EP1073572A1 - Hauptzylinder mit verbesserter notbremsfunktion - Google Patents

Hauptzylinder mit verbesserter notbremsfunktion

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Publication number
EP1073572A1
EP1073572A1 EP99920727A EP99920727A EP1073572A1 EP 1073572 A1 EP1073572 A1 EP 1073572A1 EP 99920727 A EP99920727 A EP 99920727A EP 99920727 A EP99920727 A EP 99920727A EP 1073572 A1 EP1073572 A1 EP 1073572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
chamber
piston
master cylinder
pressure chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP99920727A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Leo Gilles
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF International UK Ltd
Original Assignee
Lucas Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lucas Industries Ltd filed Critical Lucas Industries Ltd
Publication of EP1073572A1 publication Critical patent/EP1073572A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/10Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with fluid assistance, drive, or release
    • B60T13/66Electrical control in fluid-pressure brake systems
    • B60T13/68Electrical control in fluid-pressure brake systems by electrically-controlled valves
    • B60T13/686Electrical control in fluid-pressure brake systems by electrically-controlled valves in hydraulic systems or parts thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T8/00Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
    • B60T8/321Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration deceleration
    • B60T8/3255Systems in which the braking action is dependent on brake pedal data
    • B60T8/3275Systems with a braking assistant function, i.e. automatic full braking initiation in dependence of brake pedal velocity

Definitions

  • the invention relates to a master cylinder for a hydraulic vehicle brake system according to the preamble of claims 1 and 7.
  • a master cylinder is known from DE 196 20 228 AI.
  • This prior art relates to a master cylinder, the hydraulically effective pressure piston area of which is reduced when an upstream system which regulates drive slip and / or driving stability in a motor vehicle (so-called stability control) requests a braking force.
  • the invention has for its object to provide a master cylinder for a hydraulic vehicle brake system, which provides improved behavior in emergency braking situations even without the upstream connection of a brake booster that can be actuated independently of the driver, and which generally recognizes an increased braking force requirement in a simple manner in cooperation with a simple device enables the generation of higher brake pressures.
  • the device for the optional liquid-conducting connection of the pressure chamber and the follow-up chamber controls the connection between the pressure chamber and the follow-up chamber as a function of the pressure increase gradient in the pressure chamber, that the aforementioned connection is established when a predetermined pressure rise gradient is exceeded.
  • the pressure rise gradient in the pressure chamber of the master cylinder is used to identify whether there is a situation with an increased braking force requirement.
  • the hydraulically effective pressure piston area in the master cylinder is reduced, which, with the same actuation force, results in a higher brake pressure corresponding to the area reduction, which acts on the connected wheel brakes, because when the pressure chamber and the trailing chamber are connected, a certain part of the fluid volume only becomes from the pressure chamber moved into the trailing chamber without increasing the pressure. Only the fluid volume corresponding to the hydraulically effective area of the actuator and displaced from the pressure chamber is fed into a brake circuit connected to the master cylinder and produces the desired pressure increase.
  • the device for the liquid-conducting connection of the pressure chamber and the trailing chamber comprises a valve which, in a first position, the trailing chamber with a reservoir for hydraulic fluid and in a second position - 3 -
  • Pressure chamber connects with the trailing chamber.
  • the trailing chamber is therefore shut off from the hydraulic fluid reservoir.
  • Said valve can be, for example, an electromagnetic valve that is connected to a control unit, which in turn is connected to a pressure sensor that supplies a signal that represents the pressure change in the pressure chamber of the master cylinder.
  • the pressure rise gradient in the pressure chamber is determined by evaluating the signal from the pressure sensor.
  • a displacement sensor can also be provided, which is a
  • Actuating path of the pressure piston in the master cylinder provides a signal. Since the geometric relationships in the master cylinder are known and do not change, the actuation path per unit of time can be displaced from that in the pressure chamber
  • any sensor is suitable that can deliver a signal representing the pressure change in the pressure chamber.
  • a pressure measurement can also be carried out at locations outside the pressure chamber where there is a pressure behavior representative of the pressure rise gradient in the pressure chamber. These are, for example, all locations that are in liquid-conducting connection with the pressure chamber.
  • the pressure sensor already mentioned does not necessarily have to be arranged in the pressure chamber.
  • the alternatively used displacement sensor also needs
  • the valve is a control valve with an in - 4 -
  • control piston which is resiliently biased into a rest position in which the trailing chamber is connected to the reservoir for hydraulic fluid.
  • the control piston has a throttle point through which the pressure chamber with the
  • Master cylinder downstream brake circuit is constantly connected to conduct liquid.
  • the hydraulic fluid volume displaced from the pressure chamber is thus conducted completely through the throttle point into the downstream brake circuit.
  • a certain hydraulic fluid volume flow displaced from the pressure chamber is exceeded, i.e. If a predetermined pressure increase gradient is exceeded, which is determined by the dimensioning of the throttle point and the resilient preload of the control piston, the control piston moves into one
  • the control piston is advantageously designed in such a way that in its rest position a recess arranged in its outer peripheral surface connects a first connection of the control valve, which is connected to the trailing chamber, and a second connection of the control valve, which is connected to the reservoir for hydraulic fluid.
  • the two connections of the control valve in the axial direction of the control piston are at such a distance from one another that in the actuating position of the control piston a portion of its outer circumferential surface shuts off the second connection while the first connection is open.
  • the recess mentioned can in particular be an annular groove. - 5 -
  • the control valve can have its own housing in which the control piston is arranged.
  • the control piston of the control valve is, however, arranged in the bore of the master cylinder housing in continuation of the pressure chamber.
  • the two connections of the control valve mentioned are formed in the master cylinder housing in this exemplary embodiment.
  • the control valve provided with the control piston establishes the connection between the pressure chamber and the trailing chamber depending on the hydraulic fluid volume flow displaced from the pressure chamber, which is a measure of the pressure increase gradient in the pressure chamber.
  • the control piston preferably has a control edge which opens the liquid-conducting connection between the pressure chamber and the trailing chamber when it is shifted from the rest position into the actuation position.
  • more or less hydraulic fluid can be shifted from the pressure chamber into the follow-up chamber by the control edge only releasing a part of the cross-sectional area of the connection of the control valve leading to the follow-up chamber for certain pressure increase gradients. In this way, a variable reduction in the effective pressure piston area as a function of the pressure increase gradient is achieved.
  • the object mentioned at the outset is also achieved by a master cylinder which has the features specified in claim 7.
  • the hydraulically effective surface of the actuating member is no longer important in this second embodiment.
  • the pressure piston is mechanically connected on its one side facing away from the actuating element to an additional piston which has a hydraulically effective area C which is smaller than the hydraulically effective area A of the pressure piston.
  • This additional piston extends into one of the pressure chamber - 6 -
  • the trailing chamber is in constant liquid-conducting communication with the reservoir for hydraulic fluid.
  • the device for the liquid-conducting connection of the pressure chamber and the trailing chamber as a function of a predetermined pressure increase gradient in the pressure chamber also blocks, in the state in which the pressure chamber and the trailing chamber are connected to one another, at least essentially a first pressure outlet assigned to the pressure chamber.
  • the pressure ratio of the master cylinder in the brake circuit mentioned is in any case approximately increased by the factor A / C.
  • the device for fluid-conducting connection of the pressure chamber and the trailing chamber preferably comprises a valve which connects the first pressure outlet to the brake circuit in a first position and the pressure chamber to the trailing chamber in a second position.
  • this valve can be, for example, an electromagnetic valve which is controlled by a control device which is connected to a pressure sensor or a displacement sensor.
  • Valve designed as a control valve with a control piston sealingly and displaceably guided in a bore, which has a throttle point via which the first pressure outlet, ie the pressure outlet of the pressure chamber, is in constant liquid-conducting connection with the second pressure outlet, ie the pressure outlet of the further pressure chamber.
  • the control piston is resiliently biased into a rest position in which the connection - 7 -
  • control piston moves depending on the hydraulic fluid volume flow displaced from the pressure chamber into an actuation position in which the connection between the pressure chamber and the trailing chamber is established.
  • control piston preferably has a control edge which opens the liquid-conducting connection between the pressure chamber and the trailing chamber when the control piston is shifted from the rest position into the actuation position.
