DE3231353A1

DE3231353A1 - Elektromechanischer bremskraftverstaerker

Info

Publication number: DE3231353A1
Application number: DE19823231353
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl.-Phys. 6072 Dreieich Ostwald
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1982-08-24
Filing date: 1982-08-24
Publication date: 1984-03-01
Also published as: FR2532263A1; FR2532263B1; DE3231353C2; GB8315282D0; GB2125913A; GB2125913B

Description

ALFRED TEVES GMBH ■ P 5233

Elektromechanischer Bremskraftverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektro-mechanischen Bremskraftverstärker, der insbesondere für Kraftfahrzeuge vorgesehen ist und im wesentlichen aus einem mit Hilfe des Bremspedals geschalteten elektro-motorischen Antrieb sowie aus einer von dem Bremspedaldruck beaufschlagten, den Pedaldruck verstärkt an einen Bremszylinder abgebenden mechanischen Einrichtung besteht.

Bei bekannten Bremskraftverstärkern dieser Art (DE-OS 27 58 644, DE-OS 3o 31 643) wird der die Verstärkerleistung aufbringende Elektromotor erst bei Bremsbetätigung eingeschaltet. Hierzu ist in der Regel ein mechanischer Schalter am Bremspedal vorgesehen. Ein ständiges Mitlaufen des nur bei der Bremsbetätigung, also nur kurzzeitig benötigten Elektromotors unter voller Betriebsspannung hätte einen unnötigen Energieverbrauch, einen hohen Verschleiß und eine störende Geräuschentwicklung zur Folge.

Es ist auch schon bekannt, in den den Druck von dem Bremspedal auf den Eingang des Bremskraftverstärkers übertragenden Weg einen druckempfindlichen Meßfühler einzufügen, der bei Brems.betätigung den Elektromotor einschaltet und mit Hilfe einer entsprechenden Elektronik in Abhängigkeit von dem auf das Pedal ausgeübten Bremsdruck die Höhe der an den Elektromotor angelegten Spannung steuert. Mit wachsender Fuß-Pedalkraft steigt die Betriebsspannung an. Der Elektromotor dreht sich so lange bis er durch die Gegenkraft des Bremssystems blockiert wird.

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Die bei diesen bekannten Bremsverstärkern erst zum Zeitpunkt der Bremsbetätigung mögliche Einschaltung des · Elektromotors hat eine zusätzliche Ansprechverzögerung des Bremssystems zur Folge, was vor allem bei Notbremsungen sehr nachteilig ist, weil dadurch der erforderliche Bremsweg verlängert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und einen elektro-mechanischen Bremsverstärker zu schaffen, der sich vor allem durch lange Lebensdauer und geringe Geräuschentwicklung bei gleichzeitig erheblich verringerter Ansprechverzögerung im Vergleich zu den bekannten elektro-mechanischen Bremskraftverstärkern auszeichnet. Auf möglichst geringen Herstellungsaufwand wird ebenfalls Wert gelegt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß sich diese Aufgabe in überraschend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise lösen läßt, wenn bei einem Bremskraftverstärker der eingangs genannten Art der elektro-motorische Antrieb mindestens zwei Einschaltzustände aufweist, nämlich einen für den Dauerbetrieb ausgelegten Bereitschafts- oder Leerlauf-Schaltzustand und einen durch Bremspedalbetätigung ausgelösten Betriebs-Schaltzustand.

Der Elektromotor und die zugehörige Schaltung ist so dimensioniert, daß im Leerlauf- bzw. Bereitschafts-Schaltzustand der Elektromotor einem auf die Lebensdauer der Übrigen Aggregate des Kraftfahrzeuges abgestimmten Verschleiß unterliegt. Ferner wird darauf geachtet, daß im Leerlauf der Energieverbrauch niedrig und die Geräuschentwicklung des ständig mitlaufenden Motors gering sind.

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Bei der Bremsbetätigung und somit bei der Umschaltung aus dem Leerlauf- in den Betriebs-Schaltzustand steht jedoch in vergleichsweise sehr kurzer Zeit bzw. nach minimaler Verzögerung das volle Drehmoment der Hilfsquelle, nämlich des Elektromotors, am Bremszylinder zur Verfügung, weil bei dem Einschalten des Leerlaufs bereits die mechanischen und elektrischen Trägheiten (z. B. Induktivitäten) des Bremsverstärker-Systems weitgehend überwunden wurden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung ist der Bereitschafts-Schaltzustand der Servo-Energiequelle, nämlich des Elektromotors, mit der Zündung des Kraftfahrzeuges gekoppelt. Eine logische Verknüpfung mit anderen Schaltkriterien ist in Sonderfällen ebenfalls denkbar.

Am einfachsten läßt sich nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung der Bereitschaftsschaltzustand durch Einfügung eines ohmschen Vorschaltwiderstandes in die Anschlußlei.tung zur Batterie realisieren. Zur Umschaltung in den Betriebs-Schaltzustand genügt dann ein überbrücken bzw. ein Kurzschließen des Vorschalt-Widerstandes.

