WO2001028832A1 - Betätigungseinheit für eine radbremse eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Betätigungseinheit für eine radbremse eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2001028832A1
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Guenter Wolff
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2121/02—Fluid pressure

Definitions

  • the invention relates to an actuating unit according to the preamble of patent claim 1.
  • Such an actuation unit for a wheel brake of a motor vehicle is already known (DE 195 27 936 AI), in which an electric motor which can be varied in speed drives a gear pump which releases pressure medium from a
  • the known actuation unit is disadvantageous in that there is always a pressure medium-conducting connection to the reservoir when the brake is actuated.
  • the actuation unit is therefore not a closed hydraulic system, which represents a considerable lack of safety.
  • the reservoir must be of a relatively large size in order to provide a sufficient volume of pressure medium when the brake lining is badly worn.
  • the actuation unit according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that its functional reliability is increased because a closed hydraulic system is present.
  • the same pressure medium volumes are always exchanged between the cylinder chamber of the cylinder-piston unit and the cylinder chamber on the side facing away from the brake lining.
  • the changed piston position is compensated in this way even if the brake lining wears. If the hydraulic system is completely sealed, there is no need to add pressure medium. This simplifies the maintenance of the actuation unit, which is four times available in a car, for example.
  • the actuating unit can also be mounted on the vehicle filled with pressure medium.
  • An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing as a circuit diagram of an actuation unit for a wheel brake of a motor vehicle and is explained in more detail in the following description.
  • a motor vehicle not shown in the drawing, is equipped on its wheels with an actuating unit 1 for a wheel brake 2.
  • the actuating unit 1 shown as a circuit diagram has a cylinder-piston unit 3, the cylinder 4 of which is penetrated in its entire length by a piston rod 5.
  • a piston 6 arranged on this is formed with the same surfaces on both sides.
  • the piston 6 separates two cylinder spaces 7 and 8 filled with a hydraulic pressure medium from one another in the cylinder 4.
  • the piston rod 5 of the cylinder-piston unit 3 acts on at least one brake pad 9, which can be pressed against and lifted off from a friction element 10 connected to a vehicle wheel, in the case of a disk brake a brake disk.
  • the actuating unit 1 includes a hydraulic pump 14 which can be driven by an electric motor 13 to vary its speed. This is on its suction side 15 by a suction line 16 with the cylinder chamber 7 on the brake lining side and on its pressure side 17 by a
  • a return line 19 is provided, which connects the pressure line 18 to the suction line 16 and in which a 2/2-way valve 20 is arranged, which assumes its open position in a spring-actuated manner and can be controlled electromagnetically in its blocking position and in any intermediate positions.
  • the suction side 15 of the pump 14 is connected to a small-volume pressure medium expansion tank 21 which is sealed from the atmosphere by an air and moisture-tight membrane 22.
  • a measuring transducer 23, hereinafter referred to as a pressure sensor is connected to the pressure line 18 to measure the pressure in the cylinder chamber 8 facing away from the brake lining.
  • the actuation unit 1 and the actuation units assigned to the other vehicle wheels can be controlled by the vehicle driver by means of a brake pedal 26, the pedal travel of which can be detected by a transducer 27, hereinafter referred to as a travel sensor.
  • a transducer 27 hereinafter referred to as a travel sensor.
  • an electronic control unit 28 is provided, with which the signal representing an electrical braking request signal of the displacement sensor 27 can be processed. With the control unit 28, the electric motor 13 and the directional control valve 20 are all
  • Actuating units 1 of the vehicle controllable Furthermore, the signals measured by the pressure sensors 23 of the actuation units 1 can be processed in the control unit 28.
  • the control unit 28 contains slip-dependent signals, which are detected on the vehicle wheels with wheel sensors (not shown), for the purpose of slip control, e.g. Can be processed for a brake lock protection, traction control or driving stability control of the vehicle.
  • the actuation unit 1 has the following functionality:
  • the control unit 28 puts the electric motor 13 of the pump 14 into operation and the directional control valve 20 is switched into its blocking position.
  • the pump 14 draws in pressure medium from the cylinder chamber 7 on the brake lining side and conveys this into the cylinder chamber 8 of the cylinder-piston unit 3 facing away from the brake lining.
  • the piston 6 with piston rod 5 is shifted to the left in the drawing and the at least one brake lining 9 against the friction element 10 pressed depending on the pump pressure.
  • the variable-speed control of the electric motor 13 can Pressure rise rate can be set depending on the course of the brake request signal.
  • the pressure acting in the cylinder space 8 is detected by the pressure sensor 23 and its signal processed in the control unit 28.
  • the directional control valve 20 is controlled into an intermediate position so that the pressure medium conveyed by the pump 14 is discharged through the return line 13 to the suction side 15 of the pump while maintaining the brake pressure.
  • the intermediate position of the directional control valve 20 is changed or this is switched to its open position. Due to the elasticity of the wheel brake 2, the piston 6 is reset and the pressure medium derived from the cylinder chamber 8 facing away from the brake lining is returned to the cylinder chamber 7 on the brake lining side.
  • the gradient for pressure build-up and pressure reduction in the cylinder chamber 8 can be controlled. Furthermore, it is possible with the actuating unit 1 to control the brake pressure for the purpose of slip control when starting and braking, for driving stability control and for driver-independent braking.
  • the pressure medium expansion tank 21 is not required per se, since the hydraulic system described is a is closed and when braking only pressure medium between the two cylinder spaces 7 and 8 is exchanged.
  • the expansion tank 21 can be used to replace lost pressure medium at sealing points of the cylinder-piston unit 3 or the pump 14 or to compensate for heat-related volume fluctuations in the pressure medium in the system.
  • the actuation unit 1 is a system that is self-sufficient for each vehicle wheel. Each is advantageous
  • Actuating unit of the vehicle to a separate energy supply or groups of actuating units are connected to separate energy supplies. In the event of a power supply failure, the remaining actuation units remain functional.

