WO2010094489A2 - Bremsaggregat für ein landfahrzeug mit regenerativer bremsfunktionalität - Google Patents

Bremsaggregat für ein landfahrzeug mit regenerativer bremsfunktionalität Download PDF

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Leo Gilles
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Boris Koeth
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Lucas Automotive Gmbh
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Definitions

  • a brake unit for a land vehicle is provided in a hydraulic, single or multi-circuit brake system for controlling the brake system of vehicles, which are equipped exclusively, or in addition to an internal combustion engine, with an electric machine in the drive train.
  • a hydraulic brake system for such motor vehicles is described.
  • braking systems and their braking units are increasingly being equipped with regenerative braking functionality, with the hitherto customary safety and comfort functions of the brake systems and their braking units, such as driver-independent braking (blocking protection, traction control, electronic stability control, etc.), being maintained.
  • a brake system for a vehicle with electric drive which comprises a conventional, provided with hydraulically actuated friction brakes brake system and an electro-regenerative braking system.
  • the electro-regenerative braking system uses the electric drive machine (s) of the motor vehicle for deceleration and for energy recovery during a braking operation.
  • the braking force portion of the hydraulic friction brake is adapted in this arrangement during a braking operation of the behavior of the regenerative brake with a view to optimal energy recovery.
  • the braking force to be set on the drive wheels is determined from the degree of actuation of the brake pedal, while the non-driven wheels are braked in a conventional manner directly dependent on the pedal actuation via the hydraulic system.
  • braking force component of the regenerative brake For the drive wheels from operating variables of the maximum usable in the current operating state braking force component of the regenerative brake is determined and set the predetermined braking force by appropriate control of the drive motor. If the required braking force exceeds the maximum usable braking force component, then the excess braking force component is set by the friction brake.
  • a brake unit for a hydraulic, single or multi-circuit brake system of a land vehicle with electric drive to perform a regenerative deceleration via at least one electric machine in or on the drive train of the vehicle and a deceleration via at least one friction brake.
  • a brake pedal and at least one sensor serve to detect a braking request of the driver.
  • a master cylinder is used to supply pressurized hydraulic fluid in at least one brake circuit according to the braking request.
  • Brake system is a separating cylinder is provided which has a first hydraulic chamber and a second hydraulic chamber separated therefrom by a separating piston.
  • the first hydraulic chamber has a first port connected to the master brake cylinder and a second port connected via a simulation shift valve to a passage leading to the wheel brakes.
  • the second hydraulic chamber is to be connected by a shut-off valve with the low-pressure storage chamber and to separate from this.
  • a connection Dungs liber between the simulation switching valve and the low pressure storage chamber is arranged a diaphragm.
  • the aperture can be arranged in the connecting line between the simulation switching valve and a shut-off valve upstream of the low-pressure storage chamber.
  • the simulation switching valve may be associated with a pressure limiting valve which is oriented so that it can flow out of the brake circuit to the master cylinder when the simulation switching valve hydraulic fluid is blocked out.
  • the simulation switching valve can have a spring-actuated passage position and an electromagnetically adjustable blocking position.
  • the separating piston of the separating cylinder can be loaded with a spring arrangement in order to exert a yielding opposing force against hydraulic fluid coming out of the master cylinder.
  • the simulation switching valve may be adapted to go in a regenerative braking electromagnetically actuated in its blocking position, so that coming from the master cylinder hydraulic fluid flows into the first hydraulic chamber of the separating cylinder and no hydraulic fluid flows into the wheel brakes.
  • the separating cylinder can form together with the Absperrschaltventil between the master cylinder and the wheel brakes and the storage chamber a grisgeb- or lockable separation chamber with which the driver's braking request corresponding volume of hydraulic fluid in a regenerative braking not in the wheel brakes, but flows into the storage chamber.
  • the spring arrangement may be formed by a plurality of springs equipped with different spring characteristics.
