WO1996004159A1 - Hydraulische kraftfahrzeugbremsanlage - Google Patents

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WO1996004159A1
WO1996004159A1 PCT/EP1995/002809 EP9502809W WO9604159A1 WO 1996004159 A1 WO1996004159 A1 WO 1996004159A1 EP 9502809 W EP9502809 W EP 9502809W WO 9604159 A1 WO9604159 A1 WO 9604159A1
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Hans-Jörg Feigel
Andreas Klein
Ulrich Neumann
Lothar Schiel
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Itt Automotive Europe Gmbh
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    • F04C11/001—Combinations of two or more machines or pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type; Pumping installations of similar working principle
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S188/00—Brakes
    • Y10S188/02—Hill holder

Definitions

  • the controllable hydraulic pump which can be switched on automatically when the brake pedal is actuated, is designed as a vane cell pump that is not only controllable with regard to its delivery capacity but also with regard to its delivery direction and is interposed in each case in the brake line leading from the master cylinder to the wheel brakes, wherein its delivery direction is adjustable by means of a hydraulically adjustable lifting ring and while normal brake actuation in the direction of the wheel brake and with regulating effective anti-lock control to reduce pressure in the direction of the master cylinder. Since not all wheel brakes are controlled jointly in an anti-lock brake system, but individually or in pairs depending on the type of brake system, several such pump arrangements are required.
  • the object of the present invention is to provide a brake system of the type described above with a Particularly inexpensive and space-saving arrangement of several such fugal cell pumps.
  • a continuous adjustment of the individual cam rings according to claim 7 increases the control quality.
  • Proportional ⁇ magnets represent a particularly simple solution.
  • FIG. 1 shows a pneumatically indicated hydraulic circuit diagram of a brake system according to the invention
  • FIG. 3 shows a single vane cell pump of the arrangement according to FIG. 2.
  • Fig. 1 only the hydraulic circuit is indicated, but not the spatial arrangement. This means that the position of the individual fug cell pumps does not correspond to the actual arrangement.
  • the master cylinder 1 When the brake pedal 3 is not actuated, the master cylinder 1 is connected to the pressure medium container 2.
  • the brake circuits I and II are connected to its pressure chambers.
  • a pressure relief valve is inserted into the brake line 4.
  • the brake line 4 Towards the wheel brakes 6 and 7, the brake line 4 is divided into two brake branch lines 8 and 9, each with a wheel brake 6 or 7.
  • a wing cell pump 10 and 11 is arranged in each brake branch line 8 and 9. - 4 -
  • a pressure measurement takes place in the brake line 4, ie above the fugal cell pumps 10 and 11, by means of a pressure-voltage converter 14, which feeds its signals to an electronic evaluation unit 15. Between the vane cell pumps 10 and 11 and the associated wheel brakes 6 and 7, respectively, the measured pressure is also supplied to the electronic evaluation unit in the same way. In addition, there is a speed sensor on each of the wheel brakes 6 and 7 for detecting critical slip states.
  • the individual fugal cell pumps 10 and 11 are controlled by a proportional magnet 16 and 17, respectively, the control signals being generated by the electronic evaluation unit 15.
  • the associated electrical supply lines are not shown for the sake of clarity.
  • An electronic evaluation unit 15 is shown below the wing cell pumps 10, 11 and 12. However, the arrangement of this evaluation unit is not mandatory at this point. An inexpensive alternative would also be to attach above the proportional magnets 16, 17 and 18, since this would mean that a separate power supply to these proportional magnets could be dispensed with.
  • the cam ring 39 is connected to a magnet armature 40, which is prestressed by a compression spring 41, so that the cam ring 39 assumes a rest position on the edge of the oval cavity.
  • the magnet armature 40 is biased towards the proportional magnet 16.
  • the proportional magnet 16 When the proportional magnet 16 is energized, the magnet armature 40 is displaced from the magnetic field, so that the cam ring 39 moves out of its rest position. In this way, the delivery capacity of the pump is first reduced until the cam ring is concentric with the rotor 35.
  • the armature 40 is further displaced by the proportional magnet 16, the direction of delivery of the pump is reversed, the delivery rate again depending on the eccentricity of the cam ring.
  • each individual vane cell pump is individually adjustable, a wheel-specific pressure control can also be carried out.
  • the fugell cell pumps can be used both for brake force amplification, for anti-lock control, for traction control, for electronic brake force distribution on the rear wheels, as a hill holder, for automatic braking, for driving stability control and other conceivable applications of hydraulic brakes. Only the electronic signal processing has to be adapted to the respective tasks.

