DE19808709A1

DE19808709A1 - Verbessertes Bremssystem

Info

Publication number: DE19808709A1
Application number: DE1998108709
Authority: DE
Inventors: Glotz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-09

Description

Funktion des verbesserten Bremssystems

Das verbesserte Bremskraftsystem hat einen Bremskraftverstärker, der unabhängig vom Saugrohrunterdruck arbeitet und somit die Pedalkraft des Fahrers immer gleich stark unterstützt. Es führt automatisch eine Vollbremsung aus, wenn dies vom Fahrer gewünscht wird. Da viele Fahrer bei Vollbremsungen vergessen auszukuppeln, betätigt das verbesserte Bremssystem auch noch automatisch die Kupplung, was verhindert, daß der Motor abstirbt.

Aufbau des verbesserten Bremssystems

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 Aufbau des verbesserten Bremskraftverstärkers,

Fig. 2 Schaltplan des verbesserten Bremssystems,

Fig. 3 Aufbau der automatischen Kupplungsbetätigung.

Die Bremskraft wird verstärkt, indem eine als Elektromagnet arbeitende Spule 1 einen Weicheisenblock 2 in sich hineinzieht, sobald ein Strom durch die Windungen der Spule fließt. Dieser Block übt dann eine Kraft auf das Bremspedal 3 aus. Der Stromkreis wird geschlossen, wenn der Fahrer mit seinem Fuß auf die Pedalplatte des Bremspedals 3 tritt und dadurch den Schalter 4 betätigt. Je nach der Kraft, die der Fahrer mit seinem Fuß auf das Pedal 3 auswirkt, regelt das über das Pedal 3 gesteuerte Potentiometer 5 die Stromstärke, die durch die Spulenwindung fließt und somit die magnetische Flußdichte der Spule 1. Nimmt jetzt der Fahrer seinen Fuß vom Pedal 3, so muß sofort die gesamte unterstützende Bremskraft wegfallen. Dies wird gewährleistet, da der Betätigungsschalter 4 geöffnet wird und dadurch sofort das Magnetfeld in der Spule 1 zusammenbricht. Viele Fahrer sind nicht in der Lage, ihr Auto voll abzubremsen, da sie nicht mit voller Kraft auf die Bremse treten. Deshalb wäre es sinnvoll auch in Autos einen Not-Aus Mechanismus einzubauen, der nach Betätigung automatisch eine korrekte Vollbremsung ausführt.

Dieser Mechanismus könnte entweder durch einen Not-Aus Schalter 6, der z. B. in der Mittelkonsole eingebaut ist, aktiviert werden. Sinnvoller wäre allerdings die Verwendung eines Steuergerätes, das die Schnelligkeit des Wechsels des Fußes vom Gaspedal zum Bremspedal ermittelt. Beim Unterschreiten eines Grenzwertes würde dann der Not-Aus Mechanismus aktiviert werden. Dieses Steuergerät ist schon auf dem Markt und wird als Bremsassistent in die PKW von Mercedes-Benz eingebaut. Allerdings sollte man diese Einrichtung nur in Autos mit ABS einbauen, da sonst das Fahrzeug wegen der blockierenden Räder seine Lenkfähigkeit verliert. Die automatische Kupplungsbetätigung erfolgt nur bei Vollbremsungen, d. h. wenn der Not-Aus Mechanismus aktiviert wurde. Sie soll verhindern, das bei einem mit ABS gebremsten Auto durch den Not-Aus Mechanismus der Motor abgewürgt wird, was zu einem Blockieren der Räder führen könnte. Dieses Blockieren würde das Auto lenkunfähig machen und somit die Wirkung des ABS aufheben. Der Not-Aus Mechanismus schließt den Stromkreis, der die als Elektromagnet wirkende Spule 7 mit Strom versorgt. Dadurch wird ein Magnetfeld in der Spule 7 aufgebaut und der Weicheisenblock 8 in die Spule hineingezogen. Die mit dem Weicheisenblock 8 fest verbundene Kolbenstange 9 wird in den Geberzylinder 10 gedrückt. Mit der Schließung des Stromkreises wird gleichzeitig ein Magnetventil 11 betätigt, das verhindern soll, daß die von der Kolbenstange 9 verdrängte Hydraulikflüssigkeit in den Ausgleichsbehälter gepreßt wird. Somit fließt die Hydraulikflüssigkeit zum Nehmerzylinder, der dann die Kupplung betätigt.

Rechnung: Es ist wegen F × B² sinnvoll, die Kraft des Weicheisenblocks nicht direkt auf das Bremspedal, bzw. die Kolbenstange wirken zu lassen, sondern sie durch einen Kraftwandler zu halbieren.

Es ist bekannt, daß die Kraft F, die auf den Weicheisenblock wirkt, proportional zu der Masse m des Blocks ist und daß F proportional zum Quadrat der magnetischen Flußdichte B² ist.

Daraus läßt sich die Formel

F = c.m.B²

herleiten.

Aus einem Versuch sind folgende Größen gegeben:

Strom durch die Spulenwindungen: I = 10,5 A
an die Spule angelegte Spannung: U = 10 V
Länge der Spule: l = 0,07 m

Anzahl der Spulenwindungen: n = 250
Masse des Weicheisenwürfels: m = 0,007 kg
Kraft auf den Weicheisenwürfel: F = 0,07 N.

Die magnetische Flußdichte B der Versuchsspule errechnet sich wie folgt:
B = Ü.I.n : 1 = 4.à.10ˆ(-7) Vs/(Am).10,5 A.250 : 0,07 m Z 0,047 T.

In F = c.m.B² eingesetzt ergibt sich für c:
c = F : (m.B²) = 0,07 N : [0,007 kg.(0,047 Vs/m²)²] Z 4,5.10ˆ3 mˆ5/(V²sˆ4).

