WO2010088920A1

WO2010088920A1 - Bremssystem ohne wegsimulator

Info

Publication number: WO2010088920A1
Application number: PCT/EP2009/000694
Authority: WO
Inventors: Heinz Leiber; Thomas Leiber; Valentin Unterfrauner
Original assignee: Ipgate Ag
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2010-08-12
Also published as: DE112009005541B3; DE112009004636B4; DE112009005536B3; DE112009005536B8; DE112009004636A5

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem, einen elektromotorischen Bremskraftverstärker aufweisend, bei dem der Hauptbremszylinder oder Tandem-Hauptbremszylinder (5) über eine Spindelantrieb (13) von einem Elektromotor (11, 12) angetrieben ist und im ABS-Betrieb zum Druckabbau mit diesem verbunden ist, wobei der oder die Arbeitsräume des Bremskraftverstärkers über Hydraulikleitungen (6,7) mit den Radzylindern von Radbremsen (9a-9d) in Verbindung sind und jeweils einer Radbremse (9a-9d) ein steuerbares Ventil (8a, 8b, 8c, 8d) zugeordnet ist, und dass mittels einer Steuereinrichtung ein Druckaufbau und Druckabbau in den Radbremsen (9a-9d) mittels des Bremskraftverstärkers und der gesteuerten Ventile (8a-8d) gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgt, wobei eine Bremsbetätigungseinrichtung (16, 16a, 14) im normalen Bremsbetrieb kraftunterstützend auf die Spindel (13) und/oder den Kolben (24) des Bremskraftverstärkers wirkt.

Description

Anmelder;

IPGATE AG Toblerstrasse 76a CH-8044 Zürich

Bezeichnung; BREMSSYSTEM OHNE WEGSIMULATOR

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Die Wirksamkeit der aktiven Sicherheitsfunktionen von ABS und insbesondere ESP ist so groß, dass es demnächst in den USA und der EU gesetzlich vorgeschrieben ist. Es werden große Anstrengungen unternommen, den Aufwand zu reduzieren. Nach dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen bekannt, die aufwandsreduzierend sind.

Eine erste Lösung besteht in der Integration von Druckregelung und Bremskraftverstärkung, wie es aus der DE 100 2005 018 649 bekannt ist. Dieses System basiert auf einem Wegsimulator mit zusätzlichen Funktionen und Aktuatoren für den Fehlerfall bei

CONrIRMÄllÜNCOPY Ausfall des Antriebes. Dies erfordert einen entsprechenden Aufwand.

Eine zweite Lösung besteht in der Reduzierung des Ventilaufwandes durch einen Multiplexbetrieb. Die DE 34 40 972 be- schreibt einen hydraulischen Bremskraftverstärker BKV, bei dem die Druckregelung mittels des THZ mit entsprechenden Ventilen im Multiplexbetrieb erfolgt. Dieses System erfüllt nicht die hohen dynamischen Anforderungen, so dass die Umschaltzeiten zu hoch sind. Außerdem sind die Geräusche beim Umschalten der Ventile zu hoch. Dasselbe gilt bezüglich der Dynamik für ein pneumatisches System wie es aus der DE 38 43 159 oder DE 39 08 062 vorbekannt ist.

Die DE 10 2005 018 649 beschreibt ein elektromotorisches MuI- tiplexsystem mit hoher Dynamik als sogenannte Twin- und Tan- demlösung mit Wegsimulator. Damit bei ABS-Betrieb keine Pedalrückwirkung erfolgt, ist ein Leerhub zwischen Pedal und Antriebseinrichtung vorgesehen. Nachteilig ist hierbei, dass bei Ausfall des Antriebes ein zusätzlicher Pedalweg notwendig ist.

Aus der FR 2860474 ist ferner ein elektromotorischer Brems- kraf tverstärker bekannt, bei dem ein Elektromotor über eine Spindel eine Bremskraftunterstützungskraft einregelt. Das Bremspedal wirkt dabei über einen Pedalstößel auf den Kolben des Bremskraftverstärkers . Anhand der von dem Bremspedal auf den Kolben aufgebrachten Kraft wird mittels des Spindelan- triebs die Kraf tunterstützung mit dem Elektromotor eingeregelt. Die Kraftmessung zur Bestimmung der notwendigen Bremskraf tunterstützung hat sich jedoch als nicht praktikabel herausgestellt .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bremssystem mit elektromotorischem Bremskraftverstärker und Multiplexfunktion derart weiter zu entwickeln, dass es ohne einen Wegsimulator auskommt und auch im Störungsfall, d.h. bei Ausfall des elektromotorischen Antriebs des HZ-Kolbens eine Bremskraftaufbau in den Radbremsen möglich ist. Diese Aufgabe wird vorteilhaft mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.

Auch bei Wegfall des Wegsimulators muss der Fahrer einen Gegendruck bei der Betätigung des Bremspedals erhalten. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass das Bremspedal direkt über den Pedalstößel und evtl. über zusätzliche Übertragungsglieder auf das Kolbensystem oder die Spindel des elektromoto- rischen Antriebs des Bremskraftverstärkers wirkt. Über das Bremspedal wird somit eine Kraft auf das Kolbensystem ausgeübt, die im normalen Bremsbetrieb von dem Bremskraftverstärker verstärkt bzw. der Fahrer vom Bremskraftverstärker unterstützt wird.