  • the throttle point of the control piston is preferably formed by one or more bores running axially through the control piston.
  • both embodiments and all of their modifications comprise a further pressure piston designed as a floating piston, which is sealingly and displaceably guided in the bore of the main cylinder housing and delimits a second pressure chamber therein.
  • This second pressure chamber is usually provided for connection to a further brake circuit.
  • a higher brake pressure generated in the first pressure chamber by means of the hydraulic effective area reduction is also transmitted to the second pressure chamber via the floating piston.
  • Brake booster is connected upstream, which, however, does not have to be operable independently of the driver.
  • FIG. 1 shows a first embodiment, partially in section, of a master cylinder according to the invention, which is connected to a conventional hydraulic vehicle brake system equipped with a brake slip control system,
  • FIG. 2 shows the master cylinder from FIG. 1 with a modified device for establishing a connection between a pressure chamber and a trailing chamber of the master cylinder
  • FIG. 3 shows a modified embodiment of the master cylinder from FIG. 2,
  • Fig. 4 is a representation similar to Fig. 1 of a second embodiment of a master cylinder according to the invention.
  • FIG. 5 shows a modification of the embodiment shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a master cylinder 10 for a hydraulic vehicle brake system, which here comprises four wheel brakes 12 designed as disc brakes, each of which is assigned to a vehicle wheel (not shown).
  • the vehicle brake system is equipped with a brake slip control system which can build up, maintain or reduce the brake pressure on each individual wheel brake 12 independently of the other wheel brakes.
  • a brake slip control system which can build up, maintain or reduce the brake pressure on each individual wheel brake 12 independently of the other wheel brakes.
  • two solenoid valves 14 and 16 assigned to each wheel brake 12 and one expander chamber 17 cooperating with each brake circuit are used.
  • the structure and mode of operation of such a brake slip control system which also includes an electronic control unit and other components, not shown here or not shown belong, is generally known to experts in this field and therefore need not be explained further.
  • the master cylinder 10 has a mostly elongated housing 18 with a bore 20 formed therein, in which a pressure piston 22, also referred to as a primary piston, and a further pressure piston 24, also referred to as a secondary piston and designed here as a floating piston, are sealingly and displaceably guided.
  • the pressure piston 22 is mechanically connected to a rod-shaped actuating member 26, which is sealingly and displaceably guided into the master cylinder housing 18 and protrudes from the end thereof.
  • an input force F can be transmitted to the pressure piston 22.
  • This input force F can be generated in part by a brake booster, not shown here, which is mechanically coupled to the actuating member 26 and can thus transmit the actuating force provided by it to the master cylinder 10.
  • the master cylinder 10 or, if present, the brake booster is in turn coupled in the usual way to a brake pedal, also not shown, of the vehicle brake system.
  • the pressure piston 22 delimits in the bore 20, on the one hand, together with the further pressure piston 24, a first pressure chamber 28, which is assigned to a first brake circuit of the vehicle brake system designed as a two-circuit system, and on the other hand a follow-up chamber 30, which is located on the side of the pressure piston 22 Actuator 26 is located.
  • Pressure piston 24 also delimits a second pressure chamber 32 in the bore 20, which is assigned to the second brake circuit of the vehicle brake system.
  • the two pressure chambers 28 and 32 and the trailing chamber 30 are filled with hydraulic fluid.
  • the input force F is transmitted from the actuator 26 to the pressure piston 22, which then shifts to the left in relation to FIG. 1.
  • the pressure piston 22 passes over a trailing bore 34, which the first pressure chamber 28 does not have in the initial position of the pressure piston 22 for pressure compensation purposes via a connection 36 - 10 -
  • the pressure ratio of the input force F achieved by the master cylinder 10 depends on the hydraulically effective area A of the pressure piston 22.
  • the master cylinder 10 has a device 50 with which the pressure chamber 28 and the trailing chamber 30 can be connected to one another in a liquid-conducting manner.
  • the device 50 comprises a line 51 connecting the pressure chamber 28 to the wake-up chamber 30 and a valve 52 arranged therein, which can be controlled electrically according to FIG. 1.
  • the valve 52 has a first connection 54, which leads to the wake-up chamber 30, a second connection 56, which leads via a line 57 to the reservoir for hydraulic fluid, not shown, and a third connection 58 which leads to the pressure chamber 28.
  • valve 52 shuts off the line 51 and connects the first connection 54 to the second connection 56, so that a liquid connection between the after-flow chamber 30 and the storage container is made via the line 57 is made for hydraulic fluid.
  • the valve 52 connects the first port 54 to the third port 58, so that - after the pressure piston 22 has passed over the trailing bore 34 - a liquid-conducting connection between the first pressure chamber 28 and the trailing chamber 30, which is now shut off from the atmosphere is produced and the two chambers 28 and 30 form a communicating system with regard to the pressure prevailing in them.
  • the pressure ratio of the master cylinder 10 is now determined by the hydraulically effective area B of the actuating member 26, which is smaller than the area A, because a liquid volume corresponding to the difference between the areas A and B is released from the first pressure chamber 28 into the trailing chamber during actuation of the master cylinder 10 30 only shifted without increasing the brake pressure.
  • the device 50 establishes the connection between the pressure chamber 28 and the trailing chamber 30 as a function of the pressure increase gradient in the pressure chamber 28.
  • a pressure sensor 60 is arranged in a hydraulic line connected to the first pressure outlet 38 of the pressure chamber 28, which is part of the first brake circuit.
  • the pressure sensor 60 is connected to an electronic control unit (not shown) and supplies a signal which represents the pressure change in the hydraulic line.
  • the pressure rise gradient is calculated in the electronic control unit from this signal. If the pressure rise gradient exceeds a certain threshold value, the control unit emits a signal to the solenoid valve 52 and causes the latter to assume its second position, in which the pressure chamber 28 is connected to the wake-up chamber 30.
  • the pressure increase gradient in the pressure chamber 28 is particularly well suited for detecting a situation with an increased brake pressure requirement, since it reproduces this without the distorting influence of the various free travel paths that are located in the actuation travel path between a brake pedal and the master cylinder. An unintentional, rapid tapping of the brake pedal is therefore not sufficient to switch the master cylinder 10 to the state in which its pressure ratio is increased.
  • the solenoid valve 52 returns to its position shown in FIG. 1, in which the full hydraulic effective area A of the pressure piston 22 is available for a pressure build-up in the pressure chamber 28.
  • the longer actuation travel, which is required for a pressure build-up in the pressure chamber 28 connected to the trailing chamber 30, has no noticeable disadvantageous effect due to the very limited duration of this state.
  • valve 52 is a control valve 52a with a control piston 64 sealingly and displaceably guided in a bore 62.
  • the control piston 64 is resiliently biased into its rest position shown in FIG. 2, in which one in its - 13 -
  • Outer peripheral surface and here formed as an annular groove 66 connects the first connection 54 and the second connection 56 to each other in a liquid-conducting manner.
  • An axial through bore 68 with a throttle point 70 extends through the control piston 64.
  • the third connection 58 of the control valve 52a is, as shown, constantly connected to the first brake circuit in a liquid-conducting manner by means of the axial through bore 68.
  • a control edge 74 of the control piston 64 opens the first connection 54 again, so that a fluid-conducting connection is established between the pressure chamber 28 and the trailing chamber 30, while the trailing chamber 30 is shut off from the reservoir for hydraulic fluid, ie from atmospheric pressure.
  • first connection 54 is fully open, only the hydraulic effective surface B of the actuating member 26 acts in the pressure chamber 28. With the input force F remaining the same, the pressure in the pressure chamber 28 increases by the factor A / B. This increased pressure is applied to the floating piston 24 - 14 -
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment similar to FIG. 2, which differs only in the arrangement of the control valve 52a.
  • the control valve 52a has its own housing for guiding the control piston 64
  • the control piston 64 according to FIG. 3 is guided in a section of reduced diameter in the bore 20 of the master cylinder housing 18.
  • the first connection 54 and the second connection 56 of the control valve 52a are formed in the master cylinder housing 18, while the third connection 58 is omitted since the axial through bore 68 of the control piston 64 is arranged in the pressure chamber 28 itself.
