DE3526556A1 - Bremsanlage mit hydraulischer bremskraftverstaerkung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine für Kraftfahrzeuge vor­ gesehene Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftverstär­ kung, mit einem pedalbetätigten Bremsdruckgeber, an dem über Druckmittelleitungen die Radbremsen angeschlossen sind, mit einem Hilfsdruck-Versorgungssystem und einem Regelventil, welches einen zur Pedalkraft proportionalen Hilfsdruck hervorruft, und mit in den Druckmittelwegen eingefügten Ventilanordnungen, die in einer Schaltposi­ tion den Bremsdruckgeber hydraulisch mit den Radbremsen verbinden und die nach Umsteuerung in eine zweite Schalt­ position die Hilfsdruckquelle anstelle des Bremsdruckge­ bers an die zu den Radbremsen führenden Druckmittelwege anschalten, sowie mit einem Pedalwegsimulator, der einen zur Pedalkraft proportionalen Weg des Pedals zuläßt.

Es sind bereits Bremsanlagen mit hydraulischer Brems­ kraftverstärkung bekannt, die aus einem Hauptzylinder mit einem vorgeschalteten hydraulischen Bremskraftverstärker bestehen und die mit einem Hilfsdruck-Versorgungssystem ausgerüstet sind. Der Bremskraftverstärker besteht dabei aus einem Hilfsdruck-Regelventil, das bei Bremsbetätigung einen zur Pedalkraft proportionalen Hilfsdruck hervor­ ruft, welcher auf die Kolben im Hauptzylinder und/oder direkt über eine hydraulische Anschlußleitung auf die Radbremsen eines Bremskreises übertragen wird. Durch die statischen Kreise des Hauptzylinders ist bei solchen An­ lagen ein zur Fußkraft proportionaler Pedalweg sicherge­ stellt.

Es wurde auch bereits eine hydraulische Bremsanlage vor­ geschlagen, die im Normalfall, d. h. bei fehlerfreier Funktion, insbesondere bei intaktem Hilfsdruck-Versor­ gungssystem, bei jedem Bremsvorgang unmittelbar nach der Bremspedalbetätigung auf dynamische Bremsdrucksteuerung umschaltet (Patentanmeldung P 35 02 018.0). Hierzu wird durch die Bremspedalbetätigung ein geregelter, zur Pedal­ kraft proportionaler Hilfsdruck erzeugt, der druckgesteu­ erte Mehrwegenventile umsteuert, dadurch den Abfluß von Druckmittel aus dem Hauptzylinder unterbindet und statt­ dessen die Hilfsdruckquelle an die Radbremsen anschaltet. Bei dieser Anlage wird mit Hilfe eines Pedalwegsimulators erreicht, daß der Hauptzylinderkolben trotz der hydrauli­ schen Absperrung pedalabhängig einen Weg zurücklegen kann. Hierzu wird im Hauptzylinder ein zusätzlicher Kol­ ben eingefügt, der gegen Federkraft verschoben werden kann. Solche Pedalwegsimulatoren sind relativ aufwendig, weil sie eine kräftige Rückstellfeder benötigen, die die erforderliche Gegenkraft und einen ausreichenden, zur feinen Dosierung der Bremskraft benötigten Pedalweg er­ lauben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die ge­ schilderten Nachteile zu überwinden und einen für hydrau­ lische Bremsanlagen, insbesondere für Bremssysteme der zuletzt beschriebenen Art, geeigneten Pedalwegsimulator zu entwickeln, der sich mit relativ geringem Aufwand her­ stellen läßt und der kompakt ausgebildet werden kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe in überra­ schend einfacher, technisch fortschrittlicher Weise durch Weiterbildung einer Bremsanlage der eingangs genannten Art gelöst werden kann, die darin besteht, daß der Brems­ wegsimulator einen in einem Zylinder angeordneten Kolben besitzt, der durch den bei Bremsbetätigung in dem Brems­ druckgeber entstehenden, fußkraftproportionalen Druck ge­ gen die Kraft einer Rückstellfeder und gegen den aus dem Hilfsdruck-Versorgungssystem in den Pedalwegsimulator eingesteuerten Hilfsdruck verschiebbar ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bremswegsi­ mulators ist es also nicht mehr erforderlich, die dem Bremspedal entgegengerichtete Kraft, die einen ausrei­ chenden Bremsweg erlaubt, ausschließlich mit Hilfe einer verhältnismäßig kräftigen und voluminösen Feder zu erzeu­ gen. Vielmehr wird erfindungsgemäß der geregelte dynami­ sche Druck des Hilfsdruck-Versorgungssystems zur Erzeu­ gung der Gegenkraft mit herangezogen. Durch Variation der Kolbenflächen, an denen der fußkraftproportionale und der entgegengerichtete Hilfsdruck angreifen, in Verbindung mit der Auslegung der Rückstellfeder, läßt sich auf ein­ fache Weise die gewünschte Charakteristik und Pedalwegsi­ mulation einstellen und den speziellen Wünschen anpassen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung ist der Bremswegsimulator in Form eines separaten, hydrau­ lisch mit dem Bremsdruckgeber verbundenen Hydraulikzylin­ ders ausgebildet und besitzt eine Simulatorkammer, in die ein der Pedalkraft entgegengerichteter Druck einsteuerbar ist und die über ein einseitig- oder dpppelt-druckgesteu­ ertes Mehrwegeventil an das Hilfsdruck-Versorgungssystem angeschlossen ist. Andererseits ist es auch möglich, wenn als Bremsdruckgeber ein Einfach- oder Tandem-Hauptzylin­ der vorgesehen ist, den Pedalwegsimulator in Form eines in dem Hauptzylinder angeordneten, nachgeschalteten Simu­ latorkolbens auszubilden, der gegen die Kraft der Rück­ stellfeder und der auf der pedalfernen Seite an den Kol­ ben angreifenden, über ein druckgesteuertes Mehrwegeven­ til einsteuerbaren Hilfsdruck verschiebbar ist.