Bei der ABS-Regelung wird der Kolben des Bremskraftverstärkers zur Einregelung der Radbremsendrücke über einen Elektromotor vor und zurück verstellt. Durch die mechanische Verbindung zwischen Kolben bzw. Spindel einerseits und der Bremsbetäti- gungseinrichtung, insbesondere in Form des Bremspedals, ande- rerseits, spürt der Fahrer die Kolbenbewegung durch die Rückwirkung in Form von Vibrationen und Schlägen. Zur Dämpfung der Schläge bzw. Vibrationen schlägt die Erfindung in einer weitergehenden vorteilhaften Ausgestaltung ein Federelement vor, welches zwischen dem der Betätigungseinrichtung einerseits und dem Kolbensystem bzw. der Spindel andererseits, angeordnet ist. Mittels des Federelements können weiterhin Kräfte von der Bremsbetätigungseinrichtung auf die Spindel übertragen werden.

Das Federelement weist vorteilhaft eine lineare oder degressive Federcharakteristik für den oberen Kraftbereich auf.

Die Rückwirkung auf die Bremsbetätigungseinrichtung kann vorteilhaft durch eine entsprechende Steuerung der elektromotorischen Druckmodulation vermindert werden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn nur kleinere Druckamplituden infolge genauerer Drucksteuerung eingeregelt bzw. gesteuert werden. Durch das Vorsehen von weichen Druckübergangen kann ein unangenehmes Gefühl und die Härte der Rückwirkungen gemindert werden. Durch den Einsatz einer stark linearen oder degressiven Feder zwischen Antrieb und Bremspedalübertragungseinrichtung wirkt die Rückwirkung bei schneller Kolbenbewegung elastischer auf das Bremspedal .

Ferner ist es möglich, die mittels einer Arretiereinrichtung die Bewegung der Bremsbetätigungseinrichtung wahlweise vollständig oder begrenzt zu blockieren. Die Arretiereinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass das Blockieren in beliebigen Stellungen oder in einem bestimmten Bewegungsbereich der Bremsbetätigungseinrichtung erfolgen kann. Durch eine Blockierung der Übertragungseinrichtung durch elektrohydraulische o- der elektromechanische Mittel kann diese Rückwirkung im norma- len Regelbetrieb mit kleinen bis mittleren Druckamplituden e- liminiert oder stark reduziert oder definiert gesteuert werden, was besonders vorteilhaft ist.

Bei einem elektromotorischen Antrieb mit hoher Dynamik ist es speziell im unteren Druckbereich wichtig, den Druckstangenkol- ben mit dem Antrieb zu koppeln. Dies ist entweder mit einer Feder oder alternativ mit einer starren Kopplung, z.B. mittels eines Stößels, möglich.

Um auszuschließen, dass bei einem Ausfall des elektromotorischen Antriebs oder bei einem Blockieren des Spindelantriebs eine Druckerzeugung nicht mehr möglich ist, sind entsprechende Rückfallebenen vorzusehen. Bei dem erfindungsgemäßen Bremssys- tem wirkt hierzu bei Ausfall des Antriebs das Pedal weiterhin direkt auf den Kolben.

Das erfindungsgemäße Bremssystem kann in einer vorteilhaften Weiterentwicklung eine Kupplung aufweisen, durch die der Kolben, insbesondere für die Kolbenrückstellung, von der Spindel trennbar ist. Bei dieser Ausführungsvariante wirkt die Bremsbetätigungseinrichtung bei fehlender Wirkung des Elektromotors nicht auf die Spindel sondern auf den Druckstangenkolben bzw. einen Kolbenstößel. Durch Öffnen der Kupplung wirken somit die Spindelrückstellfedern nicht mehr auf den Kolben, so dass vorteilhaft nur noch kleinere Betätigungskräf te durch den Fahrer zum Bremsen aufzubringen sind. Die Ankopplung des Kolbens an die Spindel erfolgt dabei vorteilhaft mittels eines Verriegelungsbolzens, der durch die zylindrische Wandung der Spindel greift. Der Antrieb der Kupplung kann dabei entweder am Gehäuse des Bremskraftverstärkers oder an der Spindel befestigt werden. Sofern der Antrieb am Gehäuse angeordnet ist, muss der Verriegelungsbolzen in Achsrichtung der Spindel verschieblich zum Antrieb gelagert sein, damit er sich mit der Spindel mitbewegen kann. In der Spindel ist vorteilhaft ein Kraftübertra- gungsglied, insbesondere in Form eines Biegestößels, angeordnet, welches den Kolben mit der Bremsbetätigungseinrichtung verbindet. Ein an der Spindel angeordneter Mitnehmer sorgt dafür, dass das Kraftübertragungsglied durch die Spindelbewegung zum Druckaufbau zusammen mit der Spindel bewegt wird. Das Kraftübertragungsmittel ist für das Zusammenwirken mit dem Mitnehmer entsprechend ausgebildet und weist hierzu vorteil- haft eine kragenförmige Verdickung auf. Diese kragenförmige Verdickung wirkt zusätzlich mit dem Verriegelungsbolzen zusammen und bildet bei geschlossener Kupplung einen Formschluss zwischen Spindel und Kraftübertragungsmittel. Damit kann gegen die Pedalkraft bzw. Federkraft der Kolben zur Druckreduzierung bewegt werden und der Kolben ist mit dem Antrieb gekoppelt, was im ganzen Druckbereich hohe Druckabbaugradienten ermöglicht.