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Abstract

Eine Betätigungseinheit (1) für eine Radbremse (2) eines Kraftfahrzeugs weist eine durch einen Elektromotor (13) drehzahlveränderlich antreibbare hydraulische Pumpe (14) sowie ein einen Druckmittel-Rückstrom zu der Pumpe einstellendes Element (20) auf, welches zwischen der Druckseite (17) und der Saugseite (15) der pumpe (14) angeordnet ist. Ausserdem ist eine Zylinder-Kolben-Einheit (3) mit einem Kolben (6) mit beiderseits gleichen Flächen sowie einem Zylinder (4) mit beiderseits des Kolbens angeordneten Zylinderräumen (7, 8) vorgesehen. Zum Anpressen eines Bremsbelags (9) gegen ein mit einem Fahrzeugrad verbundenes Reibelement (10) ist die Pumpe (14) saugseitig mit dem bremsbelagseitigen Zylinderraum (7) und druckseitig mit dem bremsbelagabgewandten Zylinderraum (8) verbunden. Der Betätigungseinheit (1) ist ein Steuergerät (28) zugeordnet, mit dem ein elektrisches Bremsanforderungssignal verarbeitbar sowie der Elektromotor (13) und das Element (20) steuerbar sind.

Description

Betätigungseinheit für eine Radbremse eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Betätigungseinheit nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Es ist schon eine solche Betätigungseinheit für eine Radbremse eines Kraftfahrzeugs bekannt (DE 195 27 936 AI) , bei der ein drehzahlveränderlich steuerbarer Elektromotor eine Zahnradpumpe antreibt, welche Druckmittel aus einem
Vorratsbehälter ansaugt und in eine Zylinder-Kolben-Einheit fördert, mit deren Kolben ein Bremsbelag gegen ein mit einem Fahrzeugrad verbundenes Reibelement preßbar ist. Druckseitig der Pumpe ist eine Drossel vorgesehen, mit der eine Verbindung zum Vorratsbehälter steuerbar ist. Durch entsprechende Steuerung von Pumpenantrieb und Drossel mittels einer elektronischen Bremsregelung sollen Druckaufbau, Druckhalten und Druckabbau in der Zylinder- Kolben-Einheit verwirklicht werden.
Die bekannte Betätigungseinheit ist insofern nachteilig, da bei einer Bremsbetätigung stets eine druckmittelleitende Verbindung zum Vorratsbehälter besteht. Damit ist die Betätigungseinheit kein geschlossenes hydraulisches System, was einen erheblichen Sicherheitsmangel darstellt. Außerdem muß der Vorratsbehälter relativ groß bemessen sein, um bei stark verschlissenem Bremsbelag ein ausreichendes Druckmittelvolumen bereitzustellen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Betätigungseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß deren Funktionssicherheit erhöht ist, weil ein geschlossenes hydraulisches System vorliegt. Bei einem Bremsvorgang werden nämlich stets die gleichen Druckmittelvolumina zwischen dem bremsbelagseitigen und dem bremsbelagabgewandten Zylinderraum der Zylinder-Kolben-Einheit ausgetauscht. Auch bei Verschleiß des Bremsbelags wird die veränderte Kolbenstellung auf diese Weise ausgeglichen. Bei völliger Dichtheit des hydraulischen Systems ist ein Nachfüllen von Druckmittel überflüssig. Dies vereinfacht die Wartung der zum Beispiel bei einem Pkw vierfach vorhandenen Betätigungseinhei . Auch kann die Betätigungseinheit bereits mit Druckmittel gefüllt am Fahrzeug montiert werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Betätigungseinheit möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als Schaltplan einer Betätigungseinheit für eine Radbremse eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Kraftfahrzeug ist an seinen Rädern jeweils mit einer Betätigungseinheit 1 für eine Radbremse 2 ausgestattet . Die als Schaltschema wiedergegebene Betätigungseinheit 1 weist eine Zylinder- Kolben-Einheit 3 auf, deren Zylinder 4 in seiner gesamten Länge von einer Kolbenstange 5 durchdrungen ist . Ein auf dieser angeordneter Kolben 6 ist mit beiderseits gleichen Flächen ausgebildet. Der Kolben 6 trennt im Zylinder 4 zwei mit einem hydraulischen Druckmittel gefüllte Zylinderräume 7 und 8 voneinander ab. Die Kolbenstange 5 der Zylinder- Kolben-Einheit 3 wirkt auf wenigstens einen Bremsbelag 9 ein, der gegen ein mit einem Fahrzeugrad verbundenes Reibelement 10, bei einer Scheibenbremse eine Bremsscheibe, preßbar und von diesem abhebbar ist .
Zu der Betätigungseinheit 1 gehört eine durch einen Elektromotor 13 drehzahlveränderlich antreibbare hydraulische Pumpe 14. Diese steht auf ihrer Saugseite 15 durch eine Saugleitung 16 mit dem bremsbelagseitigen Zylinderraum 7 und auf ihrer Druckseite 17 durch eine