  • the throttle point 70 according to FIG. 3 acts on both brake circuits. A rapid pressure rise caused upstream of the control piston 64 is, however, initially also transmitted to the second pressure chamber 32 almost without delay by the control piston 64 moving into its actuating position.
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a master cylinder 10 ', which differs from the previously described embodiments. - 15 -
  • Example of the master cylinder 10 distinguishes by an additional piston 76, which is in mechanical connection with the pressure piston 22 and extends into a separate from the pressure chamber 28, further pressure chamber 78, which is in the bore 20 of the master cylinder housing 18 between the pressure chamber 28 and the second pressure chamber 32 is formed.
  • the further pressure chamber 78 has a second pressure outlet 80 which, like the first pressure outlet 38 of the pressure chamber 28, is provided for being connected to one and the same brake circuit.
  • the device 50 for connecting the pressure chamber 28 to the trailing chamber 30 comprises a valve 82 which can be designed as an electromagnetic valve and which in a first position has the first pressure outlet 38 with the second pressure outlet 80 and in a second position the first pressure outlet 38 with the trailing chamber 30 fluidly connects.
  • the valve 82 has a first connection 84 which leads to the trailing chamber 30, a second connection 86 which leads to the second pressure outlet 80 of the further pressure chamber 78, and a third connection 88 which leads to the pressure chamber 28.
  • the trailing chamber 30 is in permanent fluid-conducting connection with a reservoir for hydraulic fluid, not shown, via a connection 90.
  • the valve 82 switches when a certain pressure increase gradient in the pressure chamber 28 or the further pressure chamber 78 is exceeded into the second position shown in FIG. 4, in which the first pressure outlet 38 of the pressure chamber 28 is connected via the third connection 88 and the first connection 84 of the valve 82 to the wake-up chamber 30 and at the same time the first pressure outlet 38 is shut off from the second pressure outlet 80, ie from the brake circuit.
  • the pressure chamber 28 is connected to atmospheric pressure via the follow-up chamber 30 and its connection 90, so that only the hydraulic effective area C of the additional piston 76, which is smaller than the hydraulic effective area A of the pressure piston 22, is pressurized.
  • valve 82 assumes its basic position, in which it connects the pressure chamber 28 to the further pressure chamber 78 via its third connection 88 and its second connection 86, so that when pressure builds up, the sum of the hydraulic effective areas A and C of the pressure piston 22 and the additional piston 76 is effective.
  • the valve 82 is designed similar to FIG. 2 as a control valve 82a with a control piston 64 '.
  • the control piston 64 ' In its rest position shown in FIG. 5, the control piston 64 'closes the first connection 84 of the control valve 82a with its outer circumferential surface, so that the axial through bore 68 with the throttle point 70 and the second connection 86 of the control valve are connected via the third connection 88 82a, a permanent liquid-conducting connection between the pressure chamber 28 and the further pressure chamber 78 is created.
  • control piston 64 moves depending on the hydraulic fluid volume flow displaced from the pressure chamber 28 into an actuating position in which a control edge 74' opens the first port 84 of the control valve 82a and thus while maintaining the previously described liquid-conducting
  • connection between the pressure chamber 28 and the further pressure chamber 78 opens a liquid-conducting connection between the pressure chamber 28 and the trailing chamber 30.
  • the strongly throttling effect of the throttle point 70 ensures that the brake pressure which increases rapidly in the further pressure chamber 78 due to the now effective, greater reinforcement of the master cylinder 10 'can be supplied to the first brake circuit almost undiminished.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Of Braking Force In Braking Systems (AREA)

Abstract

Ein Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Bremsanlage hat ein Gehäuse (18) und eine darin ausgebildete Bohrung (20), in der ein Druckkolben (22) geführt ist, der mechanisch mit einem stangenförmigen Betätigungsglied (26) zur Übertragung einer Eingangskraft auf den Druckkolben (22) verbunden ist. Auf seiner einen Seite begrenzt der Druckkolben (22) in der Bohrung (20) eine Druckkammer (28) und auf seiner gegenüberliegenden und dem Betätigungsglied (26) zugewandten, anderen Seite eine Nachlaufkammer (30). Der Druckkolben (22) weist eine hydraulisch wirksame Fläche A und das Betätigungsglied (26) eine hydraulisch wirksame Fläche B < A auf. Zur Erhöhung der Druckübersetzung des Hauptzylinders (10) in einer Situation erhöhten Bremsdruckbedarfs verbindet eine Einrichtung (50) bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer (28) letztere flüssigkeitsleitend mit der Nachlaufkammer (30), wodurch die Druckübersetzung des Hauptzylinders (10) um den Faktor A/B erhöht ist.

Description

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Hauptzylinder mit verbesserter Notbremsfunktion
Die Erfindung betrifft einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 7. Ein solcher Hauptzylinder ist aus der DE 196 20 228 AI bekannt. Dieser Stand der Technik betrifft einen Hauptzylinder, dessen hydraulisch wirksame Druckkσlbenflache reduziert wird, wenn ein vorgeschaltetes System, das bei einem Kraftfahrzeug den Antriebsschlupf und/oder die Fahrstabilität (sog. Stabilitätskontrolle) regelt, eine Bremskraft anfordert.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, zur Unterstüt- zung des Fahrers eines Kraftfahrzeuges in einer Notbremssituation den Bremskraftverstärker der Fahrzeugbremsanlage voll auszusteuern, um so die höchstmögliche Bremskraftunterstützung bereitzustellen und die optimale Bremsfähigkeit einer Bremsanlage mit Blockierschutzregelung auszunutzen. Zum Erkennen der Notbremssituation wird die Geschwindigkeit ermittelt, mit der der Fahrer das Bremspedal betätigt, und es wird nach Überschreiten eines bestimmten Schwellenwertes der Bremskraftverstärker von einem Steuergerät voll ausgesteuert. Diese Lösung erfordert, ebenso wie der Stand der Technik gemäß der obenge- nannten DE 196 20 228 AI, einen Bremskraftverstärker, der nicht nur über das Bremspedal, sondern auch unabhängig davon betätigbar ist, beispielsweise mittels einer Elektromagnetanordnung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hauptzylinder für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage zu schaffen, der auch ohne Vorschaltung eines fahrerunabhängig betätigbaren Bremskraftverstärkers ein verbessertes Verhalten in Notbremssitua- tionen bereitstellt, und der allgemein im Zusammenwirken mit einer einfachen Einrichtung einen erhöhten Bremskraftbedarf erkennt und auf einfache Weise die Erzeugung höherer Bremsdrücke ermöglicht. - 2 -
Diese Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs genannten Hauptzylinder gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einrichtung zum wahlweisen f lüssigkeitsleiten- den Verbinden von Druckkammer und Nachlaufkammer die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer in Abhängigkeit des Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer derart steuert, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckanstiegsgradienten die zuvor genannte Verbindung hergestellt wird. Erfindungsgemäß wird demnach anhand des Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer des Hauptzylinders erkannt, ob eine Situation mit erhöhtem Bremskraftbedarf vorliegt. Ist dies der Fall, wird die hydraulisch wirksame Druckkolbenfläche im Hauptzylinder reduziert, wodurch sich bei gleicher Betätigungskraft ein entsprechend der Flächenreduzierung höherer, auf die angeschlossenen Radbremsen wirkender Bremsdruck ergibt, denn bei miteinander verbundener Druckkammer und Nachlaufkammer wird ein bestimmter Teil des Fluidvolumens aus der Druckkammer lediglich in die Nachlaufkammer verschoben, ohne druckerhöhend zu wirken. Nur das der hydraulisch wirksamen Fläche des Betätigungsgliedes entsprechende, aus der Druckkammer verdrängte Fluidvolumen wird in einen mit dem Hauptzylinder verbundenen Bremskreis eingespeist und erbringt die gewünschte Druckerhöhung.
