Betatigungsvorrichtung für eine elektrohydraulische Fahrzeug- bremsanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für eine elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem Notbremszylinder, der einen in einem Gehäuse verschiebbaren Kolben auf- weist und mittels eines Bremspedals betätigbar ist, und einer Simulationseinrichtung zum Simulieren eines Kraft-/Weg-Ver- haltens des Bremspedals, wobei die Simulationseinrichtung in Kraftrichtung vom Bremspedal zum Notbremszylinder in Reihe geschaltet hinter dem Notbremszylinder angeordnet ist. Ferner be- trifft die Erfindung eine elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlage mit einer derartigen Betätigungsvorrichtung.
Bei einer elektrohydraulischen Fahrzeugbremsanlage wird beispielsweise am Bremspedal ein Bremswunsch eines Fahrers erfaßt und in Abhängigkeit dieses Bremswunsches sowie gegebenenfalls weiterer Einflußgrößen durch ein (hier nicht weiter erläutertes) elektrohydraulisches System, das mit einer motorisch getriebenen Druckquelle ausgestattet ist, Bremsdruck an Bremsen der Fahrzeugbremsanlage aufgebracht.
Bei einem Ausfall des elektrohydraulischen Systems (beispielsweise bei einem Abfall der Versorgungsspannung im Fahrzeug) wird dieses inaktiv, was zu kritischen Fahrzuständen führen kann, da vom elektrohydraulischen System kein oder nur ein geringer Bremsdruck an den Bremsen aufgebracht werden kann. Damit auch in einem solchen Fall ein Abbremsen des Fahrzeuges zumindest mit einer gesetzlich vorgeschriebenen Mindestverzöge- rung vorgenommen werden kann, ist üblicherweise neben dem elektrohydraulischen System ein konventionelles hydraulisches Not- betätigungssystem vorgesehen.
In der DE 196 38 102 Cl ist eine Betatigungsvorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, bei der ein Hauptbremszylinder über ein Bremspedal betätigbar ist. Bei inaktivem elek- trohydraulischem System ist der Hauptbremszylinder durch Ven- tilanordnungen mit den Fahrzeugbremsen verbunden, um eine Notbetätigung der Bremsen auszuführen. Bei aktivem elektrohydrau- lische System ist der Hauptbremszylinder durch die Ventilanordnungen mit einer Simulationseinrichtung verbunden, die das für den Fahrer erlebbare Kraft-/ eg-Verhalten des Bremspedals entsprechend einer konventionellen, rein hydraulischen Fahrzeugbremsanlage simuliert. Für den Fall eines aktiven elektrohydraulischen Systems besteht eine ständige hydraulische Verbindung zwischen Druckkammern des Hauptbremszylinders und der Simulationseinrichtung. Die Simulationseinrichtung ist also in Kraftrichtung vom Bremspedal zum Hauptbremszylinder in Reihe geschaltet hinter diesem angeordnet. Dabei ist die Simulationseinrichtung dem hohen Druckniveau im Hauptbremszylinder ausgesetzt. Dies führt zu einer starken Belastung von Dichtelementen der Simulationseinrichtung, was deren Lebensdauer und somit die Sicherheit der Fahrzeugbremsanlage vermindert.
Ferner sind beim Betätigen der Si ulationseinrichtung die Rückstellkräfte von im Hauptbremszylinder angeordneten Federelementen zu überwinden, wodurch sich die Abstimmung des erlebbaren Kraft-/ eg-Verhaltens des Bremspedals vor allem für den anfänglichen Wegbereich mit geringer Kraft schwierig gestaltet.
Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn das elektrohydraulische System inaktiviert wird bzw. ausfällt, während das Bremspedal betätigt ist. In diesem Fall ist die der Fahrzeugbremse zuführbare Bremsfluidmenge um die Bremsfluidmenge verringert, die der Simulationseinrichtung bei noch aktivem elektrohydraulischem System zuvor zugeführt worden ist. Die Bremsleistung bei einer derartigen Notbetätigung ist dadurch eingeschränkt und der Bremsweg des Fahrzeugs unerwünscht lang.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Betätigungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß sie die genannten Nachteile überwindet.