  • a fluid path may be provided in the direction of the low-pressure storage chamber, in which the orifice plate can be arranged.
  • a connection line can be provided from the passage valve to a shut-off switching valve, wherein the restriction orifice can be arranged in a fluid path from this connection line in the direction of the second hydraulic chamber of the separating cylinder.
  • the orifice plate can cause a back pressure behind the Absperrschaltventil that increases the air bleed pressure behind the Absperrschaltventil from the wheel brakes in the brake circuit in the direction of the master brake cylinder or Never ⁇ dertik arrived flowing hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is temporally and locally provided directly to the suction side of the pump, so that a - even creeping, in contrast to an abrupt - change from a regenerative braking to a hydraulic friction braking process or vice versa, can be performed very quickly.
  • the pressure reduction takes place in the separation chamber via the switching valves still open or via the non-return valves. If, during a regenerative braking operation, the braking request exceeds the braking torque which can be absorbed by the electrical machines of the vehicle - for example during panic braking or when the low-pressure accumulator is completely filled - the shut-off valves are opened so that the friction brakes on the wheels of the vehicle are pressurized.
  • Brake system with friction brakes optimally utilized the potential of regenerative braking in electric land vehicles, in vehicles with hybrid drive, or in motor vehicles with a sufficiently sized starter generator in or on the drive train.
  • the electric machines recover as much energy as they are decelerated. Braking requirements beyond regenerative braking are covered by the friction brake.
  • valves may be in their uncontrolled home position, so that the intake valves are open and the exhaust valves are closed.
  • the corresponding valves can be opened or closed in a controlled manner and the pump can be activated in order to build up or release pressure in the wheel brake (s) concerned or to hold it.
  • the electro-hydraulically controlled braking is superimposed on the recuperation, with the responsible for the ABS / TC operation parts such as switching valves, pump, low-pressure accumulator of the brake system through the closed switching valves and the simulation-separation cylinder from the master cylinder and the brake pedal are at least almost disconnected.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a hydraulic brake system in a hydraulic brake system with ABS / ASR function.
  • the aim of the proposed solution is to recover as much energy as possible in the case of electric or hybrid vehicles, which is released during deceleration. Since the regenerative deceleration via the drive machine of the vehicle is not sufficient to cover all braking requirements of the vehicle, the vehicle is additionally equipped with a friction brake. The regenerative braking and the friction brake are coordinated so that as much energy can be recovered while at the same time the other functions of a brake system (ABS, VSC, TC, ESC, etc.) are also available.
  • ABS brake system
  • a brake pedal 10 to be operated by a driver operates an input member of a master cylinder 14.
  • the master cylinder 14 has a first cylinder chamber 16 and a second cylinder chamber 18, both communicating with a fluid reservoir 20.
  • the two cylinder chambers 16, 18 are separated by an intermediate piston 22 and both feed a brake circuit I, II.
  • the master cylinder can also be preceded by, for example, a pneumatic or hydraulic brake booster to the force applied to the brake pedal and acting on the master cylinder 14 pedal force strengthen.
  • the measuring device 10a supplies a drive signal to the control of the electric machine in / on the drive train for regenerative braking.
  • Fig. 1 left - brake circuit I described while the other brake circuit II can remain unexplained because of its identical with the brake circuit I functionality and structure.
  • a brake line 30 originating from the master brake cylinder 14 branches into two brake lines 32 and 34, which lead to the wheel brakes 36 and 38, respectively.
  • there is a different front / rear axle division that is, one brake circuit supplies the wheel brakes of the front axle and the other brake circuit supplies the wheel brakes of the rear axle, or a diagonal division, the means that each brake circuit supplies a wheel brake of the front axle and the diagonally opposite wheel brake of the rear axle.
  • inlet valves 40 and 42 which have a spring-actuated passage position and an electromagnetically adjustable blocking position.
  • return line 44 or 46 In these return lines 44 and 46, a respective 2/2 way valve is arranged as an outlet valve 48 or 50.
