DE3718955C2 - Elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremsanlage mit wenigstens einem Brems­ druckmodulator, der eine elektrisch gesteuerte Eingangs­ kraft und einen von dieser beeinflußten hydraulischen Hauptzylinder aufweist, an den wenigstens ein hydrauli­ scher Radbremskreis angeschlossen ist.

Man kann mit einem Volumenaufnehmer versehene Bremsdruck­ modulatoren über ein Rollkurvenhebelgetriebe beaufschlagen, um auf diese Weise der vom Plunger des Volumenaufnehmers ausgeübten Kraft, die je nach der Stellung des Plungers sehr unterschiedliche Werte annehmen kann, mit einer mög­ lichst konstanten Gegenkraft entgegenwirken zu können. Das Rollkurvenhebelgetriebe ist bezüglich seiner Ausbil­ dung, Eigenschaften und Wirkungen in der DE 37 18 944 A1 beschrieben.

Aus der DE 35 18 868 A1 ist eine motorische Betätigung für eine Ankoppelvorrichtung wie z. B. eine Bremse bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse, in dem zum einen eine von einem Motor getriebene Schnecke und zum anderen eine den Betriebszustand der Ankoppelvorrichtung bzw. Bremse verändernde Betätigungswelle und zwischen der Schnecke und der Betätigungswelle wirkende Verbindungsmittel vorgesehen sind, welche Verbindungsmittel sowohl in dem Gehäuse minde­ stens ein drehbar gelagertes Ritzel als auch einen fest mit der Welle verbundenen gezahnten Sektor umfassen. Das minde­ stens eine Ritzel wirkt mit der Schnecke, dem gezahnten Sektor und einer an dem Gehäuse befestigten Dämpfungsfeder zusammen.

Aus der DE-PS 7 16 384 ist ein Hauptdruckzylinder für Flüssig­ keitsbremsen, insbesondere von Kraftfahrzeugen bekannt, mit einem einfachen zylindrischen, an seinem hinteren Ende mit der Außenluft in Verbindung stehenden und mit seinem vorde­ ren Ende ein beim Bremsen unwirksames Ausgleichsloch in der Zylinderwand steuernden Kolben, bei dem an höchster Stelle des Druckzylinders nahe seinem Auslaß ein Nachfüllventil und vor letzterem eine bis etwa zur Zylindermitte heruntergezoge­ ne Trennwand angeordnet ist. Über dem Ausgleichsloch ist ein federbelastetes Rückschlagventil angeordnet, das nach einem Vorratsbehälter zu öffnet, der mit dem Hauptdruckzylinder unmittelbar verbunden ist. Die Schließkraft des Rückschlag­ ventils bestimmt die notwendige Vorspannung im Bremsleitungs­ netz.

Die Erfindung will ein elektronisch gesteuertes bzw. geregel­ tes Bremssystem des elektrohydraulischen Typs schaffen, des­ sen Bremsdruckmodulator sowohl elektromechanisch als auch direkt mechanisch betätigbar ist, wobei die Betätigungsener­ gie sparenden Charakteristiken des Rollkurvenhebelgetriebes ausgenutzt wer­ den sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Kolben des Hauptzylinders entgegen der Wirkung einer Rückstell­ feder von dem von seinem Gelenk abgewandten Ende des Aus­ gangshebelarmes eines Rollkurvenhebelgetriebes beaufschlagt ist, auf den in der einen oder anderen Schwenkrichtung eine von einem Elektromotor erzeugte Steuerkraft einwirkt, und daß auf den Eingangsarm des Rollkurvenhebelgetriebes an dem von dessen Gelenk abgewandten Ende eine vorbestimmte Ein­ gangskraft in Richtung auf die Getrieberolle einwirkt.

