Elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer Betriebsart „Brake-by-Wire" sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, mit einem mittels eines Bremspedals betätigbaren, mindestens einen Druckraum aufweisenden Hauptbremszylinder, einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter, einer mittels einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit ansteuerbaren hydraulischen Druckquelle, mit deren Druck Radbremsen des Fahrzeuges beaufschlagbar sind, die mittels mindestens einer durch ein Trennventil absperrbaren Verbindung an den Hauptbremszylinder angeschlossen sind und denen Druckregelventile (Einlassventil, Auslassventil) zugeordnet sind, die durch die elektronische Steuer- und Regeleinheit analog ansteuerbar sind und die die Radbremsen wahlweise mit der Druckquelle oder dem
Druckmittelvorratsbehälter verbinden, sowie mit einer durch die elektronische Steuer- und Regeleinheit elektrisch steuerbaren Einrichtung, die in der Betriebsart „Brake-by-Wirew eine vorgewählte Nachgiebigkeit des Bremspedals durch Öffnen einer Ventileinrichtung ermöglicht.
Eine derartige Bremsanlage ist z. B. aus der internationalen Patentanmeldung WO 98/31576 bekannt. Bei der vorbekannten Bremsanlage weist die Einrichtung zum Einstellen der Nachgiebigkeit des Bremspedals ein erstes Pedalwegventil sowie ein zweites Pedalwegventil auf, wobei eines der Pedalwegventile zwischen dem Hauptbremszylinder und der Saugseite einer der
Druckquelle zugeordneten Pumpe bzw. einem Niederdruckspeicher und das andere der Pedalwegventile zwischen dem Hauptbremszylinder und der Druckseite der Pumpe bzw. einem der Druckquelle zugeordneten Hochdruckspeicher angeordnet ist. Die elektronische Steuer- und Regeleinheit ist dabei zum Steuern der zwei Pedalwegventile in Abhängigkeit von einer Betätigung des Bremspedals eingerichtet, wobei die Pedalwegventile als Proportionalweg- oder -druckventile ausgebildet sind.
Als weniger vorteilhaft wird bei der vorbekannten Bremsanlage die verhältnismäßig hohe Anzahl der Regelventile angesehen, deren Verwendung mit beträchtlichem Kosten- und Energieaufwand verbunden ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zuverlässig funktionierende Bremsanlage der eingangs genannten Gattung mit einer reduzierten Anzahl der erforderlichen Regelventile zur Verfügung zu stellen bzw. eine Bremsanlage vorzuschlagen, die bei gleichem Komfort mit einem niedrigeren Kosten- sowie Energieaufwand realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrisch steuerbare Ventilanordnung durch das Trennventil, ein an die Ausgangsseite des Trennventils angeschlossenes Druckregel- oder Steuerventil, dessen Ausgangsanschluss an den Druckmittelvorratsbehälter angeschlossen ist, sowie weitere Ventile gebildet ist, die ein Beaufschlagen des Druckraums des HauptbremsZylinders mit dem mindestens in einer Radbremse eingesteuerten Druck und/oder dem von der Druckquelle aufgebrachten Druck ermöglichen.
Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die das Trennventil als ein analog regelbares, stromlos offenes (SO-) 2/2- egeventil ausgebildet ist, während das
Druckregelventil als ein analog regelbares, stromlos geschlossenes (SG-) 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Alternativ kann das an die Ausgangsseite des Trennventils angeschlossene Steuerventil als ein stromlos geschlossenes (SG-) Schaltventil ausgebildet sein.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die Ventile, die ein Beaufschlagen des Druckraums (4) des HauptbremsZylinders mit dem mindestens in einer Radbremse eingesteuerten Druck ermöglichen, durch die an die Ausgangsseite des ersten Trennventils angeschlossenen, den einzelnen Radbremsen zugeordneten Auslassventile gebildet sind.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ventile, die ein Beaufschlagen des Druckraums des HauptbremsZylinders mit dem von der Druckquelle aufgebrachten Druck ermöglichen, durch die den einzelnen Radbremsen zugeordneten Einlassventile sowie die Auslassventile gebildet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Erfindungsgegenstandes ist zwischen der Druckquelle und dem Druckraum des Hauptbremszylinders ein analog regelbares Druckregelventil geschaltet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die den Radbremsen zugeordneten Einlassventile als stromlos geschlossene (SG-) 2/2-Wegeventile ausgebildet sind.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass die den Radbremsen zugeordneten Auslassventile als stromlos offene (SO-) 2/2- Wegeventile ausgebildet sind.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hauptbremszylinder als ein Tandemhauptzylinder ausgebildet ist, an dessen zweiten Druckraum unter Zwischenschaltung eines zweiten Trennventils ein zweiter Bremskreis angeschlossen ist, sind die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile, die dem zweiten Bremskreis zugeordnet sind, sowie der Ausgangsanschluss des zweiten Trennventils über ein elektrisch ansteuerbares Schaltventil mit dem Druckmittelvorratsbehälter verbindbar. Außerdem ist es besonders sinnvoll, wenn zwischen dem Ausgangsanschluss der Druckquelle und dem ersten Trennventil ein Druckregelventil mit Überdruckfunktion angeschlossen ist, das beim offenen ersten Trennventil ein geregeltes Beaufschlagen des Druckraums des Hauptbremszylinders mit dem von der Druckquelle aufgebrachten Druck ermöglicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass in der Verbindung zwischen der Druckquelle und der Eingangsseite der Einlassventile ein analog regelbares Druckregelventil geschaltet ist.
