DE4019178A1

DE4019178A1 - Bremsdruckmodulator fuer eine blockiergeschuetzte bremsanlage

Info

Publication number: DE4019178A1
Application number: DE19904019178
Authority: DE
Inventors: Erkenbert Wehner
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1992-02-06

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine blockiergeschützte Bremsanlage, die über einen Hauptbremszylinder und mindestens eine mittels einer Bremsleitung an den Hauptbremszylinder angeschlossenen Radbremse verfügt; der Bremsdruckmodulator besteht aus einem Trennventil zum Sperren der Bremsleitung und einer Kammer veränderlichen Volumens, die von einem Regelkolben begrenzt wird und die im Falle einer Bremsdruckregelung zeitweise Druckmittel aufnimmt, und einem Antrieb zum Verschieben des Regelkolbens.

Eine derartige Bremsanlage ist aus der DE-OS 37 18 974 bekannt. Der Antrieb des Regelkolbens erfolgt hydraulisch mittels eines ventilgesteuerten Stellmotors. Das Ventil wird getaktet angesteuert, um so einen quasistetigen Druckauf- und -abbau zu gewährleisten. Durch die getaktete Ansteuerung stellt sich eine ruckartige Bewegung des Regelkolbens ein, die sich in einer entsprechenden stufenhaften Druckänderung äußert. Dies wiederum führt zu einer schlechten Regelgüte.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, mit einfachen Mitteln eine verbesserte Regelgüte für blockiergeschützte Bremsanlagen mit Druckmodulatoren nach dem Volumenprinzip zu erzielen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Antrieb Mittel umfaßt, die eine stetige Verschiebung des Regelkolbens gewährleisten.

Bei Modulatoren, die einen hydraulischen Antrieb aufweisen, läßt sich der stetige Antrieb am einfachsten dadurch erzielen, daß im Pumpenkreis ein stetig regelbares Ventil vorgesehen ist. Das Ventil weist einen veränderlichen Drosselquerschnitt auf, wobei die Veränderung des Querschnittes entweder durch einen direkten Antrieb des Ventilkörpers oder durch die Veränderung der Vorspannkraft einer Stellfeder erzeugt werden kann.

Ein stetiger Antrieb kann auch durch einen Elektromotor erzeugt werden, wobei die Antriebskraft des Elektromotors entweder mechanisch mittels einer Rampensteuerung oder aber hydraulisch auf den Regelkolben übertragen wird.

Die Erfindung soll anhand von 4 Ausführungsbeispielen, dargestellt in insgesamt 7 Figuren näher erläutert werden.

Es sei zunächst auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Bremsanlage besteht aus einem Dreikammerhauptzylinder 1 dem ein Unterdruckbremskraftverstärker 2 vorgeschaltet ist.

Ein Druckmittelvorratsbehälter 3 ist am Hauptzylinder 1 angebracht. Im Hauptzylinder 1 sind drei Kammern ausgebildet, die durch Schwimmkolben voneinander getrennt sind. Die Kammern sind jeweils einem Bremskreis I, II, III zugeordnet. Dargestellt ist im weiteren nur ein Bremskreis, die anderen Bremskreise sind identisch aufgebaut. Von der einen Kammer im Hauptzylinder führt eine Bremsleitung 4 über ein Trennventil 5 und eine Regelkammer 6 mit veränderlichem Volumen zum Radbremszylinder 7. Die Regelkammer 6 wird von einem Regelkolben 8 begrenzt, der über eine Rampe 9, die an einem Steuerkolben 10 ausgebildet ist, betätigt wird. Der Steuerkolben 10 begrenzt einen Steuerraum 11. Auf der dem Steuerraum 11 abgewandten Seite ist eine Feder 12 abgestützt, die den Steuerkolben 10 in eine Position drängt, in der der Steuerraum 11 sein kleinstes Volumen aufweist. Eine Pumpe 13 schließt mit ihrer Druckseite über ein Rückschlagventil 14 an den Steuerraum 11 an. Die Pumpe 13 fördert aus einem Vorratsbehälter 15, der identisch sein kann mit dem Druckmittelvorratsbehälter 3. Der Steuerraum 10 ist andererseits über ein Drosselventil 16 mit dem Vorratsbehälter 15 verbunden. Der Drosselquerschnitt des Drosselventils 16 ist einstellbar, so daß der Staudruck vor der Drossel verändert werden kann. Der Staudruck entspricht dem Druck in der Steuerkammer 11, der gegen die Feder 12 arbeitet.