Eine weitere günstige Ausführungsform der Erfindung be­ steht darin, daß das druckgesteuerte Mehrwegeventil in der Ruhe- oder Ausgangslage gesperrt und durch den Hilfs­ druck des Hilfsdruck-Versorgungssystems auf Durchlaß um­ schaltbar ist. In manchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn das Umschalten des druckgesteuerten Mehrwegeventils und das dadurch bedingte in Funktion Setzen des Pedalwegsimu­ lators von dem Überschreiten eines vorgegebenen Druck­ schwellwertes des Hilfsdruckes abhängig ist.

Anstelle oder zusätzlich zu den druckgesteuerten Mehrwe­ geventilen können elektrisch betätigbare Ventile vorhan­ den sein. Der Umschaltezeitpunkt bzw. das Einschalten und Ausschalten des Pedalwegsimulators ist in solchen Fällen in Abhängigkeit von beliebigen Kriterien frei wählbar.

Zweckmäßigerweise besitzt das Hilfsdruck-Versorgungssy­ stem eine elektrisch angetriebene, bei Betätigung des Bremspedals einschaltbare Hydraulikpumpe.

Bremsanlagen der erfindungsgemäßen Art lassen sich durch zusätzliches Einfügen von steuerbaren Ventilen in die den Bremsdruckgeber mit den Radbremsen verbindenden Druckmit­ telleitungen und eine entsprechende Steuerung zu blockiergeschützten Bremsanlagen bzw. schlupfgeregelten Anlagen ausbilden.

Eine besondere Bedeutung hat die erfindungsgemäße Ausge­ staltung des Bremswegsimulators in Verbindung mit Brems­ systemen, die, solange das Hilfsdruck-Versorgungssystem intakt ist, rein dynamisch wirken. In einem Ausführungs­ beispiel dieser Art sind in den Druckmittelwegen zwischen dem Bremsdruckgeber und den Radbremsen druckgesteuerte Mehrwegeventile eingefügt, die in ihrer Ausgangslage den Bremsdruckgeber hydraulisch mit den Radbremsen verbinden und die nach Umsteuerung in eine zweite Schaltposition die Hilfsdruckquelle anstelle des Bremsdruckgebers an die Druckmittelwege zu den Radbremsen anschalten. Nur bei Ausfall des Hilfsdruck-Versorgungssystems wird der Brems­ druck unmittelbar durch den Bremsdruckgeber erzeugt; aus den dynamischen werden im Störfall statische Bremskreise. Bei "normalen" Bremsvorgängen wird mit dem Bremsdruckge­ ber ausschließlich der unmittelbar den Radbremsen zuge­ führte geregelte Hilfsdruck gesteuert.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildung hervor, in der die wichtigsten Bestandteile der Bremsan­ lage und der hydraulische Schaltplan in schematisch ver­ einfachter Darstellung wiedergegeben sind.