  • the exhaust valves 48 and 50 have a spring-actuated blocking position and an electromagnetically adjustable passage position.
  • the return lines 44 and 46 are combined at the outlet sides of the outlet valves 40 and 50 in a common return line 52, to which a fluid pressure accumulator 54 acting as a low-pressure storage chamber is connected.
  • the brake circuit on a high-pressure generating pump 56. This pump 56 is connected at its suction side to the return line 52 and the low-pressure storage chamber 54. On the output side, the pump 56 is connected by a delivery line 60 to the inlet side of the intake valves 40 and 42, respectively.
  • a check valve 62 is disposed in the return line 52 between the low-pressure accumulator chamber 54 and the pump 56, which prevents the emergence of negative pressure in the wheel brake cylinders 36 and 38 when the outlet valve 48 or 50 is open.
  • the suction side leads to the pump 54 next to the return line 52, an intake line 68, in which there is a 2/2 way valve as Ansaug askventil 70 with a spring-actuated blocking position and an electromagnetically adjustable passage position. On the inlet side, this Ansaug concedeventil 70 is connected to the brake pipe 30.
  • a 2/2 way valve is provided as a shut-off switching valve 78, which is bridged by a pressure-limiting valve 80.
  • the shut-off switching valve 78 has a spring-actuated passage position and an electromagnetically adjustable blocking position.
  • the pressure limiting valve 80 can flow at a braking request-independent braking situation, for example, in a slip control case of the wheel brakes coming brake fluid even with an electromagnetically activated locking position of Absperrschaltventils 78 in the direction of the master cylinder 14.
  • a separating cylinder 100 acting as a simulator is arranged in front of the shut-off switching valve 78.
  • the separation cylinder 100 has a separation piston 100a for separating two hydraulic chambers 100b and 100c from each other.
  • the first hydraulic chamber 100b is connected on the inlet side via the brake line 30 to the master cylinder 14 and the outlet side via a simulation switching valve 102 which is bridged by a pressure relief valve 106, connected to the shut-off valve 80.
  • This simulation switching valve 102 has a spring-actuated passage position and an electromagnetically adjustable blocking position.
  • the second hydraulic chamber 100 c of the separating cylinder 100 has only one port and is connected through a shut-off switching valve 104 via the return line 52 and the low-pressure storage chamber 54.
  • This shut-off switching valve 104 is bridged by a pressure limiting valve which opens toward the hydraulic chamber 100c of the separating cylinder 100 and has a spring-actuated blocking position and an electromagnetically adjustable passage position.
  • the pressure limiting valve 106 belonging to the simulation switching valve 102 is oriented so that during a regenerative braking, ie when the simulation switching valve 102 is blocked, for example in a suddenly occurring slip control case, hydraulic fluid can flow out of the brake circuit to the master brake cylinder 14 and its hydraulic reservoir 20.
  • the separating piston 100a of the separating cylinder 100 is loaded with a spring arrangement 10Od, in order - in the case of regenerative braking - to exert a yielding opposing force against hydraulic fluid coming from the master brake cylinder 14.
  • the simulation switching valve 102 is electromagnetically locked in order to receive the hydraulic fluid coming from the master brake cylinder 14 in the first hydraulic chamber 100b and to prevent the hydraulic fluid from flowing into the wheel brakes.
  • the separating cylinder 100 together with the shut-off switching valve 104, ensures that between the master brake cylinder 14 and the wheel brakes and the storage chamber 54, a freewheeling or lockable separation chamber is formed with which the volume of hydraulic fluid corresponding to the driver's braking request in a regenerative braking operation does not enter the Rad brakes is fed, but can flow into the storage chamber 54. From there, it can be called up almost instantaneously in the context of a hydraulic friction braking operation, should the regenerative braking process not be sufficient to bring the required braking torque "on the road.”
  • the spring arrangement 10Od can be replaced by several, with different spring properties (spring constants). equipped springs are formed, which also determine the driver's pedaling behavior presented.