Die Kupplung zwischen Kolben und Spindel kann entweder per Formschluss oder mittels Kraftschluss erfolgen.

Der elektromotorische Bremskraftverstärker gemäß der DE 10 2004 050 103 benötigt einen Kraftgeber zur Steuerung der e- lektromotorischen Bremskraftverstärkung. Dieser Sensor ist wegen der Driftkompensation und den über den vollen Pedalhub beweglichen Leitungen aufwändig. Bei Verwendung der beschriebe- nen, insbesondere starken, Feder zwischen Antrieb und Bremsbe- tätigungseinrichtung ist der Hub der Bremsbetätigungseinrich- tung bzw. der Pedalhub größer als der Kolbenweg, welcher über den Motor mit Drehwinkelgeber erfasst wird, niese Wegdifferenz kann zur Bremskraf tsteuerung bzw. Verstärkung verwendet wer- den, wodurch sich eine erheblich einfachere Steuerung ergibt. Vorteilhaft werden die Sensortoleranzen, z. B. unterschiedliche Of f set- Spannungen normiert, indem ein kleiner Leerhub zwischen Betätigungseinrichtung und Antrieb eingebaut ist und z. B. bei Spannungsänderung des Pedalhubgebers diese Position als Basis dient. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass bei Inbetriebnahme oder Service des Systems das Bremspedal betätigt wird, bis es die Spindel und damit den Rotor bewegt. Die Bewegung wird dabei mittels des Drehwinkelsensors gemessen. Bei dieser Position erfolgt dann ein Abgleich der Sensorspan- nungen bzw. entsprechender Digitalwerte.

Zur Druckregelung ist ein Druckgeber im Druckstangenkreis vorgesehen, der zusammen mit dem Kolbenweg zur Bestimmung der Druckvolumenkennlinie dient. Diese Kennlinie ist die Basis für die genaue Drucksteuerung. Zur weiteren Systemvereinfachung, insbesondere für ABS, kann auch der Motorstrom über einen Shunt erfasst werden, der proportional zum Motormoment und damit Druck ist. Diese Messung oder auch der Druck kann auch für die Plausibilitätsüberwachung der Sensorsignale dienen, so dass auf redundante Sensoren verzichtet werden kann.

Nachfolgend werden exemplarisch verschiedene mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Bremssystems anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: Zwei mögliche Aus führungs formen eines erfindungsge- mäßen Bremssystems;

Fig. 2: dritte mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremssystems; Fig. 3: vierte mögliche Aus führungs form eines erfindungsgemäßen Bremssystems;

Fig. 3a: Querschnittsdarstellung durch den Schnitt x-x in Fig. 3 ;

Fig. 4: fünfte mögliche Aus führungs form eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit Kupplung zur Entkopplung des HZ-Kolbens und der Bremsbetätigungseinrichtung für den unverstärkten Bremsdruckaufbau im Störungsfall ;

Fig. 4a: Detaildarstellung der Kupplung gem. Figur 4;

Fig. 5: Bremsdruck P , Sensorspannung U, Kolbenweg s_κ und Pedalhub S_P mit Federung;

Fig. 5a: Pedalkraft und Kolbenkraft über dem Pedalhub s;

Fig. 5b: Bremsdruck P , Sensorspannung U, Kolbenweg s_κ und Pedalhub S_P mit Federung bei einem Bremskreisaus- fall;

Die Figur 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bremssystems bestehend aus HZ bzw. THZ 5, EC-Motor mit Stator 11 und Rotor 12, Spindel 13 zum Antrieb des Druckstan- genkolbens 24 über den Stößel 21 und einem Drehwinkelgeber 4 zur Positionsbestimmung des Druckstangenkolbens 24 und der Erfassung der Rotorposition bzw. des Kolbenweges.

Erhält der Kolben 24 den Stellbefehl zum Aufbau eines bestimmten Druckes, so erfolgt über die vorher über Kolbenweg und Druckvermessung aufgenommene und in einem Kennfeld gespeicherte Druckvolumenkennlinie die entsprechende Kolbenbewegung über den Drehwinkelgeber 4 mit entsprechendem Druck in den Brems- kreisen. Bei vereinfachten Systemen, z. B. ABS, kann auch ein für die Motorsteuerung ohnehin notwendiger Shunt 26 zur Strom- messung der Ansteuerung 25 verwendet. Bei anschließendem kur- zem konstanten Druck, was meistens bei einer Bremsung der Fall ist, erfolgt der Korrelationsvergleich aufgrund neuer Messdaten mit den abgelegten KennfPI Hdθten. Bei einer Abweichung wird bei späterem Fahrzeugstillstand nochmals einzeln die Druckvolumenkennlinie für jede Radbremse aufgenommen und das Kennfeld korrigiert. Ist die Abweichung nennenswert, z. B. an einem Radzylinder, so erfolgt der Hinweis, die Werkstatt aufzusuchen.

Der im HZ bzw. THZ erzeugte Druck gelangt über die Leitungen 6 und 7 von Druckstangenkolben und Schwimmkolben über die 2/2 Magnetventile 8a bis 8d zu den Radzylindern 9a bis 9d. Hierbei ist die Dimensionierung der Strömungswiderstände für das MuI- tiplexverfahren in den Leitungen und Ventilen von großer Bedeutung. Zudem ist die Abstimmung der Schalt- und Umschaltzei- ten entscheidend. Dies ist detailliert in weiteren Anmeldungen des Anmelders beschrieben und im Einzelnen nicht Gegenstand dieser Erfindung.