In der hier dargestellten Ausführungsart besteht die er­ findungsgemäße Bremsanlage aus einem Bremsdruckgeber 1, der in Form eines Tandem-Hauptzylinders ausgebildet ist. An diesen Hauptzylinder sind über zwei hydraulisch ge­ trennte Bremskreise I,II und über Ventilanordnungen 2,3, die hier später näher erläutert sind, die Radbremsen 4- 7 der Vorder- und Hinterräder VL,HR;VR,HL in diagonaler Anordnung angeschlossen. In die Druckmittelwege beider Kreise I,I′ bzw. II,II′ sind außerdem Bremsdruckmodulato­ ren 8,9 eingefügt, mit denen in bekannter Weise der Rad­ schlupf geregelt und dadurch ein Blockieren der Räder verhindert werden kann. Auf die Darstellung von Details der Modulatoren 8,9 wurde verzichtet, weil die Schlupfre­ gelung für die erfindungsgemäße Bremsanlage von unterge­ ordneter Bedeutung ist.

Zu der Bremsanlage gehört ein Hilfsdruck-Versorgungssy­ stem, das sich im wesentlichen aus einer Hydraulikpumpe 10, die mit Hilfe eines Elektromotors M angetrieben wird, aus dem zugehörigen Rückschlagventil 11 und aus einem Bremsdruck-Regelventil 12 zusammensetzt. Außerdem ist ein Druckausgleichs- und Druckmittel-Vorratsbehälter 13 vor­ handen, an den die Saugseite der Pumpe 10 und Kammern 14,15 des Bremsdruckgebers bzw. Hauptzylinders 1 ange­ schlossen sind, über die in Verbindung mit Zentralventi­ len 16,17 beim Lösen der Bremse ein Druckausgleich her­ beigeführt wird.

Die Arbeitskammern des Hauptzylinders, an die die Brems­ kreise I,II angeschlossen sind, sind mit 18 und 19, die in diesen Arbeitskammern angeordneten Rückstellfedern mit 20 und 21 bezeichnet. Über ein Bremspedal 22 wird bei Bremsbetätigung in Richtung des Pfeiles F eine Kraft aus­ geübt, die zum Verschieben der beiden Hauptzylinderkolben 23 und 24 und dadurch zum Druckaufbau in den Arbeitskam­ mern 18 und 19 nach dem Verschließen der Zentralventile 16 und 17 führt.

Es handelt sich in dem dargestellten Beispiel um eine im Normalfall mit dynamischem Druck bremsende Anlage. Bei jeder Bremsenbetätigung wird nämlich über einen Pedalkon­ takt 25 und über den Anschluß m der Antriebsmotor M der Hydraulikpumpe 10 in Gang gesetzt und das Bremsdruck-Re­ gelventil 12 angesteuert. Hierzu wird der in den Arbeits­ kammern 18,19 des Hauptzylinders 1 aufgebaute Druck zu den Steuerkammern 26,27 des Hilfsdruck-Regelventils 12 übertragen, wodurch proportional zur Fußkraft ein Schließdruck auf ein Kugelsitzventil 28 des Regelventils 12 ausgeübt wird. Der zuvor offene Druckmittelweg von der Hydraulikpumpe 10 über eine Druckmittelleitung 41, den Anschluß 42, das Ventil 28, eine Ventilkammer 29 und über eine Rückflußleitung 30 zu dem Druckausgleichsbehälter 13 wird dadurch gedrosselt, so daß ein geregelter, zur Fuß­ kraft F proportionaler Druck in den Leitungen 41,42 auf­ gebaut wird.

Dieser geregelte Hilfsdruck führt zur Umschaltung der druckgesteuerten Mehrwegeventile 31,32;33,34 der Ventil­ anordnungen 2,3. Zu dem hier betrachteten Zeitpunkt, d. h. nach der Bremsenbetätigung, steht nämlich bereits hydrau­ lischer Druck an den Steuerleitungen 35,36 der Ventile 31,33 an. Beide Ventile 31,33 schalten daraufhin auf Durchlaß um. Dadurch nehmen auch die 3/2-Wegeventile 32, 34 ihre zweite Schaltposition ein, in der nunmehr anstel­ le des Bremsdruckgebers 1 die Hilfsdruckquelle bzw. der auf der Leitung 41 herrschende geregelte Druck über die Modulatoren 8,9 und die Bremskreise I′,II′ an den Rad­ bremsen 4-7 angeschlossen ist.

