DE60115959T2

DE60115959T2 - Hydraulisches fahrzeugbremssystem mit aktivem simulator

Info

Publication number: DE60115959T2
Application number: DE60115959T
Authority: DE
Inventors: Thierry Pasquet; Werner Quirant
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-02
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2021-12-20
Also published as: US20040075336A1; JP2004520219A; EP1358098B1; US6938965B2; CN1419505A; ATE312738T1; FR2818944B1; WO2002053436A1; EP1358098A1; FR2818944A1; ES2253450T3; CN1243653C; BR0109024A; DE60115959D1; KR20020081383A

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, von der Art, die zur Betätigung von Radbremsen folgendes aufweist:

– ein Betriebsbremssystem, das von einer Hydraulikzentrale mit externer Energie mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird;
– ein Hilfsbremssystem mit Muskelenergie;
– ein manuelles Steuerorgan, dessen Vorschieben das Betriebsbremssystem oder, falls dieses ausfällt, die Hilfsbremsung in Betrieb setzt;
– einen Hauptzylinder mit mindestens einem Primärkolben, dessen Verlagerung durch das manuelle Steuerorgan gewährleistet ist;
– mindestens ein Sicherheitsventil, das es entweder ermöglicht, den Hauptzylinder von den Radbremsen zu trennen, wenn die Betriebsbremsung normal funktioniert, oder beim Ausfall der Betriebsbremsung den Hauptzylinder mit mindestens einer Radbremse zu verbinden;
– einen Gefühlssimulator, um dem Vorschieben des manuellen Steuerorgans eine Reaktion entgegenzusetzen, die den Ablauf der Bremsung reflektiert, wobei dieser Simulator einen Zylinder aufweist, in dem ein Simulatorkolben gleitet, welcher in einer Richtung einem Druck der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder und in der entgegengesetzten Richtung einer entgegenwirkenden Kraft ausgesetzt ist, welche von dem Weg des manuellen Steuerorgans abhängig ist;
– Magnetventile für den Einlass von unter Druck stehender Flüssigkeit und Auslassmagnetventile, die mit den Radbremsen verbunden sind;
– Sensoren, die verschiedene Parameter der Bremsung, insbesondere den Weg des manuellen Steuerorgans, und Drücke an verschiedenen Stellen der Anlage erfassen;
– und einen Rechner, der mit den verschiedenen Sensoren verbunden und dazu geeignet ist, die Magnetventile so zu steuern, dass in den Radbremsen die gewünschten Drücke gewährleistet sind, wobei die entgegenwirkende Kraft im Si mulator aus der Wirkung eines modulierten Drucks auf eine Oberfläche des Kolbens des Simulators resultiert, wobei der modulierte Druck ausgehend von dem durch die Hydraulikzentrale bereitgestellten Flüssigkeitsdruck aufgebaut wird.

Eine Bremsanlage dieses Typs ist z.B. aus der DE 41 02 497 C bekannt.
Bei einer derartigen Anlage ist im Normalbetrieb im Betriebsbremsungsmodus der Hauptzylinder getrennt, und die im Hauptzylinder enthaltene Flüssigkeit kann nicht zu den Radbremsen zurückfließen. Das manuelle Steuerorgan, z.B. das Bremspedal oder der Handbremshebel, behält aufgrund des Gefühlssimulators einen normalen, von der ausgeübten Kraft abhängigen Betätigungsweg bei, wobei der Gefühlssimulator einen Zylinder aufweist, der mit dem Hauptzylinder verbunden ist, um zu ermöglichen, dass die Flüssigkeit weitergeleitet wird.
Bekannte Anlagen sind zufriedenstellend und ermöglichen die Bildung eines Gesetzes der Veränderung der Kraft, die auf das manuelle Steuerorgan auszuüben ist, in Abhängigkeit von dem Weg, das dem Benutzer ein Gefühl verleiht, das dem ähnlich ist, das man erhalten würde, wenn der Druck in den Radbremsen direkt aus dem Druck aus dem Hauptzylinder und der Muskelkraft auf das Bremspedal resultieren würde.
Bei diesen bekannten Anlagen ist jedoch das Gesetz der Veränderung der auf das manuelle Steuerorgan auszuübenden Kraft relativ feststehend und kann nicht auf einfache und rasche Weise geändert werden.
Aus verschiedenen Gründen, insbesondere je nach Fahrzeugtyp, ist es jedoch wünschenswert, dieses Gesetz der Veränderung so einfach und so rasch wie möglich zu ändern.
Es ist ferner wünschenswert, dass der Simulator so wenig Flüssigkeit wie möglich verbraucht, damit die mit dem Hauptzylinder durchgeführte Hilfsbremsung so wirksam wie möglich bleibt.
Das Ziel der Erfindung besteht vor allem darin, eine Bremsanlage bereitzustellen, die den verschiedenen, oben genannten Anforderungen besser als bisher genügt und es insbesondere ermöglicht, das Gesetz der Veränderung der Kraft auf das manuelle Steuerorgan rasch und leicht in Abhängigkeit von dem Weg zu ändern.