Damit der bei einer kleineren hydraulisch wirksamen Druckkol- benfläche erforderliche, längere Betätigungsweg sich so wenig wie möglich auswirkt, wird erfindungsgemäß bei Unterschreiten des vorgegebenen Druckanstiegsgradienten die flüssigkeitslei- tende Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer sofort wieder unterbrochen, so daß bei einer Fortsetzung der Bremsung oder bei einer erneuten Bremsung wieder die volle hydraulisch wirksame Druckkolbenfläche zur Verfügung steht.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Hauptzylinders umfaßt die Einrichtung zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer und Nachlaufkammer ein Ventil, das in einer ersten Stellung die Nachlaufkammer mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid und in einer zweiten Stellung die - 3 -
Druckkammer mit der Nachlaufkammer verbindet. In der zweiten Stellung des Ventils ist die Nachlaufkammer also von dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid abgesperrt. Das genannte Ventil kann beispielsweise ein Elektromagnetventil sein, das mit einem 5 Steuergerät verbunden ist, welches seinerseits mit einem Druck- sensor verbunden ist, der ein die Druckänderung in der Druckkammer des Hauptzylinders wiedergebendes Signal liefert. Durch Auswertung des Signals vom Drucksensor wird der Druckanstiegsgradient in der Druckkammer ermittelt. Anstelle des Drucksen- 0 sors kann auch ein Wegsensor vorgesehen sein, der ein den
Betätigungsweg des Druckkolbens im Hauptzylinder wiedergebendes Signal liefert. Da die geometrischen Verhältnisse im Hauptzylinder bekannt sind und sich nicht ändern, kann aus dem Betätigungsweg pro Zeiteinheit auf das aus der Druckkammer verdrängte
15 Fluidvolumen und damit auf den Druckanstiegsgradienten rückgeschlossen werden. Im Prinzip ist jeder Sensor geeignet, der ein die Druckänderung in der Druckkammer repräsentierendes Signal liefern kann.
0 Erfindungsgemäß ist es auch nicht notwendig, den Druckanstiegsgradienten unmittelbar in der Druckkammer des Hauptzylinders zu messen. Statt dessen kann eine Druckmessung auch an außerhalb der Druckkammer gelegenen Stellen erfolgen, an denen ein für den Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer repräsentatives 5 Druckverhalten vorliegt. Es sind dies beispielsweise alle Stellen, die mit der Druckkammer in flüssigkeitsleitender Verbindung stehen. Demzufolge muß der bereits erwähnte Druck- sensor nicht notwendigerweise in der Druckkammer angeordnet sind. Ebenso braucht auch der alternativ verwendete Wegsensor
30 nicht unmittelbar den Betätigungsweg des Druckkolbens zu sen- sieren, sondern kann statt dessen die Verschiebung jedes Bauteiles messen, die während einer Betätigung des Hauptzylinders in direktem Zusammenhang mit der Verschiebung des Druckkolbens steht. j.l
Gemäß einer weitergebildeten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hauptzylinders ist das Ventil als Regelventil mit einem in - 4 -
einer Bohrung abdichtend und verschiebbar geführten Steuerkolben ausgebildet, der federnd in eine Ruhestellung vorgespannt ist, in der die Nachlaufkammer mit dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid verbunden ist. Der Steuerkolben weist eine Drosselstelle auf, durch die die Druckkammer mit dem dem
Hauptzylinder nachgeschalteten Bremskreis ständig flüssigkeitsleitend verbunden ist. Bei niedrigen Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer wird das aus der Druckkammer verdrängte Hydraulikfluidvolumen somit vollständig durch die Drosselstelle in den nachgeschalteten Bremskreis geleitet. Bei Überschreiten eines bestimmten, aus der Druckkammer verdrängten Hydraulik- fluidvolumenstromes, d.h. bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckanstiegsgradienten, der durch die Bemessung der Drosselstelle und die federnde Vorspannung des Steuerkolbens festge- legt ist, verschiebt sich der Steuerkolben jedoch in eine
Betätigungsstellung, in der die Verbindung zwischen der Nachlaufkammer und dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid unterbrochen und eine Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer hergestellt ist.
Vorteilhaft ist der Steuerkolben so ausgebildet, daß in seiner Ruhestellung eine in seiner Außenumfangsflache angeordnete Aussparung einen ersten Anschluß des Regelventils, der mit der Nachlaufkammer verbunden ist, und einen zweiten Anschluß des Regelventils, der mit dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid verbunden ist, miteinander verbindet. Vorzugsweise haben dabei die beiden Anschlüsse des Regelventils in Axialrichtung des Steuerkolbens einen solchen Abstand voneinander, daß in der Betätigungsstellung des Steuerkolbens ein Abschnitt seiner Außenumfangsflache den zweiten Anschluß absperrt, während gleichzeitig der erste Anschluß geöffnet ist. In der Betätigungsstellung des Steuerkolbens besteht somit eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer . Die genannte Aussparung kann insbesondere eine Ringnut sein. - 5 -
Das Regelventil kann ein eigenes Gehäuse aufweisen, in dem der Steuerkolben angeordnet ist. Gemäß einer vorteilhaften Alternative ist der Steuerkolben des Regelventils jedoch in der Bohrung des Hauptzylindergehäuses in Fortsetzung der Druckkammer angeordnet. Die genannten, beiden Anschlüsse des Regelventils sind bei diesem Ausführungsbeispiel im Hauptzylindergehäuse ausgebildet.
Das mit dem Steuerkolben versehene Regelventil stellt die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer abhängig von dem aus der Druckkammer verdrängten Hydraulik- fluidvolumenstrom her, der ein Maß für den Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer ist. Der Steuerkolben weist dabei bevorzugt eine Steuerkante auf, die bei seiner Verschiebung aus der Ruhestellung in die Betätigungsstellung die flüssigkeits- leitende Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer öffnet. So kann je nach dem in der Druckkammer vorherrschenden Druckanstiegsgradienten mehr oder weniger Hydraulikfluid aus der Druckkammer in die Nachlaufkammer ver- schoben werden, indem die Steuerkante bei bestimmten Druckanstiegsgradienten lediglich einen Teil der Querschnittsfläche des zur Nachlaufkammer führenden Anschlusses des Regelventils freigibt. Auf diese Weise wird eine variable Reduzierung der wirksamen Druckkolbenfläche in Abhängigkeit des Druckanstiegs- gradienten realisiert.
Die eingangs genannte Aufgabe ist gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung auch durch einen Hauptzylinder gelöst, der die im Patentanspruch 7 angegebenen Merkmale aufweist. Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Ausgestaltungen kommt es bei dieser zweiten Ausführungsform nicht mehr auf die hydraulisch wirksame Fläche des Betätigungsgliedes an. Statt dessen ist der Druckkolben auf seiner einen, von dem Betätigungsglied abgewandten Seite mechanisch verbunden mit einem Zusatzkolben, der eine hydraulisch wirksame Fläche C aufweist, die kleiner als die hydraulisch wirksame Fläche A des Druckkolbens ist. Dieser Zusatzkolben erstreckt sich in eine von der Druckkammer - 6 -
getrennte, weitere Druckkammer, die einen zur Verbindung mit dem genannten Bremskreis vorgesehenen zweiten Druckauslaß aufweist. Bei dieser Ausführungsform und ihren Abwandlungen ist die Nachlaufkammer in ständiger flüssigkeitsleitender Verbindung mit dem Vorratsbehälter für Hydraulikf luid. Die Einrichtung zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer und Nachlaufkammer in Abhängigkeit eines vorgegebenen Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer sperrt in dem Zustand, in dem die Druckkammer und die Nachlaufkammer miteinander verbunden sind, auch einen ersten, der Druckkammer zugeordneten Druckauslaß zumindest im wesentlichen ab. Im miteinander verbundenen Zustand von Druckkammer und Nachlaufkammer ist dann die Druckubersetzung des Hauptzylinder in den genannten Bremskreis jedenfalls annähernd um den Faktor A/C erhöht.
Vorzugsweise umfaßt bei dieser zweiten Ausführungsform die Einrichtung zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer und Nachlaufkammer ein Ventil, das in einer ersten Stellung den ersten Druckauslaß mit dem Bremskreis und in einer zweiten Stellung die Druckkammer mit der Nachlaufkammer verbindet. Bei einer solchen Ausgestaltung wird im miteinander verbundenen Zustand von Druckkammer und Nachlaufkammer Bremsdruck nur noch von dem sich in die weitere Druckkammer erstreckenden Zusatzkolben erzeugt. Wie bei den oben beschriebenen Ausgestaltungen der ersten Ausführungsform kann dieses Ventil beispielsweise ein Elektromagnetventil sein, das von einem Steuergerät angesteuert wird, welches mit einem Drucksensor oder einem Wegsensor in Verbindung steht.