Die Aufgabe ist erfindungsgemaß durch eine eingangs beschriebene Betätigungsvorrichtung für eine elektrohydraulische Fahrzeugbremsanlage gelöst, bei der sich der Notbremszylinder an der Simulationseinrichtung derart abstützt und sein Kolben relativ zum Gehäuse derart blockierbar ist, daß die Simulations- einrichtung durch den Notbremszylinder mechanisch betätigbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung ist die Simulationseinrichtung vom Notbre szylinder hydraulisch entkoppelt, so daß eine Beeinflussung durch den hohen Druck im Notbremszylinder, die sich nachteilig auswirken würde, ausgeschlossen ist. Die Simulationseinrichtung kann im Vergleich zu dem Notbremszylinder auf einem erheblich niedrigeren Druckniveau betrieben werden, wodurch Dichtelemente der Simulationseinrich- tung weniger stark belastet werden.
Durch die hydraulische Entkopplung ist beispielsweise auch eine pneumatisch gefederte Simulationseinrichtung möglich. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Simulationseinrichtung nicht unbe- dingt hydraulisch gedämpft sein muß, sondern als eine Simulationseinrichtung mit einer rein mechanischen Federanordnung ge- " staltet sein kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsge äßen Betäti- gungsvorrichtung sieht vor, daß der Notbremszylinder sich mit seinem Gehäuse an der Simulationseinrichtung abstützt und sein Kolben durch das Bremspedal betätigbar ist. Somit kann die Kopplung zwischen Bremspedal und Notbremszylinder in herkömmlicher Weise ausgebildet sein. Alternativ kann auch das Gehäuse des Notbremszylinders durch das Bremspedal bewegt und der Kolben sich an der Simulationseinrichtung abstützen.
Vorteilhaft ist die Betatigungsvorrichtung weitergebildet, indem die Simulationseinrichtung einen Anschlag aufweist, der gegen die Wirkung wenigstens einer Federanordnung bewegbar ist. Eine derartige Weiterbildung ermöglicht eine Simulationsein- richtung, die ausschließlich mechanisch betätigt ist.
Alternativ oder kombiniert mit der zuletzt beschriebenen Weiterbildung kann die Simulationseinrichtung eine Wand aufweisen, die gegen die Wirkung einer hydraulischen Dämpfung bewegbar ist. Mit einer derartigen Simulationseinrichtung ist eine besonders präzise Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens eines Bremspedals möglich.
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, daß der Anschlag bzw. die Wand der Simulationseinrichtung mit dem Gehäuse des Notbremszylinders fest verbunden ist und der Notbremszylinder in einem Gehäuse der Simulationseinrichtung beweglich geführt ist. Vorteilhaft ist dabei, daß die Betätigungsvorrichtung sehr kompakt baut, weil der Notbremszylinder und die Simulationsein- richtung ineinander verschiebbar ausgestaltet sind, so daß verhältnismäßig wenig Einbauraum benötigt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß die Wand das Gehäuse der Simulationseinrichtung in zwei Arbeitskammern teilt, die mittels wenigstens einer Ventilanordnung gedrosselt verbindbar, ungedrosselt verbindbar oder gegeneinander absperrbar" sind. Durch eine derartige Ventilanordnung ist die von der Simulationseinrichtung einer Betätigung des Bremspedals entgegengesetzte Kraft für verschiedene Wegbereiche des Bremspedals an- paßbar.
Indem bei einer vorteilhaften Gestaltung die in den Arbeitskammern der Wand jeweils zugeordneten wirksamen Arbeitsflächen gleich groß sind, ist ein Verschieben der Wand im Gehäuse der Simulationseinrichtung möglich, bei dem das Volumen beider Arbeitskammern zusammen gleich bleibt, so daß kein Hydraulikfluid von außerhalb der Simulationseinrichtung zugeführt werden muß.