  • one or more additional shutters 110 with a correspondingly dimensioned passage cross section are arranged in the hydraulic path between the connection between the passage valve 102 and the shut-off switching valve 78 and the second hydraulic chamber 100c of the separating cylinder 100 That is, the orifice 110 is provided in the discharge path from the shut-off switching valve 78 through the shut-off switching valve 104 toward the low-pressure storage chamber 54 to positively influence the control performance and the noise during the pressure control in the ESC-R mode in that pedal returns caused by control jumps can be effectively reduced by means of such a diaphragm.
  • This orifice 110 is not in the main path between the master cylinder 14 and the wheel brakes, but in the sub-path toward the second hydraulic chamber 100c of the separating cylinder 100 and low-pressure storage chamber 54. Therefore, this orifice 110 does not obstruct the outflow of hydraulic fluid in a hydraulic friction braking operation the wheel brakes.
  • this orifice plate 110 generates a dynamic pressure downstream of the shut-off valve 78 controlling the pressure in the wheel brakes, which increases the outflow pressure behind the shut-off valve 78 from the wheel brakes and thus prevents or at least reduces cavitation effects on the valve seat and thus increases the control quality and reduces the noise.
  • the flow cross section of this orifice plate 110 with respect to the dynamic pressure / Abström réelle behind the shut-off valve 78 is dimensioned so that even at low temperatures, a faster regulated pressure reduction is not hindered.
  • the valves are in their non-controlled basic position. This means that the intake valves 40 and 42 are opened and the exhaust valves 48 and 50 are closed. As a result, the corresponding wheel brakes are subjected to the pressure applied by the driver by actuating the pedal. In the ABS case, the corresponding valves are opened or closed in a controlled manner and the pump 56 is activated in order to build up or release pressure in the wheel brake (s) concerned, or to hold them.
  • the exhaust valve associated with the slip-laden wheel is switched to its blocking position and the intake valve is switched to its passage position.
  • hydraulic fluid is sucked out of the hydraulic reservoir without pedal actuation and is fed into the wheel brake cylinder (s) via the respective open inlet valve.
  • pressure in the wheel brakes can be established independently of the brake pedal actuation. The pressure is released by opening the exhaust valves, closing the intake valves and opening the intake valves.
  • hydraulically actuated friction brakes a regenerative deceleration via one or more electrical machines used for the drive of the motor vehicle is possible in the context of the electric or hybrid vehicle.
  • the electric machine (s) connected as a generator is / are activated to charge the accumulator (s).
  • a separate control unit 10a is provided for controlling the electrical machine (s). This communicates with the control unit controlling the hydraulic brake system in data communication connection.
  • This electro-hydraulic brake control unit receives a measure of the brake pedal actuation, wheel speed limits of the vehicle wheels and pressure in each vehicle brake, and the pressure at the output of the master cylinder. Further, for example, a serial bus serving as a connection to the engine control unit serves to receive a quantity representing the braking torque set by the regenerative brake and to output a quantity representing the braking torque to be set. Furthermore, output control lines for controlling the various valves and the pump are provided.
  • the decelerations are coordinated from friction brake and regenerative brake.
  • the control unit is at least one, the brake pedal actuation signal reproduced.
  • the electric machine (s) may decelerate the vehicle.
  • the valves are controlled in such a way that no or only a small brake pressure build-up takes place in the wheel brake cylinders, which at no or no significant hydraulic Braking effect leads.
  • the simulation switching valve 102 is brought into its electromagnetically activated blocking position.
  • the intake control valve 104 is also brought into its electromagnetically activated blocking position.
  • the switching valve 102 connected in series with the separating cylinder 100 is brought into its spring-actuated passage position.
  • the brake pedal operation by the driver allows hydraulic fluid to flow into the master cylinder side portion of the separating cylinder 100, while the part of the separating cylinder 100 separated from the master cylinder 14 is compressed and the hydraulic fluid contained therein escapes into and at least partially fills the low pressure accumulator chamber 54.
