DE19641821A1 - Bremsdruckgeber für eine hydraulische Bremsanlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bremsdruckgeber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Brems­ druckgeber ist beispielsweise aus der WO-A-9217357 bekannt. Er weist einen pneumatischen Vakuumbremskraftverstärker und einen Tandemhauptzylinder auf und ist in eine Bremsanlage eingebaut, welche auch für eine Aktivbremsung ausgestattet ist. Eine Aktivbremsung ist eine Bremsbetätigung, welche ohne Betätigung des Bremspedals oder in Überlagerung zu einer pedalbetätigten Bremsung durchgeführt wird.

Zum Zwecke der Aktivbremsung weist die bekannte Bremsanlage zwischen dem Behälteranschluß des Primärbremskreises und dem Druckmittelbehälter ein Ventil auf, welches diese Verbindung zu sperren vermag. Mittels einer Hochdruckpumpe kann nun im Primärbremskreis Druck aufgebaut werden, wobei auch bei un­ betätigtem Bremspedal ein Druckmittelabfluß in den Vorrats­ behälter nicht erfolgt, da das Ventil, welches elektromagne­ tisch sperrbar ist, geschlossen wird. Im Sekundärbremskreis wird ein Druck deshalb aufgebaut, weil der vom Druck im Pri­ märbremskreis beaufschlagte Schwimmkolben, der die beiden Bremskreise trennt, den Druck an den Sekundärbremskreis wei­ tergibt. Für die Bremskraftverstärkung einer pedalbetätigten Bremsung wird lediglich der pneumatische Bremskraftverstärker verwendet. Eine hydraulische Unterstützung des pneumatischen Bremskraftverstärkers ist nicht möglich, da bei einer Druck­ beaufschlagung der Primärkammer des Tandemhauptzylinders eine Rückstellkraft auf das Bremspedal ausgeübt würde, was den Fahrer dazu zwingen würde, eine höhere Pedalbetätigungskraft aufzubringen. Allerdings bringt die Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren mit sich, daß das im Ansaugbereich ge­ bildete Vakuum nur noch sehr schwach ist, so daß in Folge der pneumatische Bremskraftverstärker mit immer größeren Wirk­ flächen ausgestattet werden muß.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Brems­ druckgeber der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher mit einem Bremskraftverstärker auskommt, der verhältnismäßig kleine Wirkflächen aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst in Verbindung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen hydraulischen Druck zwischen Bremskraftverstärker und Druckstangenkolben angreifen zu las­ sen, so daß eine merkliche Betätigungskraft auf den Haupt­ zylinder ausgeübt wird, durch den kleinen Querschnitt der Druckstange jedoch kaum Rückwirkungen auf das Bremspedal zu vermerken sind.

Bei einer Aktivbremsung kann so die Zusatzdruckquelle bewir­ ken, daß bei Druckbeaufschlagung des Druckstangenkolbens das Bremspedal vom Druckstangenkolben entkoppelt wird.

Da die Druckquelle lediglich zur zusätzlichen Bremskraftver­ stärkung neben einem üblichen Bremskraftverstärker herangezo­ gen wird, ist es nicht notwendig, einen Hochdruckspeicher zu verwenden, sondern es kann eine dynamische Hochdruckquelle, beispielsweise eine Hochdruckpumpe Verwendung finden.

Eine dynamische Bremskraftverstärkung durch eine selbsttätige Regelung des hydraulischen Druckes erhält man durch eine Drosselverbindung zwischen der Druckquelle und einem druck­ losen Behälter, welche bei Anlage der Druckstange am Druck­ stangenkolben geschlossen und bei Lösung des Druckstangenkol­ bens von der Druckstange geöffnet ist. Mittels des durch Druckstange und Druckstangenkolben gebildeten hydraulischen Ventils wird der eingespeiste Druck so eingeregelt, daß der Druckstangenkolben schwebend in einer Position unmittelbar vor einem mechanischen Kontakt mit der Druckstange gehalten wird.

