerfe­ derpaket-Anordnung mit vorzugsweise progressiver Federkennli­ nie gebildet ist.
7. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der
  • - die Federanordnung (7b) durch ein Elastomer-Element gebildet ist.
8. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der
  • - die Charakteristik-Modelliereinrichtung (A . . . B) das Verhal­ ten der Simulationseinrichtung (7) in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung, der Betätigungskraft, und/oder der Betäti­ gungsgeschwindigkeit des Bremspedals (1) beeinflußt.
9. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der
  • - die Charakteristik-Modelliereinrichtung (A . . . B) wenigstens eine bei der Betätigung des Bremspedals (1) Hydraulikfluid durchlassende erste Drossel (10) und eine bei einer Zurück­ nahme der Betätigung des Bremspedals (1) Hydraulikfluid durchlassende zweite Drossel (11) aufweist.
10. Betätigungseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der
  • - der ersten und/oder der zweiten Drossel (10, 11) jeweils ein Sperrventil (13, 12) vor- oder nachgeschaltet ist (Fig. 1, 2).
11. Betätigungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, bei der
  • - zu der bei der Betätigung des Bremspedals (1) Hydraulikfluid durchlassenden ersten Drossel (10) eine dritte Drossel (15) parallel geschaltet ist, der vorzugsweise eine druckgesteuer­ tes Differenzdruckventil (14) vor- oder nachgeschaltet ist.
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