Gemäß einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform ist das
Ventil als Regelventil mit einem in einer Bohrung abdichtend und verschiebbar geführten Steuerkolben ausgebildet, der eine Drosselstelle aufweist, über die der erste Druckauslaß, d.h. der Druckauslaß der Druckkammer, in ständiger flüssigkeitslei- tender Verbindung mit dem zweiten Druckauslaß, d.h. dem Druckauslaß der weiteren Druckkammer, steht. Der Steuerkolben ist federnd in eine Ruhestellung vorgespannt, in der die Verbindung - 7 -
zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer unterbrochen ist. Analog zur ersten Ausführungsform verschiebt sich der Steuerkolben in Abhängigkeit des aus Druckkammer verdrängten Hydraulikfluidvolumenstroms in eine Betatigungsstellung, in der die Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer hergestellt ist.
Wie auch bei der ersten Ausführungsform weist der Steuerkolben bevorzugt eine Steuerkante auf, die beim Verschieben des Steu- erkolbens aus der Ruhestellung in die Betatigungsstellung die flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer und der Nachlaufkammer öffnet.
Bei beiden Ausführungsformen ist die Drosselstelle des Steuer- kolbens vorzugsweise durch eine oder mehrere axial durch den Steuerkolben verlaufende Bohrungen gebildet.
Beide Ausführungsformen und alle ihre Abwandlungen umfassen gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen einen als Schwimmkolben ausgebildeten, weiteren Druckkolben, der abdichtend und verschiebbar in der Bohrung des Hauptzylindergehäuses geführt ist und darin eine zweite Druckkammer begrenzt. Diese zweite Druckkammer ist üblicherweise zur Verbindung mit einem weiteren Bremskreis vorgesehen. Über den Schwimmkolben wird ein in der ersten Druckkammer mittels der hydraulischen Wirkflächenreduzierung erzeugter, höherer Bremsdruck auch auf die zweite Druckkammer übertragen.
Obwohl nicht besonders erwähnt, versteht es sich, daß dem erfindungsgemäßen Hauptzylinder in der Praxis zumeist ein
Bremskraftverstärker vorgeschaltet ist, der allerdings nicht fahrerunabhängig betätigbar sein muß.
Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hauptzy- linders werden im folgenden anhand der beigefügten, schemati- schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: - 8 -
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestelltes, erste Ausführungsform eines erf indungsgemäßen Hauptzylinders, der an eine mit einem Bremsschlupfregelsystem ausgestattete, herkömmliche hydraulische Fahrzeugbrems- anläge angeschlossen ist,
Fig. 2 den Hauptzylinder aus Fig. 1 mit einer abgewandelten Einrichtung zum Herstellen einer Verbindung zwischen einer Druckkammer und einer Nachlaufkammer des Hauptzylinders,
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Hauptzylinders aus Fig. 2,
Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hauptzylinders, und
Fig. 5 eine Abwandlung der in Fig. 4 wiedergegebenen Ausfüh- rungsform.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Hauptzylinders 10 für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, die hier vier als Scheibenbremsen ausgestaltete Radbremsen 12 umfaßt, von denen jede einem nicht dargestellten Fahrzeugrad zugeordnet ist. Die Fahrzeugbremsanlage ist mit einem Bremsschlupfregelsystem ausgestattet, das den Bremsdruck an jeder einzelnen Radbremse 12 unabhängig von den übrigen Radbremsen aufbauen, halten oder abbauen kann. Hierzu dienen je zwei jeder Radbremse 12 zugeordnete Elektromagnetventile 14 und 16 sowie je eine mit jedem Bremskreis zusammenwirkende Expanderkammer 17. Der Aufbau und die Arbeitsweise eines solchen Bremsschlupf- regelsystems, zu dem auch ein elektronisches Steuergerät und weitere, hier nicht näher bezeichnete oder nicht dargestellte Bauteile gehören, ist Fachleuten auf diesem Gebiet allgemein bekannt und braucht daher nicht weiter erläutert zu werden. - 9 -
Der Hauptzylinder 10 hat ein meist langgestrecktes Gehäuse 18 mit einer darin ausgebildeten Bohrung 20, in der ein auch als Primärkolben bezeichneter Druckkolben 22 und ein auch als Sekundärkolben bezeichneter und hier als Schwimmkolben ausge- bildeter weiterer Druckkolben 24 abdichtend und verschiebbar geführt sind. Der Druckkolben 22 ist mechanisch mit einem stangenformigen Betatigungsglied 26 verbunden, das abdichtend und verschiebbar in das Hauptzylindergehause 18 geführt ist und stirnseitig aus diesem herausragt. Mit dem Betätigungsglied 26 läßt sich eine Eingangskraft F auf den Druckkolben 22 übertragen. Diese Eingangskraft F kann zum Teil von einem hier nicht dargestellten Bremskraftverstärker erzeugt werden, der mit dem Betätigungsglied 26 mechanisch gekoppelt ist und so die durch ihn bereitgestellte Betätigungskraft auf den Hauptzylinder 10 übertragen kann. Zur Betätigung ist der Hauptzylinder 10 oder, falls vorhanden, der Bremskraftverstärker seinerseits auf übliche Weise mit einem ebenfalls nicht dargestellten Bremspedal der Fahrzeugbremsanlage gekoppelt.
Der Druckkolben 22 begrenzt in der Bohrung 20 zum einen zusammen mit dem weiteren Druckkolben 24 eine erste Druckkammer 28, die einem ersten Bremskreis der als Zweikreissystem ausgeführten Fahrzeugbremsanlage zugeordnet ist, und zum anderen eine Nachlaufkammer 30, die sich bezüglich des Druckkolbens 22 auf der Seite des Betätigungsgliedes 26 befindet. Der weitere
Druckkolben 24 begrenzt darüber hinaus in der Bohrung 20 eine zweite Druckkammer 32, die dem zweiten Bremskreis der Fahrzeugbremsanlage zugeordnet ist. In betriebsbereitem Zustand sind die beiden Druckkammern 28 und 32 sowie die Nachlaufkammer 30 mit Hydraulikfluid gefüllt.
Zur Bremsdruckerzeugung wird die Eingangskraft F von dem Betätigungsglied 26 auf den Druckkolben 22 übertragen, der sich daraufhin bezogen auf Fig. 1 nach links verschiebt. Sobald der Druckkolben 22 eine Nachlaufbohrung 34 überfährt, die die erste Druckkammer 28 in der Ausgangsstellung des Druckkolbens 22 zu Druckausgleichszwecken über einen Anschluß 36 mit einem nicht - 10 -
dargestellten Vorratsbehälter für Hydraulikfluid verbindet, baut sich in der Druckkammer 28 ein der Eingangskraft F proportionaler Bremsdruck auf, der durch einen ersten Druckauslaß 38 dem ersten Bremskreis zugeführt wird. Aufgrund des sich in der ersten Druckkammer 28 aufbauenden Drucks verschiebt sich der weitere Druckkolben 24 ebenfalls nach links, so daß nach Überfahren einer der zweiten Druckkammer 32 zugeordneten Nachlaufbohrung 40, die analog der Nachlaufbohrung 34 über einen Anschluß 42 mit dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid verbun- den ist, auch in der zweiten Druckkammer 32 ein zur Eingangskraft F proportionaler Bremsdruck aufgebaut wird, der durch einen weiteren Druckauslaß 44 dem zweiten Bremskreis zugeführt wird. Mit 46 und 48 sind zwei nur schematisch dargestellte Rückstellfedern bezeichnet, die die beiden Druckkolben 22 und 24 nach Fortfall der Betätigungs- bzw. Eingangskraft F in ihre Ausgangsstellungen zurückdrücken. Sobald die beiden Druckkolben 22 und 24 auf dem Weg in ihre Ausgangsstellungen die Nachlaufbohrungen 34 und 40 in umgekehrter Richtung überfahren haben, findet in den Druckkammern 28 und 32 über die Anschlüsse 36 und 42 ein Druckausgleich mit der Atmosphäre statt.