Es ist ferner wünschenswert, dass die Ausführung der vorgeschlagenen Lösung relativ einfach und besonders zuverlässig ist.
Erfindungsgemäß ist eine hydraulische Bremsanlage der zuvor definierten Art für ein Kraftfahrzeug dadurch gekennzeichnet, dass der modulierte Druck gemäß einem bestimmten, beliebig veränderbaren Gesetz in Abhängigkeit von dem Pedalweg von dem Rechner gesteuert wird und dass die entgegenwirkende Kraft im Simulator die Resultierende einer elastischen Kraft ist, die auf den Simulatorkolben in eine Richtung wirkt, welche zu derjenigen des Drucks der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder entgegengesetzt ist, und einer variablen Kraft, die zur elastischen Kraft entgegensetzt ist, wobei diese variable Kraft durch den modulierten Druck erzeugt wird, der auf eine Oberfläche des Simulatorkolbens wirkt.
Es ist somit möglich, im Rechner jegliches gewünschte Gesetz der Veränderung für die Kraft auf das manuelle Steuerorgan in Abhängigkeit von dem Weg zu programmieren, ohne dass die Anlage auf andere Weise verändert werden muss.
Vorzugsweise begrenzt die Oberfläche des Simulatorkolbens, die dem modulierten Druck ausgesetzt ist, eine Kammer mit variablem Volumen, die parallel mit einem Magnetventil für den Einlass von unter Druck stehender Flüssigkeit, welche von der Hydraulikzentrale bereitgestellt wird, und mit einem mit dem Behälter verbundenen Auslassmagnetventil verbunden ist, wobei das Öffnen und Schließen dieser Magnetventile von dem Rechner so gesteuert werden, dass der Druck in der Simulatorkammer dem gewünschten Gesetz folgt.
Die mit der Simulatorkammer verbundenen Magnetventile sind vorzugsweise „Alles-oder-nichts"-Magnetventile. Der Druckabfall zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Magnetventile kann in Abhängigkeit von der Stärke des Steuerstroms linear sein.
Vorteilhafterweise ist die entgegenwirkende Kraft im Simulator die Resultierende einer elastischen Kraft, die auf den Simulatorkolben in eine Richtung wirkt, welche zu derjenigen des Drucks der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder entgegengesetzt ist, und einer variablen Kraft, die zur elastischen Kraft entgegengesetzt ist, wobei diese variable Kraft durch den modulierten Druck erzeugt wird, der auf eine Oberfläche des Simulatorkolbens wirkt.
Die elastische Kraft kann durch mindestens ein elastisches Rückstellmittel erzeugt werden. Dieses elastische Rückstellmittel weist vorteilhafterweise eine pneumatische Feder auf.
Der Simulatorzylinder kann zwei koaxiale, kommunizierende Bohrungen mit unterschiedlichem Durchmesser und einen abgestuften Kolben aufweisen, welcher einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweist, der in dichter Weise in der Bohrung mit kleinem Durchmesser gleitet, und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser, der in dichter Weise in der Bohrung mit großem Durchmesser gleitet, wobei der Boden der Bohrung mit kleinem Durchmesser eine Öffnung aufweist, die mit dem Hauptzylinder so verbunden ist, dass der kleine Querschnitt des abgestuften Kolbens mit dem Druck der Flüssigkeit des Hauptzylinders beaufschlagt wird, während eine ringförmige Kammer zwischen der Übergangswand der Bohrung und dem großen Querschnitt des abgestuften Kolbens gebildet ist, wobei diese ringförmige Kammer parallel mit dem Einlass- bzw. dem Auslassmagnetventil verbunden ist.
Der Boden des Simulatorzylinders, der die Bohrung mit großem Querschnitt auf der Seite schließt, die zur Bohrung mit kleinem Querschnitt entgegengesetzt ist, kann eine Öffnung für den Durchgang einer Stange aufweisen, die am großen Querschnitt des abgestuften Kolbens in Anlage gelangt und auf diesen Kolben die elastische Kraft ausübt. Diese Stange kann fest mit einem pneumatischen Kolben verbunden sein, der in einem pneumatischen Zylinder gleitet, welcher selbst fest mit dem Simulatorzylinder verbunden ist, wobei dieser pneumatische Zylinder mit einer äußeren pneumatischen Druckquelle verbunden ist, die insbesondere für eine Aufhängung vorgesehen ist.
Ein Rückschlagventil kann an einer Druckluftleitung angeordnet sein, welche mit dem pneumatischen Zylinder verbunden ist, wobei dieses Ventil das Einströmen von Druckluft in den Zylinder ermöglicht und deren Ausströmen verhindert.
Eine mechanische Druckfeder kann im pneumatischen Zylinder so angeordnet sein, dass sie in die gleiche Richtung auf den pneumatischen Kolben wirkt wie der Luftdruck.