Druckleitung 18 mit dem bremsbelagabgewandten Zylinderraum 8 der Zylinder-Kolben-Einheit 3 in druckmittelleitender Verbindung. Außerdem ist eine Rückführleitung 19 vorgesehen, welche die Druckleitung 18 mit der Saugleitung 16 verbindet und in der ein 2/2-Wegeventil 20 angeordnet ist, welches federbetätigt seine Durchlaßstellung einnimmt und elektromagnetbetätigt in seine Sperrstellung sowie in beliebige Zwischenstellungen steuerbar ist. Ferner steht die Saugseite 15 der Pumpe 14 mit einem kleinvolumigen Druckmittel-Ausgleichsbehälter 21 in Verbindung, der durch eine luft- und feuchtigkeitsdichte Membrane 22 gegen Atmosphäre abgedichtet ist. Schließlich ist an die Druckleitung 18 ein der Messung des Druckes im bremsbelagabgewandten Zylinderraum 8 dienender Meßumformer 23, nachfolgend als Drucksensor bezeichnet, angeschlossen. Die Betätigungseinheit 1 sowie den weiteren Fahrzeugrädern zugeordnete Betätigungseinheiten sind vom Fahrzeugführer mittels eines Bremspedals 26 ansteuerbar, dessen Pedalweg mit einem Meßumformer 27, nachfolgend als Wegsensor bezeichnet, erfaßbar ist. Darüber hinaus ist ein elektronisches Steuergerät 28 vorgesehen, mit dem das ein elektrisches Bremsanforderungssignal des Wegsensors 27 darstellende Signal verarbeitbar ist. Mit dem Steuergerät 28 sind der Elektromotor 13 und das Wegeventil 20 aller
Betätigungseinheiten 1 des Fahrzeugs steuerbar. Desweiteren sind die von den Drucksensoren 23 der Betätigungseinheiten 1 gemessenen Signale im Steuergerät 28 verarbeitbar. Schließlich sind in dem Steuergerät 28 schlupfabhängige Signale, welche mit nicht dargestellten Raddrehfühlern an den Fahrzeugrädern erfaßt werden, zum Zwecke der Schlupfregelung z.B. für eine Bremsblockierschutz-, Antriebsschlupfschütz- oder Fahrstabilitätssteuerung des Fahrzeugs verarbeitbar.
Die Betätigungseinheit 1 hat folgende Funktionsweise:
Mit der Erzeugung eines Bremsanforderungssignals, sei es durch Bremspedalbetätigung oder die nicht näher beschriebene Radschlupfsteuerung des Fahrzeugs, werden vom Steuergerät 28 der Elektromotor 13 der Pumpe 14 in Betrieb gesetzt und das Wegeventil 20 in seine Sperrstellung geschaltet. Die Pumpe 14 saugt aus dem bremsbelagseitigen Zylinderraum 7 Druckmittel an und fördert dieses in den bremsbelagabgewandten Zylinderraum 8 der Zylinder-Kolben- Einheit 3. Der Kolben 6 mit Kolbenstange 5 wird in der Zeichnung nach links verschoben und der wenigstens eine Bremsbelag 9 gegen das Reibelement 10 in Abhängigkeit vom Pumpendruck gepreßt. Dabei kann mittels der drehzahlveränderlichen Steuerung des Elektromotors 13 die Druckeinstiegsgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Verlauf des Bremsanforderungssignal eingestellt werden. Der im Zylinderraum 8 wirkende Druck wird vom Drucksensor 23 erfaßt und dessen Signal im Steuergerät 28 verarbeitet. Mit Erreichen des vom Bremsanforderungssignal abhängigen Drucks im Zylinderraum 8 wird das Wegeventil 20 in eine Zwischenstellung gesteuert, so daß unter Aufrechterhaltung des Bremsdruckes das von der Pumpe 14 geförderte Druckmittel durch die Rückführleitung 13 zur Saugseite 15 der Pumpe abgeleitet wird. Zur Verringerung und gegebenenfalls dem völligen Abbau des Drucks im Zylinderraum 8 wird die Zwischenstellung des Wegeventils 20 verändert oder dieses in seine Durchlaßstellung geschaltet. Aufgrund der Elastizität der Radbremse 2 wird der Kolben 6 zurückgestellt und das aus dem bremsbelagabgewandten Zylinderraum 8 abgeleitete Druckmittel in den bremsbelagseitigen Zylinderraum 7 zurückgeführt .
Während der gesamten Dauer der Bremsung ist der Elektromotor 13 eingeschaltet und die Pumpe 14 fördert ständig
Druckmittel. Je nach Druckmittelbedarf im bremsbelagabgewandten Zylinderraum 8 der Zylinder-Kolben- Einheit 3 wird der durch die Rückführleitung 19 fließende Druckmittel-Rückstrom zur Pumpe mittels des Wegeventils 20 eingestellt. Dabei kann mit dem Wegeventil 20 im
Zusammenwirken mit der Pumpe 14 der Gradient für Druckaufbau und Druckabbau im Zylinderraum 8 gesteuert werden. Desweiteren ist es mit der Betätigungseinheit 1 möglich, den Bremsdruck zum Zwecke der Schlupfsteuerung beim Anfahren und Bremsen, zur Fahrstabilitätssteuerung sowie zum fahrerunabhängigen Bremsen zu steuern.
Für den Betrieb der Betätigungseinheit 1 ist der Druckmittel-Ausgleichsbehälter 21 an und für sich nicht erforderlich, da das beschriebene hydraulische System ein geschlossenes ist und bei einer Bremsung lediglich Druckmittel zwischen den beiden Zylinderräumen 7 und 8 ausgetauscht wird. In der Praxis kann der Ausgleichsbehälter 21 benutzt werden, um an Dichtstellen der Zylinder-Kolben- Einheit 3 oder der Pumpe 14 verlorengegangenes Druckmittel zu ersetzen oder wärmebedingte Volumenschwankungen des im System befindlichen Druckmittels auszugleichen.
Die Betätigungseinheit 1 ist ein für jedes Fahrzeugrad autarkes Systems. Vorteilhafterweise ist jede
Betätigungseinheit des Fahrzeugs an eine separate Energieversorgung oder sind Gruppen von Betätigungseinheiten an separate Energieversorgungen angeschlossen. Beim Ausfall einer Energieversorgung bleiben die übrigen Betätigungseinheiten funktionsfähig.