Vorteilhaft weitergebildet ist die Betatigungsvorrichtung ferner, indem eine der Arbeitskammern mit einem Reservoir für Hydraulikfluid verbunden ist. Somit ist es möglich, das aus der Arbeitskammer verdrängte Hydraulikfluid in das Reservoir zu fördern und gegebenenfalls auf eine zweite Arbeitskammer zu verzichten.
Eine weitere vorteilhafte Gestaltung sieht vor, daß in einer Leitung zwischen der mit dem Reservoir verbundenen Arbeitskammer und dem Reservoir ein Ventil so angeordnet ist, daß bei aktivem elektrohydraulischem System die Verbindung gesperrt wird, wenn das Bremspedal betätigt wird, und die Verbindung geöffnet wird, wenn die Betätigung des Bremspedals zurückgenommen wird. Durch dieses Ventil, daß beispielsweise als Rückschlagventil ausgebildet sein kann, wird ein Ausströmen von Hydraulikfluid in das Reservoir verhindert, damit das Hydraulikfluid ausschließlich in die zweite Arbeitskammer strömt, wobei die Strömung entsprechend der angestrebten Simulation gedrosselt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung, bei der durch das Gehäuse des Notbremszylinders und dessen Kolben wenigstens eine Druckkammer gebildet ist, die mit einem Reservoir für Brems- fluid verbunden ist, und bei der das oben genannte Reservoir für Hydraulikfluid mit dem Reservoir für Bremsfluid identisch ist, kann auf ein separates Reservoir für Hydraulikfluid in der Fahrzeugbremsanlage verzichtet werden.
Indem die Simulationseinrichtung relativ zu einer Lagerung des Bremspedals ortsfest angeordnet ist, ist das simulierte Kraft-/ Weg-Verhhalten ausschließlich von der Bewegung des Bremspedals und der Steifheit der Blockierung des Kolbens im Gehäuse des Notbremszylinders abhängig.
Bei einer vorteilhaften Verwendung einer erfindungsgemäßen Betatigungsvorrichtung in einer Fahrzeugbremsanlage, weist letztere ein elektrohydraulisches System zum Betätigen wenigstens
einer Fahrzeugbremse auf, wobei der Kolben des Notbremszylinders bei aktivem elektrohydraulischem System blockiert ist, so daß beim Betätigen des Bremspedals ausschließlich die Simulationseinrichtung betätigt wird. Es ist jedoch auch möglich, daß bei aktivem elektrohydraulischem System der Kolben im Notbremszylinder teilweise bewegt wird, um ebenfalls bei der Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens des Bremspedals mitzuwirken.
Ferner ist es bei inaktivem elektrohydraulischem System vor- teilhaft, daß die Simulationseinrichtung blockiert ist, so daß sich beim Betätigen des Bremspedals ausschließlich der Kolben des Notbremszylinders bewegt. Hier ist es alternativ möglich, eine hydraulische Simulationseinrichtung als Unterstützung für den Notbremszylinder einzusetzen, wobei durch die Simulations- einrichtung ebenfalls Hydraulikdruck aufgebracht wird.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge äßen Betätigungsvorrichtung wird im folgenden mit Bezug auf die beigefügte einzige Zeichnung erläutert, deren Fig. schematisch eine Fahrzeugbrems- anläge mit der im Längsschnitt dargestellten Betatigungsvorrichtung zeigt.
Die Betätigungsvorrichtung ist im wesentlichen rotationssy e- trisch in Bezug auf eine Achse A aufgebaut. Sie umfaßt einen Notbremszylinder 2, mit einem Gehäuse 21, in dem zwei axial verschiebbare und hintereinander angeordnete Kolben 24 und 25 angeordnet sind. Der Kolben 25 ragt aus dem Gehäuse 21, ist mit einem Bremspedal 1 mittelbar bzw. unmittelbar gekoppelt und durch dieses betätigbar. Das Gehäuse 21 und die Kolben 24 sowie 25 begrenzen zwei Druckkammern 22 bzw. 23.