  • This is converted into a desired braking torque, which is then converted in the control unit for the electric machine into corresponding operating parameters for this.
  • brake pressure in the hydraulic brakes is built up in addition to the regenerative deceleration, thus achieving superimposed deceleration by the friction brake in accordance with the braking request.
  • the pressure reduction takes place in the simulator or the storage chamber such that the simulation switching valve 102 remains in its blocking position and the Ansaug concedeventil 104 assumes its passage position or remains in it.
  • the switching valve 102 connected in series with the separating cylinder 100 remains in its passage position.
  • the driver known pedal characteristics is maintained.
  • the low brake pressure which corresponds to the spring force in the simulator (and possibly the backpressure of the storage chamber)
  • no expected deviating pedal behavior is produced.
  • the land vehicle is equipped with an electric drive to a regenerative deceleration over At least one electric machine in or on the drive train of the vehicle and a deceleration via at least one friction brake will be explained below.
  • the electro-hydraulic control unit contains, for example, a pump and an upstream control valve for implementing the recuperation capability.
  • recuperative ESC control unit of the type presented above to omit the vacuum brake booster and the braking device for these normal braking to comply with minimum legal requirements (eg legal or manufacturer) of, for example, 0.65g at 500N pedal force.
  • the vacuum brake booster can also be downsized and the hydraulic ratio in the master cylinder reduced and the master cylinder diameter maintained, so that only the control point drops accordingly.
  • Intake valve immediately be felt on the brake pedal, a prolonged opening leads to failure of the brake pedal. If the intake valve remains open, the pressure in the brakes will increase to the master cylinder pressure. The now too high pressure correcting shut-off valve 78 releases the pressure in the low-pressure fluid reservoir 56.
  • Another variant provides to reduce the vacuum brake booster, reduces the ratio and the diameter of the master cylinder is reduced accordingly.
  • the pedal feel for the driver remains unchanged during regenerative and normal braking.
  • the separation chamber would have to be provided with an increased hydraulic ratio, so that despite a smaller stroke, if necessary, always enough Brake fluid for the brake pressure build-up is moved into the low-pressure fluid reservoir.
  • the driver would now feel a significantly lower delay at a certain pedal force and the stroke volume design between the master cylinder and the brake would be critical, especially in Bremsfading or even brake circuit failure.
  • the simulated separating cylinder provides the possibility of effecting the braking actions by fluid provided by the fluid pump, the behavior and characteristics the brake pedal is determined by the spring arrangement of the simulation separation cylinder, the hydraulic transmission of the master cylinder, and, as far as available, by the vacuum brake booster.
  • the brake pedal experiences a pedal force corresponding to the driver's request, which leads to the fact that brake fluid is conveyed into the separating cylinder and correspondingly into the low-pressure fluid reservoir.
  • the pump takes in the event of subsequent hydraulic normal braking, because the low-pressure fluid reservoir is filled or the recuperative braking can not provide sufficient braking torque, fluid from the low-pressure fluid reservoir and promotes this in the wheel brakes.
  • the check valves come into their de-energized position. In this case, the braking request of the driver directly leads to the fact that fluid is conveyed from the master cylinder into the wheel brakes.
  • the problem is that on the one hand, the required installation space for the brake system to be reduced, on the other hand, the comfort for the driver to stay or even increase and in any case, the legal or vehicle manufacturers requirements for vehicle deceleration are observed.
  • the finding is based on the fact that with the above presented ESC-R brake system by the simulation-separation cylinder in the normal (recuperation) brake case one hand, the driver's request can be detected without promoting the corresponding fluid in the wheel brakes and on the other hand, the spring, orifice arrangement on Simulation separation cylinder and the translation of the master cylinder can be configured so that the desired brake pedal characteristic can be achieved.