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Abstract

Für eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, deren Bremsdruckmodulation über verstellbare Flügelzellenpumpen erfolgt, wird als platzsparende Lösung vorgeschlagen, alle benötigten Flügelzellenpumpen (10, 11, 12, 13) über eine gemeinsame Welle von einem drehzahlstabilisierten Elektromotor (21) antreiben zu lassen. Eine individuelle Steuerung jeder einzelnen Flügelzellenpumpe (10, 11, 12, 13) erfolgt durch die Ansteuerung je eines Hubringes (39) durch einen Proportionalmagneten (16, 17, 18, 19) pro Flügelzellenpumpe (10, 11, 12, 13).

Description

Hydraulische Kraftfahrzeugbremsanläge
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Kraft¬ fahrzeugbremsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Bremsanlage ist aus der DE 39 06 141 AI be¬ kannt. Bei dieser bekannten hydraulischen Bremsanlage mit Antiblockierregeleinrichtung ist eine mit den RadbremsZylin¬ dern verbundene steuerbare Hydraulikpumpe vorgesehen, die bei inaktiver Antiblockierregelung die Funktion der Bremskraftverstärkung und bei aktiver Antiblockierregelung die Funktion eines Druckmodulators übernimmt. Die bei einer Bremspedalbetätigung selbsttätig einschaltbare, steuerbare Hydraulikpumpe ist als nicht nur bezüglich ihrer Förderleistung, sondern auch bezüglich ihrer Förderrichtung steuerbare Flugelzellenpumpe ausgebildet und jeweils in die vom Hauptzylinder zu den Radbremsen führende Bremsleitung zwischengeschaltet, wobei ihre Förderrichtung mittels eines hydraulisch verstellbaren Hubringes verstellbar ist und während normaler Bremsbetätigung in Richtung der Radbremse und bei regelnd wirksamer Antiblockierregelung zum Druckabbau in Richtung Hauptzylinder weist. Da in einer blockiergeschützten Bremsanlage nicht alle Radbremsen gemeinsam geregelt werden, sondern je nach Art der Bremsanlage einzeln oder paarweise, sind mehrere solcher Pumpenanordnungen erforderlich.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bremsanlage der oben beschriebenen Art zu schaffen mit einer besonders preiswerten und raumsparenden Anordnung mehrerer solcher verstellbaren Fiugelzellenpumpen.
Diese Aufgabe wird gelöst mit Hilfe der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Da bei den beschriebenen Fiugel¬ zellenpumpen eine Verstellung der Förderrichtung und auch der Förderleistung bei konstanter Drehzahl möglich ist, las¬ sen sie sich besonders vorteilhaft von einem gemeinsamen Motor antreiben. Die Förderung jeder einzelnen Flugelzellen¬ pumpe kann dennoch individuell eingestellt werden.
Damit die Förderleistung jeder einzelnen Flugelzellenpumpe unabhängig von der anderen Flugelzellenpumpe ist, ist der Elektromotor vorteilhafterweise drehzahlstabilisiert.
Durch modularen Aufbau nach den Ansprüchen 3 bis 5 läßt sich diese Anordnung auch in unterschiedlichen Bremanlagen mit verschiedener Anzahl von geregelten Kreisen verwenden.
Da mindestens immer eine Flugelzellenpumpe vom Motor ange¬ trieben wird, kann diese erste Flugelzellenpumpe auch starr am Motor befestigt sein, wie in Anspruch 6 beschrieben.
Eine stufenlose Verstellung der einzelnen Hubringe nach An¬ spruch 7 erhöht die Regelgüte. Dabei stellen Proportional¬ magnete nach Anspruch 8 eine besonders einfache Lösung dar.
Durch eine elastische Vorspannung der Hubringe muß nicht ständig eine elektromagnetische Stellkraft auf den Hubring ausgeübt werden, wobei zweckmäßigerweise die durch die ela¬ stische Vorspannung festgelegte Förderrichtung in Richtung auf die Radbremsen weist, da diese Förderrichtung in den häufigeren Fällen der Pumpenbetätigung gebraucht wird. Mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, das in drei Figuren dargestellt ist, wird im folgenden der Erfin¬ dungsgedanke näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen pneumatisch angedeuteten hydraulischen Schalt¬ plan einer erfindungsgemäßen Bremsanlage,
