DE4208760A1 - Hydraulische bremsanlage mit schlupfregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei bekannten Bremsanlagen dieser Art, z. B. DE-OS 33 23 402, wird mit Hilfe von elektromagnetisch betätigbaren Einlaß- und Auslaßventilen der Bremsdruck in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten beeinflußt, um einerseits ein Blockieren der Räder bei übermäßiger Bremsenbetätigung zu verhindern und um andererseits die Bremskraftverteilung auf die Vorder- und Hinterräder der jeweiligen Bremssituation anzupassen. Durch Steuerung der Bremskraftverteilung lassen sich die Auswirkungen eines unterschiedlichen Beladungszu­ standes des Fahrzeuges unter statischer bzw. dynamischer Achslastverteilung beeinflussen. Zur Erhaltung der Fahr­ stabilität muß dabei stets sichergestellt sein, daß keines­ falls ein Blockieren der Hinterräder vor dem Blockieren der Vorderräder einsetzt.

Zur Steuerung der Bremskraftverteilung sind nach der vorge­ nannten DE-OS in die Hauptdruckleitungen, die zu den Hinter­ rädern führen, in der Ruhestellung sperrende Mehrwegeventile als Einlaßventile eingefügt. Die zu den Vorderrädern führenden Einlaßventile sind dagegen in ihrer Ruhestellung für den Durchfluß von Druckmittel offen. Durch getaktetes Ansteuern der Ventile wird erreicht, daß sich an den Hinter­ rädern ein Bremsschlupf einstellt, der stets kleiner ist als an den Vorderrädern. Auf diese Weise soll ein hoher Beitrag der Hinterräder zur Abbremsung erreicht und gleichzeitig eine Überbremsung der Hinterräder ver­ hindert werden.

Nach dieser Offenlegungsschrift werden die Einlaß- und die Auslaßventile, die Radsensoren, die Auswerteelektronik und das Hilfsdruckversorgungssystem sowohl zur Steuerung der Bremskraftverteilung als auch zur Blockierschutzregelung verwendet, mit dem Nachteil, daß bei einer Funktionsstörung in der die Ventile der Hinterachsbremse aktivierenden Elektrik oder Elektronik keinerlei Bremsenwirkung an der Hinterachse zustande kommt.

Es ist auch bereits aus der DE-OS 34 40 541 eine Bremsanlage bekannt, die ausschließlich mit Radventilen zur elektro­ nischen Steuerung der Bremskraftverteilung ausgerüstet ist. Es sind daher nur in den zu den Hinterradbremsen führenden Bremsleitungen Radventile, nämlich in der Ruhestellung sperrende Magnetventile, eingefügt. Parallel zu diesen Rad­ ventilen ist ein Bremskraftregler geschaltet, über den bei Bremsbetätigung Bremsdruck zu den Hinterradbremsen gelangt, der auf den Mindestdruck in Abhängigkeit von der jeweiligen Abbremsung bei idealer Bremskraftverteilung abgestimmt ist. Durch Ansteuerung der Radventile wird dieser Bremsdruck auf den höheren, der momentanen Situation optimal angepaßten Wert angehoben. Dieser Anordnung liegt die Überlegung zu Grunde, daß auch bei einem Stromausfall oder einem Ventil­ defekt über den Bremskraftregler ein Mindestbremsdruck zu den Hinterradbremsen gelangt, so daß auch bei einem solchen Störfall die Hinterachse einen Beitrag zur Abbremsung des Fahrzeuges leisten kann. Diese Bremsanlage hat jedoch den Nachteil, daß der über den Bremskraftregler übertragene Druck einerseits zum Blockieren der Hinterachsbremse führen kann, andererseits einen erheblichen Bau- sowie Kostenauf­ wand verursacht.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Brems­ anlage mit Schlupfregelung zu schaffen, die sich durch ein­ fache, kostengünstige und im besonderen durch funktions­ sichere Komponenten auszeichnet, um beim Auftreten etwaiger elektrischer oder elektronischer Störungen einen völligen Ausfall der Hinterachsbremsen zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentan­ spruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst, wonach in Parallelschaltung zum Einlaßventil der Hinterradbremse ein Druckmittelverschiebeelement angeordnet ist, das auf einer ersten Stirnfläche vom Druck des Hauptzylinders und/oder vom Druck der Hilfsdruckpumpe beaufschlagt wird sowie auf einer entgegengesetzt zur ersten Stirnfläche gelegenen zweiten Stirnfläche dem in der Hinterradbremse herrschenden Druck ausgesetzt ist.