Die praktische Ausführung dieses Systems sieht wie folgt aus. In einem Steuerblock 17 sind zwei Längsbohrungen 18 und 20 angeordnet. Quer zu den Längsbohrungen 18, 20 verläuft eine gestufte Querbohrung 19. Diese mündet in die erste Längsbohrung 18. In der ersten Längsbohrung 18 ist der Regelkolben 8 dichtend geführt. Dabei ragt er mit seinem einen Ende in die Längsbohrung 19 hinein. Das andere Ende begrenzt die Regelkammer 6. Die Regelkammer 6 ist mittels einer durchbohrten Scheibe 22 vom Einlaßraum 21 abgetrennt. Der Einlaßraum 21 ist mit einer Kammer im Hauptzylinder 1 verbunden, während die Regelkammer 6 mit der Radbremse 7 in Verbindung steht. Die Bohrung in der Scheibe 22 wird von einem magnetbetätigten Ventilkörper 23 kontrolliert. Der Betätigungsmagnet 24 ist am Steuerblock 17 befestigt.

In der Längsbohrung 19 ist der gestufte Steuerkolben 10 geführt. An der kleineren Stufe ist eine Rampe 9 ausgebildet, die mit dem Regelkolben 8 zusammenwirkt. Der Stufenraum auf Übergang von der kleineren zur größeren Stufe bildet den Steuerraum 11. Die kleinere Stufe des Steuerkolbens 10 gleitet auf einer Rolle 25 (oder Kugel), die dem Regelkolben 8 gegenüber liegt und die die vom Regelkolben auf den Steuerkolben ausgeübten Querkräfte aufnimmt. Zwischen der Rampe 9 und dem Regelkolben 8 ist ebenfalls eine Rolle oder Kugel 26 vorgesehen, die ein reibungsfreies Betätigen des Regelkolbens 8, durch die Rampe 9 gewährleistet.

In der zweiten Längsbohrung 20 ist das Drosselventil 16 eingesetzt. Die Fig. 2 gibt eine vergrösserte Darstellung des Drosselventils 16 wieder. Am Boden der Längsbohrung 20 ist mittels einer durchbohrten Scheibe 28 ein Auslaßraum 27 gebildet, der mit dem Vorratsbehälter 15 in Verbindung steht. Die Bohrung wirkt mit einem Schaft 29 zusammen, wobei das in die Bohrung hineinragende Ende des Schafts 29 konisch ausgebildet ist. In Abhängigkeit von der Lage des Schafts 29 ergibt sich somit ein veränderter Durchflußquerschnitt. Der Schaft 29 weist einen Kragen 30 auf, der einen Raum oberhalb der Scheibe 28 begrenzt. In diesen Raum mündet die Leitung, die zum Steuerraum 11 führt. Eine durchbohrte Scheibe 31 (Bohrung 32) dient als Führung für den Schaft 29 und als Abstützung für eine Feder 33, die am Kragen 30 abgestützt ist und den Schaft 29 in einer Position hält, in der der Drosselquerschnitt seine größte Abmessung aufweist. Der Schaft 29 wirkt weiterhin mit einem Stellmagneten 34 zusammen, der außen am Steuerblock 17 befestigt ist und die Längsbohrung nach außen abdichtet. Mit dem Stellmagneten kann eine beliebige Lage des Schaftes und damit ein beliebiger Drosselquerschnitt eingestellt werden.

Anstelle des Stellmagneten kann auch ein Stellmotor eingesetzt werden.