Der Kolben 24 ist als Schwimmkolben ausgeführt und über eine zwischen den Kolben 24 und 25 angeordnete Feder 29 mit dem Bremspedal 1 gekoppelt. Dabei ist der Kolben 24 durch eine sich am Gehäuse 21 abstützende Feder 28 gestützt.
Die Druckkammern 22 und 23 sind mit einem Reservoir 7 für Bremsfluid über Leitungen und je ein in einem Kolben 24 und 25 angeordnetes Zentralventil 26 bzw. 27 verbindbar. Die Zentralventile 26 und 27 sind als Rückschlagventile ausgebildet, die bei unbetätigtem Bremspedal 1 geöffnet sind, so daß die Druckkammern 22 und 23 mit dem Reservoir 7 verbunden sind und Bremsfluid in sie einströmen kann. Wird das Bremspedal 1 betätigt, so schließen sich die Zentralventile 26 und 27 aufgrund des in den Druckkammern 22 bzw. 23 erzeugten Drucks, die Verbindung mit dem Reservoir 7 wird unterbrochen und in den Druckkammern 22 bzw. 23 Bremsdruck aufgebaut.
Die Druckkammern 22 und 23 des Notbremszylinders 2 stehen über je ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 81 bzw. 82 mit je einer Bremse 31 bzw. 32 in Verbindung. Die Absperrventile 81 und 82 sind in eine Grundstellung (in der Zeichnung dargestellt) federnd vorgespannt, in der sie geöffnet sind. In einer betätigten Stellung sind die Absperrventile 81 und 82 geschlossen.
Der Notbremszylinder 2 ist durch sein Gehäuse 21 in einem Gehäuse 41 einer Simulationseinrichtung 4, in Form eines Simula- tionszylinders, in Richtung längs der Achse A verschiebbar gelagert. Die Simulationseinrichtung 4 ist hier ortsfest in einem (nicht weiter veranschaulichten Fahrzeug) angeordnet. Am äußeren Umfang des Gehäuses 21 ist eine bewegliche Wand 5 (oder alternativ ein Anschlag bzw. Bund) befestigt oder einstückig ausgebildet, die das Gehäuse 41 in zwei Arbeitskammern 42 sowie 43 unterteilt. Die Arbeitskammern 42 und 43 sind mittels Dichtele- menten 44 und 46 zwischen dem Gehäuse 21 und dem Gehäuse 41 sowie einem Dichtelement 45 zwischen der Wand 5 und dem Gehäuse 41 abgedichtet.
Zur Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens des Bremspedals 1 ist unter anderem zwischen dem Gehäuse 41 und der Wand 5 ein Federelement 6 vorgesehen, das einer Bewegung der Wand 5 (bezogen auf die Fig. nach links, was der Betätigungsrichtung des Brems-
pedals 1 entspricht) entgegenwirkt. Das Federelement 6 weist eine progressive Federkennlinie auf, um das Kraft-/Weg-Ver- halten besonders realistisch zu simulieren. Statt eines Feder- elementes können alternativ auch mehrere parallel und/oder se- riell geschaltete Federelemente als Federanordnung eingesetzt werden, um die gewünschte Federkennlinie zu realisieren.
Die Simulationseinrichtung 4 wird außer durch das Federelement 6 auch hydraulisch gedämpft. Dazu ist die Arbeitskammer 42 wahlweise mit einem weiteren Reservoir 7 ~ für Hydraulikfluid verbindbar. Es besteht die Möglichkeit das Reservoir 7 und das weitere Reservoir 7" zu einem gemeinsamen Reservoir zusammenzufassen, so daß auch die Simulationseinrichtung 4 mit Bremsfluid versorgt wird.