Erfindungsgemäß wird also ein Rollkurvenhebelgetriebe erst­ mals zur Beaufschlagung eines einen Radbremskreis unmittel­ bar beaufschlagenden Hauptzylinders verwendet. Hierbei wird der Umstand genutzt, daß das Rollkurvenhebelgetriebe beim Beginn einer Bremsbetätigung zunächst nur eine geringe Kraft auf den durch eine Rückstellfeder auf seine Ruhelage zu vor­ gespannten Kolben des Hauptzylinders auszuüben hat, welche jedoch mit zunehmender Verschiebung des Kolbens in den Haupt­ zylinder hinein laufend zunimmt. Hierbei verändert sich das Übersetzungsverhältnis des Rollkurvenhebelgetriebes selbsttätig in der Weise, daß mit ein und derselben Eingangs­ kraft zunehmend größere Ausgangskräfte auf den Kolben des Hauptzylinders übertragen werden können. Die Steuerung kann dabei bis auf Reibungskräfte kraftfrei über die Einwirkung auf den Ausgangshebelarm des Rollkurvenhebelgetriebes erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß an dem vom Gelenk abgewandten Ende des Ausganghebelarms des Rollkurvenhebelgetriebes der Seilzug einer Handbremse in Richtung einer Zusammendrückung der Rückstellfeder angreift.

Der Seilzug ist dabei so an dem äußersten Ende des Ausgangs­ hebelarmes anzubringen, daß bei einer elektrischen Betätigung der Ausgangshebelarm sich bei stillstehendem Seilzug frei bewegen kann. Auf diese Weise wird auch auf ein­ fache Weise eine Handbremsbetätigung des Hauptzylinders über den Ausgangshebelarm des Rollkurvenhebelgetriebes ermöglicht.

Eine besonders einfache elektrische Steuerung des Roll­ kurvenhebelgetriebes wird ermöglicht, indem der Ausgangs­ hebelarm als Winkelhebel ausgebildet ist und der über das Gelenk vorspringende Winkelteil über ein Getriebe von dem Elektromotor mit einem Drehmoment um das Gelenk beaufschlagt wird.

Der vorzugsweise als Schrittschaltmotor ausgebildete Elektromotor kann mit äußerst geringer Kraft den Winkelhebel in der einen oder anderen Richtung verschwenken, wodurch das Übersetzungsverhältnis in der gewünschten Weise ver­ ändert und der Kolben des Hauptzylinders mit mehr oder weniger Kraft beaufschlagt wird.

Eine praktische Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß der Winkelteil an seinem vom Gelenk abgewandten Ende als Zahnradsegment ausgebildet ist, in das ein vom Elektromotor angetriebenes Ritzel eingreift. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, daß das Ritzel koaxial zu einem drehfest mit ihm verbundenen Kegelrad angeordnet ist, welches in Antriebs­ eingriff mit einem auf der Welle des Elektromotors angeordneten Kegelritzel steht.

Besonders wichtig ist es, daß das Getriebe selbsthemmungsfrei ist.

Eine besonders einfache Methode zur Erzeugung der Eingangskraft für das Rollkurvenhebelgetriebe besteht darin, daß sie durch eine Zugfeder aufgebracht wird. Die Zugfeder kann hierbei über eine Schneidenlagerung mit dem Eingangshebelarm des Rollkurvenhebelgetriebes gelenkig verbunden sein.

Es ist bevorzugt, daß jeder Bremskreis einen eigenen mit einem Hauptzylinder, einem Rollkurvenhebelgetriebe, einem Getriebe und einem Elektromotor ausgestatteten Brems­ modulator aufweist. Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn für jeden Vorderradbremszylinder jeweils ein eigener und für beide Hinterradbremszylinder ein gemeinsamer Bremsdruckmodulator vorgesehen sind.

Vorzugsweise sind alle Bremsdruckmodulatoren von einem elektronischen Bremssteuergerät gesteuert, an welches auch das Bremspedal und die Bremsschlupfsensoren angelegt sind.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Bremsdruckmodulator in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht und

Fig. 2 schematisch eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit drei eingebauten erfindungsgemäßen Brems­ druckmodulatoren.