Zu dem Ausführungsbeispiel sind noch die folgenden Anmerkungen zu treffen.

Die Pumpe 13 kann im Steuerblock integriert dargestellt werden. Es kann sich z. B. um eine Hubkolbenpumpe handeln, die über ein Auslaßventil gesteuert wird oder über eine Steuerwelle.

Wie schon erläutert wird jedem Kreis eine Stelleinheit zugeordnet, die nebeneinander im Steuerblock 17 angebracht werden können. Dabei werden die Magnete 24 und Stellmagnete 34 der einzelnen Kreise an einer Seite des Steuerblocks angeordnet.

Grundsätzlich kann jeder Bremskreis über eine Pumpe verfügen, es kann aber auch vorgesehen werden, daß mehrere oder alle Kreise an eine Pumpe angeschlossen sind. Auf jeden Fall benötigt jeder Kreis ein Druckeinstellventil entsprechend dem Rückschlagventil 14. Mit dem Druckeinstellventil wird ein Vordruck an der Pumpe erzeugt, so daß bei einem eingeregelten niedrigen Druck in einem Kreis ein anderer Kreis mit Hochdruck versorgt werden kann.

Das Trennventil 5 wird im Ausführungsbeispiel magnetisch betätigt, es kann aber auch eine mechanische Betätigung vorgesehen werden, wobei ein Betätigungsstößel am Regelkolben 8 angeformt ist, der in der dargestellten Grundstellung des Regelkolbens 8 das Ventil offen hält und es schließt, sobald der Regelkolben seine Lage ändert.

Die Anlage arbeitet nach dem folgenden Schema.- Die Grundposition der Anlage ist wie folgt definiert. Das Trennventil 5 ist geöffnet, der Steuerkolben 10 befindet sich in einer Position, in dem der Steuerraum 11 sein kleinstes Volumen aufweist, und der Regelkolben 8 wird von der Rampe 9 in einer Position gehalten, dem die Regelkammer 6 ihr kleinstes Volumen aufweist. Durch Betätigen des Hauptzylinders 1 wird Druckmittel über die Bremsleitung 4 in die Radbremsen verdrängt, wodurch sich ein Radbremsdruck aufbaut, der letztlich zu einer Fahrzeugverzögerung führt. Das Drehverhalten des Rades wird mittels eines nicht dargestellten Sensors laufend überwacht. Wenn die Gefahr besteht, daß das Rad blockiert, schaltet die Anlage in den Regelmodus. Dieser beinhaltet, daß das Trennventil 5 geschlossen wird und der Pumpenantrieb eingeschaltet wird, so daß die Pumpe 13 über das Rückschlagventil 14 in den Steuerraum 11 fördert. In Abhängigkeit vom Öffnungsquerschnitt des Drosselventils 16 baut sich im Steuerraum 11 ein Druck auf, der dazu führt, daß der Steuerkolben 10 gegen die Kraft der Feder 12 verschoben wird, so daß die Rampe 9 den Regelkolben 8 freigibt.

Dieser bewegt sich gemäß der Darstellung nach unten, wodurch das Volumen der Regelkammer 6 vergrößert wird. Dadurch kann Druckmittel aus der Radbremse 7 in die Regelkammer 6 abfließen, was zur Folge hat, daß der Radbremsdruck gesenkt wird. Die Höhe des Radbremsdruckes hängt nun unmittelbar von der Lage des Regelkolbens 8 und damit wegen der Rampensteuerung von der Lage des Steuerkolbens 10 ab. Die Lage des Steuerkolbens 10 wird nun bestimmt durch den Druck im Steuerraum 11, der die Zusammendrückung der Feder 12 bestimmt.

Wie schon erläutert hängt der Druck im Steuerraum 11 vom Drosselquerschnitt des Drosselventils 16 ab. Dieser kann nun mittels des Stellmagneten 34 eingestellt werden.

Das Stellsignal wird dabei von einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteeinheit erzeugt, die insbesondere die Signale der Radsensoren auswertet. Bei dem Drosselventil 16 handelt es sich um ein Proportionalventil, mit dem der Druck im Steuerraum 11 sehr feinfühlig eingestellt werden kann. Es wird damit eine hohe Regelgüte erzielt.