Bei Betätigung des Bremspedals 16 wirkt dieses über den Pedalstößel 16a auf die Betätigungseinrichtung 14 und diese auf die Spindel 13. In der unteren Bildhälfte ist ein Leerhub Δs eingezeichnet. Bei Nichtbetätigung des Bremspedals 16 hebt die Feder 17 die Übertragungseinrichtung 14 um den Leerhub Δs von der Spindel 13 ab. Der Leerhub Δs muss bei jeder Bremsung ü- berwunden werden, bis der Bund der Übertragungseinrichtung 14 auf die Spindel 13 trifft. Bei dieser Lösung wirkt der Antrieb (Spindel) über die Übertragungseinrichtung 14 direkt auf das Bremspedal 16, was bei der Druckreduzierung bei ABS und entsprechender schneller Kolbenbewegung durch den Stoß störend wirken kann. Die Bremskraftverstärkung erfolgt hier über einen nicht eingezeichneten Kraftsensor wie er in der DE 10 2004 050 103 beschrieben ist. Die Rückstellfeder 17 zwischen Spindel 13 und Übertragungseinrichtung 14 drückt diese auf einen Anschlag im Gehäuse 15. Eine erhebliche Minderung des Stoßes wird durch eine Lösung erzielt, wie sie in der oberen Bildhälfte dargestellt ist. Hier wirkt eine starke Druckfeder 20 über eine Scheibe IS auf die Spindel 13. Aus Montagegründen ist diese Scheibe 18 über einen Sicherungsring 19 fixiert. Die Feder 20 ist linear oder degressiv für eine Pedalkraft oder Stangenkraft bei BKV- Funktion für einen Maximaldruck von z. B. 200 bar ausgelegt und weist einen Federhub von 4-6 mm auf. Die Feder 20 wird proportional zur Stangenkraft ausgelegt und überträgt diese Kraft auf die Spindel 13, auf die außerdem entsprechend der gewählten BKV-Verstärkung die Verstellkraft des Motors 11, 12 wirkt. Beide Kräfte ergeben zusammen die Kraft, die auf den Kolben wirkt. Erfolgt bei Druckabsenkung für die ABS-Regelung eine schnelle Kolbenrückstellung, so wirkt diese über die Fe- der 20 gedämpft auf das Pedal. Eine 10 bar Druckabsenkung im Regelzyklus entspricht bei einem Mittelklassefahrzeug ca. 0,5 mm ~ 10 % des Federweges .

Damit ist der Pedalhub entsprechend diesem Hub größer als der Kolbenweg. Die Feder 20 kann auch für eine entsprechende Pe- dalcharakteristik leicht vorgespannt sein. Diese kann zur Bremskraftverstärkung unterschiedliche Hübe verwenden, indem der Druck proportional zum Differenzweg ist. Dieser Weg wird aus den Signalen von Pedalhubsensor 22 und Kolbenweg gewonnen. Der Kolbenweg kann dabei über den Drehwinkelsensor 4 ermittelt werden. Die Bremsdrucksteuerung erfolgt über den Kolbenweg auf Basis der Druckvolumenkennlinie. Die Bremsbetätigungseinrich- tung 16, 16a, 14 ist permanent während der Bremsung über die Feder 20 mit dem Antrieb in Kontakt. Entsprechend der gewünschten Verstärkung wird vom Motor über die Spindel 13 die entsprechende Kraft auf den Kolben 24 übertragen, so dass Pedalkraft und Verstärkerkraft die dem Druck proportionale Kolbenkraft ergibt. Die Spindelkraft wird über einen beweglich gelagerten Stößel 21 auf den Druckstangenkolben 24 übertragen. Dabei ist der Stößel 21 sowohl an den Druckstangenkolben 24 als auch an die Spindel 13 gekoppelt, damit hohe Druckgradien- ten auch bei kleinen Drücken realisiert werden können. Der Stößel hat die Aufgabe, den möglichen Versatz der Spindel 13 und Schlag des Kugel gpwindegetriebes nicht auf den Drucks tan- genkolben 24 zu übertragen. Die Spindel-Momentenabstützung 27 läuft in einer Nut des Gehäuses, vorzugsweise mit guten Gleiteigenschaften, entsprechend dem Kolbenweg. Die Momentenabstüt- zung wird dabei zugleich als Anschlag genützt, da die THZ- Rückstellfedern auf die Spindel 13 wirken und neben der KoI- benrückstellung noch die Aufgabe der Motorrückstellung haben.

Die Kolben- oder Antriebsrückstellung erfolgt über den Motor. Um bei einer fehlerhaften Rückstellung und einem harten Anschlag eine zusätzliche Belastung des Kugelgewindetriebes zu reduzieren, ist eine Tellerfeder 23 zwischen der Momenten- abstützung 27 und dem Kugelgewindetrieb 28 vorgesehen. Übli- cherweise ist die Betätigungseinrichtung gegen Eindringen von Schmutz durch einen elastischen Balg 29 geschützt.

Die Figur 2 zeigt eine dritte und vierte mögliche Ausführungsform des erf indungsgemäßen Bremssystems. Zwischen dem Kolben 24 und Spindel 13 besteht eine starre Kopplung, indem der Stö- ßel 21 beidseitig als Kugelgelenk ausgebildet ist. Auf der rechten Seite der Spindel wird hier ein entsprechendes Einsatzstück 30 eingeschraubt.