Fig. 2 eine Pumpenanordnung für eine erfindungsgemäße Bremsanlage,
Fig. 3 eine einzelne Flugelzellenpumpe der Anordnung nach Fig. 2.
In Fig. 1 ist nur die hydraulische Schaltung angedeutet, nicht aber die räumliche Anordnung. Das heißt, daß die Lage der einzelnen Fiugelzellenpumpen nicht der tatsächlichen Anordnung entspricht.
Bei der dargestellten Bremsanlage handelt es sich um eine Zwei-Kreis-Bremsanlage mit diagonaler Bremskreisaufteilung. Da Bremskreise I und II identisch aufgebaut sind, gilt die folgende Beschreibung des Bremskreises I entsprechend auch für den Bremskreis II.
Der Hauptzylinder 1 steht bei unbetätigtem Bremspedal 3 mit dem Druckmittelbehälter 2 in Verbindung. An seine Druckkam¬ mern sind die Bremskreise I und II angeschlossen. In die Bremsleitung 4 ist jeweils ein Druckbegrenzungsventil einge¬ fügt. Zu den Radbremsen 6 und 7 hin teilt sich die Brems¬ leitung 4 in zwei BremsZweigleitungen 8 und 9 zu je einer Radbremse 6 bzw. 7 hin auf. In jeder BremsZweigleitung 8 und 9 ist eine Flugelzellenpumpe 10 bzw. 11 angeordnet. - 4 -
Eine Druckmessung erfolgt in der Bremsleitung 4, also ober¬ halb der Fiugelzellenpumpen 10 und 11 mittels eines Druck¬ spannungswandlers 14, der seine Signale einer elektronischen Auswerteeinheit 15 zuführt. Auch jeweils zwischen der Flu¬ gelzellenpumpe 10 bzw. 11 und der zugeordneten Radbremse 6 bzw. 7 wird der gemessene Druck auf gleiche Weise der elek¬ tronischen Auswerteeinheit zugeführt. Zusätzlich befindet sich an den Radbremsen 6 und 7 jeweils ein Drehzahlsensor zur Erfassung von kritischen Schlupfzuständen. Die einzelnen Fiugelzellenpumpen 10 und 11 werden über je einen Propor¬ tionalmagneten 16 bzw. 17 gesteuert, wobei die Steuersignale von der elektronischen Auswerteeinheit 15 erzeugt werden. Die zugehörigen elektrischen Zuleitungen sind der Übersicht¬ lichkeit halber nicht dargestellt.
Der genaue Aufbau der einzelnen Pumpen geht aus den Fig. 2 und 3 hervor.
In Fig. 2 ist die Motorwelle 22 des Elektromotors 21 ein¬ stückig gefertigt mit der Welle der ersten Flugelzellenpumpe 10. Die Wellen der zweiten Flugelzellenpumpe 11 und jeder weiteren Flugelzellenpumpe 12 und ggf. 13 sind als Wellen¬ stücke 23,24 und 25 ausgebildet. Sie sind jeweils identisch aufgebaut und über eine Steckverbindung mit der Motorwelle 22 verbindbar. Ihre Länge ist jeweils so bemessen, daß eine Welle der äußeren Pumpe, welche vom Elektromotor 21 ange¬ trieben wird, bündig mit dem Pumpengehäuse endet.
Da die erste Flugelzellenpumpe 10 an den Elektromotor 21 direkt angeflanscht ist, ist zwischen Elektromotor 21 und dieser Flugelzellenpumpe 10 nur ein Kugellager 27 für die Motorwelle 22 vorgesehen. Jeweils am anderen Ende des Elek¬ tromotors 21 und der Pumpe 10 ist ein weiteres Kugellager 26 - 5 -
bzw. 28 angeordnet. Alle weiteren Pumpen 11,12 und 13 sind identisch aufgebaut und weisen auf beiden Seiten jeweils ein Kugellager 29,31,33 bzw. 30,32,34 auf. Für den Fall, daß die gesamte Welle einstückig ausgebildet ist und die Pumpen sich in einem gemeinsamen Pumpenblock befinden, ist zwischen den einzelnen Pumpen jeweils nur eine Lagerung erforderlich.
Unterhalb der Fiugelzellenpumpen 10,11 und 12 ist eine elek¬ tronische Auswerteeinheit 15 dargestellt. Die Anordnung die¬ ser Auswerteeinheit ist aber nicht zwingend an dieser Stel¬ le. Eine günstige Alternative wäre auch die Anbringung ober¬ halb der Proportionalmagneten 16,17 und 18, da damit eine gesonderte Stromzuführung zu diesen Proportionalmagneten entfallen könnte.
