DE3636537A1 - Bremskraftverstaerker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bremskraftverstärker, der für das Bremssystem eines Fahrzeugs ausgelegt ist, und insbesondere auf einen Bremskraftverstärker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es sind Bremskraftverstärker verschiedener Arten zum Erzeugen von hydraulischem Bremsdruck durch Verstärken einer auf ein Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft vorgeschlagen worden. Ein Beispiel für solche Bremskraftverstärker ist in der US-PS 44 43 040 offenbart.

Bei diesen Bremskraftverstärkern ist eine Druckspeicherquelle zum Beispiel dazu ausgelegt, Hydraulikdruck als Gegendruck bzw. Arbeitsdruck für einen Hydraulikbremsdruckerzeugungs-Kraftkolben auf den Kraftkolben zu übertragen, und eine Hydraulikdruckübertragungs-Steuervorrichtung, wie z. B. ein Proportional-Steuerventil, ist dazu ausgelegt, das Niveau des von der Druckspeicherquelle stammenden Hydraulikdrucks nach Maßgabe einer auf ein Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft zu bestimmen. Im allgemeinen ist das Verstärkungsverhältnis für den hydraulischen Bremsdruck durch die Form des Kraftkolbens und die Funktion der Hydraulikdruckübertragungs-Steuervorrichtung starr festgelegt. Somit ist im Prinzip der hydraulische Bremsdruck, der aus einem gegebenen Ausmaß einer auf das Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft resultiert, stets unverändert.

Wie allgemein bekannt ist, ist der Verlangsamungszustand eines Fahrzeugs, wie er sich durch eine Bremsbetätigung ergibt, nicht ausschließlich von dem hydraulischen Bremsdruck abhängig. Zum Beispiel ist in bezug auf die Beziehung des Bremsdruck zu dem belasteten Zustand des Fahrzeugs die Verlangsamung bzw. Verzögerung, die sich durch einen gegebenen Wert des hydraulischen Bremsdrucks erzielen läßt, in allgemein bekannter Weise umgekehrt proportional zu der auf das Fahrzeug wirkenden Last.

Dies heißt mit anderen Worten, daß die Anordnung des herkömmlichen Bremskraftverstärkers mit dem vorstehend erwähnten konstanten Verstärkungsverhältnis ungeeignet ist, um ein konstantes Ausmaß einer Fahrzeugverzögerung in Abhängigkeit von der auf das Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft in stabiler Weise zu erzielen. Aus Gründen der Fahrzeugsicherheit ist es wünschenswert, das Verstärkungsverhältnis des Bremskraftverstärkers so auszulegen, daß es in geeigneter Weise variabel ist.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Bremskraftverstärkers, der sein Verstärkungsverhältnis nach Maßgabe von Information über eine Pedalniederdrückkraft, die als Eingang eines Bremssystems vorliegt, sowie nach Maßgabe von Information über eine Verzögerung des Fahrzeugs, die als Ausgang des Bremssystems erhalten wird, in geeigneter Weise variieren kann.