Diese Drosselverbindung wird besonders platzsparend als Boh­ rung durch den Druckstangenkolben geführt, so daß das Ende der Druckstange selbst als Schließglied für diese Drossel­ verbindung dienen kann. Ein Behälteranschluß des Hauptzylin­ ders zur Verbindung dieser Drosselverbindung mit dem Behälter sowie die Bohrungen im Druckstangenkolben selbst sind dann so angelegt, daß sie von keiner Dichtung überfahren werden.

Die Dichtung, welche sich zwischen dieser Drosselverbindung und der Druckquelle befindet, wird vorzugsweise als Rück­ schlagventilmanschette gestaltet, welche einen Druckmittel­ strom zur Druckquelle zuläßt. So wird ggf. in Verbindung mit einem Rückschlagventil zwischen Behälter und Hauptzylinder auf einfache Weise sichergestellt, daß auch ohne Zuschaltung der Druckquelle bei einer pedalbetätigten Bremsung an der Stirnseite des Druckstangenkolbens kein Vakuum auftritt.

Damit auch ohne Betätigung des Bremspedals, wenn sich bei alleinigem Betrieb der Druckquelle der Druckstangenkolben von der Druckstange ablöst, ein hoher Bremsdruck aufbaubar ist, empfiehlt es sich, die Verbindung zwischen Druckquelle und Behälter elektromagnetisch sperrbar zu machen. Dann kann ein Magnetventil entweder zwischen dem Behälteranschluß des Hauptzylinders und dem Druckmittelbehälter angeordnet sein oder auch innerhalb der Drosselverbindung im Druckstangenkol­ ben.

Ein stromlos geöffnetes Ventil benötigt die wenigsten Venti­ lansteuerungen, da ein solches nur dann geschlossen werden muß, wenn eine Aktivbremsung ohne Pedalbetätigung erfolgt.

Wenn ein Sensor vorhanden ist, aus dessen Signal der Betäti­ gungsweg und/oder die Betätigungsgeschwindigkeit des Brems­ pedals hervorgeht oder berechenbar ist, so kann die Druck­ quelle abhängig vom Betätigungsweg und/oder der Betätigungs­ geschwindigkeit zugeschaltet werden, letzteres beispielswei­ se, wenn anzunehmen ist, daß aufgrund einer hohen Anfangs­ geschwindigkeit der Bremspedalbewegung eine Vollbremsung erwünscht ist.

Für ein komfortables Einsetzen der Zusatzverstärkung bzw. der Aktivbremsung kann eine elektronische Regelung der Förderlei­ stung in Abhängigkeit von Betätigungsweg und/oder Be­ tätigungsgeschwindigkeit erfolgen. Hierzu empfiehlt sich bei­ spielsweise eine Regelung der Aufnahmeleistung des Antriebs­ motors.

Eine nähere Erläuterung des Erfindungsgedankens erfolgt nun anhand der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbei­ spiels in einer Figur.

Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Bremsdruck­ geber, welcher in eine hydraulische Bremsanlage eingebaut ist, die sich sowohl zur Bremsschlupfregelung als auch zur Aktivbremsung eignet.

Der dargestellte Bremsdruckgeber weist einen Tandemhauptzy­ linder 1 auf, welcher nur im Teilschnitt dargestellt ist. Der nicht einsehbare Bereich 2 des Tandemhauptzylinders 1 ist auf bekannte Weise aufgebaut und besitzt eine Primärdruckkammer und eine Sekundärdruckkammer, welche voneinander über einen Schwimmkolben getrennt sind. Der teilweise sichtbare Druck­ stangenkolben 3 sowie der nicht dargestellte Schwimmkolben können jeweils ein Zentralventil aufweisen, oder es handelt sich beispielsweise um einen sog. Schnüffelloch-Tandemhaupt­ zylinder oder auch um einen sog. Plunger-Tandemhauptzylinder. Dies ist für die Erfindung nicht entscheidend. Für die Erfin­ dung ist es auch nicht zwingend notwendig, daß es sich beim dargestellten Druckstangenkolben um den des Tandemhauptzylin­ ders handelt. Die Vorrichtung zur hydraulischen Verstärkung könnte als separates Modul zwischen Vakuumbremskraftverstär­ ker und Tandemhauptzylinder angeordnet werden.