Neben den oben dargelegten Anordnungen besteht die Erfindung aus einer gewissen Anzahl weiterer Anordnungen, die nachfolgend bezüglich eines Ausführungsbeispiels expliziter behandelt werden, welches anhand der beigefügten Zeichnungen genau beschrieben, jedoch keineswegs einschränkend ist.
In diesen Zeichnungen zeigen:
1 ein Schema einer erfindungsgemäßen, hydraulischen Bremsanlage;
2 ein vereinfachtes Schema in größerem Maßstab des Simulators und des Hauptzylinders;
3 ein Beispiel des Gesetzes der Veränderung der Kraft auf das manuelle Steuerorgan in Abhängigkeit von dem Weg und des modulierten Drucks;
4 schließlich die Veränderung des pneumatischen Drucks im pneumatischen Zylinder in Abhängigkeit von dem Kolbenweg.
Mit Bezug auf 1 ist eine hydraulische Bremsanlage 1 für ein Kraftfahrzeug zur Betätigung von Radbremsen 2a, 2b für die Vorderräder und 2c, 2d für die Hinterräder zu sehen. Jede Radbremse weist herkömmlicherweise einen Zylinder auf, in dem ein Kolben durch eine unter Druck stehende Flüssigkeit so verlagert werden kann, dass ein Bremsbelagträger gegen ein drehfest mit dem zu bremsenden Rad verbundenes Element, ein Scheibe oder eine Trommel, gedrückt wird.
Die Anlage 1 weist ein Betriebsbremssystem A, das von einer Hydraulikzentrale 3 mit externer Energie mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird, und ein Hilfsbremssystem B mit Muskelenergie auf.
Die Hydraulikzentrale 3 weist eine Pumpe 4 auf, die von einem Motor 5 wie etwa einem Elektromotor angetrieben wird. Die Pumpe 4 liefert einer Hauptversorgungsleitung 6, auf der ein pneumatisch-ölhydraulischer Speicher 7 angebracht ist, unter Druck stehende Flüssigkeit. Auf dieser Leitung ist auch ein Drucksensor 8 geschaltet, der am Ausgang eine elektrische Größe liefert, die für den Wert des Drucks in der Leitung 6 repräsentativ ist. Die Ansaugvorrichtung der Pumpe 4 ist mit einem Behältnis 9 mit druckloser Flüssigkeit oder einem Behälter verbunden.
Die Leitung 6 mit unter Druck stehender Flüssigkeit ist über Magnetventile 9a, 9b, 9c, 9d mit den jeweiligen Radbremsen 2a–2d parallel verbunden. Diese Magnetventile nehmen zwei Positionen ein, die geöffnete bzw. die geschlossene Position, und werden von einem programmierbaren Rechner oder einem Mikrocontroller C angesteuert. Um eine Überladung der Zeichnung zu vermeiden, sind die elektrischen Verbindungen zwischen den Spulen zur Steuerung der Magnetventile und dem Rechner C lediglich durch den Beginn einer Linie dargestellt.
In der Ruheposition sind die Ventile 9a–9d geschlossen, wie in 1 veranschaulicht. Der Ausgang eines Ventils 9a, 9b ist über eine hydraulische Trennanlage 10a bzw. 10b mit einer Vorderradbremse 2a, 2b verbunden. Die Ausgänge der Ventile 9c, 9d sind direkt mit den Hinterradbremsen 2c, 2d verbunden. Zwischen den Ausgängen der Ventile 9a, 9b ist ein Druckausgleichventil 11 geschaltet. Ein weiteres Druckausgleichventil 12 ist zwischen den Ausgängen der Ventile 9c, 9d geschaltet.
An jeder Leitung zur Versorgung der Bremsen 2a–2d ist ein Drucksensor 13a, 13b, 13c, 13d so geschaltet, dass am Ausgang eine elektrische Größe geliefert wird, die für den aufgebrachten Druck repräsentativ ist. Die Ausgänge dieser Sensoren 13a–13d sind über nicht dargestellte Leitungen mit dem Rechner C verbunden. Der Ausgang des Sensors 8 ist auch mit C verbunden.
Auf den mit den Eingängen der Radbremsen verbundenen Leitungen sind Auslassmagnetventile 14a, 14b, 14c, 14d mit den Einlassmagnetventilen 9a–9d parallel geschaltet. Diese Ventile 14a–14d nehmen zwei Positionen ein, die geöffnete bzw. die geschlossene Position, und sind mit einer Leitung 15 verbunden, die das Zurückströmen der Flüssigkeit zum Behälter 9 gewährleistet. Im Ruhezustand befinden sich die Ventile 14a–14d in der geöffneten Position, wie in 1 veranschaulicht.
Die Auslassventile 14a–14d werden ebenfalls von dem Rechner C angesteuert, der Ausgänge aufweist, die mit jeder Spule zur Steuerung der Ventile 14a–14d verbunden sind.