Eine Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine im Umriß dargestellte Anordnung eines Bremskraftverstärkers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 ein Diagramm unter Darstellung der Beziehung zwischen dem hydraulischen Bremsdruck und der Pedalniederdrückkraft.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besitzt den im folgenden unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschriebenen Aufbau.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu erkennen ist, besitzt ein Bremskraftverstärker gemäß der vorliegenden Erfindung folgende Elemente: eine Bremseneingangsbestätigungsvorrichtung 1, die aus einem Bremspedal 2 und einem Hauptzylinder 3 besteht; eine Hydraulikübertragungs-Steuerventilvorrichtung 10, die dazu ausgelegt ist, Hydraulikdruck von dem Hauptzylinder 3 zu erhalten und auf der Grundlage des Eingangsdrucks ein Niveau zu bestimmen, bei dem Hydraulikdruck von einer Kraftquelle bzw. Druckspeicherquelle an eine dieser nachgeordnete Einrichtung zu übertragen ist; eine Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung 20, in die ein Kraftkolben integriert ist; eine (Ausfall-)Sicherheitsvorrichtung 30, die innerhalb des Hydraulikbremsdruck-Ausgangssystems der Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung 20 vorgesehen ist, um den hydraulischen Bremsdruck im Falle eines Ausfalls bei dem Hydraulikdruck der Kraftquelle bzw. Druckspeicherquelle zu kompensieren; eine Elektromagnetventilvorrichtung 40 mit einem normalerweise geschlossenen ersten Elektromagnetventil 41, das zum Zuführen von Druckfluid zu einer zur zweiten Druckaufnahmeseite des Kraftkolbens der vorstehend genannten Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung 20 weisenden Fluidsteuerkammer B sowie zum Ableiten von Druckfluid aus dieser ausgelegt ist, wobei die Elektromagnetventilvorrichtung 40 außerdem ein zweites, ebenfalls normalerweise geschlossenes Elektromagnetventil 42 aufweist; und eine Steuerschaltung 50, die dazu ausgelegt ist, bei den Öffnungs- und Schließvorgängen der Elektromagnetventile 41 und 42 der Elektromagnetventilvorrichtung 40 einen Umschaltvorgang nach Maßgabe von Eingangssignalen auszuführen, die von einem Hubsensor 51, der zum Detektieren des Pedalbestätigungshubs des Bremspedals 2 ausgelegt ist, sowie von einem Geschwindigkeitssensor 52 kommen, der zum Detektieren einer Radgeschwindigkeit durch die Rotation eines Unterbrecherrads 53 ausgelegt ist. Die Einzelheiten dieser Komponenten werden im folgenden beschrieben.

Die Hydraulikdruckübertragungs-Steuerventilvorrichtung 10:

Die Vorrichtung 10 beinhaltet einen Satz von Relaiskolben 12, 13 und 14, die innerhalb eines Zylinders 11 angeordnet sind und mittels Rückführfedern 15, 16 und 17 in ihre in Fig. 1 gezeigte Ausgangsposition vorgespannt sind. Die Relaiskolben sind in einer gewissen gegenseitigen Beabstandung voneinander angeordnet. Ein Hydraulikdruckfreisetzungsventilteil 18 ist durch die gegenüberliegenden Teile dieser Relaiskolben gebildet, die dazu ausgelegt sind, dieses Ventilteil 18 zu öffnen. Außerdem ist der Relaiskolben 14 derart angeordnet, daß er in seiner Ausgangsstellung ein Steuerventilteil 19 schließt, um zu verhindern, daß der übertragene Hydraulikdruck von der Kraftquelle zu einer nachgeordneten Fluidkammer C übertragen wird. Der nachgeordneten Fluidkammer C ist es in dem in Fig. 1 gezeigten Zustand ermöglicht, mit einem Reservoir zu kommunizieren, und zwar über innerhalb der Kolben 13 und 14 vorgesehene Fluidpassagen 13 a und 14 a, über das in seinem geöffneten Zustand befindliche Hydraulikdruckfreisetzventilteil 18 sowie über eine im Inneren des Schaftteils des Kolbens 12 vorgesehene Fluidpassage 12 a.

Wenn Hydraulikdruck als Ergebnis einer Bremsbetätigung zu einer Fluidkammer D übertragen wird, die mit dem Hauptzylinder 3 kommuniziert und in die die Endfläche des Kolbens 12 weist, wird das Hydraulikdruckfreisetzungsventilteil 18 zuerst durch die Bewegung des Kolbens 12 geschlossen. Daran anschließend werden die Kolben 13 und 14 derart mit Druck beaufschlagt und bewegt, daß sie das Steuerventilteil 19 öffnen. Wenn das Steuerventilteil 19 geöffnet ist, wird Druckfluid von der Kraftquelle in die nachgeschaltete Fluidkammer C eingeleitet. Das Steuerventilteil 19 schließt sich dann, wenn der Hydraulikdruck der Fluidkammer C und der Hydraulikdruck der Fluidkammer D einen miteinander ausgeglichenen Wert erreichen. Dies heißt mit anderen Worten, daß in diesem Zustand die Kolben 12, 13 und 14 gemeinsam als Ausgleichkolben zwischen den Fluidkammern C und D wirken. Somit wird der Hydraulikdruck der Fluidkammer C, die nachgeordnet ist bzw. sich auf der stromabwärts gelegenen Seite befindet, in Abhängigkeit von dem an dem Hauptzylinder 3 entstehenden Hydraulikdruck, d. h. in Abhängigkeit von der auf das Bremspedal 2 ausgeübten Pedalniederdrückkraft bestimmt.

