DE19753786A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

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DE19753786A1
DE19753786A1 DE1997153786 DE19753786A DE19753786A1 DE 19753786 A1 DE19753786 A1 DE 19753786A1 DE 1997153786 DE1997153786 DE 1997153786 DE 19753786 A DE19753786 A DE 19753786A DE 19753786 A1 DE19753786 A1 DE 19753786A1
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Manfred Rueffer
Johann Jungbecker
Lothar Kunze
Andreas Dr Klein
Ronald Bayer
Bernhard Schmittner
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Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einem mittels eines Betätigungspedals betätigbaren Hauptbremszylinder, elektrisch ansteuerbaren Bremsdruckge­ bern, die an Radbremsen angeschlossen und über vorgeschalte­ te Ventile mit dem Hauptbremszylinder verbindbar sind, min­ destens einer Sensoreinrichtung zur Erkennung des Fahrer­ verzögerungswunsches und einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung der Bremsdruckgeber und der Ventile.
Ein derartiges Bremssystem ist z. B. aus der DE 44 13 579 A1 bekannt. Dort erfolgt die Steuerung der Bremsdrücke bei in­ takter Elektronik ausschließlich über die elektrisch ange­ steuerten Bremsdruckgeber, wobei die hydraulische Leitungs­ verbindung zum Hauptbremszylinder durch geschlossene Ventile unterbrochen ist. Das beim Bremsen übliche Pedalgefühl wird durch Simulatoren erreicht, die mit den Druckkammern des Hauptbremszylinders in Verbindung stehen. Lediglich bei Aus­ fall oder Störungen der Elektronik gehen die Ventile in die geöffnete Stellung über, wobei die Radbremsen mit dem Haupt­ bremszylinder verbunden und damit die gesetzlich geforderten Bestimmungen erfüllt werden. Bei funktionierender Elektronik ist der Hauptbremszylinder allerdings durch die geschlosse­ nen Ventile von den Bremsdruckgebern und den Radbremsen hydraulisch entkoppelt, so daß bei einer Druckveränderung über die Bremsdruckgeber keine Rückwirkung an den Haupt­ bremszylinder erfolgt. Der Fahrer erhält daher auch am Be­ tätigungspedal keine Rückmeldung über eine eventuelle Druckregelung in den Bremskreisen, die durch Betätigung der Bremsdruckgeber erfolgt.
Zur Information des Fahrers über außergewöhnliche Betriebs­ zustände der Bremsanlage, wie z. B. der Eingriff eines Anti­ blockiersystems, wäre allerdings eine derartige Rückwirkung auf das Bremsbetätigungspedal hilfreich.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brems­ anlage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß dem Fahrer über das Betätigungspedal ein Gefühl für außergewöhnliche Betriebszustände der Bremsanlage vermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Betätigungspedal eine über die Steuereinheit ansteuerbare Einrichtung zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung des Betätigungspedals zugeordnet ist.
Diese Einrichtung zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung des Betätigungspedals kann z. B. durch die Steuereinheit ak­ tiviert werden, wenn ein Antiblockiersystem die Regelung der Radbremsdrücke übernimmt, um ein Blockieren der Räder zu verhindern. Auch bei Bremsanlagen, bei denen der Hauptbrems­ zylinder im Normalfall von der übrigen Bremsanlage hydrau­ lisch entkoppelt ist, wird dadurch bei einer ABS-Bremsung eine Rückmeldung an den Fahrer ermöglicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann die Einrichtung zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung in einer besonders zweckmäßigen Ausführung ein Schwingungser­ zeuger sein, durch den das Betätigungspedal in Schwingungen versetzbar ist. Der Fahrer kann somit z. B. eine ABS-Bremsung ohne weiteres an einem vibrierenden Bremsbetätigungspedal erkennen und sein Fahrverhalten ggf. anpassen.
Als Schwingungserzeuger können z. B. hydraulische, pneumati­ sche, elektromagnetische, elektromotorische oder sonstige geeignete Schwingungserzeuger verwendet werden. Der Schwin­ gungserzeuger kann als gesondertes Element z. B. direkt am Betätigungspedal angeordnet oder in den Hauptbremszylinder integriert sein.