Die Anlage weist ein manuelles Steuerorgan D auf, das im Allgemeinen durch ein Bremspedal 16 gebildet ist, sowie einen Hauptzylinder 17, in dem ein Primärkolben 18 und ein Sekundärkolben 19 mit gleichem Querschnitt S1 gleiten können. Das Pedal 16 ist über eine am Pedal angelenkte Stange 20 mit dem Kolben 18 verbunden. Als „Vorschieben" wird eine Verlagerung des Pedals 16 zum Hauptzylinder 17 bezeichnet, was zu einer Verlagerung des Kolbens 18 zum Sekundärkolben 19 und zum entgegengesetzten Boden des Kolbens 17 führt.
Zwischen dem Kolben 18 und dem Kolben 19 ist eine mit Flüssigkeit gefüllte Primärkammer 21 ausgebildet. In dieser Kammer ist zwischen den beiden Kolben eine Feder 21a angeordnet. Zwischen dem Kolben 19 und dem von dem Kolben 18 entfernten Boden des Hauptzylinders 17 ist eine ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllte Sekundärkammer 22 ausgebildet. In der Kammer 22 ist eine Feder 22a angeordnet.
Ein auf das Vorschieben des Pedals 16 ansprechender, elektrischer Kontakt 23 ist herkömmlicherweise zur Steuerung der „Stopp"-Lichter vorgesehen. Ein Anschluss dieses Kontakts 23 ist mit einem Anschluss des Rechners C verbunden, der das Betriebsbremssystem A in Reaktion auf das Vorschieben des Pedals 16 betätigt. Ein Sensor 24 zur Erfassung des Wegs des Pedals 16 ist ferner dazu vorgesehen, einem anderen Eingangsanschluss des Rechners C ein repräsentatives, elektrisches Signal zu senden. Der Sensor 24 kann z.B. eine Information über die Verlagerungsamplitude des Pedals 16 und seine Verlagerungsgeschwindigkeit liefern.
Die beiden Kammern 21, 22 des Hauptzylinders sind über ein nicht dargestelltes Rückschlagventil, das die Versorgung der Kammern 21, 22 ermöglicht und ein Zurückströmen verhindert, mit dem Behälter 9 verbunden.
Die Primärkammer 21 ist über eine Leitung 25, die mit einem Sicherheitsmagnetventil 26 oder mit einem Unterbrechungsmagnetventil versehen ist, mit der Radbremse 2b verbunden. Das Magnetventil 26 wird von dem Rechner C gesteuert. Es gehört zum Typ von Magnetventilen, die zwei Positionen, die geöffnete oder die geschlossene, einnehmen können. Es befindet sich in der geöffneten Position, wenn die Anlage im Ruhezustand ist.
Die Kammer 22 ist über eine Leitung 27 und ein Magnetventil 28 mit der Radbremse 2a verbunden. Auf der Leitung 27 ist zwischen dem Hauptzylinder 17 und dem Magnetventil 28 ein Drucksensor 29 geschaltet. Der Sensor 29 liefert am Ausgang ein elektrisches Signal, das über eine nicht dargestellte Verbindung an einen Eingang des Rechners C geliefert wird.
Die Bremsanlage 1 weist ferner einen Bremsbetätigungssimulator M auf, um dem Vorschieben des Bremspedals 16 eine Reaktion entgegenzusetzen, die den Ablauf der Bremsung reflektiert.
Der Simulator M weist einen Zylinder 30 auf (s. 1 und 2), in dem ein Kolben 31 des Simulators gleitet.
Der Zylinder 30 weist zwei koaxiale, miteinander kommunizierende Bohrungen 30a, 30b mit unterschiedlichem Durchmesser auf. Die Bohrung 30a, die einen kleineren Durchmesser besitzt, ist an der Seite, die zur Bohrung 30b entgegengesetzt ist, durch eine Wand 30c begrenzt, in der eine mittlere Öffnung 32 vorgesehen ist. Diese Öffnung 32 ist über eine Leitung 33 mit einer der Kammern des Hauptzylinders 17 verbunden, in dem dargestellten Beispiel mit der Sekundärkammer 22.
Der Kolben 31 ist ein abgestufter Kolben, der einen Abschnitt 31a mit kleinem Durchmesser mit dem Querschnitt S2 aufweist, der in dichter Weise in der Bohrung 30a gleitet, und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser 31b, der in dichter Weise in der Bohrung 30b gleitet. Der Abschnitt 31b ist von einer zylindrischen Schürze umrandet, deren Konkavität der Seite zugewandt ist, die zur Bohrung 30a entgegengesetzt ist.
Eine ringförmige Kammer 34 mit dem Querschnitt S3 ist zwischen dem Abschnitt 31b und der Übergangswand 30d zwischen den Bohrungen 30a und 30b ausgebildet. Diese ringförmige Kammer 34 umgibt den Abschnitt 31a, und ihr Volumen variiert in Abhängigkeit von der Position des Kolbens 31 entlang der Achse des Zylinders 30. In der zylindrischen Wand 30 ist eine Öffnung 35 vorgesehen, die in die Bohrung 30b in der Nähe der Wand 30d mündet, welche den Boden der Kammer 34 bildet.