Die Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung 20:

Ein abgestufter Kraftkolben 21 ist derart angeordnet, daß er an der Endfläche seines einen großen Durchmesser aufweisenden Teils in eine Kraftfluidkammer A weist und an der Endfläche seines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Teils in eine Steuerfluidkammer B weist. Der Kolben 21 ist mittels einer Rückführfeder 22 derart in Richtung auf diese Fluidkammern A und B vorgespannt, daß er sich in seiner Ausgangsstellung befindet. Wenn Hydraulikdruck von den Fluidkammern A und B als Gegendruck auf den Kolben zu wirken beginnt, bewegt sich der Kolben gegen die Federkraft der Rückführfeder 22. Dies veranlaßt einen Hydraulikkolben 31, der eine (Ausfall-)Sicherheitsvorrichtung 30 enthält, sich in entsprechender Weise zu bewegen, um innerhalb einer Bremsfluidkammer E hydraulischen Bremsdruck zu erzeugen. Die Bremsfluidkammer E kommuniziert mit dem Radzylinder einer Bremsvorrichtung. Der Wert P _E des innerhalb der Bremsfluidkammer E erzeugten hydraulischen Bremsdrucks wird gemeinsam durch die Querschnittsfläche A _E des Hydraulikkolbens 31, die Fläche A _A der zur Kraftfluidkammer A weisenden ersten Druckaufnahmeseite des Kraftkolbens 21, die Fläche A _B der zur Steuerfluidkammer B weisenden zweiten Druckaufnahmeseite des Kraftkolbens 21, die Querschnittsfläche A _F eines in eine Sicherheits-Fluidkammer F weisenden Teils 23 des Kraftkolbens 21, die Hydraulikdruckwerte P _A und P _B der Kraftfluidkammer A und der Steuerfluidkammer B sowie durch den Hydraulikdruckwert P _F der mit dem Hauptzylinder 3 kommunizierenden Sicherheits-Fluidkammer F bestimmt. In dem Fall, daß der übertragende Hydraulikdruck ausschließlich von der Kraftfluidkammer A aufgenommen wird, ist das Verstärkungsverhältnis bestimmt durch die Gleichung: P _E × A _E = P _F × (A _E - A _F ) + P _A × A _A . Wenn der Hydraulikdruck der Kraftfluidkammer A und der Hydraulikdruck der Steuerfluidkammer B miteinander identisch sind, ist das Verstärkungsverhältnis bestimmt durch: P _E × A _E = P _F (A _E - A _F ) + P _A × (A _A + A _B ). Während der Hydraulikdruck P _B der Steuerfluidkammer B zwischen den Werten 0 und P _A bleibt, ist das Verstärkungsverhältnis außerdem bestimmt durch: P _E × A _E = P _F (A _E - A _F ) + P _A × A _A + P _B × A _B . Außerdem steht die Kraftfluidkammer A ständig in Verbindung mit der nachgeordneten Fluidkammer C. Die Steuerfluidkammer B ist mit der nachgeordneten Fluidkammer C über das normalerweise geschlossene erste Elektromagnetventil 41 der im folgenden noch zu beschreibenden Elektromagnetventilvorrichtung verbunden und ist außerdem über das normalerweise geschlossene zweite Elektromagnetventil 42 mit einem Reservoir verbunden.