Damit ist gewährleistet, daß unabhängig vom Funktionszustand der Steuer- und Regelelektronik sowie der zugeordneten Peripherie unter allen Betriebszuständen der Bremsanlage jederzeit auf einfache Weise eine die Fahrstabilität unbe­ einträchtigende Bremsdrucksteuerung in der Hinterachsbremse sichergestellt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgezeigten Maßnahmen sind zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung angegeben, die im Zusammenhang mit den weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung nachfolgend anhand mehrerer Zeichnungen näher dargestellt und erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Hydraulikschaltplan von einer schlupfgeregel­ ten Bremsanlage zur Druckmittelversorgung einer Hinterradbremse,

Fig. 2 eine weitere Variante zur Gestaltung des Hydraulik­ schaltplans gemäß Fig. 1,

Fig. 3 und 4 jeweils ein Bremskraftverteilungsdiagramm zum Zwecke der Veranschaulichung der in Fig. 1 und 2 beschriebenen Druckmittelverschiebeelemente.

Die Fig. 1 zeigt in vereinfachter, überschaubarer Dar­ stellung exemplarisch die zur Betätigung einer Hinterrad­ bremse HA erforderlichen Elemente. An einem pedalbetätig­ baren Hauptzylinder 12 ist eine zu einer Hinterradbremse HA führende Hauptdruckleitung 2 angeschlossen, die ein in Grundstellung elektromagnetisch stromlos geschlossenes Ein­ laßventil 1 sowie parallel dazu ein in Richtung des Haupt­ zylinders 12 öffnendes Rückschlagventil 13 aufweist. Weiter­ hin befindet sich in einer parallel zum Einlaßventil 1 ange­ ordneten Druckmittelleitung ein in der Grundstellung elektromagnetisch geschlossenes Auslaßventil 6 sowie ein hierzu in Strömungsrichtung dem Auslaßventil 6 nachgeschal­ tetes Reservoir 14, das entweder als druckloser Nachlaufbe­ hälter am Hauptzylinder 12 oder als Niederdruckspeicher eines geschlossenen Bremsanlagensystems direkt an einer Hilfdruckleitung 15 angeschlossen ist, die eine Hilfsdruck­ pumpe 16 mit Druckmittel versorgt. Die Hilfsdruckleitung 15 ist zwischen dem Hauptzylinder 12 und dem Einlaßventil 1 an die Hauptdruckleitung 2 angeschlossen, während das Auslaßventil 6 zwischen dem Einlaßventil 1 und der Hinterradbremse HA an die Hauptdruckleitung 2 angeschlossen ist. Über diesen bereits hinreichend bekannten Grundaufbau des für eine schlupfgeregelte Hinterradbremse erforderlichen Bremskreises weist dieser Bremskreis wirkungsmäßig parallel zum Einlaß­ ventil 1 geschaltet zusätzlich ein Druckmittelverschiebe­ element 3 auf. Dieses Druckmittelverschiebeelement 3 kann prinzipiell an jeder geeigneten Stelle der Hauptdruckleitung 2 in Parallelschaltung zum Einlaßventil 1 positioniert sein, ohne daß sich hierdurch Nachteile für den Betrieb der Anlage ergeben. Das Druckmittelverschiebeelement besteht aus einem Stufenkolben, der in einem Gehäuse 10 abgedichtet und axial beweglich geführt ist. In der abbildungsgemäßen Stellung des Druckmittelverschiebeelements befindet sich der Stufenkolben unter Kraftwirkung einer Druckfeder 9 in einer zur Hinter­ radbremse HA volumenvergrößernden Grundstellung. Der Stufen­ kolben weist entweder am Umfang oder in der Stirnfläche eine Ausnehmung auf, in der die Druckfeder 9 platzsparend ge­ halten ist. Das Druckmittelverschiebeelement 3 kann auch ge­ meinsam mit allen Einlaß- und Auslaßventilen 1, 6, den Rück­ schlagventilen 13 zu einem Ventilgehäuseblock 11 einer kompletten Bremsanlage vereinigt sein oder modular am be­ stehenden Ventilgehäuseblock 11 oder Pumpenaggregat angebracht sein.

Nachfolgend wird unter Bezug auf die vorangegangene Be­ schreibung die Funktion der Bremsanlage angegeben.

