DE4322182A1 - Hydraulische Fremdkraftbremsanlage mit Notbremszylinder - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Fremdkraftbremsanlage nach der Gat­ tung des Hauptanspruchs.

Durch die GB-PS 20 84 275 ist eine hydraulische Fremdkraftbremsan­ lage bekannt, die als Notbremsdruckquelle einen Notbremszylinder aufweist, damit bei Fremdkraftausfall eine Notbremsung möglich ist per Muskelkraft. Der Notbremszylinder hat zwei Arbeitskammern mit Kolben und Kolbenrückstellfedern zur Versorgung von zwei Bremskrei­ sen bei Ausfall der Fremdkraft und gleichachsig an eine der beiden Arbeitskammern angeschlossen zusätzlich eine Simulatorkammer mit einer eingebauten Simulatorfeder und mit einem der Simulatorfeder zugeordneten Simulatorkolben. Zusätzlich zu den aus dem Notbrems­ zylinder versorgbaren Bremskreisen sind an die Arbeitskammern des Notbremszylinders mittels diesem hydraulisch steuerbare Fremdkraft­ bremsventile angeschlossen. Zwischen der Simulatorkammer und einem Reservoir des Notbremszylinders ist ein hydraulisch steuerbares nor­ malerweise geschlossenes 2/2-Wegeventil eingebaut, das im Notbrems­ betrieb eine Zusammendrückung der Simulatorfeder verhindert und im Fremdkraftbremsbetrieb geöffnet ist, damit beim Bremsen per Fremd­ kraft ein Bremspedalweg zustande kommt. Als nachteilig kann angesehen werden, daß wegen der Anordnung der Simulatorkammer der Notbremszylinder verlängert und verteuert wird. Wegen der hydrau­ lischen Steuerung der Fremdkraftbremsventile werden zur Durchführung von automatischem Antiblockierbetrieb zusätzlich noch elektrisch steuerbare 2/2-Wegeventile benötigt innerhalb einer zusätzlichen Antiblockiereinrichtung.

Durch die US-PS 4 462 642 ist eine weitere Fremdkraftbremsanlage bekannt mit einem zweikreisigen Notbremszylinder, der wie ein üb­ licher Hauptbremszylinder mit zwei Arbeitskammern ausbildbar ist, und mit einem Wegsimulator, der separat vom Notbremszylinder ange­ ordnet ist und mit der Arbeitskammer des Notbremszylinders, die am weitesten vom Bremspedal entfernt ist kommuniziert. Als nachteilig kann gelten, daß die separate Anordnung des Wegsimulators, be­ stehend aus einem eigenen Simulatorzylinder, einem Simulatorkolben und einer Simulatorfeder, an sich teuer ist und zusätzlichen Ver­ rohrungsaufwand und Bauraum beansprucht. Andererseits ist der Not­ bremszylinder preisgünstig in Form eines üblichen Hauptbremszylin­ ders beschaffbar. Diese Fremdkraftbremsanlage benützt elektrisch steuerbare Ventile sowohl für den Fremdkraftbremsbetrieb als auch einen Antiblockierbetrieb. Zur elektrischen Steuerung gehören ein an den Notbremszylinder angeschlossener Drucksensor als Sollwertgeber und ein mit einem Radbremszylinder kommunizierender Drucksensor als Bremsdruckistwertgeber. Diese Fremdkraftbremsanlage ist elektrisch oder hydraulisch eingerichtet zur Bremskraftverstärkung.

Eine durch die DE-OS 31 31 856 bekannte Weiterbildung der Fremd­ kraftbremsanlage gemäß der US-PS 4 462 642 weist zwischen dem Not­ bremszylinder und dem Wegsimulator ein normalerweise geschlossenes 2/2-Wegeventil auf, das im Fremdkraftbremsbetrieb elektrisch öffen­ bar ist und dadurch ein Zusammendrücken der Simulatorfeder nur im Fremdkraftbremsbetrieb zuläßt.