Die (Ausfall-)Sicherheitsvorrichtung 30

Die (Ausfall-)Sicherheitsvorrichtung 30 beinhaltet einen Hydraulikkolben 31. Das eine Ende des Kolbens 31 weist in die Bremsfluidkammer E, während sein anderes Ende in die (Ausfall-)Sicherheitskammer F weist, die mit dem Hauptzylinder 3 kommuniziert. Ein normalerweise offenes (Ausfall-)Sicherheitsventil 32 ist innerhalb des Hydraulikkolbens 31 derart angeordnet, daß es eine Verbindung zwischen den Fluidkammern E und F ermöglicht. Das Sicherheitsventil 32 schließt sich, wenn der Hydraulikkolben 31 von dem Kraftkolben 21 derart mit Druck beaufschlagt wird, daß er sich in einem geringen Ausmaß bewegt. Genauer gesagt ist das Sicherheitsventil 32 bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel mit einer Einweg-Ventilkugel 33 versehen, die derart angeordnet ist, daß sie mittels eines Verriegelungsstangenglieds 34 normalerweise von einem Ventilsitz 31 a getrennt ist. Bei Beginn der Bewegung des Hydraulikkolbens 31 entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Kolben 31 und dem Verriegelungsstangenglied 34, und zwar derart, daß die Kugel 33 mit dem Ventilsitz 31 a in Berührung gebracht wird.

Bei dem vorstehend erläuterten (Ausfall-)Sicherheitsmechanismus erfolgt dann, wenn sich der Kraftkolben 21 bewegt, ein unmittelbares Schließen des Sicherheitsventils 32 durch den Hydraulikkolben 31, um innerhalb der Bremsfluidkammer E Hydraulikdruck entstehen zu lassen. Falls der Kraftkolben 21 jedoch einmal ausfallen sollte und sich nicht ansprechend auf eine Bremsbetätigung bewegt (z. B. aufgrund eines Versagens bzw. Ausfalls bei der Kraftquelle), wird das Sicherheitsventil 32 in einem geöffneten Zustand gehalten, so daß der von dem Hauptzylinder 3 erzeugte Hydraulikdruck aufgrund der zwischen den beiden Fluidkammer E und F bestehenden Verbindung in die Bremsfluidkammer E übertragen werden kann.

Die Elektromagnetventilvorrichtung 40

Die Vorrichtung 40 umfaßt das vorstehend genannte normalerweise geschlossene erste Elektromagnetventil 41, das in einer Hydraulikdruckleitung 43 angeordnet ist, die zwischen der nachgeordneten Fluidkammer C der Hydraulikdruckübertragungs- Steuervorrichtung 10 und der Steuerfluidkammer B der Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung 20 vorgesehen ist; außerdem umfaßt die Vorrichtung 40 das normalerweise geschlossene zweite Elektromagnetventil 42, das in einer anderen Hydraulikdruckleitung 44 angeordnet ist, die zwischen der vorstehend genannten Steuerfluidkammer B und einem Reservoir vorgesehen ist. Bei einer Bremsbetätigung wird der Hydraulikdruck der Steuerfluidkammer B so, wie dies in der nachfolgenden Tabelle veranschaulicht ist:

Der Vorgang des Öffnens oder Schließens dieser Elektromagnetventile 41 und 42 kann entweder kontinuierlich oder impulsweise ausgeführt werden. Außerdem sind bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel Einweg-Ventile 45 und 46 in Bypass- bzw. Abzweiganordnungen von den vorstehend genannten Hydraulikdruckleitungen 43 und 44 angeordnet.

Die Steuerschaltung 50

Die Steuerschaltung 50 ist mit einem Pedalhub- bzw. Pedalbetätigungssensor 51 und einem Geschwindigkeitssensor 52 derart verbunden, daß sie von diesen Sensoren Signale erhält. Die Ausgangsanschlüsse der Steuerschaltung 50 sind mit den vorstehend genannten Elektromagnetventilen 41 und 42 verbunden, um diese Ventile mit Signalen zu versorgen.