Ein vorteilhafter Schwingungserzeuger, der den in der Brems­ anlage vorliegenden Hydraulikdruck nutzt, kann eine mit dem Hauptbremszylinder gekoppelte und durch Magnetventile steu­ erbare Kolben-Zylinder-Einheit sein, durch die der Druck in mindestens einer der Druckkammern des Hauptremszylinders periodisch veränderbar ist. Durch eine wiederholte Druck­ veränderung in den Druckkammern des Hauptbremszylinders kann der Primärkolben und das mit ihm gekoppelte Betätigungspedal in Schwingungen versetzt werden. Eine derartige Kolben- Zylinder-Einheit kann als gesondertes Bauteil ausgeführt oder in den Hauptbremszylinder integriert sein.
Eine besonders kompakte Ausführung des Schwingungserzeugers zeichnet sich dadurch aus, daß die Kolben-Zylinder-Einheit einen Druckkolben enthält, der eine Sekundärkammer eines Tandem-Hauptbremszylinders begrenzt und zwischen einem An­ schlag und einer Endwand des Tandem-Hauptbremszylinders ver­ schiebbar angeordnet ist. Eine zwischen der Endwand und dem Druckkolben gebildete Druckkammer ist über Magnetventile wechselseitig mit einer Druckmittelquelle und einem druck­ losen Ausgleichsbehälter verbindbar. Dadurch kann der Druck­ kolben in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden, die auch eine Bewegung des Sekundärkolbens und des Primärkolbens bewirkt. Die Bewegung des Primärkolbens ist über das Be­ tätigungspedal am Fahrerfuß spürbar.
Die Bremsdruckgeber können unterschiedlich ausgebildet sein. Es können z. B. Hydraulikzylinder sein, deren Kolben mittels elektrisch ansteuerbarer Gleichstrommotoren über ein Getrie­ be zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung be­ tätigbar sind. Die Gleichstrommotoren können zweckmäßiger­ weise reversierbar und die Getriebe als Kugelgewindetriebe ausgebildet sein. Die Kolben der Hydraulikzylinder können aber auch über ventilgesteuerte pneumatische oder hydrau­ lische Linearantriebe betätigt werden, die von einer Druck­ mittelquelle versorgt werden. Diese Druckmittelquelle kann gleichzeitig für die Druckmittelversorgung des Druckkolbens im Hauptbremszylinder eingesetzt werden. Eine geeignete Druckmittelquelle kann beispielsweise durch einen Hochdruck­ speicher und ein diesen aufladendes Motor-Pumpen-Aggregat gebildet sein.
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung zweier Ausführungsbei­ spiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Bremsanlage und
Fig. 2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen Bremsanlage.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Bremsanlage enthält einen mittels eines Betätigungspedals 1 betätigbaren zwei­ kreisigen Hauptbremszylinder bzw. Tandemhauptzylinder 2 mit zwei voneinander getrennten Druckräumen 3 und 4, die mit einem Ausgleichsbehälter 5 verbunden sind. Der erste Druck­ raum (Primärdruckraum) 3 wird durch einen mit dem Betäti­ gungspedal 1 über eine Druckstange 6 gekoppelten Primärkol­ ben 7 und einen Sekundärkolben 8 begrenzt, der gleichzeitig den ersten Duckraum 3 von dem zweiten Druckraum 4 (Sekun­ därdruckraum) abtrennt. Der zweite Druckraum 4 wird von dem Sekundärkolben 8 und einem weiteren Druckkolben 9 begrenzt, der zwischen einem Anschlag 10 und einer Endwand 11 des Hauptbremszylinders 2 verschiebbar angeordnet ist.
Der erste Druckraum (Primärdruckraum) 2 steht über eine er­ ste hydraulische Leitung 12 in Verbindung mit einem elek­ trisch ansteuerbaren ersten Bremsdruckgeber 13, an den eine erste hydraulische Radbremse 14 z. B. an der einen Seite der Vorderachse angeschlossen ist. In der hydraulischen Leitung 12 ist zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem Brems­ druckgeber 13 ein erstes elektromagnetisch betätigbares Trennventil 15 angeordnet, durch das die Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem ersten Bremsdruckgeber 13 unterbrochen werden kann. Der Radbremse 14 ist ferner ein zweites elektromagnetisch betätigbares Trennventil 16 vor­ geschaltet, durch das die Verbindung zwischen der Radbremse 14 und dem Bremsdruckgeber 13 getrennt werden kann. Außerdem ist an den ersten Druckraum 3 über eine Parallelschaltung eines elektramagnetisch betätigbaren ersten 2/2-Wegeventils 17 und eines zum Hauptbremszylinder 2 hin öffnenden ersten Rückschlagventils 18 eine durch einen federnd vorgespannten Kolben 19 begrenzte erste Simulatorkammer 20 angeschlossen.