Eine weitere durch die EP-Veröffentlichung 0 265 623 A2 bekannte Fremdkraftbremsanlage besitzt ebenfalls einen Notbremszylinder mit zwei Arbeitskammern und jeder dieser Arbeitskammern zugeordnet einen eigenen Wegsimulator und je ein 4/3-Wegeventil zwischen jeder Ar­ beitskammer und dem jeweiligen Wegsimulator, damit die Simulator­ federn nur im Fremdkraftbremsbetrieb zusammendrückbar sind. Diese Fremdkraftbremsanlage ist bezüglich des zweiten Wegsimulators tech­ nisch aufwendiger und teurer als die Fremdkraftbremsanlage gemäß der genannten US-PS 4 462 642. Für diese Fremdkraftbremsanlage mit zwei Wegsimulatoren nennt die EP-Veröffentlichung 0 265 623 A2 zusätz­ liche Funktionen wie Verstärkungsbetrieb (vehicle brake power multi­ plication action), Bremskraftverteilung (control power distribu­ tion), Antiblockierbetrieb (anti-lock control), Antriebsschlupf­ regelung (traction control on driving wheels), Stillhalten des Fahr­ zeugs (stop retention), Abstandssteuerung zum nächsten Fahrzeug (vehicle-to-vehicle distance control) und Hindernisvermeidung (obstacle avoidance) durch automatisches Bremsen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Fremdkraftbremsanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß anstelle eines oder zweier separater Wegsimulatoren im wesentlichen nur eine Weg­ simulatorfeder benötigt und in einen ansonsten normalen, also zwei Arbeitskammern aufweisenden Zylinder wie beispielsweise einen han­ delsüblichen Hauptbremszylinder eingebaut wird. Dadurch ist die Ausbildung und Anordnung eines Wegsimulators in raumsparenderer Weise und auch preisgünstiger möglich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Fremdkraftbremsanlagen möglich.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 übernehmen den im Stand der Technik bereits vorhandenen Vorteil, daß die Simulatorfeder nur im Fremdkraftbremsbetrieb zusammendrückbar ist und im Notbremsbe­ trieb der Bremspedalhub im wesentlichen vollständig zur Notbremsung zur Verfügung steht.

Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 ergeben den Vorteil, daß ein relativ schweres Fahrzeug auch im Notbremsbetrieb ausrei­ chend schnell abbremsbar ist. Je nach geforderter Bremsverzögerung kann ein pneumatischer Bremskraftverstärker verwendet werden, der kleiner und dadurch leichter und billiger ausgebildet ist als ein in üblicher Weise für eine Hilfskraftbremsanlage mit einem Haupt­ bremszylinder ausgewählter pneumatischer Bremskraftverstärker. Im Falle der Anwendung der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 wird eine kräftigere Simulatorfeder eingebaut.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Fremdkraftbremsan­ lage sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Fremdkraftbrems­ anlage mit einem Längsschnitt durch den er findungsgemäßen Wegsimu­ lator und Fig. 2 eine Weiterbildung der Bremsanlage, ebenfalls mit einem Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Wegsimulator.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die Fremdkraftbremsanlage 2 umfaßt ein Aggregat 3 mit einer Fremd­ kraftquelle 4, 5, 6, wenigstens einem elektrisch steuerbaren Wege­ ventil 7, wenigstens einen elektrischen Sensor 8 9, ein mit dem wenigstens einen Sensor 8, 9 verkuppeltes Bremspedal 10, ein an den wenigstens einen Sensor 8, 9 angeschlossenes elektronisches Steuer­ gerät 11 zum Steuern des wenigstens einen Wegeventils 7, von dem Aggregat 3 ausgehende Radbremsleitungen 12, 13, 14, 15, Radbremsen 16, 17, 18, 19 und einen Wegsimulator 20.

Der Fremdkraftbremsanlage 2 zugeordnet ist eine Notbremsdruckquelle 21. Diese Notbremsdruckquelle umfaßt ein Zylindergehäuse 22, einen Druckstangenkolben 23, eine Druckstange 24, ein Druckmittelreservoir 25, einen ersten Druckanschluß 26, wenigstens eine Notbremsleitung 27, 28 und ein Betriebsartumschaltventil 29. Diese Notbremsdruck­ quelle wird üblicherweise als Notbremszylinder bezeichnet.