Mittels der Rampe kann eine Übersetzung zwischen den Betätigungswegen des Regelkolbens 8 und des Steuerkolbens 10 erzielt werden. Gleichzeitig können die Steuerkräfte klein gehalten werden, da diese nicht den vollen Druckkräften in der Regelkammer 6 entgegenarbeiten müssen.

Im folgenden wird auf die Fig. 3 und 4 Bezug genommen.

Die Bremsanlage gemäß der Fig. 3 ist weitgehend identisch zur Fig. 1 aufgebaut. Die Bremsanlage besteht aus einem Hauptzylinder 1, einem Regelkolben 8, einer Kammer 6 veränderlichen Volumens und den Radbremsen.

Im Unterschied zu der Fig. 1 ist der Regelkolben 8 einstückig mit dem Steuerkolben 10 ausgebildet. Der Steuerkolben 10 ist mittels einer Membran 40 aufgehängt, mittels der Membran 40 wird der Steuerraum 11 von einem Gegenraum 41 abgetrennt. Der Gegenraum 41 kann nun die Feder 12 entsprechend der Fig. 1 aufnehmen oder aber wie in Fig. 4 als Gasraum genutzt werden. Zum Beispiel kann eine Füllung mit Stickstoff erfolgen, so daß sich die Wirkung einer Gasdruckfeder einstellt.

Der Regelkolben weist eine Nut 42 auf, die mit der Regelkammer 6 über einen Kanal 43 im Regelkolben 8 in Verbindung steht. Die Regelkammer 6 wird von der oberen Stirnseite des Regelkolbens 8 begrenzt.

Das Drosselventil 16 ist federkraftgesteuert, wobei die Stellfeder 44 einerseits am Ventilstößel 45 und andererseits an einem Kolben 46 abgestützt ist. Die Lage des Kolbens 46 wird von einem Stellmagneten oder einem Stellmotor 47 bestimmt. Mit dem Stellmotor kann die Vorspannung der Stellfeder 44 bestimmt werden und damit der Öffnungsdruck des Ventils.

Das Trennventil 5 wird mechanisch betätigt. Dazu ist quer zur Bohrung, die den Regelkolben aufnimmt, eine Querbohrung 48 ausgebildet. In dieser ist ein Kolben 49 geführt, der am Regelkolben 8 abgestützt ist. Eine Feder 50 hält den Ventilkörper 51 an einem Anschlag am Kolben 49. Der Ventilkörper 51 wirkt mit einem Durchlaß in einer Scheibe 52 zusammen und bildet so das Trennventil 5. Eine Feder 54 ist am Kolben 49 abgestützt. Sie hält den Kolben in Anlage an den Regelkolben 8.

In der dargestellten Position wird der Kolben 49 von einem Steg 53, der die Nut 42 begrenzt derart verschoben, daß der Ventilkörper 51 den Durchlaß in der Scheibe 52 verschließt. Die Vorspannung der Feder 51 ist so groß gewählt, daß sie jedem möglichen Druck im Hauptzylinder standhält und das Trennventil geschlossen hält. Mittels eines Schalters 55 an der Betätigungseinheit der Bremse kann festgestellt werden, ob die Bremse nach einer Betätigung wieder gelöst wird.

Die Anlage nach den Fig. 3 und 4 arbeiten nach dem folgenden Schema.

Dargestellt ist die Position des Regelkolbens 8 während einer ABS-Regelung. In der Normalstellung hält die Feder 12, bzw. die Gasdruckfeder den Steuer/Regelkolben in einer oberen Position. Damit befindet sich der Kolben 49 gegenüber der Nut 42 und wird von einer Rückstellfeder 54 gemäß der Darstellung nach links bewegt. Der Ventilkörper 51 wird vom Kolben 49 mitgenommen, so daß der Durchlaß der Scheibe 52 offen ist und ein freier Durchmittelgang zwischen dem Hauptzylinder 1 und der Radbremse 7 besteht.