Die Öffnung 35 ist mit einem Magnetventil 36 für den Einlass von unter Druck stehender Flüssigkeit und einem Auslassmagnetventil 37 parallel geschaltet (1). Die Magnetventile 36, 37 sind „Alles-oder-nichts"-Magnetventile mit zwei Positionen, der geöffneten bzw. der geschlossenen Position. Der Druckabfall zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Ventile 36, 37 variiert vorzugsweise in Abhängigkeit von der Stärke des Stroms zur Steuerung dieser Ventile linear. Die Spulen zur Steuerung der Ventile 36, 37 sind über elektrische Leitungen 38 und 39 mit zwei Anschlüssen des Rechners C verbunden. Der Eingang des Ventils 36 ist mit der Leitung 6 zur Versorgung mit unter Druck stehender Flüssigkeit aus der Hydraulikzentrale 3 verbunden. Der Ausgang des Ventils 37 ist mit der Leitung 15 für das Zurückfließen der Flüssigkeit zum Behälter 9 verbunden.
Der Rechner C steuert die Ventile 36, 37 in Abhängigkeit von dem Weg des Pedals 16, um einen modulierten Steuerdruck Pehb aufzubauen, mit dem die ringförmige Kammer 34 beaufschlagt wird und der auf die ringförmige Oberfläche S3 des Kolbens 31 wirkt.
Der Boden 30e, der die Bohrung 30b an der zur Bohrung 30a entgegengesetzten Seite verschließt, weist eine Öffnung 40 für den Durchgang einer Stange 41 auf die zum Zylinder 30 koaxial ist und am Kolben 31 in Anlage gelangt. Die Stange 41 ist fest mit einem pneumatischen Kolben 42 (d.h. mit einem Kolben, der einem Gasdruck ausgesetzt ist) verbunden, der in einem zum Zylinder 30 koaxialen Zylinder 43 angeordnet und an diesem befestigt ist. Der Durchmesser des Kolbens 42 ist im Allgemeinen größer als der Durchmesser des Abschnitts 31b des Kolbens 31. Diese Durchmesser sind so bestimmt, dass die gewünschten Kräfte unter der Berücksichtigung der verwendeten Drücke erhalten werden. Die Stange 41 durchquert den Boden des Zylinders 43.
Die Kammer 44 des Zylinders 43, die sich auf der Seite der Stange 41 befindet, ist über mindestens eine in den Zeichnungen nicht sichtbare Öffnung mit der Atmosphäre verbunden. Ebenso ist die Kammer 45 der Bohrung 30b, die die Stange 41 aufnimmt, über mindestens eine in den Zeichnungen nicht sichtbare Öffnung mit der Atmosphäre verbunden.
Der Kolben 42 besitzt an der Seite, die zur Stange 41 entgegengesetzt ist, einen Querschnitt S4 und begrenzt im Zylinder 43 eine Kammer 46 mit dem gleichen Querschnitt S4. Diese Kammer 46 ist über eine Öffnung 47, die in der von dem Zylinder 30 entfernten Bodenwand vorgesehen ist, mit einer Leitung 48 verbunden, die selbst mit einer äußeren pneumatischen Druckquelle 49 verbunden ist. Die Quelle 49 kann insbesondere eine Druckluftquelle für eine pneumatische Aufhängung sein. Als nicht einschränkendes Beispiel beträgt der Druck der von der Leitung 48 bereitgestellten Druckluft 10 bar.
In der Leitung 48 ist in der Nähe der Öffnung 47 ein Rückschlagventil 50 so angeordnet, dass ausgehend von der Leitung 48 unter Druck stehende Luft in die Kammer 46 eintreten kann und ein Luftstrom in die umgekehrte Richtung verhindert wird.
In der Kammer 46 ist zwischen dem Kolben 42 und dem Boden der Kammer eine Druckfeder 51 so angeordnet, dass sie in die gleiche Richtung wirkt wie der Luftdruck. Diese Feder 51 übt lediglich eine Kraft zum Zurückstellen des Kolbens 42 aus, die gegenüber den von den Drücken erzeugten Kräften vernachlässigt werden kann.
Der Kolben 31 des Simulators wird somit in eine Richtung dem auf den kleinen Querschnitt 31a wirkenden Druck der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder 17 ausgesetzt, und in die umgekehrte Richtung einer entgegenwirkenden Kraft, die von dem Weg des Pedals 16 abhängt. Diese entgegenwirkende Kraft entspricht der Differenz zwischen der elastischen Kraft, die von dem Kolben 42 ausgeübt und von der Stange 41 übertragen wird, und der variablen Kraft, die von dem modulierten Druck Pehb auf die Oberfläche S3 des abgestuften Kolbens 31 erzeugt wird.
Der Simulator M wird eingesetzt, wenn das Betriebsbremssystem normal funktioniert. In diesem Fall sind die Ventile 28 und 26 geschlossen, so dass die Flüssigkeit in der Kammer 21 in einem konstanten Volumen eingeschlossen ist. Der in dieser Kammer 21 herrschende Druck entspricht dem Druck, der in der mit der Leitung 33 verbundenen Kammer 22 herrscht.