In Fig. 3 ist eine Flugelzellenpumpe 10 im Schnitt darge¬ stellt. Der innere Aufbau der übrigen Fiugelzellenpumpen 11,12 und 13 ist identisch. Auf der zentralen Welle, welche hier von der Motorwelle 22 gebildet wird, ist der Rotor 35 befestigt, welcher elastisch nach außen vorgespannte Flügel 36 trägt. Diametral gegenüberliegend sind zwei Druckmittel¬ anschlüsse 37 und 38 angeordnet. Der Rotor 35 ist von einem zylindrischen Hubring 39 umgeben, welcher sich in einem zy¬ lindrischen Hohlraum ovalen Querschnitts senkrecht zur Ver¬ bindungsachse der Druckmittelanschlüsse 37 und 38 bewegen läßt. Um diese Verstellung zu ermöglichen, ist der Hubring 39 mit einem Magnetanker 40 verbunden, welcher über eine Druckfeder 41 vorgespannt ist, so daß der Hubring 39 eine Ruhelage am Rande des ovalen Hohlraumes einnimmt. In der Abbildung ist der Magnetanker 40 zum Proportionalmagneten 16 hin vorgespannt. Bei Bestromung des Proportionalmagneten 16 wird der Magnetanker 40 aus dem Magnetfeld verdrängt, so daß der Hubring 39 sich aus seiner Ruheposition herausbewegt. Auf diese Weise wird zunächst die Förderleistung der Pumpe herabgesetzt, bis der Hubring konzentrisch mit dem Rotor 35 vorliegt. Bei weiterer Verdrängung des Magnetankers 40 vom Proportionalmagneten 16 wird die Förderrichtung der Pumpe umgedreht, wobei die Förderleistung wieder von der Exzen¬ trizität des Hubringes abhängt. In der dargestellten Ruhela¬ ge des Hubringes 39 am oberen Ende des ovalen Hohlraumes und bei dargestellter Rotationsrichtung des Rotors gegen den Uhrzeigersinn ergibt sich eine Förderrichtung von rechts nach links. Bei einer Bremsanlage nach Fig. 1 ist darauf zu achten, daß der hier rechts dargestellte Druckmittelanschluß 37 an den Hauptzylinder 1 und der hier links dargestellte Druckmittelanschluß 38 an eine Radbremse angeschlossen ist, da in der Ruhelage eine Förderrichtung auf die Radbremse zu wünschenswert ist.
Da jede einzelne Flugelzellenpumpe individuell einstellbar ist, läßt sich auch eine radindividuelle Druckregelung vor¬ nehmen. Die Fiugelzellenpumpen können sowohl zur Bremskraft¬ verstärkung, zur Antiblockierregelung, zur Antriebsschlupf- regelung, zur elektronischen Bremskraftverteilung an den Hinterrädern, als Hill-Holder, zum automatischen Bremsen, zur Fahrstabilitätsregelung und anderen denkbaren Anwendun¬ gen von hydraulischen Bremsen eingesetzt werden. Lediglich die elektronische Signalverarbeitung muß den jeweiligen Auf¬ gaben angepaßt sein.
Grundsätzlich gilt, daß, wenn die Mittelachse des Hubringes 39 in Fig. 3 über der Mittelachse der Welle 22 liegt, eine Förderung von rechts nach links erfolgt, während, wenn die Mittelachse unterhalb der Wellenachse liegt, eine Förderung von links nach recht erfolgt. Bei koaxialer Anordnung von Hubring und Welle läuft die Flugelzellenpumpe 10 im Leer- lauf . Ob dabei zur Ansteuerung der Proportionalmagneten die Signale von Drehzahlsensoren oder von Druckspannungswandlern oder beides herangezogen wird, hängt von den jeweiligen Auf¬ gaben der Bremsanlage ab.
Bezugszeichenliste
1 Hauptzylinder
2 Druckmittelbehälter
3 Bremspedal
4 Bremsleitung
5 Druckbegrenzungsventil
6 Radbremse
7 Radbremse
8 Bremszweigleitung
9 Bremszweigleitung
10 Flugelzellenpumpe
11 Flugelzellenpumpe
12 Flugelzellenpumpe
13 Flugelzellenpumpe
14 Druckspannungswandler
15 elektronische Auswerteeinheit
16 Proportionalmagnet
17 Proportionalmagnet
18 Proportionalmagnet
19 Proportionalmagnet
20 Drehzahlsensor
21 Elektromotor
22 Motorwelle
23 Wellenstück
24 Wellenstück
25 Wellenstück
26 Kugellager
27 Kugellager
28 Kugellager
29 Kugellager Kugellager
Kugellager
Kugellager
Kugellager
Kugellager
Rotor
Flügel
Druckmittelanschluß
Druckmittelanschluß
Hubring
Magnetanker
Druckfeder