Durch die beschriebene Umschaltung auf die dynamische Bremsdruckversorgung und das Absperren des Hauptzylinders 1 bzw. der Bremskreise I,II durch Umschaltung der hydrau­ lisch betätigten 3/2-Wegeventile 32,34 wäre auch bei Er­ höhung der Bremskraft F jede weitere Verschiebung der Hauptzylinderkolben 23,24 unterbunden. Eine feine Dosie­ rung der Bremskraft ohne Verschiebung des Pedals, d. h. ohne einen zur Bremskraft proportionalen Pedalweg, ist jedoch äußerst schwierig. Eine solche sogenannte Knopf­ bremse ist in manchen Staaten sogar verboten. Aus diesem Grunde besitzt die dargestellte Bremsanlage einen Brems­ wegsimulator 37, der hier in Form eines separaten, hy­ draulisch mit der Arbeitskammer 19 des Hauptzylinders verbundenen Hydraulikzylinders ausgebildet ist. Dieser Hydraulikzylinder enthält einen Kolben 38, der gegen die Kraft einer Rückstellfeder 39 und, sobald ein druckge­ steuertes 2/2-Wegeventil 40 auf Durchlaß umgeschaltet ist, gegen den geregelten, in der Druckmittelleitungen 41,46,47 herrschenden Hilfsdruck verschiebbar ist.

Das Mehrwegeventil 40 wird in der Ruhe- oder Ausgangslage durch eine Feder 48 geringer Spannung in der dargestell­ ten Sperrstellung gehalten. Durch entsprechende Dimensio­ nierung dieser Feder 48 läßt sich erforderlichenfalls ein Schwellwert vorgeben, der den Druck bestimmt, bei dem das Ventil 40 umschaltet oder in die gezeigte Position zu­ rückkehrt. Eine Ausbildung des Ventils 40 als doppelt­ druckgesteuertes Ventil, bei dem die Umschaltung von der Druckdifferenz abhängig ist, ist ebenfalls möglich.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Bremsanlage und insbesondere des beschriebenen Bremswegsimulators 37 ist ohne weiteres verständlich. Der bei Bremsbetätigung in den Arbeitskammern 18,19 des Hauptzylinders 1 entstehende Druck führt zum Umschalten der Ventilanordnungen 2,3 und zu einem der Pedalkraft F und dem Druck in den Kammern 18,19 proportionalen Hilfsdruck in der Druckmittelleitung 41 und am Eingang 42 des Regelventils 12, weil der Druck­ mitteldurchfluß durch das Kugelsitzventil 28 infolge des Druckes in den Kammern 26,27 proportional zur Pedalkraft F gedrosselt wird. Der Druck in den Hauptzylinderkammern 18,19 dient also nur zur Steuerung des Hilfsdruckes, der nunmehr, wie bereits beschrieben, die Radbremsen 4-7 beaufschlagt.

Eine Verschiebung des sogenannten Druckstangenkolbens 24 bei zunehmender Pedalkraft F auf das Bremspedal 22 wird allein durch den Simulator 37 ermöglicht. Über die Druck­ mittelleitung 43 wird nämlich Druckmittel in die Kammer 44 des Hydraulikzylinders bzw. Pedalwegsimulators 37 ver­ drängt, wobei sich der Kolben 38 gegen die Rückstellfeder 39 und vor allem gegen den über die Druckmittelleitungen 45, über das Ventil 40 und die Leitung 46 übertragenen geregelten Hilfsdruck verschiebt.

Als Simulator 37 genügt ein relativ kleiner und billig herzustellender Hydraulikzylinder, weil die Verschiebung des Kolbens 38, die den Pedalweg bestimmt, im wesentli­ chen durch das Flächenverhältnis der von dem Steuerdruck und den Gegendruck beaufschlagten Flächen des Kolbens 38 abhängig ist. Die Feder 39 dient vor allem zur Zurück­ stellung des Kolbens 38 im Lösezustand der Bremse.

Der Pedalwegsimulator 37 kann, wie dargestellt, als sepa­ rater, über eine Druckleitung 43 mit dem Hauptzylinder 1 verbundener Hydraulikzylinder oder als eine in den Haupt­ zylinder eingefügte, mit den Hauptzylinderkolben inte­ grierte Anordnung realisiert werden.

Der Simulator 37 könnte alternativ auch an die zweite Ar­ beitskammer 18 des dargestellten Tandem-Hauptzylinders angeschlossen werden. Ein Anschluß an beide Kammern über hydraulisch getrennte Kreise und ähnliches ist ebenfalls durchaus möglich.