  • this configuration of the master cylinder can also satisfy the stringent constraint that vehicle manufacturer-side and / or the statutory minimum braking deceleration requirements in the event of a fault in which the simulation separating cylinder fails or electrical components fail completely or partially.
  • the present ESC-R brake system allows and envisages, in the blocking or traction control case, the electro-hydraulically controlled braking superimposed on the recuperation operation.
  • This has the consequence that the driver on the brake pedal because of the locked simulation-separation cylinder, the pulsation of ABS / TC operation is not or hardly felt, and on the other hand, that in the blocking or traction control case, the recuperation be switched off immediately must, which increases the efficiency of the recuperation operation.
  • This is due to the fact that the part of the brake system responsible for the ABS / TC operation is decoupled from the master brake cylinder and the brake pedal with virtually no reaction due to the closed shift valves and the simulation clutch cylinder.

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Abstract

Ein Bremsaggregat für ein hydraulisches, ein- oder mehrkreisiges Bremssystem eines Landfahrzeuges mit elektrischem Antrieb, um eine regenerative Abbremsung über wenigstens eine elektrische Maschine im oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über wenigstens eine Reibungsbremse auszuführen, wobei ein Bremspedal und wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers vorgesehen ist, ein Hauptbremszylinder zum Einspeisen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in wenigstens einen Bremskreis entsprechend dem Bremswunsch, wobei ein Trennzylinder vorgesehen ist, der eine erste Hydraulikkammer und eine von dieser durch einen Trennkolben getrennte zweite Hydraulikkammer hat, wobei die erste Hydraulikkammer einen ersten Anschluss hat, der mit dem Hauptbremszylinder verbunden ist, und einen zweiten Anschluss hat, der über ein Simulationsschaltventil mit einer zu den Radbremsen führenden Leitung verbunden ist, und die zweite Hydraulikkammer durch ein Absperrschaltventil mit der Niederdruck-Speicherkammer verbunden ist, und eine Blende in einer Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil und der Niederdruck-Speicherkammer angeordnet ist.

Description

Bremsaqqreqat für ein Landfahrzeuq mit regenerativer Bremsfunktionalität
Beschreibung
Technischer Bereich
Ein Bremsaggregat für ein Landfahrzeug ist in einem hydraulischen, ein- oder mehrkreisigen Bremssystem zur Steuerung der Bremsanlage von Fahrzeugen vorgesehen, die ausschließlich, oder zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Maschine im Antriebsstrang ausgestattet sind. Außerdem wird ein hydraulisches Bremssystem für derarti- ge Kraftfahrzeuge beschrieben. Dabei werden zunehmend auch Bremssysteme und deren Bremsaggregate mit regenerativer Bremsfunktionalität ausgestattet, wobei die bisher üblichen Sicherheits- und Komfortfunktionen der Bremssysteme und deren Bremsaggregate wie fahrerunäbhängiges Bremsen (Blockierschutz, Traktionskontrolle, Elektronisches Stabilitätskontrolle, etc.) beibehalten werden sollen.
Technischer Hintergrund
In der Vergangenheit wurde die in Kraftfahrzeugen benötigte elektrische Energie praktisch vollständig aus Kraftstoff (Benzin oder Diesel) erzeugt. Allerdings gibt es zum Beispiel bei elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen das Konzept, die beim Bremsen freiwerdende kinetische Energie - anstatt sie in Reibungswärme umzusetzen - wieder in elektrische (potentielle) Energie zurückzuwandeln. Durch entsprechende Regeleinrichtungen soll nun auch in Kraftfahrzeugen bei Bremsphasen zumindest ein Teil der Bremsenergie wieder zur Aufladung der Fahrzeugbatterie (genauer gesagt des Akkumulators) verwendet werden.