Claims

Patentansprüche
Hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage mit mindestens einer ersten und einer zweiten, mit zugeordneten Rad¬ bremsen (6,7) in Verbindung stehenden Fiugelzellenpumpen (10,11), die jeweils bezüglich ihrer Förderleistung und Förderrichtung durch Verstellung je eines Hubringes (39) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (35) der Fiugelzellenpumpen (10,11) über eine gemeinsame Welle (22,23) von einem Elektromotor (21) angetrieben werden.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (21) drehzahlstabilisiert ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Welle (22,23) in ihrer Länge aus einzelnen Stücken (22,23) zusammengesetzt ist.
Bremsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Fiugelzellenpumpen (10,11,12,13) und/oder die Wellenstücke (22,23,24,25) über Steckverbindungen anein¬ anderreihbar sind.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flugelzellenpumpe (10) starr mit dem Elektromotor (21) verbunden ist und ihre Welle einstückig mit der Motorwelle (22) gefertigt ist.
6. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder einzelne Hubring (39) unabhängig stufenlos verstellbar ist.
7. Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung über einen Proportionalmagneten (16,17,18,19) erfolgt.
8. Bremsanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Hubringe (39) durch elastische Mittel (41) auf eine Position hin vorgespannt sind, die einer För¬ derrichtung zu den Radbremsen (6,7) hin entspricht.
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