Auf der Seite der Bremsbetätigungseinrichtung 16, 16a, 14 ist die Feder 20 in einer entsprechenden Ausbildung der Pedalüber- tragungseinrichtung 14 eingelagert, deren Führungssteg 14a den Pedalweggeber 22 betätigt. Die Feder 20 wirkt auf einen Bund 31a eines Lagerteils 31 mit innen liegender Rückstellfeder 17. Dieses Lagerteil ist zusätzlich in einer Bohrung geführt.

Die Übertragungseinrichtung 14 ist zusätzlich als Kolben aus- gebildet, der im Gehäuse 15 gelagert und abgedichtet ist. Der Kolbenraum ist über ein Magnetventil 33 und 33a mit dem Vorratsbehälter verbunden. Das Ventil dient zur Pedalwegblockierung mittels der Übertragungseinrichtung 14. Erfolgt eine HZ- Kolbenrückstellung zum Druckabbau, so wirkt diese auf die Fe- der 20 und nicht auf das Pedal 16, da bei gesperrtem Magnetventil 33, 33a nur eine Bewegung innerhalb der Flüssigkeits- komprimierung erfolgen kann. Der Rücklauf von der Kclbcnkαmmer wird hierfür über das Magnetventil 33 geschlossen. Wenn der Kolbenweg, z. B. bei einem Sprung im Reibbeiwert, größer ist als der Federweg, werden über entsprechende Auswertung des Differenzwegs zwischen Kolbenweg und Pedalweg die Magnetventile 33, 33a geöffnet. In der unteren Bildhälfte wird die Pedalvorwärtsbewegung zum selben Zweck blockiert, indem der Pedal- weg nicht mehr erhöht werden kann.

Die Figur 3 zeigt eine vierte mögliche Aus führungs form des erfindungsgemäßen Bremssystems. Die Figur 3a zeigt eine Querschnittsdarstellung entsprechend dem Schnitt x-x gem. Figur 3. Bei dieser Aus führungs form ist eine elektromechanische Pedal- blockierung realisiert. Die Übertragungseinrichtung 14 ist ü- ber Stege 14a im Gehäuse 15a (s. Fig. 3a) gelagert. In dem Gehäuse 15a ist vertikal schwimmend ein Magnetj och 34 mit Rück- schluss 36 gelagert. Der Magnetfluss, der durch Spule 35 erzeugt wird, durchflutet Joch 34, Rückschluss 36 und Stege 14a und erzeugt eine Reibkraft zur Pedalblockierung in beiden Richtungen. Zur Verstärkung der Reibkraft können in bekannter Technik magnetisch leitende Lamellen eingesetzt werden. Durch variablen Strom kann die Pedalblockierkraft variiert werden. Auch ist es möglich, eine kleine Pedalrückwirkung zu erzeugen, indem erst nach einem bestimmten Kolbenweg die elektromagnetische Pedalblockierung eingeschaltet wird. Dieses Blockieren wird wieder abgeschaltet, wenn der Kolben wieder in die Ausgangslage vor der Druckabsenkung zurück gestellt wurde. In der oberen Bildhälfte ist dargestellt wie durch mehrere Federn (20, 20b) sowie eine Federscheibe 20a eine progressive Federkennlinie gestaltet werden kann.

Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Bremεsystems gem. der Figuren 2 und 3 ohne die Pedalblockierung mit dem

Ziel, auch bei blockiertem Antrieb einen Druck erzeugen zu können. Dies wird dadurch ermöglicht, indem die Übertragungs- einrichtung 14 die Pedalkraft auf den Stößel 21 überträgt und bei wirkender Bremskraf tverstärkung zusätzlich die Spindel¬

wirkt. Bei Ausfall der Bremskraftverstärkung wirkt dagegen nur die Pedalkraft.

Erfolgt nun für die Druckreduzierung für ABS eine Kolbenrückstellung, so wird der Hubmagnet 39 aktiv und bewegt den Kupplungselement 40 vor den Stösselbund 21a. Damit wird die Spindelkraft auf den Stößel 21 übertragen und wirkt gegen die Ü- bertragungseinrichtung 14 und ermöglicht somit einen Druckabbau im entsprechenden Bremskreis. Bei dieser Ausgestaltung ist der Hubmagnet 39 mit der Spindel 13 beweglich gelagert und erfordert einen flexiblen Anschluss 39a.

Es ist sinnvoll, wenn die Kupplung nur dann wirksam ist, wenn zuvor zum Druckaufbau die Motorfunktion intakt ist. Damit wird verhindert, dass bei blockiertem Antrieb während des Druckauf- baus im Extremfall ein ABS-Signal generiert wird und anschließend trotz blockiertem Antrieb die Kupplung eingeschaltet wird, was dann zu einer Blockierung der Betätigungseinrichtung führen würde .

Die Spindel 13 und die Übertragungseinrichtung 14 haben infolge von Toleranzen einen radialen Versatz und Spindelschlag. Damit bei der Krafteinwirkung der Übertragungseinrichtung 14 auf den Stößel 21 keine Belastung an der Spindel 13 auftritt, sollte der mit der Übertragungseinrichtung 14 verbundene Stößel 31b entweder biegelastisch ausgebildet sein, wie es in der oberen Bildhälfte dargestellt ist oder gelenkig 31c, insbesondere mittels Kugelgelenk, mit der Übertragungseinrichtung 14 verbunden sein (untere Bildhälfte) .