Gegenüber dem Stand der Technik weist der Tandemhauptzylinder 1 vier anstelle von üblicherweise zwei Druckmittelanschlüssen auf. Die zwei Druckmittelanschlüsse 4 und 5 sind diejenigen, welche die Nachlaufkammern (ins Tandemhauptzylinders 1 mit einem Vorratsbehälter 10 verbinden. Die Anschlüsse 6 und 7 gehören zum erfindungswesentlichen Unterschied gegenüber dem Stand der Technik. Am Anschluß 6 ist der Tandemhauptzylinder 1 mit der Druckseite einer Hochdruckpumpe 8 verbunden, die mit ihrer Saugseite an den Vorratsbehälter 10 angeschlossen ist. Der Anschluß 7 ist über ein elektromagnetisch betätig­ tes, stromlos offenes 2/2-Wegeventil 9 mit dem Vorratsbehäl­ ter 10 verbunden. Dem Ventil 9 ist ein vom Vorratsbehälter zum Anschluß 7 hin durchlässiges Rückschlagventil 25 paral­ lelgeschaltet.

Betätigt wird der Hauptzylinder 1 über ein Bremspedal 11, dessen Betätigungskraft durch einen Vakuumbremskraftverstär­ ker 12 proportional verstärkt wird. Der Bremskraftverstärker 12 weist eine Druckstange 13 auf, welche axial über die Ge­ häusebegrenzung des Bremskraftverstärkers 12 hinausragt. Außerdem kann der Bremskraftverstärker 12 einen Wegsensor 14 besitzen, welcher den Betätigungsweg des Bremspedals 11 er­ faßt, indem er die Bewegung einer im Bremskraftverstärker 12 angeordneten bewegliche Wand mißt. Alternativ kann der Brem­ spedalweg außerhalb des Bremskraftverstärkers pedalseitig direkt erfaßt werden.

Die Druckstange 13, welche in das Gehäuse des Hauptzylinders 1 hineinragt, ist an ihrem Umfang abgedichtet.

Der Druckstangenkolben 3 ist gegenüber dem Stand der Technik an seiner dem Bremskraftverstärker 12 zugewandten Seite ver­ längert. Er begrenzt mit seiner dem Bremskraftverstärker 12 zugewandten Stirnseite eine Hochdruckkammer 15, an welche über den Druckmittelanschluß 6 die Druckseite der Pumpe 8 angeschlossen ist. In den verlängerten Teil des Druckstangen­ kolbens 3 ist stirnseitig eine Sackbohrung 16 geführt, welche die Hochdruckkammer 15 mit einer Querbohrung 17 verbindet. Zwischen der Querbohrung 17 und der Hochdruckkammer 15 ist auf den Druckstangenkolben 3 eine Rückschlagventilmanschette 18 montiert, welche einen Druckmittelstrom lediglich von der Seite der Querbohrung 17 zur Hochdruckkammer 15 hin erlaubt. Falls die Bauart der Pumpe 8 einen Druckmittelstrom in Pump­ richtung auch bei ausgeschalteter Pumpe 8 zuläßt, kann an­ stelle der dargestellten Rückschlagventilmanschette 18 eine Standarddichtung Verwendung finden.

Die Querbohrung 17 steht permanent mit dem Druckmittelan­ schluß 7 in Verbindung. Von der Querbohrung 17 aus gesehen ist jenseits des Druckmittelanschlusses 7 eine Dichtung 19 angeordnet, welche den Druckstangenkolben 3 gegen das Gehäuse des Hauptzylinders 1 abdichtet. Somit ist jede Druckmittel­ verbindung zur Nachlaufkammer des Primärbremskreises unter­ bunden.

Die Kontaktstelle von Druckstange 13 und Druckstangenkolben 3 bildet ein hydraulisches Ventil, durch das eine hydraulische Drosselverbindung von der Hochdruckkammer 15 zur Sackbohrung 16 geöffnet und geschlossen werden kann. Außerdem können kon­ struktive Maßnahmen wie zusätzliche Anschläge - nicht dar­ gestellt - vorgesehen sein, die bei mechanischem Kontakt von Druckstange 13 und Druckstangenkolben 3 eine Beschädigung des Ventilsitzes durch zu große Kräfte vermeiden.