Wahlweise kann zwischen die Notbremsdruckquelle 21 und das Brems­ pedal 10 ein pneumatischer Bremskraftverstärker 30 eingebaut werden.

Der Wegsimulator 20 hat einen Simulatorkolben 31 und eine Simula­ torfeder 32, wobei als Simulatorzylinder 33 eine Längsbohrung 34 im Zylindergehäuse 22 dient. Der Simulatorkolben 31 ist beispielsweise ausgebildet in Form eines an sich bekannten Zwischenkolbens eines sogenannten Tandemhauptbremszylinders. Hierbei ist der Zwischenkol­ ben 31 ausgestattet mit einer Primärmanschette 35 und zwei spiegel­ bildlich angeordneten Trennmanschetten 36, 37. Auch der Druckstan­ genkolben weist eine Primärmanschette 38 auf und zusätzlich eine Trennmanschette 39. Zwischen der Primärmanschette 38 des Druckstan­ genkolbens 23 und der Trennmanschette 37 des Zwischenkolbens bzw. Simulatorkolbens 31 befindet sich ein erster Arbeitsraum 40. Zwi­ schen der Primärmanschette 35 mit dem Simulatorkolben 31 und einer stirnseitigen Wand 41 des Zylindergehäuses 22 befindet sich ein zweiter Arbeitsraum 42. Im ersten Arbeitsraum 40 befindet sich eine Rückstellfeder 43 für den Druckstangenkolben 23. Zum Zurückstellen des Druckstangenkolbens 23 in die gezeichnete Ausgangsstellung stützt sich die Rückstellfeder 43 an dem Zwischenkolben bzw. Simulatorkolben 31 ab. Dem ersten Arbeitsraum 40 ist ein erster Druckanschluß 26 zugeordnet, der zweite Arbeitsraum 42, dem zweiten Druckanschluß 44. Der Druckanschluß 44 ist über eine Leitung 45 mit dem Reservoir 25 verbunden. Der Druckanschluß 44 und die Leitung 45 bewirken einen Druckausgleich zwischen dem zweiten Arbeitsraum 42 und dem im Reservoir 25 herrschenden atmosphärischen Druck.

In durch Reservoire von Hauptbremszylindern bekannter Weise besitzt auch das Reservoir 25 zwei Verbindungsstutzen 46 und 47, die in Füllanschlüsse 48 und 49 des Zylindergehäuses 22 münden. Von jedem der Füllanschlüsse geht eine sogenannte Schnüffelöffnung 50 aus und mündet in die jeweilige Arbeitskammer 40 bzw. 42. Des weiteren ist jeweils noch eine Nachfüllöffnung 51 vorgesehen, die jeweils von dem Füllanschluß 48 bzw. 49 ausgeht und im ersten Fall zwischen der Primärmanschette 38 und der Trennmanschette 39 und im zweiten Fall zwischen der Primärmanschette 35 und der Trennmanschette 36 in die Zylinderbohrung 34 des Zylindergehäuses 22 mündet. Das Bremspedal 10 ist gelenkig mit einem Pedalstößel 52 verbunden, der in den pneu­ matischen Bremskraftverstärker 30 eintaucht zu dessen Steuerung, damit dieser pneumatische Bremskraftverstärker 30 eine Hilfskraft zur Verfügung stellen kann. Sowohl diese Hilfskraft als auch die mittels des Bremspedals 10 auf die Pedalstößel 52 ausgeübte Kraft werden auf die Druckstange 24 übertragen zur Verschiebung des Druck­ stangenkolbens 23 zwecks Durchführung von Bremsungen.

Die Fremdkraftquelle der Fremdkraftbremsanlage 2 hat beispielsweise einen hydraulischen Druckenergiespeicher 4, eine Pumpe 5 zum Laden des Druckenergiespeichers 4 und einen Motor 6 zum Antreiben der Pumpe 5. Hierbei ist es an sich gleichgültig, ob die Pumpe 5 als Hubkolbenpumpe oder Zahnradpumpe ausgebildet ist. Der Motor 6 zum Antreiben der Pumpe 5 kann beispielsweise ein der Pumpe 5 fest zugeordneter Elektromotor sein. Oder als Motor 6 ist beispielsweise ein Antriebsmotor eines Fahrzeugs, für das die Fremdkraftbremsanlage 2 bestimmt ist, einbezogen.