Die Figur 4a zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der der Hubmagnet mit Spule 44 am Gehäuse 15 befestigt ist. Der Anker 45 ist mit dem Kupplungselement 40 in einem Gleitlager 47 gelagert und wird über eine Rückstellfeder 46 in der Ausgangslage gehalten. Der Anker 45 mit Lagerbolzen 45a ist mit einer Führungsschiene 43 verbunden, in der das Kupplungselement 40 mit Bund axial mit der Kolbenbewegung mit gleitet. Wird der Hubmagnet- 44 aktiviert, so drückt die Führungsschiene 43 das Kupplungselement 40 vor eine Hülse 42, die mit dem Stößel 21 in Kontakt ist. Dies hat den Vorteil, dass die halbkugelige Ausbildung weniger stark belastet wird, da die Hülse 42 hier die Spannung reduziert. Die Hülse 42 muss über einen Fixierring oder Feder 48 axial fixiert werden, da diese bei Ausfall BKV entsprechend dem Pedalhub in der Spindelbohrung bewegt wird. Hülse 42 und Kupplungselement 40 können kegelförmig ausgebildet sein. Damit sind auch bei extrem seltenem Ausfall des Antriebes während der ABS-Regelung bei Abschalten des Magneten 44 die Entriegelungskräfte kleiner.

Die Figur 5 zeigt den Bremsdruck p, Sensorspannung U, Kolben- weg s_κ und Pedalhub S_P mit Federung. Entsprechend der gegen- kraftabhängigen Auslenkung entsteht ein Differenzweg Δh, der bei kleinem Pedalhub zu einem Druck pi und bei maximaler Auslenkung mit Δh_max zu einem Druck p₂ führt. Diese Funktion kann mit entsprechender Feder linear oder degressiv gestaltet wer- den.

Elektromotorische Bremskraftverstärker entsprechend dem vorgenannten Stand der Technik, besitzen redundante Sensoren für Drehwinkel des Motors oder Kolbenweg s_κ und Pedalhub s_P, da insbesondere bei Wegsimulatorsystemen die Sensoren sicher- heitskritisch sind, da u . a. Pedalhub und Kolbenweg ungleich sind. Bei dem erfindungsgemäßen System kann durch einen Plau- sibilitätsvergleich der Aufwand für die sonst übliche Redundanz reduziert bzw. darauf verzichtet werden. So entsteht z. B. bei Ausfall des Gebers zur Bestimmung des Pedalhubs s_P kein Differenzweg Δh, wodurch keine BKV-Wirkung eingeregelt wird. Das Pedal wirkt jedoch auf den Kolben wie beim Ausfall des BKV. Aus dem Kolbenweg s_κ-Wert wird durch den Plausibilitäts- vergleich der Fehler erkannt. Ähnliches gilt für s_κ. Bei Ausfall der Δh-Rechnung hilft ein Vergleich des Pedalhub s_P mit dem gemessenen Druck oder Strom. Die Spannungen der Sensoren müssen wegen unterschiedlicher Ausgangspannung auf einen Bezugspunkt normiert oder abgeglichen werden. Es wird vorgeschlagen PIΠPH Abgleich der Spannungen in der Ausgangslage unter Berücksichtigung eines Korrekturwertes, welcher z.B. der Leerweg Δs sein kann. Dieser ist geratespezifisch und kann bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs in der Produktion oder im Service ermittelt werden.

Die Figur 5a zeigt die Pedalkraft F_p und Kolbenkraft F_κ über dem Pedalhub s. Bei S₁ ist die Pedalkraft F_pl und die Kolben- kraft F_Ki . Die BKV-Verstärkung K ergibt sich bei Si zu = K .

Bei S_max ergibt sich

Bei linearer Feder kann die Verstärkung K linear sein, wenn Δh proportional zum, Druck bzw. der Kolbenkraft ist.

Die Figur 5b zeigt einen Bremskreisausfall. Hier entsteht bis S_A kein Bremsdruck, da der aufgefallene Bremskreis einen Pedaldurchfall bis S_A zur Folge hat. Danach wirkt die Kolbengegenkraft und es entsteht wiederum ein Δh zur BKV-Funktion, wie m Figur 5 beschrieben. Hier kann z.B. die Verstärkung erhöht werden, da bei gleichem Druck entsprechend dem Ausfall der Bremsen in der Summe eine kleinere Bremskraft entsteht.

Bei Hybridfahrzeugen kann ebenfalls eine variable Verstärkung, insbesondere eine niedrigere Verstärkung, eingesetzt werden, um die zusätzliche Bremswirkung des Generators bei Rekuperati- on auszugleichen.