Claims (10)

1. Bremsanlage mit hydraulischer Bremskraftverstärkung, mit einem pedalbetätigten Bremsdruckgeber, an den über Druckmittelleitungen die Radbremsen angeschlos­ sen sind, mit einem Hilfsdruck-Versorgungssystem und einem Regelventil, welches einen zur Pedalkraft pro­ portionalen Hilfsdruck hervorruft, und mit in den Druckmittelwegen eingefügten Ventilanordnungen, die in einer Schaltposition den Bremsdruckgeber hydrau­ lisch mit den Radbremsen verbinden und die nach Um­ steuerung in eine zweiten Schaltposition die Hilfs­ druckquelle anstelle des Bremsdruckgebers an die zu den Radbremsen führenden Druckmittelwege anschalten, sowie mit einem Pedalwegsimulator, der einen zur Pe­ dalkraft proportionalen Weg des Pedals zuläßt, da­ durch gekennzeichnet, daß der Pedal­ wegsimulator (37) einen in einem Zylinder angeordne­ ten Kolben (38) besitzt, der durch den bei Bremsbetä­ tigung in dem Bremsdruckgeber (1) entstehenden, fuß­ kraftproportionalen Druck gegen die Kraft einer Rück­ stellfeder (39) und gegen den Hilfsdruck des Hilfs­ druck-Versorgungssystems (10,11,12) verschiebbar ist.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Pedalwegsimulator (37) in Form eines separaten, hydraulisch mit dem Bremdruck­ geber (1) verbundenen Hydraulikzylinder ausgebildet ist, der eine Simulatorkammer (45) besitzt, in die ein der Pedalkraft (F) entgegengerichteter Druck ein­ steuerbar ist und die über ein einseitig- oder dop­ pelt-druckgesteuertes Mehrwegeventil (40) an das Hilfsdruck-Versorgungssystem angeschließbar ist.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Bremsdruckgeber (1) ein Einfach- oder Tandem-Hautpzylinder vorgesehen ist und daß der Pedalwegsimulator (37) in Form eines in dem Hauptzylinder (1) angeordneten, nachgeschalteten Si­ mulatorkolbens ausgebildet ist, der gegen die Kraft der Rückstellfeder und gegen den auf der pedalfernen Seite an den Simulatorkolben angreifenden, über ein druckgesteuertes Mehrwegeventil einsteuerbaren Hilfs­ druck verschiebbar ist.

4. Bremsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das druckgesteuerte Mehrwegeventil (40) in der Ausgangslage gesperrt und durch den Hilfsdruck des Hilfsdruck-Versorgungssy­ stems auf Durchlaß umschaltbar ist.

5. Bremsanlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das druckgesteuerte Mehrwegeventil (40) in der Ruhelage gesperrt ist und bei Anstieg des Hilfsdruckes über einen vorgegebenen Schwellwert umschaltet und dadurch den Pedalwegsimu­ lator (37) in Funktion setzt.

6. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß anstelle oder zusätzlich zu den druckgesteuerten Mehrwegeven­ tilen (40) elektromagnetisch betätigbare Mehrwegeven­ tile in die Druckmittelwege (46, 47) eingefügt sind.

7. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß das Hilfs­ druck-Versorgungssystem eine elektromagnetisch ange­ triebene, bei Pedalbetätigung einschaltbare Hydrau­ likpumpe (10) aufweist.

8. Bremsanlage nach einem der Anspüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Druckmit­ telwegen von dem Bremsdruckgeber (1) zu den Radbrem­ sen ( 4-7) zusätzlich Bremsdruckmodulatoren (8,9), beispielsweise in Form von elektromagnetisch steuer­ baren Mehrwegeventilen, eingefügt sind, mit denen durch Steuerung des Bremsdruckes in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten der Radschlupf regelbar ist.

9. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß diese als ein bei intakter Hilfsdruck-Versorgung rein dynami­ sches Bremsensystem ausgebildet ist und über Mehrwe­ geventile (31,32,33,34) verfügt, die in den Druckmit­ telwegen von dem Bremsdruckgeber (1) zu den Radbrem­ sen (4-7) eingefügt sind, die in ihrer Ausgangslage den Bremdruckgeber (1) hydraulisch mit den Radbremsen (4-7) verbinden und die nach Umsteuerung in eine zweite Schaltposition die Hilfsdruckquelle (10,11,12) anstelle des Bremsdruckgebers (1) an die zu den Rad­ bremsen führenden Druckmittelwege anschalten.

10. Bremsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in den Druckmittelwegen zwischen dem Bremsdruckgeber (1) und den Radbremsen (4-7) eingefügten Mehrwegeventile (31-34) als druckgesteuerte Ventile ausgebildet und durch den bei Bremsbetätigung hervorgerufenen, geregelten Hilfs­ druck in die zweite Schaltposition umsteuerbar sind.