Bei Normalbremsung im Bereich kleiner, zulässiger Schlupf­ werte gelangt vom Hauptzylinder 12 in die Hauptdruckleitung 2 fußkraftproportional eingespeistes Druckmittel bis zu dem in der Grundstellung geschlossenen Einlaßventil 1. Gleich­ zeitig steht das an der Hauptdruckleitung 2 angeschlossene Druckmittelverschiebeelement 3 unter Druck. Der Druckaufbau in der Hinterradbremse HA erfolgt sodann abhängig vom Hub des Druckmittelverschiebeelementes 3. Zum Anlegen der Hinterradbremse HA befindet sich das Auslaßventil 6 in der elektromagnetisch stromlos geschlossenen Schaltstellung, so daß das vom Druckmittelverschiebeelement 3 verdrängte Volumen den Bremsdruckanstieg in der Hinterradbremse HA be­ stimmt. Ist der maximale Hub des Druckmittelverschiebeele­ mentes 3 vollzogen, so nimmt der Bremsschlupf an den in der Fig. 1 nicht gezeigten Vorderradbremsen zu, während der Bremsschlupf an der Hinterradbremse HA unverändert konstant bleibt. Die von dem Radsensor 17 eines jeden Rades an eine Steuer- und Regelelektronik 15 übertragenen Signale führen dazu, daß Stellsignale der Steuer- und Regelelektronik 15 jeweils das Einlaßventil 1 und bei Bedarf auch das Auslaß­ ventil 6 betätigen. Demnach werden die Signale der Radsen­ soren für die in der Steuer- und Regelelektronik 15 festge­ legten Betätigungen der Einlaß- und Auslaßventile 1, 6 zur Steuerung der Bremskraftverteilung herangezogen. Bei Brems­ schlupfregelung auf Hochreibwerte bleibt bei gegenüber dem Hinterradbremsdruck erhöhten Vorderradbremsdruck das Druck­ mittelverschiebeelement 3 wirkungslos in seiner maximalen Aussteuerstellung. Die Druckfeder 9 ist sodann nahezu auf Blocklänge komprimiert und der Stufenkolben des Druckmittel­ verschiebeelementes 3 liegt an einem als Tellerfeder ausge­ bildeten und geräuschdämpfenden Anschlag an.

Um bei Einleitung der Bremsschlupfregelung auf Niedrigreib­ werte eine präzise Bremsdruckregelung im Sinne der Druckab­ bauphase vollziehen zu können, muß zunächst über das Auslaß­ ventil 6 das im Druckmittelverschiebeelement 3 befindliche Volumen durch Öffnen des Auslaßventils 6 in das Reservoir 14 abgelassen werden, bevor der Druck in der Hinterradbremse HA entsprechend dem erheblich verminderten Kraftschluß zwischen Fahrbahn und Fahrzeugrad abgesenkt werden kann.

Bei einem Ausfall der Bremsschlupfregelung, beispielsweise infolge einer funktionslosen Hilfsdruckpumpe 16, einer Funktionsstörung innerhalb der Elektrik oder Elektronik, wo­ durch beispielsweise das Einlaßventil 1 nicht öffnet, er­ folgt eine entsprechend den konstruktiven Auslegungsdaten des Hubs und Nenndurchmessers am Druckmittelverschiebeele­ ments 3 abhängige Druckmittelvolumenaufnahme der Hinterrad­ bremse HA, die jederzeit die Abbremsung des Fahrzeuges er­ möglicht.

Die Fig. 2 zeigt abweichend von Fig. 1 ein Druckmittelver­ schiebeelement 3, dessen vom Radbremsvolumen beaufschlagte zweite Stirnfläche 8 einen erheblich gegenüber der ersten Stirnfläche vergrößerten Nenndurchmesser aufweist, so daß im Gegensatz zur Funktionsweise des in Fig. 1 gezeigten Druck­ mittelverschiebeelementes 3 bei Einleitung einer Normal­ bremsung im Bereich kleiner, zulässiger Schlupfwerte der Bremsdruck in der Hinterradbremse HA durch elektrisches An­ steuern des Einlaßventils 1 zu regeln ist, da infolge des Flächenverhältnisses am Druckmittelverschiebeelement 3 die ideale Bremskraftverteilungskurve für das leere sowie voll beladene Fahrzeug (vergleiche Fig. 4, Kennlinie C, D) stets oberhalb der installierten Bremskraftverteilung (vergleiche Fig. 4, Kennlinie B) - die die Wirkung des Druckmittelver­ schiebeelementes 3 berücksichtigt - liegt. Damit ist der bei Normalbremsung beispielsweise über das Takten des Einlaß­ ventils 1 zur Hinterradbremse HA mittels elektronischer Bremskraftverteilung eingeleitete Bremsdruck immer etwas höher als der vom Stufenkolben des Druckmittelverschiebeele­ mentes 3 hydraulisch übersetzte Druck. Folglich bleibt das als Stufenkolben ausgebildete Druckmittelverschiebeelement bei Normalbremsung immer in der wirkungslosen Grundstellung.