Die Arbeitskammern 42 und 43 der Simulationseinrichtung 4 sind durch eine Leitung verbunden, in der eine elektromagnetisch betätigbare Duchlaßventilanordnung 9 angeordnet ist. Die Durchlaßventilanordnung 9 ist in eine Grundstellung vorgespannt, in der sie geschlossen ist, und in eine Betätigungsstellung überführbar, in der sie durchläßt.
Befindet sich die Durchlaßventilanordnung 9 in ihrer durchlassenden Betätigungsstellung, so wird bei einer Betätigung des Bremspedals 1 die Wand 5 (bezogen auf die Fig. nach links) gegen das Federelement 6 verschoben, wobei sich das Volumen der" Arbeitskammer 42 verkleinert und gleichzeitig das Volumen der Arbeitskammer 43 vergrößert. Dadurch wird Hydraulikfluid aus der Arbeitskammer 42 in die Arbeitskammer 43 verdrängt. Um zu verhindern, daß dabei Hydraulikfluid in das Reservoir 1 " zurückströmt, ist in der Leitung zwischen der Arbeitskammer 42 und dem Reservoir 7 ein Rückschlagventil 10 angeordnet, das nur in einer Durchlaßrichtung von dem Reservoir 7~ zu der Arbeitskammer 42, jedoch nicht in entgegengesetzter Richtung, öffnet.
In der durchlassenden Betätigungsstellung stellt die Ventilanordnung 9 eine Drossel 91 bereit, zu der ein Rückschlagventil 92 parallelgeschaltet ist. Dabei ist die Durchlaßrichtung des Rückschlagventils 92 so gewählt, daß bei einer Betätigung des Bremspedals 1 - wenn Hydraulikfluid von der Arbeitskammer 42 zu der Arbeitskammer 43 strömt - ein Durchlaß nur durch die Drossel 91 besteht. Bei einer Betätigung des Bremspedals 1 ist die Strömung des Hydraulikfluids zwischen den Arbeitskammern 42 und 43 dadurch gedrosselt, was einer hydraulischen Dämpfung ent- spricht. Damit ist die Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens des Bremspedals 1 beim Betätigen besonders realistisch gestaltet.
Demgegenüber ist beim Zurücknehmen der Betätigung des Bremspedals 1 die Drossel 91 durch das in diesem Fall durchlassende Rückschlagventil 92 überbrückt, so daß eine ungedrosselte Verbindung zwischen den Arbeitskammern 42 und 43 besteht. Somit stellt sich beim Betätigen des Bremspedals 1 ein stärker gedämpftes Kraft-/Weg-Verhalten als beim Zurücknehmen der Betätigung ein. Dabei ist das Maß der Dämpfung durch Bemessen der Drossel 92 (insbesondere deren Strömungsquerschnitts) veränderbar.
Sofern eine besonders angepaßte Dämpfung des Kraft-/Weg-Ver- haltens auch bei Zurücknahme der Betätigung des Bremspedals 1 gewünscht ist, kann eine weitere Drossel zum Rückschlagventil
92 in Serie geschaltet sein. In diesem Zusammenhang bietet sich auch die Verwendung einer Ventilanordnung 9 an, deren Strö- mungsquerschnitt in der durchlassenden Betätigungsstellung variabel einstellbar ist.
Damit die Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens des Bremspedals 1 nicht durch an der Wand 5 wirkende Differenzdruckkräfte nachteilig beeinträchtigt wird, sind die den Arbeitskammern 42 und 43 an der Wand 5 jeweils zugeordneten Arbeitsflächen 42a bzw. 43a gleich groß. Dadurch erfolgt eine druckausgeglichene Verschiebung der Wand 5 in der Simulationseinrichtung 4, bei der die aus der Arbeitskammer 42 ausströmende Hydraulikfluidmenge
genau der in die Arbeitskammer 43 eingesaugten Hydraulikfluidmenge entspricht.