Nach Fig. 1 ist der Hauptzylinder 11 eines hydraulischen Radbremskreises eines Kraftfahrzeuges in ein Gehäuse 43 eingebaut und enthält einen Kolben 13, der durch eine Rückstellfeder 12 in Entbremsungsrichtung vorgespannt ist. Über eine im Boden vorgesehene Bohrung 44 wird der zugeordnete Bremskreis hydraulisch an das Innere des Hauptzylinders 11 angeschlossen. Unmittelbar vor dem vorderen Ende des Kolbens 13 in seiner Ruhelage befindet sich im Hauptzylinder 11 die an den nicht dargestellten Ausgleichs- und Nachfüllbehälter angeschlossene Schnüffellochbohrung 45, welche jedoch in Fig. 1 um 90° um die Achse 46 verdreht dargestellt ist. In dem tatsächlichen Lage ist der Ausgleichs- und Nachfüllbehälter von außerhalb des Gehäuses 43 gut zugänglich.

Der oben aus dem Hauptzylinder 11 herausragende Kolbenstößel 47 ist an seinem oberen Ende mit einem Nocken 48 versehen, welcher mit der unteren Gleitfläche 49 des Ausgangshebelarms 14 eines Rollkurvenhebelgetriebes 15 in Eingriff steht. Der Ausgangshebelarm 14 ist an dem vom Nocken 48 abgewandten Ende in einem Gelenk 16 um eine senkrecht auf der Zeichnungsebene stehende Achse ver­ schwenkbar gelagert. Er ist als Winkelhebel ausgebildet, dessen nach oben über das Gelenk 16 vorstehender Winkel­ teil 23 mit einem Zahnradsegment 25 versehen ist, das mit einem Ritzel 26 in Antriebseingriff steht. Das einen relativ kleinen Durchmesser aufweisende Ritzel 26 ist drehfest mit einem koaxialen Kegelrad 27 verbunden, das seinerseits durch ein Kegelritzel 28 beaufschlagt ist, das auf der Achse eines Schrittschalt-Elektromotors 17 sitzt.

Der Eingangsarm 18 des Rollkurvenhebelgetriebes ist an dem vom Gelenk 16 abgewandten Ende mittels seines Gelenkes 19 mit senkrecht auf der Zeichnungsebene stehender Achse am Gehäuse 43 drehgelagert. Zwischen den beiden Armen 14, 18 befindet sich die mit beiden Armen in Eingriff stehende Getrieberolle 20.

In dem vom Gelenk 19 abgewandten Endbereich des Eingangs­ armes 18 ist eine Schneidenlagerung 30 vorgesehen, die mit einer Stahl-Zugfeder 29 verbunden ist, welche im unteren Bereich des Gehäuses 43 mittels eines Quer­ stiftes 50 festgelegt ist und dadurch eine Vorspannung erfährt, mittels der über die Schneidenlagerung 30 eine Eingangskraft in Richtung des Pfeiles f auf den Eingangsarm 18 des Rollkurvenhebelgetriebes 15 ausge­ übt wird.

Die Stahl-Zugfeder 29 ist parallel zu dem Hauptzylinder 11 und neben diesem im Gehäuse 43 untergebracht.

An dem vom Gelenk 16 abgewandten äußersten Ende des Ausgangshebelarms 14 des Rollkurvenhebelgetriebes 15 greift das Ende eines Handbrems-Seilzuges 21 an, so daß durch Ziehen der Handbremse in Richtung des Pfeiles F eine Zugkraft auf das äußere Ende des Ausgangshebelarms 14 ausgeübt werden kann.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage befindet sich der Kolben 13 des Hauptzylinders 11 in der entbremsten Stellung. Da die Getrieberolle 20 des Rollkurvenhebelgetriebes in vertikaler Ausrichtung mit dem Gelenk 16 steht, kann die Stahl-Zugfeder 29 über die Schneidenlagerung 30 keine Kraft auf den Stößel 47 des Kolbens 13 des Hauptzylinders 11 aus­ üben.

Wird jedoch nunmehr der Schrittschaltmotor 17 in der Richtung gedreht, daß über das Getriebe 24 der Ausgangshebelarm 14 im Uhrzeigersinn geschwenkt wird, so verschiebt sich die Getrieberolle 20 in Fig. 1 nach rechts, wodurch die Schneidenlagerung 30 über den Eingangsarm 18, die Ge­ trieberolle 20 und den Ausgangshebelarm 14 eine stetig zunehmende Kraft auf den Kolben 13 in Richtung nach unten ausübt. Die Betätigung des Winkelteils 23 über das Zahn­ segment 25 erfordert dabei nur geringe Steuerkräfte.