In der dargestellten Grundposition, also bei ausgeschalteter Pumpe 8 und unbetätigtem Bremspedal 11 verschließt das Ende der Druckstange 13 die Sackbohrung 16 am Druckstangenkolben 3. Die Hochdruckkammer 15 ist somit druckmitteldicht ver­ schlossen.

Die Bremsdruckkammern des Tandemhauptzylinders 1 sind an zwei Bremskreise I und II und einen zur Bremsschlupfregelung aus­ gestatteten Hydraulikblock 20 an vier Radbremsen 21 bis 24 angeschlossen. Jeder Bremskreis I und II weist einen Druck- Spannungswandler zur Erfassung des aktuellen Bremsdruckes auf. Der Hydraulikblock 20 kann beispielsweise ein Hydraulik­ aggregat sein, welches bei einer Blockierschutzregelung nach dem Rückförderprinzip arbeitet. Es kann sechs oder acht Ma­ gnetventile enthalten oder ggf. weniger, wobei Trennventile, die die Druckseite einer Rückförderpumpe vom Tandemhauptzy­ linder 1 absperren, nicht notwendig sind. Ebenso wenig bedarf es innerhalb dieses Hydraulikblocks 20 einer saugseitig druckfesten Pumpe, da diese nur zum Rückfördern von Druck­ mittel eingesetzt wird, während jeglicher Aufbau von Aktiv­ bremsdruck von der Pumpe 8 geleistet wird.

Wie durch die folgende Beschreibung der Funktion der Brems­ anlage deutlich wird, wird jeglicher Bremsdruck zur Aktiv­ bremsung von der Pumpe 8 erzeugt, welche als Hochdruckpumpe ausgebildet ist.

Wird das Bremspedal 11 mit nicht allzu hoher Geschwindigkeit und mit geringem Pedalweg betätigt, was auf eine Teilbremsung hindeutet, so bleibt die Pumpe 8 ausgeschaltet. Dann ver­ schiebt auf an sich bekannte Weise - unterstützt durch den Vakuumbremskraftverstärker 12 die Druckstange 13 den Druck­ stangenkolben 3, so daß vom Hauptzylinder 1 in den Bremskrei­ sen I und II ein Bremsdruck aufgebaut wird. Die vom Brems­ kraftverstärker 12 bewirkte Bremskraftverstärkung reicht für solche Fälle aus. Bei hoher Betätigungsgeschwindigkeit und bei bei großen Pedalwegen wird unterstützend die Pumpe 8 zu­ geschaltet, welche in der Hochdruckkammer 15 einen Druck auf­ baut und somit den Druckstangenkolben 3 in der Abbildung nach rechts zusätzlich zum von der Druckstange 13 zurückgelegten Weg verschiebt. Hierdurch öffnet sich die Verbindung zwischen der Hochdruckkammer 15 und den Bohrungen 16 und 17, so daß gedrosselt Druckmittel aus der Hochdruckkammer 15 über das Magnetventil 9 in den Vorratsbehälter 10 abfließen kann. Der Druck in der Hochdruckkammer 15 regelt sich dabei selbst­ tätig, da mit sinkendem Druckgefälle sich der Druckstangen­ kolben 3 der Druckstange 13 wieder annähert, so daß der Quer­ schnitt des Durchgangs zwischen der Hochdruckkammer 15 und der Sackbohrung 16 verengt ist.

Durch die zusätzliche Verschiebung des Druckstangenkolbens 3 wird in beiden Bremskreisen I und II ein zusätzlicher Brems­ druck aufgebaut. Dies ergibt sich durch die Bewegung des zwi­ schen den beiden Bremskreisen angeordneten Schwimmkolbens innerhalb des nicht einsehbaren Bereichs 2 des Tandemhaupt­ zylinders 1.

Eine möglicherweise aufgrund des hohen Bremsdruckes erforder­ liche Bremsschlupfregelung spielt sich innerhalb des Hydrau­ likblocks 20 ab.