2 ist ein vereinfachtes Schema, mit dem die Beziehungen zwischen den verschiedenen Größen dargestellt werden können. Die verschiedenen Parameter sind wie folgt bezeichnet:

Ftige: = die von dem Pedal 16 auf die Stange 20 ausgeübte Kraft
Pmc: = Druck im Hauptzylinder 17
S1: = Querschnitt des Hauptzylinders 17
Xt: = Verlagerung der Stange 20 und des Kolbens 18
S2: = Querschnitt des Abschnitts 31a
Xsimu: = Verlagergung des Kolbens 31
S3: = Querschnitt der ringförmigen Kammer 34
Pebhb: = modulierter Druck, der an der Öffnung 35 zugelassen ist
S4: = Querschnitt des Kolbens 42 auf der Seite der Kammer 46
P0: = ursprünglicher Druck in der Kammer 46
V0: = ursprüngliches Volumen der Kammer 46
h0: = ursprüngliche axiale Länge der Kammer 46.

Wenn keine Flüssigkeitsleckage vorhanden ist, gilt: S1·Xt = S2·Xsimu bzw. Xt = (S2/S1)·Xsimu
In diesem Fall funktioniert die Anlage folgendermaßen.
Im Ruhezustand, d.h. wenn das Pedal 16 nicht betätigt ist, nehmen die verschiedenen Elemente der Anlage die in 1 dargestellten Positionen ein.
Sobald das Pedal 16 betätigt wird, sendet der Kontakt 23 dem Rechner C eine Bremsbeginninformation. Der Rechner C steuert das Schließen der Ventile 26 und 28 so, dass der Hauptzylinder 17 von den Bremsen 2a, 2b der Vorderräder isoliert ist. Der Rechner C steuert ferner die Magnetventile 9a–9d und 14a–14d so, dass in den Radbremsen 2a–2d ein Druck aufgebaut wird, der von dem Weg des Pedals 16, insbesondere von seiner Position und seiner Verlagerungsgeschwindigkeit abhängt. Andere Faktoren wie etwa die Erfassung einer Blockierung der Räder können von dem Rechner C berücksichtigt werden, um auf den Druck der Bremsen einzuwirken.
Der Rechner C steuert ferner die Ventile 36, 37 so, dass am Eingang 35 ein modulierter Steuerdruck Pehb aufgebaut wird, der gemäß einem bestimmten Gesetz in Abhängigkeit von dem Pedalweg variiert.
In 3 stellt die Kurve L1 ein Beispiel für die Veränderung des Drucks Pehb, dessen Werte entlang einem in bar graduierten Messbereich auf der rechten Seite auf der Ordinate aufgetragen sind, in Abhängigkeit von dem Pedalweg dar, welcher auf der Abszisse aufgetragen und in Millimeter ausgedrückt ist.
Wenn er sich in die Richtung verlagert, die eine Erhöhung des Volumens der Kammer 46 gewährleistet, ist der Kolben 42 einem Luftdruck ausgesetzt, der dem von der Leitung 48 bereitgestellten Luftdruck entspricht. Wenn sich jedoch der Kolben 42 in die Richtung verlagert, die das Volumen der Kammer 46 verringert, schließt sich das Ventil 50, und das in der Kammer 46 eingeschlossene Gasvolumen erfährt eine im Allgemeinen als adiabatisch bezeichnete Komprimierung, so dass der Luftdruck in der Kammer 46 steigt.
Die von dem Druck Pehb auf den Querschnitt S3 des Kolbens 31 erzeugte Kraft wird vor der von dem Kolben 42 ausgeübte Kraft abgezogen. Der Druck Pmc des Hauptzylinders, mit dem der Querschnitt S2 des Abschnitts 31a beaufschlagt wird, gleicht diese Differenz aus. Dieser am Kolben 18 des Hauptzylinders aufgebrachte Druck Pmc erzeugt die Reaktion, die dem Vorschieben des Pedals 16 entgegenwirkt.
Indem der Druck in der Kammer 46 bei einer axialen Länge (h0 – Xt) dieser Kammer als Px bezeichnet wird, kann folgendes ausgedrückt werden: Ftige = Pmc·S2 = (Px·S4) – (Pehb·S3)
Ausgehend von der Beziehung zwischen dem Druck Px und dem Volumen der in der Kammer 46 eingeschlossenen Luftmasse können die verschiedenen Größen abgeleitet werden.
Die Veränderung der auf die Stange 20 in Abhängigkeit von dem Weg dieser Stange auszuübenden Kraft Ft ist in 3 durch die Kurve G1 dargestellt, wobei die Werte der Kraft Ft auf der Ordinate entlang einem in Newton graduierten Messbereich auf der linken Seite aufgetragen sind.
Das Gesetz L1 zur Steuerung des Drucks Pehb kann beliebig durch die Programmierung des Rechners C verändert werden. Dadurch ist es möglich, die Kurve G1 beliebig zu verändern, ohne dass das Material verändert werden muss.