Um bei der erfindungsgemäßen Bremsanlage eine günstige Energiebilanz, insbesondere im unteren Druckbereich, zu erreichen, sind zwischen dem Hauptbremszylinder und dem Trennventil hydraulisch-mechanische Mittel vorgesehen, die in der Betriebsart „Brake-by-Wire" eine vorgewählte Nachgiebigkeit des Bremspedals ermöglichen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Zeichnung hervor, wobei für gleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 den Aufbau der erfindungsgemäßen Bremsanlage gemäß einer ersten Ausführungsform im inaktiven bzw. stromlosen Zustand,
Fig. 2 den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsanlage im inaktiven bzw. stromlosen Zustand, und
Fig. 3 den Aufbau einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsanlage in einer der Fig. 1 bzw. 2 entsprechenden Darstellung.
Die in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellte Bremsanlage des Typs „Brake-by-wireλλ weist eine mittels eines mit dem Bezugszeichen 1 versehenen Betätigungspedals betätigbare Betätigungseinheit 2 auf, die im wesentlichen aus einem zweikreisigen Druckgeber bzw. Hauptbremszylinder 3 sowie einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 6 besteht. Der Hauptbremszylinder 3 weist seinerseits zwei voneinander getrennte Druckräume 4, 5 auf, die mit dem Druckmittelvorratsbehälter 6 in Verbindung stehen. An den ersten Druckraum (Primärdruckraum) 4, an den ein Drucksensor 13 angeschlossen ist, sind mittels einer absperrbaren ersten hydraulischen Leitung 11 eine dem rechten Vorderrad des Kraftfahrzeugs zugeordnete Radbremse 7 sowie eine dem linken Hinterrad des Kraftfahrzeugs zugeordnete Radbremse 8 angeschlossen. Das Absperren der Leitung 11 erfolgt mittels eines ersten Trennventils 9, das vorzugsweise als ein elektromagnetisch betätigbares, stromlos offenes (SO-) , analog regelbares 2/2- Wegeventil ausgebildet ist. Die Ausgangsseite des ersten Trennventils 9 ist mittels einer hydraulischen Verbindungsleitung 16 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 6 verbunden, in der ein elektromagnetisch betätigbares, stromlos geschlossenes (SG-) , analog regelbares 2/2-Wegeventil 17
eingefügt ist. Das erste Trennventil 9 sowie das analog regelbare 2/2-Wegeventil 17 bilden eine elektrisch steuerbare Einrichtung, die in der Betriebsart „Brake-by-Wire" eine vorgewählte Nachgiebigkeit des Bremspedals 1 ermöglicht und somit dem Fahrer das gewohnte Bremspedalgefühl vermittelt .
Der zweite Druckraum 5 des HauptbremsZylinders 2 ist über eine mittels eines zweiten Trennventils 10 absperrbare zweite hydraulische Leitung 12 mit dem anderen Radbremsenpaar 14, 15 verbindbar, das dem rechten Hinterrad des Kraftfahrzeugs zugeordnete sowie eine dem linken Vorderrad des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Das zweite Trennventil 10 ist als ein elektromagnetisch betätigbares, stromlos offenes (SO-) Schaltventil ausgebildet, dessen Ausgangsseite unter Zwischenschaltung eines ebenso elektromagnetisch betätigbaren, stromlos offenen (SO-) Schaltventils 18 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 6 verbindbar ist. Ansonsten entspricht der Aufbau des an den zweiten Druckraum 5 des HauptbremsZylinders 2 angeschlossenen hydraulischen Kreises identisch dem des in der vorstehenden Beschreibung erläuterten Bremskreises 11, so dass er im nachfolgenden Text nicht mehr erörtert zu werden braucht.