Die vom Hauptzylinder 10 erzielte Druckübersetzung der Eingangskraft F hängt von der hydraulisch wirksamen Fläche A des Druckkolbens 22 ab. Um bei einer vorgegebenen Eingangskraft F trotz eines geometrisch vorgegebenen Druckkolbens 22 wahlweise eine Druckübersetzungserhöhung erzielen zu können, weist der Hauptzylinder 10 eine Einrichtung 50 auf, mit der die Druckkammer 28 und die Nachlaufkammer 30 flüssigkeitsleitend miteinander verbunden werden können. Die Einrichtung 50 umfaßt dazu eine die Druckkammer 28 mit der Nachlaufkammer 30 verbindende Leitung 51 und ein darin angeordnetes, gemäß Fig. 1 elektrisch ansteuerbares Ventil 52. Das Ventil 52 hat einen ersten Anschluß 54, der zur Nachlaufkammer 30 führt, einen zweiten Anschluß 56, der über eine Leitung 57 zum nicht dargestellten Vorratsbehälter für Hydraulikfluid führt, und einen dritten Anschluß 58, der zur Druckkammer 28 führt. - 11 -
In einer ersten Stellung (s. Fig. 1) sperrt das Ventil 52 die Leitung 51 ab und verbindet den ersten Anschluß 54 mit dem zweiten Anschluß 56, so daß über die Leitung 57 eine Flüssig- keitsverbindung zwischen der Nachlaufkammer 30 und dem Vorrats- behälter für Hydraulikfluid hergestellt ist. Dies ist die
Normalstellung des Ventils 52, in der die Druckübersetzung des Hauptzylinders 10 von der hydraulisch wirksamen Fläche A des Druckkolbens 22 bestimmt wird.
In einer zweiten Stellung verbindet das Ventil 52 den ersten Anschluß 54 mit dem dritten Anschluß 58, so daß - nachdem der Druckkolben 22 die Nachlaufbohrung 34 überfahren hat - eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 28 und der jetzt gegenüber der Atmosphäre abgeperrten Nachlauf- kammer 30 hergestellt ist und die beiden Kammern 28 und 30 hinsichtlich des in ihnen herrschenden Drucks ein kommunizierendes System bilden. Die Druckübersetzung des Hauptzylinders 10 wird nun von der gegenüber der Fläche A kleineren hydraulisch wirksamen Fläche B des Betätigungsgliedes 26 bestimmt, denn ein der Differenz zwischen den Flächen A und B entsprechendes Flüssigkeitsvolumen wird während einer Betätigung des Hauptzylinders 10 aus der ersten Druckkammer 28 in die Nachlaufkammer 30 lediglich verschoben, ohne bremsdruckerhöhend zu wirken. Bezüglich dieses Flüssigkeitsvolumenanteils herrscht deshalb am Druckkolben 22 ein Kräftegleichgewicht. Somit kann dann, wenn sich das Ventil 52 in der zweiten Stellung befindet, in der ersten Druckkammer 28 bei gleicher Eingangskraft F ein um den Faktor A/B höherer Bremsdruck erzielt werden, allerdings auf Kosten eines entsprechend größeren Verschiebeweges des Druckkolbens 22. Damit sich in der Nachlaufkammer 30 ein Druck aufbauen kann, wird die Nachlaufbohrung 34 vom Druckkolben 22 abgesperrt. Falls erforderlich, z.B. bei zu kurzem Druckkolben 22, kann in der Nachlaufbohrung 34 oder der sich daran anschließenden, zum Vorratsbehälter für Hydraulikfluid führenden Leitung (nicht dargestellt) zusätzlich ein nicht gezeigtes Rückschlagventil angeordnet sein. - 12 -
Die Einrichtung 50 stellt die Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der Nachlaufkammer 30 in Abhängigkeit des Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer 28 her. Hierzu ist in einer mit dem ersten Druckauslaß 38 der Druckkammer 28 verbundenen Hydraulikleitung, die Teil des ersten Bremskreises ist, ein Drucksensor 60 angeordnet, der mit einem nicht dargestellten elektronischen Steuergerät in Verbindung steht und ein die Druckänderung in der Hydraulikleitung wiedergebendes Signal liefert. Aus diesem Signal wird in dem elektronischen Steuerge- rät der Druckanstiegsgradient berechnet. Übersteigt der Druckanstiegsgradient einen bestimmten Schwellenwert, gibt das Steuergerät ein Signal an das Elektromagnetventil 52 ab und veranlaßt dieses, seine zweite Stellung einzunehmen, in der die Druckkammer 28 mit der Nachlaufkammer 30 verbunden ist. Der Druckanstiegsgradient in der Druckkammer 28 ist besonders gut zum Erfassen einer Situation mit erhöhtem Bremsdruckbedarf geeignet, da er diese ohne den verfälschenden Einfluß der verschiedenen Leerwege wiedergibt, die sich in dem Betätigungsweg zwischen einem Bremspedal und dem Hauptzylinder befinden. Ein unbeabsichtigtes, schnelles Antippen des Bremspedals reicht somit nicht dazu aus, den Hauptzylinder 10 in den Zustand umzuschalten, in dem seine Druckübersetzung erhöht ist.
Fällt der Druckanstiegsgradient in der Druckkammer 28 unter den vorgegebenen Wert, nimmt das Elektromagnetventil 52 wieder seine in Fig. 1 wiedergegebene Stellung ein, in der die volle hydraulische Wirkfläche A des Druckkolbens 22 für' einen Druckaufbau in der Druckkammer 28 zur Verfügung steht. Der längere Betätigungsweg, der bei mit der Nachlaufkammer 30 verbundener Druckkammer 28 für einen Druckaufbau in letzterer erforderlich ist, wirkt sich aufgrund der sehr begrenzten Zeitdauer dieses Zustandes nicht spürbar nachteilig aus.
Gemäß Fig. 2 ist das Ventil 52 ein Regelventil 52a mit einem in einer Bohrung 62 abdichtend und verschiebbar geführten Steuerkolben 64. Der Steuerkolben 64 ist federnd in seine in Fig. 2 wiedergegebene Ruhestellung vorgespannt, in der eine in seiner - 13 -
Außenumfangsflache und hier als Ringnut ausgebildete Aussparung 66 den ersten Anschluß 54 und den zweiten Anschluß 56 flüssig- keitsleitend miteinander verbindet. Durch den Steuerkolben 64 erstreckt sich eine axiale Durchgangsbohrung 68 mit einer Drosselstelle 70. Mittels der axialen Durchgangsbohrung 68 ist der dritte Anschluß 58 des Regelventils 52a wie dargestellt ständig flüssigkeitsleitend mit dem ersten Bremskreis verbunden. Bei geringen Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer 28 und daraus resultierend geringen Volumenströmen, die bei einer Betätigung des Hauptzylinders 10 aus der Druckkammer 28 durch den ersten Druckauslaß 38 zum Regelventil 52a gelangen, behält der Steuerkolben 64 seine Ruhestellung bei und der sich aufbauende Bremsdruck gelangt ohne spürbare Dämpfung durch die Drosselstelle 70 in den ersten Bremskreis. Wird der Hauptzylinder 10 jedoch schnell und kräftig betätigt, so kommt es zu einem in kurzer Zeit erfolgenden, steilen Druckanstieg in der Druckkammer 28 und damit zu einem relativ großen Hydraulikfluidvolumen- strom aus der Druckkammer 28 in das Regelventil 52a. Da die Drosselstelle 70 einen hohen Hydraulikfluidvolumenstrom stark bedämpft, kann der Druck stromabwärts des Steuerkolbens 64 nicht so schnell steigen, so daß sich der Steuerkolben 64 entgegen seiner federnden Vorspannung aus der Ruhestellung in Richtung des Pfeils D in eine Betatigungsstellung verschiebt. Auf dem Weg in diese Betätigungsstellung überfährt ein Ab- schnitt 72 der Außenumfangsflache des Steuerkolbens 64 zunächst den ersten Anschluß 54 des Regelventils 52a und sperrt anschließend den zweiten Anschluß 56 des Regelventils 52a ab. Gleichzeitig öffnet eine Steuerkante 74 des Steuerkolbens 64 den ersten Anschluß 54 wieder, so daß eine flussigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der Nachlaufkammer 30 hergestellt ist, während die Nachlaufkammer 30 vom Vorratsbehälter für Hydraulikfluid, d.h. vom Atmosphärendruck abgesperrt ist. Bei voll geöffnetem ersten Anschluß 54 wirkt in der Druckkammer 28 nur noch die hydraulische Wirkfläche B des Betätigungsgliedes 26. Bei gleichbleibender Eingangskraft F erhöht sich der Druck in der Druckkammer 28 um den Faktor A/B. Dieser erhöhte Druck wird über den Schwimmkolben 24 auf die - 14 -
zweite Druckkammer 32 übertragen und von dort durch den weiteren Druckauslaß 54 dem zweiten Bremskreis unverzögert zugeführt. Abgesehen von einer Anfangsphase, in der Druck im ersten Bremskreis durch die Verschiebung des Steuerkolbens 64 schnell erhöht wird, gelangt der erhöhte Druck aufgrund der dämpfenden Wirkung der Drosselstelle 70 erst mit einer gewissen Verzögerung in den ersten Bremskreis. Dies kann durchaus vorteilhaft sein, wenn beispielsweise die den vorderen Fahrzeugrädern zugeordneten Radbremsen 12 an den zweiten Bremskreis und die den hinteren Fahrzeugrädern zugeordneten Radbremsen 12 an den ersten Bremskreis angeschlossen sind, denn es wird auf diese Weise einem Überbremsen der Hinterräder entgegengewirkt, zu dem es aufgrund der bei einem Bremsvorgang erfolgenden dynamischen Achslastverlagerung schnell kommen kann. Der Aufbau des Regel- ventils 52a erübrigt den in Fig. 1 dargestellten Drucksensor 60.