Anstelle des ohmschen Widerstandes kann jedoch auch ein getakteter Schalter, z. B. ein getakteter Schalttransistor, eingefügt und das Impulspausenverhältnis zwischen den beiden Schaltstellungen gesteuert werden. Wegen der Eigeninduktivität des Motors ist in diesem Fall nicht einmal ein Kondensator zur Glättung, d. h. zur überbrückung der Impulspausen, erforderlich.

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Ferner ist es auch möglich, für den elektromotorischen Antrieb einen Nebenschlußmotor mit mehreren Erregerwicklungen einzusetzen und durch Umschaltung dieser Wicklungen in bekannter Weise den übergang vom Leerlauf- in den Betri.ebs-Schaltzustand zu verwirklichen. Beispielsweise kann durch Parallelschaltung zweier in Serie geschalteter Erreger-Wicklungen die Drehzahl eines Nebenschlußmotors erhöht werden.

Wird gemäß einer noch weiteren Ausführungsart der Erfindung in den übertragungsweg des Fuß-Pedaldruckes auf den mechanischen Teil des Bremskraftverstärkers ein druckempfindlicher Sensor eingefügt/ so läßt sich mit diesem Sensor im Betriebs-Schaltzustand die Versorgungsspannung des Elektromotors und damit das für den Verstärker zur Verfügung stehende Drehmoment (zusätzlich) steuern. Der Zusammenhang zwischen Druckhöhe und Versorgungsspannung wird hierbei je nach den speziellen Gegebenheiten linear oder progressiv ansteigend gewählt.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen in schematisch vereinfachter Darstellung

Fig. 1 eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers und

Fig. 2 eine weitere Ausführungsart des Bremskraftverstärkers in gleicher Darstellungsweise wie Fig.

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Nach Fig. 1 besteht ein elektro-mechanischer Bremsverstärker im wesentlichen aus einem die Verstärkerleistung aufbringenden Elektromotor 1 und einer mechanischen Einrichtung 2, auf deren Eingang, der sich in der Darstellung auf der rechten Seite befindet, die auf das Bremspedal 3 ausgeübte Fußkraft F übertragen wird. Am Ausgang des mechanischen Teils dieses Bremskraftverstärkers wird eine der Kraft F proportionale verstärkte Kraft in Richtung des Pfeiles 4 auf die Abtrieb-Schubstange 5 ausgeübt. An diesen Ausgang wird unmittelbar ein hier nicht dargestellter Bremszylinder abgeschlossen.

Zur Übertragung der Motorkraft des Antriebs 1 auf die Mechanik 2 und zur Erzeugung der BremskraftverStärkung sind mehrere Prinzipien bekannt, die hier wahlweise zur Anwendung kommen können. Beispielsweise läßt sich das Drehmoment des Motors 1 über ein Ritzel auf ein Schneckenrad und von diesem über eine Reibkupplung auf die Schubstange 5 übertragen, wobei die von der Kupplung übertragbare Kraft von der auf Schubstange 6 am Eingang des Verstärkers ausgeübten Kraft F abhängig ist.

Die Energiequelle, ζ. B. der üblicherweise in PKW's eingebaute Bleiakkumulator, ist mit U symbolisiert. Durch Einschalten der Zündung wird in dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Kontakt S₁ geschlossen und dadurch der Elektromotor 1 in Lauf gesetzt. Die Höhe der Versorgungsspannung U und der zugeführten Energie wird außer von der Batteriespannung U„ noch von dem in Serie geschalteten ohmschen Widerstand R bestimmt, solange S₂ offen ist. Durch Schließen des Kontaktes S₁ wird also der Bereitschafts- oder Leerlauf-Schaltzustand des elektromotorischen Antriebs 1 hergestellt.

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Sobald nun das Bremspedal 3 betätigt wird, schließt S₉ und überbrückt den Vorwiderstand R. An dem Elektromotor 1 liegt nunmehr die volle Akkumulatorspannung U_ß, die wegen des geringen inneren Widerstandes des bei Kraftfahrzeugen über die Lichtmaschine ständig nachgeladenen Akkumulators einen hohen Strom ohne Reduzierung der Spannung abzugeben vermag. Das Schließen des Schalters S₉ führt somit zum Umscha,lten des elektromotorischen Antriebs 1 vom Leerlaufin den Betriebs-Schaltzustand.

Anstelle des ohmschen Widerstandes R kann auch eine getaktete Stromversorgung, z. B. ein mit variablem Impuls-Pausen-Verhältnis geschalteter Transistor, eingesetzt werden. Die Verlustleistung im Leerlauf-Schaltzustand, die in der Ausführungsart nach'Fig. 1 von dem Widerstand R in Wärme umgesetzt wird, läßt sich auf diese Weise auf ein Minimum reduzieren.