Wie der Zeichnung weiter zu entnehmen ist, ist ein als Fremddruckquelle dienendes Motor-Pumpen-Aggregat 20 mit einem Hochdruckspeicher 21 vorgesehen, das seinerseits aus einer mittels eines Elektromotors 22 angetriebenen Pumpe 23 besteht. Die Saugseite der Pumpe 23 ist über ein Rückschlagventil 34 an die Eingangsseite des vorhin erwähnten Druckregelventils 17 bzw. die Ausgangsseite des ersten Trennventils 9 angeschlossen. Der Ausgang des Hochdruckspeichers 21 ist über ein Druckbegrenzungsventil 24 an einen Leitungsabschnitt 31 angeschlossen, der das erste Trennventil 9 mit dem analog regelbaren 2/2-Wegeventil 17 verbindet. Der
Füllzustand des Hochdruckspeichers 21 wird mittels eines lediglich schematisch angedeuteten Wegsensors 25 überwacht.
Eine dritte hydraulische Leitung 26 verbindet die Druckseite der Pumpe 23 bzw. den Ausgang des Hochdruckspeichers 21 mit der Eingangsseite von zwei elektromagnetisch betätigbaren, analog regelbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen (SG-) 2/2-Wege- bzw. Einlassventilen 27, 28, die den Radbremsen 7 und 8 vorgeschaltet sind und dem Aufbau eines hydraulischen Druckes in diesen Radbremsen dienen. Dem Abbau des in den Radbremsen 7, 9 eingesteuerten hydraulischen Druckes dienen zwei elektromagnetisch betätigbare, analog regelbare, vorzugsweise stromlos offene (SO-) 2/2-Wege- bzw. Auslassventile 29, 30, deren Ausgangsanschlüsse an den vorhin erwähnte Leitungsabschnitt 31 angeschlossen sind, Außerdem ist der Radbremse 7 ein Drucksensor 32 zugeordnet, mit dessen Hilfe der in der Radbremse 7 herrschende hydraulische Druck ermittelt wird. Der Ansteuerung des Motor-Pumpen-Aggregats 20, der vorhin erwähnten Ventile 9, 10, 17, 18, 27, 28, 29, 30, sowie der dem zweiten Bremskreis 12 zugeordneten Druckregelventile dient eine elektronische Steuer- und Regeleinheit ECU 34, der insbesondere die Ausgangssignale der Drucksensoren 13, 32, des Wegsensors 25 sowie einer vorzugsweise redundant ausgeführten Bremswunscherfassungs- einrichtung 33 zugeführt werden, die dem Hauptbremszylinder 3 zugeordnet ist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Ausführung der erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Bremsanlage ist zwischen dem Ausgang des Hochdruckspeichers 21 und dem im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnten Leitungsabschnitt 31 ein analog regelbares 2/2-Wegeventil 35 mit Überdruckfunktion geschaltet. Außerdem ist zwischen dem Ausgang des Hochdruckspeichers 21 und der hydraulischen Leitung 26 ein
analog regelbares, stromlos geschlossenes (SG-) 2/2- Wegeventil 36 vorgesehen, das, wenn in der Leitung 26 ein Druck gleich Null eingestellt ist, ein gezieltes Beaufschlagen der Radbremsen 7, 8,-,- mit einem definierten Druckmittelvolumen ermöglicht. Die durch die Drucksensoren 32, - ermittelten Druckwerte können dann zum Detektieren von sich im System befindlichen Gasen ausgewertet werden.
Schließlich sind bei der in Fig. 3 gezeigten dritten Ausführung beide, den Druckräumen 4, 5 des Hauptbremszylinders 2 zugeordneten Trennventile 9, 10 als analog regelbare, stromlos offene (SO-) 2/2-Wegeventile ausgebildet. Die Ausgänge der Trennventile 9, 10 sind einerseits mit der Ausgangsseite der Auslassventile 29, 30, -, - und andererseits über stromlos geschlossene Schaltventile 37, - mit dem Druckmittelvorratsbehälter 6 verbunden. Außerdem ist der Ausgang des Hochdruckspeichers 21 über ein analog regelbares, stromlos geschlossenes (SG-) 2/2- Wegeventil 38 an den ersten Druckraum 4 des Hauptbremszylinders 2 angeschlossen.