Soll zum Zwecke einer Aktivbremsung ein Bremsdruck aufgebaut werden, ohne daß das Bremspedal 11 betätigt ist, so wird das Magnetventil 9 geschlossen und der Förderdruck der Pumpe 8 zum Aufbau des gewünschten Bremsdruckes ausgenutzt. Wenn se­ lektiv nur einzelne Radbremsen mit individuell verschiedenen Aktivbremsdrücken beaufschlagt werden sollen, wie dies z. B. für eine Antriebsschlupfregelung und eine Giermomentenrege­ lung erforderlich ist, so werden innerhalb des Hydraulik­ blocks 20 entsprechende Ventile geschaltet oder getaktet.

Der Abbau von Aktivbremsdruck erfolgt durch Öffnen des Ma­ gnetventils 9. Die Hochdruckkammer 15 verliert an Druck, was sich über den Druckstangenkolben 3 auf die Bremskreise I und II überträgt.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Bremsdruckgebers liegen darin, daß eine Bremskraftverstärkung mit sehr hohen Drücken möglich ist, ohne daß ein erheblicher Mehraufwand getrieben werden müßte. Beispielsweise ist der Bremsdruckgeber mit le­ diglich einem Magnetventil 9 in der Lage, eine Aktivbremsung durchzuführen, ohne daß der Hydraulikblock 20 aufwendig auf­ gerüstet werden müßte. Es kann ein Vakuumbremskraftverstärker mit niedrigem Aussteuerpunkt verwendet werden, da für höhere Bremsdrücke die hydraulische Druckquelle herangezogen werden kann.

Claims (10)

1. Bremsdruckgeber für eine hydraulische Bremsanlage, wel­ cher aufweist:
einen pedalkraftproportional arbeitenden Bremskraftver­ stärker (12) mit einer Druckstange (13) und
einen Druckstangenkolben (3), der bei Betätigung eines Bremspedales (11) von der Druckstange (13) verschoben wird,
gekennzeichnet durch eine hydraulische Druckquelle (8), durch welche der Druckstangenkolben (3) druckstangensei­ tig mit einer zusätzlichen Druckkraft beaufschlagbar ist.

2. Bremsdruckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beaufschlagung des Druckstangenkolbens (3) durch die hydraulische Druckquelle (8) der Druckstangenkolben (3) sich von der Druckstange (13) löst.

3. Bremsdruckgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die hydraulische Druckquelle eine Hoch­ druckpumpe (8) ist.

4. Bremsdruckgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckstange (13) bei Anlage am Druckstangenkolben (3) eine hydraulische Verbindung (16, 17) zwischen Druck­ quelle (8) und einem drucklosen Behälter (10) ver­ schließt.

5. Bremsdruckgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung als Bohrungsverbindung (16, 17) durch den Druckstangenkolben (3) geführt ist, wobei die Austrittsstelle oder -stellen der Bohrungsver­ bindung (16, 17) aus dem Druckstangenkolben (3) durch Dichtungen (18, 19) von der Druckquelle (8) und weiteren Kammern des Hauptbremszylinders (1) getrennt ist bzw. sind und wobei der Hauptbremszylinder im Austrittsbereich der Bohrungsverbindung (16, 17) einen Behälteranschluß (7) aufweist.

6. Bremsdruckgeber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung zwischen den Austrittsstellen der Boh­ rungsverbindung (16, 17) und der Druckquelle (8) als Rück­ schlagventilmanschette (18) gestaltet ist, die zur Druck­ quelle (8) hin einen Druckmittelstrom zuläßt.

7. Bremsdruckgeber nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Verbindung (16, 17) zwischen Druckquelle (8) und Behälter (10) durch ein elektrisch betätigtes Ventil (9) sperrbar ist.

8. Bremsdruckgeber nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) stromlos geöffnet ist.

9. Bremsdruckgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Sensor (14), aus dessen Signal die Betätigungsgeschwindigkeit und/oder der Betätigungs­ weg des Bremspedals (11) ermittelbar ist.

10. Bremsdruckgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Hochdruckpumpe (8) elektronisch regelbar ist.