Die Anordnung des Seilzugs 21 am Ausgangshebelarm 14 ist dabei so, daß durch die Schwenkung des Ausgangs­ hebelarms 14 im Uhrzeigersinn durch den stillstehenden Seilzug 21 nichts behindert wird.

Im Endzustand befindet sich die Getrieberolle 20 im Bereich des Endanschlages 51 des Ausgangshebelarmes 14, in welchem Falle die größte Kraft über die Schneiden­ lagerung 30 auf den Nocken 48 ausgeübt wird. Dieser Zustand entspricht der Ausübung der stärksten Bremskraft auf den betreffenden Radbremskreis.

Zur Entbremsung wird der Schrittschaltmotor 17 in der entgegengesetzten Richtung betätigt, worauf die be­ schriebenen Vorgänge in umgekehrter Richtung ablaufen. Durch geeignete Abstimmung der inneren Rollkurven der beiden Arme 14, 18 ist dafür gesorgt, daß bei Ausfall der elektrischen Antriebsenergie der Bremsdruckmodulator selbsttätig in seine Grundstellung zurückkehrt. Dabei kommt den Federn 12, 29 eine besondere Bedeutung zu.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung kann die Antriebsenergie gegenüber konventionellen Aggregaten auf einen Bruchteil herabgesetzt werden.

Erfindungsgemäß soll die Auslegung so erfolgen, daß das Aggregat bei Ausfall der elektrischen Antriebsenergie selbst­ tätig in seine Grundstellung zurückkehrt.

Von großem Vorteil ist es erfindungsgemäß, daß zwischen der gewünschten Meßgröße (nämlich den Hub des Kolbens 13) und der Bewegung am Sensor (nämlich den Drehwinkel des Elektro­ motors 17) eine große Übersetzung vorliegt, welche die Mes­ sung genauer macht, ohne daß die geometrische Sensor-Signal­ auflösung extrem hoch sein müßte.

Nach Fig. 2 sind in der Bremsanlage eines Kraftfahr­ zeugs drei Bremsdruckmodulatoren 31 des in Fig. 1 dargestellten Typs angeordnet. Für die beiden Vorder­ radbremskreise 1, 2 und deren Radbremszylinder 32, 33 ist jeweils ein Bremsdruckmodulator 31 vorgesehen. Die Schrittschaltmotoren 17 werden durch ein elektronisches Bremssteuergerät 34 beaufschlagt.

Für die beiden Hinterradbremskreise 3, 4 und die zuge­ ordneten Radbremszylinder 35, 35′ ist jeweils nur ein gemeinsamer Bremsdruckmodulator 31 vorgesehen, dessen Schritt­ schaltmotor 17 ebenfalls von dem elektronischen Brems­ steuergerät 34 angesteuert ist.

An den vier Rädern sind Bremsschlupfsensoren 36, 37, 38 bzw. 39 vorgesehen, die Bremsschlupfsteuersignale 36′, 37′, 38′, 39′ dem Bremssteuergerät 34 zuführen.

Außerdem ist das Bremspedal 52 an das Bremssteuergerät 34 angeschlossen.

Die Ist-Stellung der Schrittschaltmotoren 17 wird durch elektrische Verbindungen 40, 40′; 41, 41′; 42, 42′ an das Bremssteuergerät 34 gemeldet, so daß dementsprechend die Regelung beendet werden kann, wenn die Schrittschaltmotoren 17 die durch das Bremspedal bzw. die Bremsschlupfsensoren vorgegebenen Stellungen erreicht haben.

Von der Handbremse 22 führen Bowdenzüge 53, 54 zu den entsprechenden Anschlüssen 55, 56, 57 an den Bremsdruck­ modulatoren 31. Zusätzlich kann auch ein Anschluß 58 der Handbremse direkt zu Handbremsvorrichtungen 59, 60 an den beiden Hinterrädern 3, 4 führen.