Im nachfolgenden Text wird die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Bremsanlage näher erläutert.
Im unbetätigten Zustand des Bremspedals 1 befinden sich sämtliche Komponenten in der in der Zeichnung gezeigten Stellung, die dem stromlosen bzw. dem Bereitschaftszustand entspricht. Wird nun in der bevorzugten Brake-by-Wire- Betriebsart das Bremspedal 1 betätigt bzw. eine Druckaufbauphase eingeleitet, erzeugt die
Bremswunscherfassungseinrichtung 33 Steuersignale, die der vorhin erwähnten elektronischen Steuereinheit 34 zugeführt werden, die Ansteuersignale erzeugt, die dem Umschalten der im vorhergehenden Text beschriebenen Trenn-, Druckregel- sowie
Schalventile dienen. Durch diese Ansteuersignale wird das erste Trennventil 9 geregelt aktiviert, das zweite Trennventil 10 geschlossen, und das Druckregelventil 17 geöffnet. Das Schaltventil 18, das in der Verbindung zwischen der Ausgangsseite der dem zweiten Bremskreis 12 zugeordneten Auslassventile mit dem Druckmittelvorratsbehälter 6 geschaltet ist, bleibt geschlossen. Gleichzeitig werden sämtliche Auslassventile 29, 30, -, - geschlossen und sämtliche Einlassventile 27, 28, -, - geöffnet, so dass die Radbremsen mit dem vom Hochdruckspeicher 21 gelieferten Druck beaufschlagt werden. Durch Verdrängen eines Druckmittelvolumens über das geregelt aktivierte erste Trennventil 9 sowie das offene Druckregelventil 17 in den Druckmittelvorratsbehälter 6, wird dem Fahrer ein Pedalgefühl vermittelt, das dem Pedalgefühl einer konventionellen Bremsanlage entspricht.
Eine Druckhaltephase wird durch Umschalten der Einlassventile 27, 28, -, - in ihre geschlossenen Stellung eingeleitet.
Bei einem Druckabbau werden die Einlassventile 27, 28, -, - geschlossen und die entsprechenden Auslassventile 29, 30, -, - geregelt geöffnet. Außerdem werden auch die in den zum Druckmittelvorratsbehälter 6 führenden Leitungen geschalteten Ventile 17, 18 geöffnet.
Bei einem Lösevorgang wird zunächst das in den Radbremsen 7, 8 verbrauchte Druckmittelvolumen verwendet, um die Hauptzylinderkolben zurück zu stellen. Dabei strömt dieses Druckmittelvolumen über die nun offenen Auslassventile 29, 30 sowie das geöffnete Trennventil 9 in den ersten Druckraum 4 des Hauptbremszylinders 2. Da diese Volumen in einigen Fällen nicht ausreicht, den Hauptzylinderkolben vollständig zurück zu stellen, werden auch die Einlassventile 27, 28 geöffnet, so dass vom Hochdruckspeicher 21 Druckmittelvolumen
„nachgeschoben" werden kann. Die Nutzung des Volumens aus den Radbremsen ist energetisch vorteilhaft.
Ähnlich verläuft der Lösevorgang auch bei der Ausführung gemäß Fig. 3. Zu diesem Zweck werden die vorhin erwähnten Schaltventile 37, - geschlossen, wobei das Nachströmen des vom Hochdruckspeicher 21 bereit gestellten Druckmittelvolumens bei geschlossenen Einlassventilen 27, 28 geregelt über das Druckregelventil 38 erfolgt. Zugleich werden die Auslassventile 29, 30, -, - geöffnet.
Bei einem Stromausfall, der beispielsweise durch einen Batteriedefekt, einen Kurzschluss oder durch Ausschalten der Zündung verursacht wird, geht die erfindungsgemäße Bremsanlage automatisch in eine Rückfallbetriebsart über, in der Fahrerbremsungen möglich sind. Dabei werden sowohl die Trennventile 9, 10 als auch die Auslassventile 29, 30, -, - in die in der Zeichnung gezeigte inaktive Schaltstellung umgeschaltet, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und den Radbremsen freigegeben wird, über die ein Druckaufbau erfolgen kann.