In Fig. 3 ist ein der Fig. 2 ähnliches Ausführungsbeispiel gezeigt, das sich lediglich in der Anordnung des Regelventils 52a unterscheidet. Während in Fig. 2 das Regelventil 52a ein eigenes Gehäuse zur Führung des Steuerkolbens 64 aufweist, ist der Steuerkolben 64 gemäß Fig. 3 in einem Abschnitt verringerten Durchmessers der Bohrung 20 des Hauptzylindergehäuses 18 geführt. Der erste Anschluß 54 und der zweite Anschluß 56 des Regelventils 52a sind bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Hauptzylindergehause 18 ausgebildet, während der dritte Anschluß 58 entfällt, da die axiale Durchgangsbohrung 68 des Steuerkolbens 64 in der Druckkammer 28 selbst angeordnet ist. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wirkt die Drosselstelle 70 gemäß Fig. 3 auf beide Bremskreise. Ein stromaufwärts des Steuerkolbens 64 hervorgerufener, schneller Druckanstieg wird allerdings durch den sich in seine Betätigungsstellung verschiebenden Steuerkolben 64 zunächst nahezu verzögerungsfrei auch zur zweiten Druckkammer 32 übertragen.
In Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform eines Hauptzylinders 10' dargestellt, die sich von den zuvor beschriebenen Ausfüh- - 15 -
rungsbeispielen des Hauptzylinders 10 durch einen Zusatzkolben 76 unterscheidet, der in mechanischer Verbindung mit dem Druckkolben 22 steht und sich in eine von der Druckkammer 28 getrennte, weitere Druckkammer 78 erstreckt, die in der Bohrung 20 des Hauptzylindergehäuses 18 zwischen der Druckkammer 28 und der zweiten Druckkammer 32 ausgebildet ist. Die weitere Druckkammer 78 hat einen zweiten Druckauslaß 80, der wie der erste Druckauslaß 38 der Druckkammer 28 dazu vorgesehen ist, mit ein und demselben Bremskreis verbunden zu werden.
Die Einrichtung 50 zum Verbinden der Druckkammer 28 mit der Nachlaufkammer 30 umfaßt ein Ventil 82, das als Elektromagnetventil ausgeführt sein kann und das in einer ersten Stellung den ersten Druckauslaß 38 mit dem zweiten Druckauslaß 80 und in einer zweiten Stellung den ersten Druckauslaß 38 mit der Nachlaufkammer 30 flüssigkeitsleitend verbindet. Hierzu weist das Ventil 82 einen ersten Anschluß 84, der zur Nachlaufkammer 30 führt, einen zweiten Anschluß 86, der zum zweiten Druckauslaß 80 der weiteren Druckkammer 78 führt, und einen dritten An- Schluß 88 auf, der zur Druckkammer 28 führt. Wie ersichtlich, steht gemäß der zweiten Ausführungsform des Hauptzylinders 10' die Nachlaufkammer 30 über einen Anschluß 90 in ständiger flüssigkeitsleitender Verbindung mit einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter für Hydraulikfluid. Die Funktion des Hauptzylinders 10' ist der des Hauptzylinders 10 sehr ähnlich: Das Ventil 82 schaltet bei Überschreiten eines bestimmten Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer 28 oder der weiteren Druckkammer 78 in die in Fig. 4 wiedergegebene zweite Stellung, in der der erste Druckauslaß 38 der Druckkammer 28 über den dritten Anschluß 88 und den ersten Anschluß 84 des Ventils 82 mit der Nachlaufkammer 30 verbunden und gleichzeitig der erste Druckauslaß 38 von dem zweiten Druckauslaß 80, d.h. von dem Bremskreis abgesperrt ist. Die Druckkammer 28 ist in dieser Stellung des Ventils 82 über die Nachlaufkammer 30 und deren Anschluß 90 mit Atmosphärendruck verbunden, so daß nur die hydraulische Wirkfläche C des Zusatzkolbens 76, die kleiner als die hydraulische Wirkfläche A des Druckkolbens 22 ist, drucker- - 16 -
höhend wirkt, d.h. in diesem Zustand ist die Druckubersetzung des Hauptzylinders 10' um den Faktor (A+C) /C erhöht.
Sinkt der Druckanstiegsgradient unter den vorgegebenen Wert, nimmt das Ventil 82 seine Grundstellung ein, in der es über seinen dritten Anschluß 88 und seinen zweiten Anschluß 86 die Druckkammer 28 mit der weiteren Druckkammer 78 verbindet, so daß bei einem Druckaufbau die Summe der hydraulischen Wirkflächen A und C des Druckkolbens 22 und des Zusatzkolbens 76 wirksam ist.
Gemäß Fig. 5 ist das Ventil 82 ähnlich der Fig. 2 als Regelventil 82a mit einem Steuerkolben 64' ausgebildet. In seiner in Fig. 5 wiedergegebenen Ruhestellung verschließt der Steuerkol- ben 64 ' mit seiner Außenumfangsflache den ersten Anschluß 84 des Regelventils 82a, so daß über den dritten Anschluß 88, die axiale Durchgangsbohrung 68 mit der Drosselstelle 70, und den zweiten Anschluß 86 des Regelventils 82a eine ständige flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der weiteren Druckkammer 78 geschaffen ist. Analog dem Regelventil 52a verschiebt sich der Steuerkolben 64' in Abhängigkeit des aus der Druckkammer 28 verschobenen Hydraulikfluidvolumenstroms in eine Betätigungsstellung, in der eine Steuerkante 74' den ersten Anschluß 84 des Regelventils 82a öffnet und so unter Beibehaltung der zuvor beschriebenen flüssigkeitsleitenden
Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der weiteren Druckkammer 78 eine flüssigkeitsleitende Verbindung zwischen der Druckkammer 28 und der Nachlaufkammer 30 öffnet. Die stark drosselnde Wirkung der Drosselstelle 70 sorgt in diesem Zustand dafür, daß der in der weiteren Druckkammer 78 aufgrund der nun wirksamen, größeren Verstärkung des Hauptzylinders 10' schnell weiter ansteigende Bremsdruck nahezu unvermindert dem ersten Bremskreis zugeführt werden kann.
Bei allen Ausführungsformen des Hauptzylinders 10, 10' führt die in Abhängigkeit des Druckanstiegsgradienten erfolgende hydraulische Wirkflächenverminderung nach dem Überschreiten der - 17 -
Schaltschwelle der Einrichtung 50 zu einem überproportional höheren Bremsdruckniveau bei gleicher Eingangskraft F. Ist beispielsweise der Durchmesser des Betätigungsgliedes 26 oder des Zusatzkolbens 76 nur halb so groß wie der Durchmesser des Druckkolbens 22, steigt die Druckübersetzung des Hauptzylinders 10, 10' beim Verbinden der Druckkammer 28 mit der Nachlaufkammer 30 um den Faktor 4.