Bezugs zeichenliste

1 EC-Motor

2 Spindel

3 Spindelrückstelluny

4 Drehwinkelgeber (Positionsgeber)

5 HZ bzw. THZ

6 Druckleitung vom Druckstangenkolben

7 Druckleitung vom Schwimmkolben

8a-8d 2/2 Magnetventile als Schaltventile

9a-9d Radzylinder

10 Druckgeber

11 Stator

12 Rotor

13 Spindel

14 Übertragungseinrichtung

14a Führungssteg

15 Gehäuse

15a Gehäuselager für Übertragungseinrichtung

16 Bremspedal

16a Pedalstößel

17 Rückstellfeder

18 Scheibe

19 Sicherungsring

20 Druckfeder

20a Federscheibe

20b zweite Druckfeder

21 Stößel

21a Stößelbund

22 Pedalhubsensor

23 Tellerfeder

24 Druckstangenkolben

25 Motoransteuerung

26 Shunt

27 Momentabstut zung

28 Kugelgewindeantrieb

29 Balg

30 Einsatzstück

31 Lagerteil

31a Bund des Lagerteils

31b biegeelastischer Stößel

31c gelenkiger Stößel

32 Bohrung

33/33a 2/2 Magnetventil

34 Magnetj och

35 Spule - -

Bezugszeichenliste (Fortsetzung)

36 Rückschluss

37 Magnetfluss 38 Lamellen

39 Hubmagnet

39a flexibler elektrischer Anschluss

40 Kupplungselement 41 Mitnehmerelement 42 Hülse

43 Führungsschiene

44 Hubmagnet mit Spule 45 Magnetanker

45a Lagerbolzen 46 Rückstellfeder

47 Lagerung

48 Feder

Claims

- 1 -GE 090011WO 03.02.09 allO1399P a t e n t a n s p r ü c h e

1. BremsSystem, einen elektromotorischen Bremskraftverstärker aufweisend, bei dem der Hauptbremszylinder oder Tandem-Hauptbremszylinder (5) über einen Spindelantrieb (13) von einem Elektromotor (11, 12) angetrieben ist und im ABS-Betrieb zum Druckabbau mit diesem verbunden ist, wobei der oder die Arbeitsräume des Bremskraftverstärkers über Hydraulikleitungen (6,7) mit den Radzylindern von Radbremsen (9a- 9d) in Verbindung sind und jeweils einer Radbremse (9a-9d) ein steuerbares Ventil (8a, 8b, 8c, 8d) zugeordnet ist, und dass mittels einer Steuereinrichtung ein Druckaufbau und Druckabbau in den Radbremsen (9a-9d) mittels des Bremskraftverstärkers und der gesteuerten Ventile (8a- 8d) gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Bremsbetätigungseinrichtung (16, 16a, 14) im normalen Bremsbetrieb kraftunterstützend auf die Spindel (13) und/oder den Kolben (24) des Bremskraftverstärkers wirkt.

2. Bremssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass im ABS-Betrieb die Spindel (13) o- der der Kolben (24) die Bremsbetätigungseinrichtung (16, 16a, 14) kraftbeaufschlagt und/oder verstellt.

3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Betätigungseinrichtung (16, 16a, 14) über mindestens ein Federelement (20,20b) , insbesondere eine Druckfeder, auf die Spindel (13) und/oder den Kolben (24) des Bremskraftverstärkers wirkt.

4. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Federelement (20) sich mit seinem einen Ende ar :mβr Ubertrα- gungseinrichtung (14) oder dem Pedalstößel (16a) und mit seinem anderen Ende an der Spindel (13) , dem Kolben (24) oder der Kolbenstange (21) abstützt.

5. Bremssystem nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindestens eine Federelement (20) eine lineare oder degressive Kraft-Weg- Kennlinie für den oberen Kraftbereich aufweist.

6. Bremssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Federweglänge für maximalen Bremsdruck mindestens 1 mm, vorzugsweise mindestens 4 mm beträgt.

7. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bremsbetätigungseinrichtung ein Bremspedal (16) aufweist, welches mit einem Pedalstößel (16a) in Verbindung ist, wobei der Pedalstößel (16a) mit einer Übertragungsein- richtung (14) verbunden ist und die Übertragungseinrichtung (14) auf die Spindel (13) und/oder den Kolben (24) des Bremskraftverstärkers wirkt.

8. Bremssystem nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das mindestens eine Federelement (20) in oder an der Übertragungseinrichtung (14) angeordnet ist.

9. Brems System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein zusätzliches Rückstellfederelement (17) die Übertragungs- einrichtung (14) oder den Pedalstößel (16a) vom Kolben (24) oder der Spindel (13) abhebt. - -

10. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der KoI-

insbesondere mittels einer schaltbaren Kupplung (40-46) , verbunden oder wahlweise miteinander verbindbar bzw. ent- kuppelbar sind.

11. Bremssystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kolben (24) und die Spindel (13) wahlweise mittels Form- oder Kraftschluss miteinander verbindbar sind.

12. Bremssystem nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kolben (24) und die Spindel (13) mittels eines Kraftübertragungsmittels, insbesondere in Form eines Stößels (21) , welcher als Biege- stab ausgebildet sein kann, miteinander verbunden sind oder verbindbar sind.

13. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kraftübertragungsmittel (21) durch die hohle Spindel (13) hin- durch mit der Bremsbetätigungseinrichtung (16, 16a, 14) in Verbindung ist, wobei an der Spindel (13) ein Mitnehmerelement (41) angeordnet ist, mittels dem das Kraftübertragungsmittel (21) zum Druckaufbau mit der Spindel (13) verstellbar ist, und dass in Richtung des Druckab- baus wahlweise mittels der Kupplung (40-46) ein Form- schluss oder Kraftschluss zwischen dem Kraftübertragungsmittel (21) und der Spindel (13) herstellbar ist.