Zu Beginn des Weges des Pedals 16 wird gewünscht, dass die auf die Stange 20 auszuübende Kraft nicht zu hoch ist, so dass der Druck Pehb für die geringen Wege relativ hoch ist, um die Kraft auf das Pedal 16 zu verringern.
Je mehr das Pedal 16 eingedrückt ist, desto mehr Flüssigkeit wird von der Kammer 22 in die Bohrung 30a gefördert. Der Kolben 31 verlagert sich zum Zylinder 43, indem er die Stange 41 und den Kolben 42 zurückdrückt. Das in der Kammer 46 eingeschlossene Luftvolumen übt einen steigenden Druck aus, der die Verstärkung der auf die Stange 20 auszuübenden Kraft gewährleistet. Ab einem bestimmten Wert des Weges des Pedals 16 nimmt der Druck Pehb ab, so dass der Widerstand gegen das Vorschieben des Pedals gegen Ende des Weges ausreichend stark ist.
Der Fahrer nimmt somit unabhängig von seinem Muskelkraftaufwand den Grad der durch eine externe Energiequelle ausgeübten Bremsung wahr.
4 veranschaulicht mit der Kurve K1 die Veränderung des pneumatischen Drucks Px (in der Kammer 46), der auf der Ordinate aufgetragen und in bar ausgedrückt ist, in Abhängigkeit von dem Weg des Kolbens 42, der auf der Abszisse aufgetragen und in Millimeter ausgedrückt ist.
Bei einem Ausfall des Betriebsbremssystems erfasst der Rechner C diesen Ausfall z.B. über einen zu geringen Wert des von den Sensoren 13a–13d gelieferten Drucks, obwohl sich das Pedal 16 verlagert hat.
Der Rechner C hält dann die Ventile 26, 28 in ihrer geöffneten Position, so dass unter Druck stehende Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder 17 entlang zwei unabhängigen Kreisen zu den Bremsen 2a und 2b fließen kann, was eine Hilfsbremsung ermöglicht.
Ferner wird die in der Bohrung 30a enthaltene Flüssigkeit durch die Wirkung des Kolbens 42 zurückgedrängt, der weiterhin dem pneumatischen Druck ausgesetzt ist und in der Bohrung 30a einen Druck aufbaut, der viel größer ist als der in der Kammer 22 des Hauptzylinders herrschende Druck. Der Kolben 31 wird gemäß der Darstellung aus 1 nach links zurückgedrückt und leitet Flüssigkeit in die Leitung 27 zurück, welche die Bremse 2a versorgt, wodurch es möglich ist, den Bremsanforderungen besser zu genügen.
Bei einem Ausfall des Betriebsbremssystems muss es durch die Hilfsbremsung mit Muskelenergie nämlich möglich sein, mit einer ausreichenden Verlangsamung, die derzeit auf 0,3 g festgesetzt ist, in Reaktion auf eine bestimmte Kraft von beispielsweise 500 Newton (500N) auf das Bremspedal 16 zu bremsen. Durch das Auffangen des Flüssigkeitsvolumens aus der Bohrung 30a des Simulators für die Hilfsbremsung ist es möglich, eine derartige Hilfsbremsung auch bei einem relativ schweren Fahrzeug von beispielsweise 4000 kg zu gewährleisten.

Claims

Hydraulische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, die zur Betätigung von Radbremsen folgendes aufweist: – ein Betriebsbremssystem (A), das von einer Hydraulikzentrale (3) mit externer Energie mit unter Druck stehender Flüssigkeit versorgt wird; – ein Hilfsbremssystem (B) mit Muskelenergie; – ein manuelles Steuerorgan (D, 16), dessen Vorschieben das Betriebsbremssystem oder, falls dieses ausfällt, die Hilfsbremsung in Betrieb setzt; – einen Hauptzylinder (17) mit mindestens einem Primärkolben (18), dessen Verlagerung durch das manuelle Steuerorgan gewährleistet ist; – mindestens ein Sicherheitsventil (26, 28), das es entweder ermöglicht, den Hauptzylinder (17) von den Radbremsen (2a, 2b) zu trennen, wenn die Betriebsbremsung normal funktioniert, oder beim Ausfall der Betriebsbremsung den Hauptzylinder mit mindestens einer Radbremse zu verbinden; – einen Gefühlssimulator (M), um dem Vorschieben des manuellen Steuerorgans (D, 16) eine Reaktion entgegenzusetzen, die den Ablauf der Bremsung reflektiert, wobei dieser Simulator einen Zylinder (30) aufweist, in dem ein Simulatorkolben (31) gleitet, welcher in einer Richtung einem Druck der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder (17) und in der entgegengesetzten Richtung einer entgegenwirkenden Kraft ausgesetzt ist, welche von dem Weg des manuellen Steuerorgans abhängig ist; – Magnetventile (9a–9d) für den Einlass von unter Druck stehender Flüssigkeit und Auslassmagnetventile (14a–14d), die mit den Radbremsen verbunden sind; – Sensoren (8, 13a–13d, 24, 29), die verschiedene Parameter der Bremsung, insbesondere den Weg des manuellen Steuerorgans, und Drücke an verschiedenen Stellen der Anlage erfassen; – und einen Rechner (C), der mit den verschiedenen Sensoren verbunden und dazu geeignet ist, die