Die Betätigungsvorrichtung funktioniert folgendermaßen:
Bei aktivem (fehlerfreiem) elektrohydraulischem System (nicht dargestellt) sind die Absperrventile 81 und 82 betätigt, so daß die Leitungen zwischen den Druckkammern 22 bzw. 23 des Notbremszylinders 2 und den Bremsen 31 bzw. 32 abgesperrt sind. In diesem Fall wird der Bremsdruck an den Bremsen 31 und 32 über das elektrohydraulische System eingestellt. Gleichfalls ist die Ventilanordnung 9 betätigt, um eine Verbindung durch die Leitung zwischen den Arbeitskammern 42 und 43 der Simulationseinrichtung 4 herzustellen.
Beim Betätigen des Bremspedals 1 sperren die Zentralventile 26 und 27 die Leitungen zum Reservoir 7. Wie oben beschrieben sind die Absperrventile 81 und 82 bei aktivem elektrohydraulischem System in ihrer absperrenden Betätigungsstellung, so daß die Druckkammern 22 bzw. 23 des Notbremszylinders 2 hydraulisch abgeschlossen sind. Der Notbremszylinder 2 - d.h. dessen Kolben 24 oder 25 in dem Gehäuse 21 - ist dadurch blockiert. Eine Betätigung des Bremspedals 1 bewirkt damit ausschließlich eine Verschiebung des Gehäuses 21 des Notbremszylinders 2 in dem Ge- häuse 41 der Simulationseinrichtung 4, wobei die Wand 5 bezogen auf die Fig. nach links bewegt wird.
Somit findet die Simulation des Kraft-/Weg-Verhaltens des Bremspedals 1 vollkommen hydraulisch entkoppelt von einer Betä- tigung des Notbremszylinders 2 statt, wodurch eine nachteilige Beeinträchtigung durch Reaktionskräfte ausgeschlossen wird. Vor allem ist eine Belastung der Dichtelemente 44, 45 und 46 durch den hohen im Notbremszylinder 2 erzeugten Druck ausgeschlossen.
Tritt nun ein Fehler in dem elektrohydraulischen System auf, so wird die Betätigung der Absperrventile 81 und 82 sowie der Ventilanordnung 9 zurückgenommen, um das elektrohydraulische Sy-
- l i ¬
sten, zu inaktivieren und das Notbetätigungssystem zu aktivieren. Dieser Zustand entspricht den Grundstellungen der Absperrventile 81 und 82 sowie der Ventilanordnung 9, so daß er auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung selbsttätig eingenom- men wird.
Bei inaktivem elektrohydraulischem System ist somit je eine Verbindung der Druckkammern 22 und 23 des Notbremszylinders 2 mit den Bremsen 31 bzw. 32 hergestellt. Die Leitung zwischen den Arbeitskammern 42 und 43 der Simulationseinrichtung 4 ist abgesperrt, weil sich hierbei die Ventilanordnung 9 in ihrer absperrenden Stellung befindet. Die Arbeitskammern 42 und 43 sind dadurch hydraulisch abgeschlossen, so daß die Wand 5 in dem Gehäuse 41 der Simulationseinrichtung 4 blockiert ist. Da- her bewirkt ein Betätigen des Bremspedals 1 in diesem Fall ausschließlich eine Verschiebung der Kolben 24 und 25 im Gehäuse 21 des Notbremszylinders 2, wobei der Notbremszylinder 2 derart betätigt wird, daß an den Bremsen 31 und 32 Bremsdruck aufgebracht wird. Somit findet die Notbetätigung vollkommen entkop- pelt von der Simulation des Kra t-/Weg-Verhaltens des Bremspedals 1 statt, wodurch jegliche nachteilige Beeinträchtigung der Bremsleistung bei einer Notbetätigung ausgeschlossen ist.