Das Signal von dem Pedalhubsensor 51 wird z. B. auf einen Verzögerungs- bzw. Verlangsamungswert reduziert. Der auf diese Weise erhaltene Reduzierungswert wird mit Information über die tatsächliche Verzögerung verglichen, wobei man diese Information von einem von dem Geschwindigkeitssensor 52 kommenden Eingangssignal erhält. Wenn die tatsächliche Verzögerung geringer als der Reduzierungswert ist, wird ein Druckerhöhungssignal zum Erhöhen des Drucks der Steuerfluidkammer B oder, anders ausgedrückt, ein Signal zum Öffnen des ersten Elektromagnetventils 41 erzeugt. Umgekehrt dazu wird dann, wenn die tatsächliche Verzögerung größer als der Reduzierungswert ist, ein Druckreduzierungssignal zum Reduzieren des Drucks der Steuerfluidkammer B oder, anders ausgedrückt, ein Signal zum Öffnen des zweiten Elektromagnetventils 42 erzeugt. Die Schaltung 50 ist somit dazu ausgelegt, ein Fahrzeugverzögerungsausmaß zu schaffen, das dem Ausmaß der auf das Bremspedal wirkenden Pedalniederdrückaktion entspricht, und zwar unahbhängig von dem Lastzustand bzw. Beladungszustand des Fahrzeugs.

Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem mittels der erläuterten Bremskraftverstärkeranordnung erzielten hydraulischen Bremsdruck und der auf das Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft. In Fig. 2 stellt eine charakteristische Line a z. B. einen Fall dar, in dem hydraulischer Bremsdruck ausschließlich durch die Hydraulikwirkung der Kraftfluidkammer A erzeugt wird, wenn die auf das Fahrzeug wirkende Last null ist. Eine charakteristische Linie b stellt z. B. einen Fall dar, in dem der Hydraulikdruck der Steuerfluidkammer B dem Hydraulikdruck der Kraftfluidkammer A gleich ist, während sich das Fahrzeug in einem maximal belasteten Zustand befindet. Eine weitere charakteristische Linie c stellt den hydraulischen Bremsdruck dar, wie er sich im Fall des Betriebs der (Ausfall-)Sicherheitsvorrichtung ergibt. In dem Diagramm ist klar zu sehen, daß das Verstärkungsverhältnis (die Neigung der charakteristischen Linie) nicht ausschließlich von der auf das Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft abhängig ist.

Die vorliegende Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Ausbildung des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels begrenzt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung läßt sich ein geeignetes Ausmaß an Bremsdruck dadurch erzielen, daß man Information über die tatsächliche Fahrzeugverzögerung mit einem bestimmten Ausmaß einer auf das Bremspedal, ausgeübten Pedalniederdrückkraft vergleicht bzw. rückkoppelt. Die vorliegende Erfindung hat somit großen Nutzen für die Verbesserung der Sicherheit der Bremsensteuercharakteristik.

Claims (1)

1. Bremskraftverstärker, mit einer Hydraulikerzeugungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, hydraulischen Bremsdruck in Abhängigkeit von dem von einer Druckspeicherquelle übertragenen Hydraulikdruck zu erzeugen, wobei ein Kraftkolben der Hydraulikerzeugungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, sich bei Erhalt des Hydraulikdrucks zu bewegen, und mit einer Hydraulikdruckübertragungs-Steuervorrichtung, die nach Maßgabe einer auf ein Bremspedal ausgeübten Pedalniederdrückkraft das Niveau des von der Druckspeicherquelle zu der Hydraulikbremsdruckerzeugungsvorrichtung übertragenen Hydraulikdrucks bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftkolben (21) der Hydraulikbremserzeugungsvorrichtung (20) mit einer ersten Druckaufnahmeseite versehen ist, die dazu ausgelegt ist, den übertragenen Hydraulikdruck konstant auf sich einwirken zu lassen, sowie mit einer zweiten Druckaufnahmeseite versehen ist, die dazu ausgelegt ist, den übertragenen Hydraulikdruck in der erforderlichen Weise nach Maßgabe des Öffnungs- oder Schließvorgangs einer Elektromagnetventilvorrichtung (40) auf sich einwirken zu lassen, und daß die Elektromagnetventilvorrichtung (40) mit einer Steuerschaltung (50) verbunden ist, die dazu ausgelegt ist, Elektromagnetventil-Betätigungssignale nach Maßgabe von Information über einen an dem Bremspedal (2) vorgenommenen Pedalniederdrückvorgang sowie nach Maßgabe von Information über das Auftreten einer Verzögerung des Fahrzeugs zu erzeugen.