Magnetventile so zu steuern, dass in den Radbremsen die gewünschten Drücke gewährleistet sind, wobei die entgegenwirkende Kraft in dem Simulator (M) aus der Wirkung eines modulierten Drucks (Pehb) auf eine Oberfläche (S3) des Kolbens (31) des Simulators resultiert, wobei der modulierte Druck (Pehb) ausgehend von dem durch die Hydraulikzentrale (3) bereitgestellten Flüssigkeitsdruck aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der modulierte Druck (Pehb) gemäß einem bestimmten, beliebig veränderbaren Gesetz (L1) in Abhängigkeit von dem Pedalweg von dem Rechner (C) gesteuert wird und dass die entgegenwirkende Kraft in dem Simulator (M) die Resultierende einer elastischen Kraft ist, die auf den Simulatorkolben (31) in eine Richtung wirkt, welche zu derjenigen des Drucks der Flüssigkeit aus dem Hauptzylinder (17) entgegengesetzt ist, und einer variablen Kraft, die zur elastischen Kraft entgegensetzt ist, wobei diese variable Kraft durch den modulierten Druck (Pehb) erzeugt wird, der auf eine Oberfläche (S3) des Simulatorkolbens wirkt.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (S3) des Simulatorkolbens, die dem modulierten Druck (Pehb) ausgesetzt ist, eine Kammer (34) mit variablem Volumen begrenzt, die parallel mit einem Magnetventil (36) für den Einlass von unter Druck stehender Flüssigkeit, welche von der Hydraulikzentrale (3) bereitgestellt wird, und mit einem mit dem Behälter (9) verbundenen Auslassmagnetventil (37) verbunden ist, wobei das Öffnen und Schließen dieser Magnetventile (36, 37) von dem Rechner (C) so gesteuert werden, dass der Druck (Pehb) in der Kammer (34) des Simulators dem gewünschten Gesetz folgt.
Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Kammer (34) des Simulators verbundenen Magnetventile (36, 37) „Alles-oder-nichts"-Magnetventile sind.
Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckabfall zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Magnetventile (36, 37) in Abhängigkeit von der Stärke des Steuerstroms linear ist.
Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (30) des Simulators zwei koaxiale, kommunizierende Bohrungen (30a, 30b) mit unterschiedlichem Durchmesser und einen abgestuften Kolben (31) aufweist, welcher einen Abschnitt (31a) mit kleinem Durchmesser aufweist, der in dichter Weise in der Bohrung (30a) mit kleinem Durchmesser gleitet, und einen Abschnitt (31b) mit größerem Durchmesser, der in dichter Weise in der Bohrung (30b) mit großem Durchmesser gleitet, wobei der Boden (30c) der Bohrung mit kleinem Durchmesser eine Öffnung (32) aufweist, die mit dem Hauptzylinder so verbunden ist, dass der kleine Querschnitt (S2) des abgestuften Kolbens mit dem Druck der Flüssigkeit des Hauptzylinders beaufschlagt wird, während eine ringförmige Kammer (34) zwischen der Übergangswand (30d) der Bohrung und dem großen Querschnitt des abgestuften Kolbens gebildet ist, wobei diese ringförmige Kammer parallel mit dem Einlass- bzw. dem Auslassmagnetventil (36 bzw. 37) verbunden ist.
Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Kraft durch mindestens ein elastisches Rückstellmittel erzeugt wird.
Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Rückstellmittel eine pneumatische Feder (42, 43) aufweist.
Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (30e) des Simulatorzylinders, der die Bohrung mit großem Querschnitt auf der Seite schließt, die zur Bohrung mit kleinem Querschnitt entgegengesetzt ist, eine Öffnung (40) für den Durchgang einer Stange (41) aufweist, die an dem großen Querschnitt (31b) des abgestuften Kolbens (31) in Anlage gelangt und auf diesen Kolben die elastische Kraft ausübt.
Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (41) fest mit einem pneumatischen Kolben (42) verbunden ist, der in einem pneumatischen Zylinder (43) gleitet, welcher selbst fest mit dem Zylinder (30) des Simulators verbunden ist, wobei dieser pneumatische Zylinder mit einer äußeren pneumatischen Druckquelle (49) verbunden ist, die insbesondere für eine Aufhängung vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückschlagventil (50) an einer Druckluftleitung (48) angeordnet ist, welche mit dem pneumatischen Zylinder verbunden ist, wobei dieses Ventil das Einströmen von Druckluft in den Zylinder ermöglicht und deren Ausströmen verhindert.
Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Druckfeder (51) in dem pneumatischen Zylinder so angeordnet ist, dass sie in die gleiche Richtung auf den pneumatischen Kolben wirkt wie der Luftdruck.