Das wenigstens eine Ventil 7 des Aggregats 3 ist dem umfangreichen Stand der Technik entnehmbar und dient beispielsweise dazu, die Fremdkraftdruckquelle 4, 5 mit den Radbremsleitungen 12 bis 15 zu verbinden, so daß die Radbremsen 16 bis 19 mit Bremsdrücken in ge­ wollter Höhe versorgbar sind. Damit das wenigstens eine Ventil 7 die Drücke in den Radbremsen 16 bis 19 dem Wunsch des Fahrers gemäß ein­ stellen kann, ist der elektrische Sensor 8 beispielsweise als soge­ nannter Wegsensor ausgebildet und dem Pedalstößel 52 zugeordnet. Infolgedessen dient der Sensor 8 als ein mittels des Bremspedals 10 gegen die Kraft der Simulatorfeder 32 einstellbarer Sollwertgeber für Bremsdrücke. Das Steuergerät 11 empfängt Sensorsignale aus dem Sensor 8 und setzt diese um zur Ansteuerung des wenigstens einen Ventils 7 und des Betriebsartumschaltventils 29 unter der Voraus­ setzung, daß die Fremdkraftquelle funktionstüchtig ist. Die Ansteu­ erung des Betriebsartumschaltventils 29 bewirkt, daß eine normaler­ weise offene Verbindung durch die Leitungen 27 und 28 von der ersten Arbeitskammer zum Aggregat 3 gesperrt wird. Infolgedessen führt eine Verschiebung des Druckstangenkolbens 23, sobald die Primärmanschette 38 das Schnüffelloch 50 passiert hat, zu einem Druckanstieg in der ersten Arbeitskammer 40 mit der Folge, daß der Zwischenkolben bzw. Simulatorkolben 31 gegen die Kraft der Simulatorfeder 32 verschoben wird. Hierbei wird die Simulatorfeder 32 wenig oder mehr zusammenge­ drückt, je nachdem wie stark der Fahrer auf das Bremspedal 10 ein­ wirkt. Für den Fahrer wird also ein Mindestverstellweg des Bremspe­ dals 10 bereitgestellt zum feinfühligen Betätigen der Fremdkraft­ bremsanlage 3. Es ist erkennbar, daß bei stärkerem Zusammendrücken der Simulatorfeder 32 der Sensor 8 ein entsprechend größeres Signal an das Steuergerät 11 meldet, so daß dieses in einer durch die Zu­ sammendrückung der Simulatorfeder angezeigten Weise mittels des wenigstens einen Ventils 7 den Bremsdruck in den Radbremsen 16 und 19 weiter steigern kann. Umgekehrt führt eine Verminderung der auf das Bremspedal 10 wirkenden Kraft des Fahrers dazu, daß die Spannung der Simulatorfeder 32 geringer wird mit der Folge, daß auch das Signal aus dem Sensor 8 kleiner wird und das Steuergerät eine ge­ wünschte Druckabsenkung erkennt und dementsprechend auf ein Ventil einwirkt. Wird das Bremspedal 10 gänzlich losgelassen, so kehrt auch das Betriebsartumschaltventil 29 in seine gezeichnete Ausgangs­ stellung zurück.

Um dem Steuergerät 11 einem vom Fahrer per Pedal 10 einstellbaren Sollwert zu melden, kann anstelle des Sensors 8 auch der Sensor 9 verwendet werden, der als ein Drucksensor ausgebildet und an die Leitung 27 angeschlossen ist. Denn in der Leitung 27 herrscht ab dem Verschieben des Druckstangenkolbens mit seiner Primärmanschette 38 über die Schnüffelöffnung 50 ein Druck, der dem Druck in der ersten Arbeitskammer 40 entspricht und abhängig ist von der vom Fahrer erzeugten Zusammendrückung der Simulatorfeder 32. Erkennbar sind die Sensoren 8 und 9 wahlweise anwendbar und die Auswahl des Sensors 8 oder des Sensors 9 kann der Fachmann vornehmen.