Der zweite Druckraum (Sekundärdruckraum) 4 steht über eine zweite hydraulische Leitung 21 in Verbindung mit einem zwei­ ten elektrisch ansteuerbaren Bremsdruckgeber 22, an den eine zweite hydraulische Radbremse 23 z. B. an der anderen Seite der Vorderachse angeschlossen ist. Zwischen dem Hauptbrems­ zylinder 2 und dem zweiten Bremsdruckgeber 22 ist in der hydraulischen Leitung 21 ein drittes elektromagnetisch be­ tätigbares Trennventil 24 angeordnet, durch das die Verbin­ dung zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem zweiten Bremsdruckgeber 22 unterbrochen werden kann. Auch hier ist der Radbremse 23 ein elektromagnetisch betätigbares viertes Trennventil 25 zur Unterbrechung der Verbindung zwischen dem zweiten Bremsdruckgeber 22 und der zweiten Radbremse 23 vor­ geschaltet. Über eine Parallelschaltung eines zweiten elek­ tromagnetisch betätigbaren 2/2-Wegeventils 26 sowie eines zum Hauptbremszylinder 2 hin öffnenden, zweiten Rückschlag­ ventils 27 ist an den zweiten Druckraum 4 ferner eine durch einen federnd vorgespannten zweiten Kolben 28 begrenzte zweite Simulatorkammer 29 angeschlossen.
Von einer zwischen dem Druckkolben 9 und der Endwand 11 des Hauptbremszylinders 2 gebildeten Druckkammer 30 zu dem Aus­ gleichsbehälter 5 führt ferner eine dritte hydraulische Lei­ tung 31, in der ein drittes elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 32 angeordnet ist. Die Druckkammer 30 steht außerdem mit einer Druckmittelquelle 33 über eine vierte hydraulische Leitung 34 in Verbindung, in der ein viertes elektromagnetisch betätigbares 2/2-Wegeventil 35 angeordnet ist. Die beiden 2/2-Wegeventile 32 und 35 sind jeweils in der Ausgangsstellung geschlossen und im aktivierten Zustand geöffnet. Die Druckmittelquelle 33 ist derart ausgelegt, daß sie einen Druck erzeugt, der größer als der in dem Primär­ druckraum 3 und dem Sekundärdruckraum 4 herrschende Druck ist.
An einen dritten elektrisch ansteuerbaren Bremsdruckgeber 36 sind über weitere Trennventile 37 und 38 beide ggf. der Hin­ terachse zugeordnete Radbremsen 39 und 40 angeschlossen. Alle drei Bremsdruckgeber 13, 22, 36 sind identisch aufge­ baute, motorisch betätigte Zylinder-Kolben-Einheiten mit je einem Hydraulikzylinder 41, 42, 43, in dem jeweils ein Kol­ ben 44, 45, 46 durch je einen vorzugsweise reversierbaren Gleichstrommotor 47, 48, 49 verschiebbar geführt ist. Die Gleichstrommotoren 47, 48, 49 sowie die Magnetventile werden durch eine elektronische Steuereinheit 50 angesteuert, der als Eingangssignale die Ausgangssignale eines mit dem Be­ tätigungspedal 1 zusammenwirkenden Bremslichtschalters 51 sowie zweier Drucksensoren 52 und 53 zugeführt werden, die an die Druckräume 3 und 4 des Hauptzylinders 2 angeschlossen sind und eine Fahrerverzögerungswunscherkennung ermöglichen. Zur Fahrerverzögerungswunscherkennung können jedoch auch andere Mittel, beispielsweise ein die Betätigungskraft am Betätigungspedal 1 sensierender Kraftsensor verwendet wer­ den.
Außerdem sind den einzelnen, nicht gezeigten Rädern in Fig. 1 nicht dargestellte Sensoren zugeordnet, durch die der elektronischen Steuereinheit 50 der Fahrgeschwindigkeit ent­ sprechende Ausgangssignale als weitere Eingangsgrößen zu­ geführt werden.
Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Bremskreisaufteilung sind allerdings auch andere Aufteilungen möglich. Es kann auch für jede Radbremse ein gesonderter Bremsdruckgeber zur ge­ trennten elektrischen Ansteuerung jeder Radbremse vorgese­ hen sein. Statt der in Fig. 1 gezeigten elektromotorisch angetriebenen Bremsdruckgeber sind auch pneumatische oder hydraulische Linearantriebe verwendbar, die über Magnetven­ tile gesteuert werden und über eine gesonderte Druckmittel­ quelle versorgt werden.