Mit Beginn einer Bremsschlupfregelung fördert die Pumpe 13 Druckmittel in den Steuerraum 11, wodurch der Steuer/Regelkolben gemäß der Darstellung nach unten geschoben wird. Der Druck im Steuerraum 11 wird durch das Drosselventil 6 bestimmt. Der Kolben 49 des Trennventils 50 wird gemäß der Darstellung nach rechts verschoben, so daß der Ventilkörper 51 den Durchgang in der Scheibe 52 verschließt. Der Radzylinder ist damit vom Hauptbremszylinder getrennt. Die Kammer 6 vergrößert im Volumen und nimmt Druckmittel aus der Radbremse auf, so daß der Radbremsdruck gesenkt wird.

In den folgenden Figuren, wird eine Ansteuerung des Regelkolbens 8 mittels eines Elektromotors 62 dargestellt. Gemäß der Fig. 5 erfolgt die Betätigung des Regelkolbens 8 mittels einer Rampe 60 an einem Ritzel 61. Das Ritzel 61 weist an seinem Außenrand eine Verzahnung auf, in die die Verzahnung eines direkt von einem Elektromotor 62 angetriebenen Zahnrades 63 eingreift. Die Rampe 60 ist an der Oberseite des Ritzels 61 ausgebildet und entlang des äußeren Randes. Wird das Ritzel 61 mittels des Elektromotors 62 gedreht, so läuft der Regelkolben die Rampe hoch, bzw. runter. Die Achse des Regelkolbens 8 verläuft parallel zur Drehachse des Ritzels 61 aber versetzt dazu. In vorteilhafter Weise weist jeder Bremskreis einen Regelkolben auf, der von je einem Elektromotor angetrieben wird, wobei die Regelkolben und die Elektromotoren in einem Gehäuse 64, untergebracht sind. Nachlaufbremsen 65 sorgen für eine exakte Steuerung der Motoren.

Die Fig. 6 zeigt eine günstige Anordnung der Elemente. Der äußere Kreis 66 bezeichnet den Umfang des Unterdruckverstärkers 2. In der Zeichenebene vor dem Unterdruckverstärker 2 ist der Hauptbremszylinder 1 angeordnet. Es liegt somit eine Sicht auf dem Bremsdruckgeber entsprechend dem Pfeil 67 in der Fig. 5 vor. Oberhalb des Hauptbremszylinders 1 liegt der Druckmittelvorratsbehälter 3, der in der Fig. 6 nicht dargestellt ist. Unterhalb des Hauptbremszylinders 1 ist der Steuerblock 17 bzw. das Gehäuse 64 angeordnet, wobei die Elektromotoren 63 in der Sicht gemäß der Fig. 6 hintereinander angeordnet sind und ihre Achsen quer zur Achse des Hauptzylinders 1 verlaufen. Seitlich angebracht und an der Steuereinheit 17 befestigt ist die elektronische Steuereinheit 65, die die Radsensorsignale auswertet und die Steuerströme für die Elektromotoren 62 liefert.

Fig. 7 entspricht weitgehend der Fig. 3, bzw. Fig. 4 mit dem Unterschied, daß keine konstant fördende Pumpen vorgesehen sind, sondern ein Druckkolben 70, der von einem Elektromotor 71 betätigt wird. Der Druckkolben 70 läuft in einer Bohrung die parallel zur Bohrung für den Regelkolben 8 ausgebildet ist. Der Druckkolben 70 begrenzt einen Druckraum 72, der mit dem Steuerraum 11 verbunden ist. Der Elektromotor 71 weist ein Ritzel 73 auf, das in eine Zahnstange 74 am Druckkolben 70 eingreift. Bewegt sich der Druckkolben 70 gemäß der Darstellung nach links, so wird Druckmittel aus dem Druckraum 72 in den Steuerraum 11 verdrängt, wodurch sich der Regelkolben nach unten bewegt, das Trennventil 5 geschlossen wird und die Regelkammer 6 ihr Volumen vergrößert. Mittels eines Wegsensors 75 kann die Position des Druckkolbens 70 erfaßt werden. Dieser Wert kann in den Regelalgorithmus einfließen, wodurch die Regelgüte verbessert wird. Die Funktionsweise dieser Anlage ergibt sich aus der Funktionsbeschreibung der vorherigen Ausführungsformen.