Bei der Betätigung des Handbremshebels 22 wird erfindungs­ gemäß ein Weggeber 10 beaufschlagt, der ein Signal S_H an das Bremssteuergerät 34 gibt, welches dieses Signal auswertet und eine Unterstützung der Handbremsbetätigung durch den Elektromotor 17 bewirkt.

Die Anzahl der durchlaufenen Schritte des Schrittschalt­ motors 17 ist ein direktes Maß für den Schwenkwinkel des Ausgangshebelarmes 14 und damit des Weges des Kolbens 13 bzw. des Druckes im Hauptzylinder 11. Somit lassen sich bestimmte Drücke reproduzierbar ansteuern und Druck­ differenzen einstellen, was von besonderem Vorteil für alle Arten von Bremsdruck-Steuerungen und -regelungen ist. Wird jedoch z. B. aus Kostengründen kein Schrittschalt­ motor verwendet, dann kann der gleiche Effekt auch durch einen Drehwinkelsensor, der z. B. an der Elektromotor­ welle angebracht ist, erreicht werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß der be­ schriebene Bremsdruckmodulator auch durch jede andere Art gesteuerter und modulierbarer Fremdenergie (Vakuum, Druckluft, Hydraulik, mechanische Energie) betätigt werden kann.

Claims (12)

1. Elektrisch betätigte Kraftfahrzeugbremsanlage mit wenigstens einem Bremsdruckmodulator, der eine elektrisch gesteuerte Eingangskraft und einen von dieser beeinflußten hydraulischen Hauptzylinder aufweist, an den wenigstens ein hydraulischer Rad­ bremskreis angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (13) des Hauptzylinders (11) entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder (12) von dem von seinem Gelenk (16) abgewandten Ende des Ausgangshebelarmes (14) eines Rollkurvenhebelgetriebes (15) beaufschlagt ist, auf den in der einen oder anderen Schwenkrichtung eine von einem Elektromotor (17) erzeugte Steuerkraft einwirkt, und daß auf den Eingangsarm (18) des Rollkurven­ hebelgetriebes (15) an dem von dessen Gelenk (19) abge­ wandten Ende eine vorbestimmte Eingangskraft in Richtung auf die Getrieberolle (20) einwirkt.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Gelenk (16) abgewandten Ende des Ausgangshebelarmes (14) des Rollkurvenhebelgetriebes (15) der Seilzug (21) einer Handbremse (22) in Richtung einer Zusammendrückung der Rückstellfeder (12) angreift.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangs­ hebelarm (14) als Winkelhebel ausgebildet ist und der über das Gelenk (16) vorspringende Winkelteil (23) über ein Getriebe (24) von dem Elektromotor mit einem Dreh­ moment um das Gelenk (16) beaufschlagt wird.

4. Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelteil (23) an seinem vom Gelenk (16) abgewandten Ende als Zahnradsegment (25) ausgebildet ist, in das ein vom Elektromotor (17) angetriebenes Ritzel (26) eingreift.

5. Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ritzel (26) koaxial zu einem drehfest mit ihm verbundenen Kegelrad (27) angeordnet ist, welches in Antriebseingriff mit einem auf der Welle des Elektromotors (17) angeordneten Kegelritzel (28) steht.

6. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (27) ein Schrittschaltmotor ist.

7. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (24) selbsthemmungsfrei ist.

8. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbe­ stimmte Eingangskraft durch eine Zugfeder (29) gebildet ist.

9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugfeder (29) über eine Schneidenlagerung mit dem Eingangsarm (18) verbunden ist.

10. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bremskreis einen eigenen mit einem Hauptzylinder (11), einem Roll­ kurvenhebelgetriebe (15), einem Getriebe (24) und einem Elektromotor (17) ausgestatteten Bremsdruckmodulator (31) aufweist.

11. Bremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Vorder­ radbremszylinder (32, 33) jeweils ein eigener und für beide Hinterradbremszylinder (35, 35′) ein gemeinsamer Bremsdruck­ modulator (31) vorgesehen sind (Fig. 2).

12. Bremsanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß alle Bremsdruck­ modulatoren von einem elektronischen Bremssteuergerät (34) gesteuert sind, an welches auch das Bremspedal (52) und die Bremsschlupfsensoren (36, 37, 38, 39) angelegt sind.