Claims

- 18 -Patentansprüche
1. Hauptzylinder (10) für eine hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem Gehäuse (18) und einer darin ausgebildeten Bohrung (20), in der ein Druckkolben (22) abdichtend und verschiebbar geführt ist, der mechanisch mit einem stangenformigen Betätigungsglied (26) verbunden ist, mit dem eine Eingangskraft zur Druckubersetzung auf den Druckkolben (22) übertragbar ist, und der in der Bohrung (20) auf seiner einen Seite eine Druckkammer (28) und auf seiner gegenüberliegenden und dem Betätigungsglied (26) zugewandten, anderen Seite eine Nachlaufkammer (30) begrenzt, wobei der Druckkolben (22) eine hydraulisch wirksame Fläche A und das Betätigungsglied (26) eine hydraulisch wirksame Fläche B < A aufweist und eine Einrichtung (50) zum wahlweisen flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) vorhanden ist, wodurch im miteinander verbundenen Zustand von Druckkammer (28) und Nachlauf am- mer (30) die Druckübersetzung des Hauptzylinders (10) in einen nachgeschalteten Bremskreis um den Faktor A/B erhöht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zum wahlweisen flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) die Verbindung zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) in Abhängigkeit des Druckanstiegsgradienten in der Druckkammer (28) steuert, derart, daß bei Überschreiten eines vorgegebenen Druckanstiegsgradienten die genannte Verbindung hergestellt wird.
2. Hauptzylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) ein Ventil (52) umfaßt, das in einer ersten Stellung die Nachlaufkammer (30) mit einem Vorratsbehälter für Hydrau- likfluid und in einer zweiten Stellung die Druckkammer (28) mit der Nachlaufkammer (30) verbindet. - 19 -
3. Hauptzylinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (52) als Regelventil (52a) mit einem in einer Bohrung (62) abdichtend und verschiebbar geführten Steuerkolben (64) ausgebildet ist, der federnd in eine Ruhestellung vorgespannt ist, in der die Nachlaufkammer
(30) mit dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid verbunden ist, und der eine Drosselstelle (70) aufweist, durch die die Druckkammer (28) mit dem nachgeschalteten Bremskreis ständig flüssigkeitsleitend verbunden ist, derart, daß bei Überschreiten eines bestimmten, aus der Druckkammer (28) verdrängten Hydraulikfluidvolumenstromes, der durch die Bemessung der Drosselstelle (70) und die federnde Vorspannung des Steuerkolbens (64) festgelegt ist, sich der Steuerkolben (64) in eine Betätigungsstellung verschiebt, in der die Verbindung zwischen der Nach- laufkammer (30) und dem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid unterbrochen und eine Verbindung zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) hergestellt ist.
4. Hauptzylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhestellung des Steuerkolbens (64) eine in seiner Außenumfangsflache angeordnete Aussparung (66) einen ersten Anschluß (54) des Regelventils (52a) , der mit der Nachlaufkammer (30) verbunden ist, und einen zweiten Anschluß (56) des Regelventils (52a) , der mit dem Vorrats- behälter für Hydraulikfluid verbunden ist, miteinander verbindet.
5. Hauptzylinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse (54, 56) des Regelventils (52a) in Axialrichtung des Steuerkolbens (64) einen solchen Abstand voneinander aufweisen, daß in der Betätigungsstellung des Steuerkolbens (64) ein Abschnitt (72) seiner Außenumfangsflache den zweiten Anschluß (56) absperrt, während gleichzeitig der erste Anschluß (54) geöffnet ist.
6. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (64) in der Boh- - 20 -
rung (20) des Hauptzylindergehäuses (18) in Fortsetzung der Druckkammer (28) angeordnet ist.
7. Hauptzylinder (10') für eine hydraulische Fahrzeugbremsan- läge, mit einem Gehäuse (18) und einer darin ausgebildeten
Bohrung (20), in der ein Druckkolben (22) abdichtend und verschiebbar geführt ist, der mechanisch mit einem stangenformigen Betatigungsglied (26) verbunden ist, mit dem eine Eingangskraft zur Druckubersetzung auf den Druckkolben (22) übertragbar ist, und der in der Bohrung (20) auf seiner einen Seite eine Druckkammer (28) mit einem ersten Druckauslaß (38) zur Verbindung mit einem nachgeschalteten Bremskreis und auf seiner gegenüberliegenden und dem Betätigungsglied (26) zugewandten, anderen Seite eine Nachlaufkammer (30) begrenzt, wobei der Druckkolben (22) eine hydraulisch wirksame Fläche A aufweist und eine
Einrichtung (50) zum wahlweisen flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Druckkolben (22) auf seiner einen, von dem Betätigungs- glied (26) abgewandten Seite mechanisch verbunden ist mit einem Zusatzkolben (76) , der eine hydraulisch wirksame Fläche C aufweist, die kleiner als die hydraulisch wirksame Fläche A des Druckkolbens (22) ist, und der sich in eine von der Druckkammer (28) getrennte weitere Druckkammer (78) mit einem zur Verbin- düng mit dem genannten Bremskreis vorgesehenen zweiten Druckauslaß (80) erstreckt,
- die Nachlaufkammer (30) in ständiger flüssigkeitsleitender Verbindung mit einem Vorratsbehälter für Hydraulikfluid steht, und daß - die Einrichtung (50) die Druckkammer (28) und die Nachlaufkammer (30) miteinander verbindet und den ersten Druckauslaß (38) von dem genannten Bremskreis zumindest annähernd vollständig absperrt, wenn in der Druckkammer (28) ein vorgegebener Druckanstiegsgradient überschritten wird, so daß im miteinander verbundenen Zustand von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) die Druckubersetzung des Hauptzylinders (10') in den - 2 1 -
genannten Bremskreis zumindest annähernd um den Faktor (A + C)/C erhöht ist.
8. Hauptzylinder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) ein Ventil (82) umfaßt, das in einer ersten Stellung den ersten Druckauslaß (38) mit dem Bremskreis und in einer zweiten Stellung die Druckkammer (28) mit der Nachlaufkammer (30) verbindet.
9. Hauptzylinder nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (82) als Regelventil (82a) mit einem in einer Bohrung (62) abdichtend und verschieb- bar geführten Steuerkolben (64') ausgebildet ist, der eine Drosselstelle (70) aufweist, über die der erste Druckauslaß (38) in ständiger flüssigkeitsleitender Verbindung mit dem zweiten Druckauslaß (80) steht, und der federnd in eine Ruhestellung vorgespannt ist, in der die Verbindung zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) unterbrochen ist, wobei sich der Steuerkolben (64') bei Überschreiten eines bestimmten, aus der Druckkammer (28) verdrängten Hydraulik- fluidvolumenstromes, der durch die Bemessung der Drosselstelle (70) und die federnde Vorspannung des Steuerkolbens (64') festgelegt ist, in eine Betätigungsstellung verschiebt, in der die Verbindung zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) hergestellt ist.
10. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (64') zum Öffnen der flüssigkeitsleitenden Verbindung zwischen der Druckkammer (28) und der Nachlaufkammer (30) wenigstens eine Steuerkante (74) aufweist.
11. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 3 bis 6, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle (70) des Steuer- - 22 -
kolbens (64, 64') durch eine oder mehrere axiale Durchgangsboh- rungen (68) gebildet ist.
12. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) einen Drucksensor (60) umfaßt, der ein die Druckänderung in der Druckkammer (28) wiedergebendes Signal liefert.
13. Hauptzylinder nach einem der Ansprüche 1, 2, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (50) zum flüssigkeitsleitenden Verbinden von Druckkammer (28) und Nachlaufkammer (30) einen Wegsensor umfaßt, der ein den Betätigungsweg des Druckkolbens (22) wiedergebendes Signal liefert.
14. Hauptzylinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein als Schwimmkolben ausgebildeter weiterer Druckkolben (22) abdichtend und verschiebbar in der Bohrung (20) des Hauptzylindergehäuses (18) geführt ist und darin eine zweite Druckkammer (32) begrenzt.
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