Ferner ist es in einer nicht gezeigten Ausführungsart der Erfindung vorgesehen, als elektromotorischen Antrieb einen Nebenschlußmotor mit mehreren Erregerwicklungen vorzusehen und über diese je nach Charakteristik des Motors die Umschaltung aus dem Leerlauf- in den Betriebs-Schaltzustand herbeizuführen. Erforderlichenfalls könnte der Schalter s₉ durch einen entsprechenden Umschalter ersetzt werden; der Schalter S₁ zum Einschalten des Leerlauf-Schaltzustandes beim Einschalten der Zündung wird dabei weiterhin benötigt.

In der Ausführungsart der Erfindung nach Fig. 2 wurde in die Schubstange 6 am Eingang des Verstärkerteils 2 ein druckabhängiger Sensor 7, z. B. ein druckabhängiger elektrischer Widerstand, eingefügt und über die Doppelleitung elektrisch mit einem Regler 8 verbunden. Die Höhe (des Mittelwertes) der Versorgungsspannung U_v und der dem Elektro-

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motor 1 zugeführten Energie ist in diesem Fall abhängig von dem auf das Pedal 3 ausgeübten Druck, wobei nicht nur mehrere Schaltzustände, sondern sogar auf den jeweiligen Motortyp abgestimmte Regelkennlinien realisiert werden können. Der Mindestwert der Versorgungsspannung U_v ist, wie in Beispiel nach Fig. 1, durch den Vorwiderstand R festgelegt, der Maximalwert durch die Batteriespannung U_ß.

Eine (hier nicht dargestellte) Kombination der Ausführungsarten nach Fig. 1 und Fig. 2 bzw. die zusätzliche Einfügung des Kurzschlußkreises über den Schalter s₂ ist von Vorteil, wenn z. B. in der Endstellung des Pedals 3, d. h. bei hoher Fußkraft F, wie sie für Notbremsungen erforderlich ist, die niederohmige überbrückung des Vorwiderstandes R gewährleistet oder wenn andererseits der Sensor 7 erst bei Pedalbetätigung an den Regler 8 angeschaltet werden soll.

Claims

ALFRED TEVES GMBH 11. August 19 82

Frankfurt am Main ZL/KB/di

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Patentansprüche

Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend im wesentlichen aus einem mit Hilfe des Bremspedals geschalteten elektro-motorischen Antrieb und aus einer von dem Bremspedaldruck beaufschlagten, den Pedaldruck verstärkt an einen Bremszylinder abgebenden mechanischen Einrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß der elektromotorische Antrieb (1) mindestens zwei Einschaltzustände aufweist, nämlich einen für -den Dauerbetrieb ausgelegten Bereitschafts- oder Leerlauf-Schaltzustand und einen durch Bremspedalbetätigung ausgelösten Betriebs-Schaltzustand.

Elektro-mechanischer Bremskraftverstäkrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereitschafts-Schaltzustand mit der Zündung des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist.

Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß im Bereitschafts-Schaltzustand der elektromotorische Antrieb (1) über einen Vorschaltwiderstand (R) mit der Fahrzeugbatterie (Spannung U_D) verbunden ist und daß der Vorschaltwiderstand (R) bei Bremsbetätigung kurzgeschlossen ist.

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4. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereitscl.aftsschaltzustand die an dem elektrischen Antrieb (1) anliegende Versorgungsspannung (IL.) durch Einfügung eines elektronisch gesteuerten Widerstandes auf 2o % bis 5o % der Betriebsspannung begrenzt ist.

5. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die im Bereitschaftsschaltzustand anliegende Versorgungsspannung (ILJ durch getaktete Spannungsversorgung, z. B. mit Hilfe eines in Serie geschalteten getakteten Transistors, und Steuerung des Impuls-Pausenverhältnisses zwischen den beiden Schaltstellungen auf 2o bis 5o % der Betriebsspannung begrenzt ist.

6. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der elektromotorische Antrieb (1) ein Nebenschlußmotor mit mehreren Erregerwicklungen 1st, über die die Umschaltung von dem Bereitschafts- in den Betriebs-Schaltzustand erfolgt.

7. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das Bremspedal (3) ausgeübte Druck (Kraft F) auf" einen druckempfindlichen Sensor (7) übertragbar ist, der in Abhängigkeit von dem Pedaldruck die Höhe der an den elektromotorischen Antrieb (1) angelegten Versorgungsspannung (LL.) steuert.

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8. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Erhöhung der an den elektromotorischen Antrieb (1) angelegten Versorgungsspannung (UL·) annähernd linear zu dem Bremspedaldruck (Kraft F) er-. folgt.

9. Elektro-mechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die an den elektromotorischen Antrieb (1) angelegte Versorgungs spannung (ILJ in Abhängigkeit von dem Bremspedaldruck progressiv ansteigt.