Claims

Ansprüche
1. Betätigungseinheit (1) für eine Radbremse (2) eines Kraftfahrzeugs ,
- mit einer durch einen Elektromotor (13) drehzahlveränderlich antreibbaren hydraulischen Pumpe (14) ,
- mit einem zwischen der Druckseite (17) und der Saugseite (15) der Pumpe (14) angeordneten Element (20) zur Einstellung eines Druckmittel-Rückstroms,
- mit einer druckseitig an die Pumpe (14) angeschlossenen Zylinder-Kolben-Einheit (3), mit der wenigstens ein
Bremsbelag (9) gegen ein mit einem Fahrzeugrad verbundenes Reibelement (10) preßbar und von diesem abhebbar ist,
- sowie mit einem Steuergerät (28) , mit dem ein elektrisches Bremsanforderungssignal verarbeitbar sowie der Elektromotor (13) und das Element (20) steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder-Kolben-Einheit (3) einen Kolben (6) mit beiderseits gleichen Flächen und einen Zylinder (4) mit beiderseits des Kolben (6) angeordneten Zylinderräumen (7, 8) aufweist, und daß die Saugseite (15) der Pumpe (14) mit dem bremsbelagseitigen Zylinderraum verbunden ist.
2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bremsbetätigung die Pumpe (14) ständig angetrieben und das den Druckmittel-Rückstrom zu der Pumpe (14) einstellende Element ein 2/2-Wegeventil (20) mit einer beliebigen Anzahl Zwischenstellungen ist.
3. Betätigungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß druckseitig der Pumpe (14) ein Meßumformer (23) für Druck angeschlossen ist, dessen Signal im Steuergerät (28) verarbeitbar ist.
4. Betätigungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugseite (15) der Pumpe (14) mit einem Druckmittel-Ausgleichsbehälter (21) verbunden ist.
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