Für einen Einbau im Geberzylinder der Kupplungsbetätigung eines Autos sind folgende Voraussetzungen bekannt:

Kupplungspedalkraft: F = 150 N
Pedalweg: s = 0,2 m
Kraft, die wegen des Kraftwandlers auf den Weicheisenblock wirken muß: F = 300 N
Weg des Weicheisenblocks in die Spule: s = 0,1 m
Länge der Spule: l = 0,3 m
Masse des Weicheisenblocks: m = 2 kg
Maße des Weicheisenblocks: l.b.h = 0,1 m.0,05 m.0,05 m.

Die magnetische Flußdichte im Auto wird durch folgende Formel errechnet:
Da bei einer Spule, die an einer Gleichstromquelle angeschlossen ist, nur der Leitungswiderstand ausschlaggebend ist, ist der Gesamtwiderstand R der Spule:

R = ì.1 : A = ì.G.n : A

(mit G = Länge einer Spulenwindung; n = Windungszahl; A = Leiterquerschnitt)

Da bei dieser Spule das Ohmsche Gesetz gilt, ist die Stromstärke I durch die Spule:

I = U : R.

Mit diesen Größen läßt sich die magnetische Flußdichte der Spule im Auto berechnen:

B = Ü.I.n : 1 = Ü.(U : R).n : 1 = Ü.[U : (ì.G.n : A)].n : 1.

Bei dieser Formel kürzen sich die n heraus. Folglich ist die magnetische Flußdichte unabhängig von der Anzahl der Spulenwindungen. Da die Spulenlänge vorgegeben ist und die Spannung im KFZ 12 V beträgt, kann man die magnetische Flußdichte nur über den Leiterquerschnitt ändern.

Die magnetische Flußdichte im Auto ist gegeben durch:

F = c.m.B² ⇒ B = F : (c.m)
B = 300N : (4,5.10ˆ3 mˆ5/(V²sˆ4).2 kg) Z 0,183 T.

Setzt man diesen Wert in die obige Formel für B ein und löst nach A auf, so erhält man einen Leiterquerschnitt von 7,5 mm². Der Leiterquerschnitt der Spulenwindung für die Bremsbetätigung errechnet sich genauso.

Vorgaben für die Bremsbetätigung:

Pedalkraft: F = 500 N
Kraft auf Weicheisenblock: F = 1000 N
Pedalweg: s = 0,2 m
Weg des Weicheisenblocks: s = 0,1 m
Masse des Weicheisenblocks: m = 3 kg
Maße des Weicheisenblocks: l.b.h = 0,15 m.0,05 m.0,05 m
Spulenlänge l = 0,3 m.

Unter der Voraussetzung, daß 24 V an der Spule anliegen, ist ein Leiterquerschnitt von 11 mm² nötig, um die obigen Vorgaben zu erfüllen. Die 24 V könnte man durch Reihenschaltung zweier kleinerer 12 V-Batterien erhalten. Für die übrigen Stromverbraucher im Auto müßte man die beiden Batterien parallel schalten, um so die Kapazität einer normalen Batterie zu erhalten.

Alternativen für den Aufbau

Für die Unterstützung der Bremse und der Betätigung der Kupplung sind Spulen und Weicheisenblöcke nötig, die mehrere Kilogramm wiegen. Da aber heute bei der Entwicklung von Autos der Leichtbau eine immer größere Rolle spielt, würden sich Elektromotoren anstatt von Spulen vielleicht besser eignen.

Zukunft des Projekts

Das verbesserte Bremssystem ist zum Einsatz in Kraftfahrzeugen mit hydraulischer Bremsanlage geeignet. Es hat neben den oben schon genannten Vorzügen wie drehzahlunabhängige, gleichmäßige Verstärkung der Bremskraft und automatische Kupplungsbetätigung noch den Vorteil, daß es auch bei nichtlaufendem Motor funktioniert und deshalb Auffahrunfälle, die z. B. beim Abschleppen eines Fahrzeugs mit Motorschaden passieren können, verhindern hilft. Wenn man in das Auto zusätzlich zum verbesserten Bremssystem noch ein Steuergerät zur Kupplungsbetätigung einbauen würde, könnte man die bereits vorhandene automatische Notfall-Kupplungsbetätigung nutzen, um das Auto ohne Kuppeln fahren zu können, d. h. man hätte eine automatische Kupplung, wie sie heute bereits in manche Fahrzeuge eingebaut wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Bremskraftverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft elektrisch verstärkt wird und bei Vollbremsungen automatisch ausgekuppelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Elektromagnet arbeitende Spule 1 einen Weicheisenkern 2 in sich hineinzieht, der seinerseits mit dem Bremspedal 3 verbunden ist. Dadurch wird die Kraft, die auf den Weicheisenkern 2 wirkt als zusätzliche Bremskraft an das Bremspedal 3 weitergegeben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Elektromagnet arbeitende Spule 7 einen Weicheisenkern 8 in sich hineinzieht. An dem Weicheisenkern 8 ist eine Kolbenstange 9 befestigt, die die Hydraulikflüssigkeit im Kupplungs- Geberzylinders 10 verdrängt. Somit wird die Kraft, die auf den Weicheisenkern 8 wirkt an den Kupplungs-Nehmerzylinder weitergegeben und ausgekuppelt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Elektromagnet arbeitende Spule einen Weicheisenkern in sich hineinzieht, der seinerseits mit dem Kupplungspedal verbunden ist. Dadurch wird die Kraft, die auf den Weicheisenkern wirkt zum Auskuppeln verwendet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor zur Bremskraftverstärkung verwendet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor zur Kupplungsbetätigung verwendet wird.