Erst bei einem Ausfall der von der Steuer- und Regelelek­ tronik 15 bestimmten elektronischen Bremskraftverteilung verdrängt der Stufenkolben das Druckmittelvolumen zur Hinterradbremse HA. Der Druckaufbau an der Hinterradbremse HA erfolgt dann entsprechend den konstruktiven Auslegungs­ daten des Druckmittelverschiebeelementes 3 mit einem be­ grenzt zur Verfügung stehenden Druckmittelvolumen (vergleiche Fig. 4, Kennlinie B). Infolge der Druckunter­ setzung liegt die Bremskraftverteilung bei elektrischen oder elektronischen Funktionsstörungen des sodann in der Grund­ stellung verharrenden Einlaßventils 1 mit sicherem Abstand unterhalb der in Fig. 4 gezeigten Kennlinie D für das unbe­ ladene Fahrzeug, so daß kein Überbremsen und damit keine etwaige Instabilitätsprobleme an der Hinterradbremse auf­ treten können.

Bezüglich der Einleitung einer vorderrad- und hinterradbe­ zogenen Blockierschutzregelung auf Grund unzulässig hoher Schlupfwerte wird auf den in der Funktionsbeschreibung von Fig. 1 angegebenen Grundsatz verwiesen, wonach das zwischen der Hinterradbremse HA und dem Druckmittelverschiebeelement 3 eingespannte Druckmittelvolumen zunächst durch Öffnen des Auslaßventils 6 in das Reservoir 14 entweicht, damit der Druck in der Hinterradbremse HA abgesenkt werden kann.

Für beide in Fig. 1 und 2 gezeigten Druckmittelverschiebe­ elemente 3 erweist es sich als vorteilhaft, zwischen der zweiten Stirnfläche 8 und dem Gehäuse 10 ein federndes An­ schlagteil 18, vorzugsweise eine Tellerfeder anzuordnen, so daß insbesondere die bei der Druckentlastung der Hinterrad­ bremse HA durch Anschlagen des Druckmittelverschiebeelemen­ tes 3 am Gehäuse 10 auftretenden Geräusche vermieden werden können. Schließlich wird auf die zweckmäßige Abdichtung der in Fig. 2 im Querschnitt gezeigten großen Kolbenstufe in Richtung des Hauptzylinders verwiesen, die durch eine in Richtung des Hauptzylinders 12 sperrend wirkende Dichtman­ schette 19 gewährleistet ist. Damit kann u. a. das zwischen dem kleinen Kolbenquerschnitt und dem Gehäuse leckschlagende Fluid über den Ringraum der Kolbenstufe ohne zusätzliche Leckage-Auffangeinrichtung wieder dem Bremskreis zugeführt werden, sobald die Rückstellbewegung des Kolbens einsetzt.

Zu Fig. 1 identische Teile tragen in Fig. 2 gleiche Be­ zugszeichen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen unter Bezug auf den Schaltungs­ aufbau und den Erläuterungen zu Fig. 1 und 2 einen Ver­ gleich der Kennlinien zur Bremskraftverteilung zwischen Vorderrad- und Hinterradbremse. Hierzu gibt die Abszisse des Diagramms die Vorderradbremskraft Fva und die Ordinate die Hinterradbremskraft Fha an. Ohne Minderung des Bremsdrucks verläuft die Kennlinie A, die jeweils die installierte Bremskraftverteilung bei elektronischer Bremskraftverteilung angibt, linear ansteigend, wobei die Kennlinie A gemäß Fig. 3 flacher gegenüber der Kennlinie A gegenüber Fig. 4 ver­ läuft. In Fig. 3 sind die Kennlinie A und die Kennlinie B zunächst bis zum Knickpunkt der Kennlinie B deckungsgleich, die in beiden Diagrammen (Fig. 3 und 4) jeweils die in­ stallierte Bremskraftverteilung bei Ausfall der elektronisch geregelten Bremskraftverteilung und damit die Wirksamkeit des Druckmittelverschiebeelementes 3 angibt. Ferner befinden sich in beiden Diagrammen die Kennlinien C, D für die ideale Bremskraftverteilung für den beladenen und unbeladenen Fahr­ zeugzustand. Vergleicht man in den beiden Diagrammen die Kennlinien A und B, so erkennt man die in Fig. 4 günstigere Bremskraftverteilung bei niedrigen Bremsverzögerungen, die infolge der in Fig. 2 zuvor beschriebenen Wirkungsweise des Stufenkolbens (Druckuntersetzung) zustande kommt, ohne einen nennenswerten konstruktiven Mehraufwand zur Ausführung des Verschiebeelementes akzeptieren zu müssen.