Die in Fig. 1 dargestellte Bremsanlage funktioniert wie folgt:
Wird ein Bremsvorgang durch Niederdrücken des Betätigungs­ pedals 1 eingeleitet, so wird der Betätigungszustand vom Bremslichtschalter 51 erkannt und der elektronischen Steuer­ einheit 50 mitgeteilt, deren Steuersignale ein Umschalten der Ventile 15, 17, 24, 26 und dadurch eine Trennung der Hauptzylinderdruckräume 3,4 von den Bremsdruckgebern 13, 22 sowie deren Verbindung mit den Simulatorkammern 20, 29 be­ wirken. Durch die Drucksensoren 52 und 53 erfolgt eine zwei­ te Meldung des Fahrerverzögerungswunsches an die elektro­ nische Steuereinheit 50, die mit der darin installierten Bremskraftverteilung die gewünschten Bremsmomente an den Fahrzeugachsen errechnet. Die den errechneten Bremssignalen entsprechenden Steuersignale werden den Gleichstrommotoren 47, 48, 49 der Bremsdruckgeber 13, 22, 36 zugeführt, die ein Verschieben der Bremsdruckgeberkolben 44, 45, 46 zur Druck­ erhöhung in den Radbremsen 14, 23, 39, 40 einleiten. Das für den Fahrer gewöhnliche, bei einem Bremsvorgang spürbare Pe­ dalgefühl wird durch die nun offene Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und den Simulatorkammern 20, 29 gewähr­ leistet. Die in den zu den Radbremsen 14, 23, 39, 40 führen­ den Leitungsabschnitten angeordneten Multiplexventile 16, 25, 37, 38 bleiben offen.
Ein Druckabbau erfolgt durch Zurückfahren der Kolben 44, 45, 46, unter Umständen durch aktive Drehrichtungsumkehr der Gleichstrommotoren 47, 48, 49. Durch die letztgenannte Maß­ nahme wird eine Erhöhung der Dynamik des Bremsvorgangs er­ reicht. Eine Druckhaltephase wird erreicht, indem die Trenn- bzw. Multiplexventile 16, 25, 37, 38 in ihre Sperrstellung umgeschaltet werden.
Eine ABS-Regelung wird bei der in Fig. 1 gezeigten Ausfüh­ rung dreikanalig (Vorderachse-zweikanalig, Hinterachse-ein­ kanalig) im Regelmodus mit den nicht dargestellten Raddreh­ zahlsensoren durchgeführt, wobei die Bremsdruckmodulation an der Hinterachse nach dem "select-low"-Prinzip erfolgt. Wenn eine ABS-Regelung erfolgt, werden die beiden 2/2-Wegeventile 32, 35 von der elektronischen Steuereinheit 50 wechselseitig derart in Öffnung- und Schließrichtung gesteuert, daß der Kolben wechselseitig mit Druck beaufschlagt und wieder ent­ lastet und somit hin- und herbewegt wird. Der Druckkolben 9 bewegt sich in Richtung des Sekundärkolbens 8 maximal bis zum Anschlag 10, solange das Ventil 35 geöffnet ist und be­ wegt sich in Richtung der Endwand 11, wenn das Ventil 32 geöffnet wird. Dadurch erfolgt in dem Sekundärdruckraum 3 eine Druckveränderung, die auch den Sekundärkolben 8 und über den Primärdruckraum 3 ebenfalls den Primärkolben 7 in Bewegung versetzt. Diese Bewegungen werden über die Druck­ stange 6 auf das Bremsbetätigungspedal 1 übertragen und wer­ den durch die Simulatoren 20, 29 gedämpft.
Bei einer Antischlupfregelung oder bei einer bei einer Fahrstabilitätsregelung werden die Trennventile im Multiplex-Modus angesteuert. Dadurch kann auf einen vierten Bremsdruckgeber verzichtet werden.
Bei einem Ausfall der Elektronik/Fahrzeugelektrik gehen alle Ventile in den stromlosen Zustand. Dabei werden beide der Vorderachse zugeordneten Radbremsen 14, 23 über die stromlos offenen Ventile 15, 24 mit dem Tandemhauptzylinder 2 verbun­ den, so daß die gesetzlich geforderten Bestimmungen bei Aus­ fall der Elektronik erfüllt sind.