Bezugszeichenliste

1 Dreikammerhauptzylinder
2 Unterdruckbremskraftverstärker
3 Druckmittelvorratsbehälter
4 Bremsleitung
5 Trennventil
6 Regelkammer
7 Radbremse
8 Regelkolben
9 Rampe
10 Steuerkolben
11 Steuerraum
12 Feder
13 Pumpe
14 Rückschlagventil
15 Vorratsbehälter
16 Drosselventil
17 Steuerblock
18 erste Längsbohrung
19 Querbohrung
20 zweite Längsbohrung
21 Einlaßraum
22 Scheibe
23 Ventilkörper
24 Betätigungsmagnet
25 Rolle
26 Rolle
27 Auslaßraum
28 Scheibe
29 Schaft
30 Kragen
31 Scheibe
32 Bohrung
33 Feder
34 Stellmagnet
40 Membran
41 Gegenraum
42 Nut
43 Kanal
44 Stellfeder
45 Ventilstößel
46 Kolben
47 Stellmotor
48 Querbohrung
49 Kolben
50 Feder
51 Ventilkörper
52 Scheibe
53 Steg
54 Feder
55 Schalter
60 Rampe
61 Ritzel
62 Elektromotor
63 Zahnrad
64 Gehäuse
65 Steuereinheit
66 Kreis
67 Pfeil
68 Nachlaufbremse
70 Druckkolben
71 Elektromotor
72 Druckraum
73 Ritzel

Claims

1. Bremsdruckmodulator für eine blockiergeschützte Bremsanlage, die über einen Hauptbremszylinder (1) und mindestens eine mittels einer Bremsleitung (4) an den Hauptbremszylinder (1) angeschlossenen Radbremse (7) verfügt; der Bremsdruckmodulator besteht aus einem Trennventil (5) zum Sperren der Bremsleitung (4) und einer Kammer (6) veränderlichen Volumens, die von einem Regelkolben (8) begrenzt wird und die im Falle einer Bremsdruckregelung zeitweise Druckmittel aufnimmt, und einem Antrieb zum Verschieben des Regelkolbens dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb-Mittel (6, 63, 71) umfaßt, die eine stetige Verschiebung des Regelkolbens (8) gewährleisten.

2. Bremsdruckmodulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Regelkolbens (8) hydraulisch, gegen die Kraft einer Feder (12) erfolgt und ein Pumpenkreis vorgesehen ist, der ein proportional regelbares Drosselventil (16) aufweist.

3. Bremsdruckmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine Spiralfeder ist.

4. Bremsdruckmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine Gasdruckfeder ist.

5. Bremsdruckmodulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselventil (16) einen veränderlichen Querschnitt aufweist, wobei der Ventilkörper unmittelbar von einem Stellmagnet (34) betätigt wird.

6. Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper aus einem Schaft (29) mit einem konisch verlaufenden Ende besteht, das in eine Bohrung einführbar ist.

7. Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt durch die Vorspannung einer Feder (44) bestimmt ist, wobei die Vorspannung mittels eines Stellmotors (47) veränderlich ist.

8. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Regelkolbens (8) mittels eines Elektromotors erfolgt.

9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein Ritzel (61) antreibt, an dessen Umfang Zähne vorgesehen sind und an dessen Seitenfläche am Außenrand eine Rampe (60) verläuft, die mit dem Regelkolben (8), zusammenwirkt.

10. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor einen Druckkolben (70) antreibt, der einen Druckraum (72) begrenzt, aus dessen Kammer Druckmittel in die Steuerkammer (11), des Druckmodulators verschiebbar ist.