Bei der Funktionsbeschreibung wurde bisher davon ausgegangen, daß zumindest in dem Druckenergiespeicher 4 eine ausreichende Menge Druckenergie, die, im Unterschied zu einer auf das Pedal 10 auf­ bringbaren Fußkraft, als Fremdkraft bezeichenbar ist, vorhanden ist. Fehlt die Druckenergie bzw. Fremdkraftenergie infolge eines Defekts der Pumpe 5 oder des diese antreibenden Motors 6, so erkennt dies das Steuergerät 11 und läßt das Betriebsartumschaltventil 29 in seiner dargestellten Grundstellung. Infolgedessen bewirkt eine Verschiebung des Druckstangenkolbens gegen den Simulatorkolben 31 und eine dadurch bewirkte Zusammendrückung der Simulatorfeder 32 einen Druckanstieg in der ersten Arbeitskammer 40 mit der Folge, daß durch den ersten Druckanschluß 26 und die Leitungen 27 und 28 und durch das Betriebsartumschaltventil 29 hindurch die Fremdkraftbrems­ anlage 2 mit Notbremsdruck versorgt wird. Bei einer Nichtversorgung des Steuergerätes 11 mit elektrischer Energie oder bei einer Selbst­ abschaltung des Steuergerätes 11 infolge eines erkannten Defektes bleibt natürlich das Betriebsartumschaltventil 29 in seiner Grund­ stellung und es ist Notbetrieb in der bereits erwähnten Weise durch­ führbar, wobei der wahlweise einbaubare Bremskraftverstärker 30 ins­ besondere bei einem schweren Fahrzeug, dem Fahrer bei der Erzeugung des Notbremsdrucks hilft. Da bei Verwendung eines solchen pneuma­ tischen Verstärkers 30 mit Leichtigkeit höhere Notbremsdrücke in der ersten Arbeitskammer erzeugbar sind als ohne Verwendung des pneuma­ tischen Verstärkers 30, wird man eine verstärkte Simulatorfeder 32 einbauen, damit ein unangenehmes Tiefgehen des Bremspedals 10 wäh­ rend normaler Fremdkraftbremsungen vermieden wird.

Die Fremdkraftbremsanlage 2 ist gemäß der Fig. 2 auch kombinierbar mit einem gleichartig aufgebauten Wegsimulator, dessen zweiter Druckanschluß 44 aber nunmehr mittels einer ersten Teilleitung 45a an ein 2/2-Wegeventil 53 angeschlossen ist. Dieses wiederum ist über eine zweite Teilleitung 45b mit dem Reservoir 25 verbunden. Die Nor­ malstellung des 2/2-Wegeventils ist die Sperrstellung, so wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Diese Sperrstellung ist dem Not­ bremsbetrieb mittels der Notbremsdruckquelle 21 zugeordnet. Die Sperrstellung des 2/2-Wegeventils 53 bewirkt, daß der zweite Arbeitsraum 42 ab dem Zeitpunkt, bei dem die Primärmanschette 35 die Schnüffelöffnung 50 passiert, eine Druckmittelsäule eingesperrt wird, die einer weiteren Verschiebung des Simulatorkolbens 31 in Richtung der Wand 41 entgegenarbeitet bzw. den Simulatorkolben 31 hydraulisch blockiert. Von da ab steht dann Bremspedalweg und auch Verschiebeweg des Druckstangenkolbens 23 zur Verfügung allein zur Belieferung der Radbremsen 16 bis 19 mit Druckmittel und Druck zum Bremsen. Im vorliegenden Fall ist das 2/2-Wegenventil 53 elektrisch steuerbar und deshalb ebenfalls an das Steuergerät 11 angeschlossen.