Bei einem hydraulischen Ausfall der der Vorderachse zugeord­ neten Bremskreise kann immer mit dem der Hinterachse zuge­ ordneten Kreis die gesetzlich geforderte Bremswirkung "brake-by-wire" erreicht werden. Bei Ausfall des der Hinter­ achse zugeordneten hydraulischen Kreises ist durch die Ver­ wendung des Bremslichtschalters 51 bzw. der Drucksensoren 52, 53 sichergestellt, daß über die angetriebene Vorderachse die Bremswirkung "brake-by-wire" erreicht wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführung unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig. 1 dadurch, daß der Hauptbremszylin­ der 2 als konventioneller Tandemhauptzylinder ausgebildet und daß ein Schwingungserzeuger 54 unmittelbar am Betäti­ gungspedal 1 angeordnet ist. Der Schwingungserzeuger wird von der Steuereinheit 50 z. B. bei einer ABS-Bremsung ange­ steuert und kann ein pneumatischer, hydraulischer, elektro­ magnetischer, elektromotorischer oder ein sonstiger geeigne­ ter Schwingungserzeuger sein.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie kann vielmehr überall dort eingesetzt werden, wo der Hauptbremszylinder im Nor­ malfall von den eigentlichen Bremskreisen abgetrennt ist und die Bremsdrucksteuerung über elektrisch ansteuerbare Bremsdruckgeber erfolgt.

Claims (11)

1. Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit
einem mittels eines Bremsbetätigungspedals (1) betätig­ baren Hauptbremszylinder (2),
elektrisch ansteuerbaren Bremsdruckgebern (13, 22), die an Radbremsen (14, 23) angeschlossen und über vorge­ schaltete Ventile (15, 24) mit dem Hauptbremszylinder (2) verbindbar sind,
mindestens einer Sensoreinrichtung (51) zur Erkennung des Fahrerverzögerungswunsches und
einer elektronischen Steuereinheit (50) zur Ansteuerung der Bremsdruckgeber (13, 22) und der Ventile (15, 24), dadurch gekennzeichnet,
daß dem Betätigungspedal (1) eine über die Steuerein­ heit (50) ansteuerbare Einrichtung (9, 32, 33, 35; 54) zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung des Betäti­ gungspedals (1) zugeordnet ist.
2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (9, 32, 33, 35; 54) zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung des Betätigungspedals (1) ein Schwingungserzeuger ist.
3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (54) zur Erzeugung einer spürbaren Auslenkung des Betätigungspedals (1) unmit­ telbar am Betätigungspedal (1) angeordnet ist.
4. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung (9, 32, 33, 35) zur Er­ zeugung einer spürbaren Auslenkung des Betätigungspe­ dals (1) eine durch Magnetventile (32, 35) steuerbare Kolben-Zylinder-Einheit (9) zur periodischen Verände­ rung des Druckes in mindestens einer der Druckkammern (3, 4) des Hauptbremszylinders (2) ist.
5. Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit (9) in den Hauptbrems­ zylinder (2) integriert ist.
6. Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Einheit einen Druckkolben (9) enthält, der eine Sekundärkammer (4) des Hauptbrems­ zylinders (2) begrenzt und zwischen einem Anschlag (10) und einer Endwand (11) des Hauptbremszylinders (2) ver­ schiebbar angeordnet ist.
7. Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckkammer (30) zwischen dem Druckkolben (9) und der Endwand (11) über die Magnetventile (32, 35) wechselseitig mit einer Druckmittelquelle (33) und ei­ nem drucklosen Ausgleichsbehälter (5) verbindbar ist.
8. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsdruckgeber (13, 22) durch Hydraulikzylinder (41, 42) gebildet sind, deren Kolben (47, 48) durch Stellantriebe (44, 45, 46) betätigbar sind.
9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe elektrisch ansteuerbare Gleich­ strommotoren (44, 45, 46) und Getriebe zur Umwandlung einer Dreh- in eine Linearbewegung umfassen.
10. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellantriebe durch Magnetventile gesteuerte pneumatische oder hydraulische Linearantriebe sind, die mit einer Druckmittelquelle versorgt werden.
11. Bremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle zur Versorgung der Linearantriebe gleichzeitig die Druckmittelquelle (33) zur Beaufschla­ gung des Druckkolbens (9) ist.
DE1997153786 1997-12-04 1997-12-04 Bremsanlage für Kraftfahrzeuge Withdrawn DE19753786A1 (de)

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