14. Bremssystem nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass bei erfolgter Einkupplung der Kupplung (40-46) der Formschluss zur Verstellung des Kraftübertragungsmittels (21) zum Druckabbau bzw. zum Zurückziehen des Kolbens (24) durch ein Kupplungselement (40) , welches insbesondere als Anschlag für das Kraft- übertragungsstößel (21) dient, erfolgt, wobei sich das Kupplungselernent (40) durch die zylindrische Wandung der Spindel (13) hindurch erstreckt.

15. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kupplung (40-46) einen gehäusefest gelagerten, Antrieb (44,46,47) aufweist, der das Kupplungselement (40) verstellt, wobei das Kupplungselement (40) relativ zum Antrieb (44) parallel zur Spindelachse verschiebbar gelagert ist.

16. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kupplung (40-46) einen Antrieb (44, 46, 47) zur Verstellung des Kupplungselementes (40) aufweist, wobei der Antrieb an der Spindel (13) befestigt ist

17. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich das Kupplungselement (40) durch die zylindrische Wandung des Spindel (13) hindurch erstreckt.

18. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 17, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Kupp- lungselement (40) von einem Federelement (46) in Richtung der ausgekuppelten Stellung kraftbeaufschlagt ist.

19. Bremssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuer- einrichtung die Kupplung (40-46) nur dann schließt, wenn zuvor die Motorfunktion des Antriebs (11, 12) für in Ordnung befunden wurde.

20. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremssystem eine Arretiereinrichtung aufweist, mittels derer die Bewegung der Bremsbetätigungseinrichtung blockierbar ist.

21. Bremssystem nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Arretierungseinrichtung die Bremshptätigungseinrichtung in beliebigen Ξtellungeii oder in einem bestimmten Bewegungsbereich blockieren kann .

22. Bremssystem nach Anspruch 20 oder 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Arretierungseinrichtung hydraulisch oder elektrisch, insbesondere mittels Elektromotor oder Elektromagnet angetrieben ist und auf die Betätigungseinrichtung, insbesondere die Übertragungseinrichtung (14) wirkt.

23. Bremssystem nach einem der Ansprüche 18 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Steuereinrichtung die Arretierungseinrichtung in Abhängigkeit der Signale vom ABS/ESP-Regler und der Kolben und Betäti- gungseinrichtungspositionen ansteuert .

24. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremssystem Sensoren zur Bestimmung der Kolbenposition sowie der Position der Bremsbetätigungseinrichtung aufweist, und die Steuereinrichtung des Bremssystems den Antrieb des Bremskraftverstärkers in Abhängigkeit der beiden Positionen zueinander den Antrieb des Bremskraftverstärkers ansteuert.

25. Bremssystem nach Anspruch 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung aus den ermittelten Positionen von Kolben (13) und Bremsbetätigungseinrichtung (16, 16a, 14) die Pedalkraft ermittelt und anhand des zur Pedalkraft proportionalen Differenzhu- bes Δh den Antrieb (11, 12) des Bremskraftverstärkers ansteuert .

26. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Bremssystem einen Drucksensor (10) aufweist, mit dem der

Druck in Druckkolbenkreis ermittelbar ist, wobei die

Druckregelung für die Radbremsen (9a- 9d) auf Basis der Druckvolumenkennlinien erfolgt.

27. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mittels der Stromaufnahme des elektrischen Antriebs des Bremskraftverstärkers, insbesondere mittels eines Shunts (26) die zum Druck proportionale Stromstärke gemessen wird und die Druckregelung für die Radbremsen (9a, 9b, 9c, 9d) auf Basis der Druckvolumenkennlinien und der Stromstärke, insbesondere ohne Verwendung eines Drucksensors, erfolgt.

28. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung für die Zustandsgrößen „Bremsbetäti- gungseinrichtung, insbesondere Pedalhub s_p, und Kolbenstellung s_κ eine Plausibilitätsprüfung durchführt.

29. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung eine Normierung und Abgleich der Sensorsignale, insbesondere für die Druck-, Positions- und/oder Drehwinkelgeber, durchführt, wobei der Abgleich in der Ausgangslage von Bremspedal (16) , Spindel (13) und Kolben (24) unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten realen Entfernung Δs als Korrekturwert, erfolgt.

30. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung den Federweg der Feder (20) als Steuergröße für die Einregelung der Bremskraftverstärkung ver- wendet.

31. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Rückstellfedern des HZ- bzw. THZ den Kolben (24) sowie die Spindel (13) in deren Ausgangsstellung verstellen.

32. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Fe- der (3) die Spindel (13) in Richtung ihrer Ausgangsstellung und die HZ- bzw. THZ-Federn den Kolben (24) in seine Ausgangsstellung kraftbeaufschlagen bzw. verstellen.

33. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das an der Übertragungseinrichtung (14) oder dem Kolbensystem (24, 21, 30) ein Lagerteil (31) parallel zur Spindelachse verschieblich gelagert ist, wobei das Lagerteil (31) einen biegeelastischen Stößel (31b) zur Kraftübertragung, auf das Kolbensystem bzw. die Übertragungseinrichtung (14) aufweist.

34. Bremssystem nach Anspruch 33, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Stößel (31c) mittels Kugelgelenk an dem Lagerteil (31) angelenkt ist.

35. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die

Steuereinrichtung die Bremskraftverstärkung in Abhängigkeit der mittels Rekuperation erzielten Bremswirkung einregelt .