Durch Weiterbildung des Steuergerätes 11 kann man erreichen, daß die Fremdkraftbremsanlage 2 automatisch Antiblockierbetrieb durchführen kann, indem sie vom Fahrer gewählte Bremsdrücke gegen dessen Willen absenkt zur Verhinderung von Überbremsung und Radblockieren.

Des weiteren kann das Steuergerät 11 auch in der Weise zum automa­ tischen Bremsen weitergebildet sein, daß zusätzlich wenigstens eine der in der Beschreibungseinleitung genannten Betriebsweisen, die man mit automatischen Bremsen bezeichnen kann, durchführbar ist.

Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, daß nunmehr die erfin­ dungswesentlich ausgebildete Notbremsdruckquelle einkreisig arbei­ tet, und daß diese einkreisig arbeitende Notbremsdruckquelle durch das nunmehr einzige Betriebsartumschaltventil 29 zumindest zwei der Radbremsen 16, 17, 18 und 19 zu versorgen vermag.

Ergänzend wird noch darauf hingewiesen, daß als Fremdkraftquelle auch andere Elemente als der angesprochene und gezeichnete Druckenergiespeicher und die diesen füllende Pumpe gemeint sein können.

Wie bereits in der Beschreibungseinleitung zu den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 vorgetragen, ist die verwendete Kombina­ tion aus dem einkreisigen Notbremszylinder mit dem Wegsimulator durch Verwendung eines zweikreisigen Zylinders möglich mit lediglich derjenigen Ausnahme, daß eine sonst zwischen dem Zwischenkolben 31 und der Wand 41 des Zylindergehäuses 22 befindliche Rückstellfeder verstärkt wird zu einer Simulatorfeder. Mit Ausnahme der Simulator­ feder 32 kann man also auf serienmäßige Bauelemente, die preisgün­ stig sind, zurückgreifen.

Wie bereits erwähnt, wird der pneumatische Bremskraftverstärker 30, der in bekannter Weise wie ein Unterdruck-Bremskraftverstärker aus­ gebildet sein kann, bei schweren Fahrzeugen eingebaut, die sich sonst nur unbefriedigend mittels Muskelkraft auf das Bremspedal ver­ zögern lassen. Da der pneumatische Bremskraftverstärker aber ledig­ lich im Notbremsfall nützlich ist, kann man einen Bremskraftver­ stärker aussuchen, dessen Verstärkungsfaktor kleiner ist als für Hilfskraftbremsanlagen üblich, bei denen der normale Bremsbetrieb unter Verwendung von Muskelkraft und Unterstützung durch den Brems­ kraftverstärker zustande kommt.

Claims (3)

1. Fremdkraftbremsanlage mit einer per einem Bremspedal betätigbaren Anordnung, die einen elektrisch arbeitenden Sollwertgeber und einen Wegsimulator mit wenigstens einer Simulatorfeder aufweist, mit einer Fremdkraftquelle und mit wenigstens einem elektrisch steuerbaren Ventil zwischen der Bremskraftquelle und Radbremsen zur Durch­ führung von Bremsungen mittels Fremdkraft per Betätigung des Brems­ pedals und mit einer Notbremsdruckquelle, die als ein mittels des Bremspedals betätigbarer Notbremszylinder mit einem Reservoir, zwei Kolben in Tandemanordnung, zwei Druckkammern und mit den Druckkam­ mern zugeordneten Druckanschlüssen ausgebildet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Simulatorfeder (32) eingebaut ist in die Druck­ kammer, die sich am weitestens entfernt vom Bremspedal zwischen einem Kolben und einer stirnseitigen Wand des Notbremszylinders befindet, und daß der Druckanschluß dieser Druckkammer mit dem Reservoir kommuniziert.

2. Fremdkraftbremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Druckanschluß (44) und dem Reservoir (25) ein normalerweise geschlossenes 2/2-Wegeventil (53) eingebaut ist, das für den Fremdkraftbremsbetrieb elektrisch öffenbar ist.

3. Fremdkraftbremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Notbremszylinder (21, 22) ein mittels des Brems­ pedals (10) steuerbarer pneumatischer Bremskraftverstärker (30) zugeordnet ist.