Bezugszeichenliste

 1 Einlaßventil
 2 Hauptdruckleitung
 3 Druckmittelverschiebeelement
 4 erste Stirnfläche
 5 Steuer- und Regelelektronik
 6 Auslaßventil
 8 zweite Stirnfläche
 9 Druckfeder
10 Gehäuse
11 Ventilgehäuseblock
12 Hauptzylinder
13 Rückschlagventil
14 Reservoir
15 Hilfsdruckleitung
16 Hilfsdruckpumpe
17 Radsensor
18 Anschlagteil
19 Dichtmanschette
HA Hinterradbremse
A Kennlinie der installierten Bremskraftverteilung bei elektronischer Bremskraftverteilung
B Kennlinie der installierten Bremskraftverteilung bei ausfallender elektronischer Bremskraftverteilung
C ideale Kennlinie bei beladenem Fahrzeug
D ideale Kennlinie bei unbeladenem Fahrzeug
Fha Hinterradbremskraft
Fva Vorderradbremskraft

Claims (6)

1. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung, mit einem pedalbetätigbaren, vorzugsweise hilfskraftunterstützten Hauptzylinder, an den zumindest über eine Hauptdruck­ leitung eine Vorder- und Hinterradbremse eines Kraftfahr­ zeuges angeschlossen sind, mit einer an einer Hilfsdruck­ leitung angeschlossenen hydraulischen Hilfsdruckpumpe, die Druckmittel aus einem Reservoir entnimmt und dieses den Radbremsen zuführt, sowie mit Radsensoren und einer Steuer- und Regelelektronik zur Ermittlung des Raddreh­ verhaltens und zur Erzeugung von elektrischen Bremsdruck­ steuersignalen, die zur Schlupfregelung die in die Druck­ mittelleitung eingefügten, elektromagnetisch betätig­ baren, in Grundstellung geschlossenen Einlaßventilen und Auslaßventilen der Hinterradbremse steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in Parallelschaltung zum Einlaßventil (1) der Hinterradbremse (HA) ein Druck­ mittelverschiebeelement (3) angeordnet ist, das auf einer ersten Stirnfläche (4) vom Druck des Hauptzylinders (12) und/oder vom Druck der Hilfsdruckpumpe (16) beaufschlag­ bar ist, und daß auf einer entgegengesetzt zur ersten Stirnfläche (4) gelegenen zweiten Stirnfläche (8) dem in der Hinterradbremse (HA) herrschenden Druck ausgesetzt ist.

2. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittelverschiebeelement (3) auf der zweiten Stirn­ fläche (8) von wenigstens einer Druckfeder (9) in einer in Richtung des Hauptzylinders (12) druckmittelkompri­ mierenden Grundstellung gehalten ist, und daß die Druck­ feder (9) in einem das Druckmittelverschiebeelement (3) abdichtenden Gehäuse (10) abgestützt ist.

3. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) integrales Bestandteil eines die Einlaß- und Auslaßventile (1, 6) aufnehmenden Ventil­ gehäuseblocks (11) ist.

4. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) des Druckmittelverschiebeelementes (3) als in die Hauptdruckleitung (2) des Hinterradbrems­ kreises (HA) einfügbare Einschraubpatrone ausgebildet ist.

5. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittelver­ schiebeelement (3) einen im Gehäuse (10) abgedichteten Stufenkolben aufweist, dessen mit größerem Nenndurch­ messer versehene zweite Stirnfläche (8) vom Druck der Hinterradbremse (HA) und die kleinere erste Stirnfläche (4) vom Druck des Hauptzylinders (12) beaufschlagbar ist.

6. Hydraulische Bremsanlage mit Schlupfregelung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das abhängig vom Hub und Nenndurchmesser der zweiten Stirnfläche (8) verdrängbare Druckmittelvolumen dem zur schlupffreien Abbremsung der Hinterradbremse (HA) erforderliche Radbremsdruck entspricht.