Aus der EP-A 595 961 ist eine Bremsanlage für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb bekannt, welches ein herkömmliches, mit hydraulisch betätigten Reibungsbremsen versehenen Bremssystem und ein elektro-regeneratives Bremssystem umfasst. Das elektro-regenerative Bremssystem nutzt dabei die elektrische(n) Antriebsmaschine(n) des Kraftfahrzeugs zur Abbremsung und zur Energierückgewinnung während eines Bremsvorgangs aus. Der Brems- kraftanteil der hydraulischen Reibungsbremse wird in dieser Anordnung während eines Bremsvorgangs dem Verhalten der regenerativen Bremse im Hinblick auf eine optimale Energierückgewinnung angepasst. Dazu wird aus dem Betätigungsgrad des Bremspedals die einzustellende Bremskraft an den Antriebsrädern bestimmt, während die nicht angetriebenen Räder in herkömmlicher Weise direkt abhängig von der Pedalbetätigung über die Hydraulik gebremst werden. Für die Antriebsräder wird aus Betriebsgrößen der im aktuellen Betriebszustand maximal nutzbare Bremskraftanteil der regenerativen Bremse ermittelt und die vorgegebene Bremskraft durch entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors eingestellt. Überschreitet die geforderte Bremskraft den maximal nutzbaren Bremskraftanteil, so wird der übersteigende Bremskraftanteil durch die Reibungsbremse eingestellt.
Für die Antriebsräder ist eine Entkopplung der Hydraulik von der Pedalbetätigung vorgese- hen, während für die nicht angetriebenen Räder die herkömmlich direkte hydraulische Steuerung besteht. Dies ist eine sehr aufwendige, in ihrem Verhalten wenig komfort-orientierte Bremsanlage.
Weiteren technologischen Hintergrund zeigen die Dokumente DE 41 24 496 A, DE 10 2006 060 434 Al, DE 10 2006 033 890 Al, US 59 24 775 A und DE 102 03 836 Al.
Zugrunde liegendes Problem
Von Fahrzeugherstellern wird zunehmend die Bereitstellung von rekuperationsfähigen
Bremsanlagen gefordert, die auch eine elektronisches Stabilitätskontrolle erlauben (sog. ESC- R Bremssysteme). Ausgehend hiervon besteht ein Problem darin, Maßnahmen zur Gestaltung und funktionellen Ausgestaltung der Bremsanlage eines mit einer elektrischen Maschine im oder am Antriebsstrang versehenen Fahrzeugs anzugeben, welche den Komfort des Bremsvorgangs für den Fahrer steigern, die Regelgüte und die Geräuschentwicklung während der Druckregeiung im rekuperativen elektronischen Stabilitätskontrollbetrieb (= ESC-R Modus) positiv beeinflussen können, und / oder kostengünstig und Bauraum sparend realisierbar sind.
Vorgeschlagene Lösung
Als Lösung dieses Problems wird ein Bremsaggregat angegeben für ein hydraulisches, ein- oder mehrkreisiges Bremssystem eines Landfahrzeuges mit elektrischem Antrieb, um eine regenerative Abbremsung über wenigstens eine elektrische Maschine im oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über wenigstens eine Reibungsbremse auszuführen. Ein Bremspedal und wenigstens ein Sensor dienen zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers. Ein Hauptbremszylinder dient zum Einspeisen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in wenigstens einen Bremskreis entsprechend dem Bremswunsch. In dem
Bremssystem ist ein Trennzylinder vorgesehen ist, der eine erste Hydraulikkammer und eine von dieser durch einen Trennkolben getrennte zweite Hydraulikkammer hat. Die erste Hydraulikkammer hat einen ersten, mit dem Hauptbremszylinder verbunden Anschluss und einen zweiten, über ein Simulationsschaltventil mit einer zu den Radbremsen führenden Leitung verbundenen Anschluss. Die zweite Hydraulikkammer ist durch ein Absperrschaltventil mit der Niederdruck-Speicherkammer zu verbinden und von dieser zu trennen. In einer Verbin- dungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil und der Niederdruck-Speicherkammer ist eine Blende angeordnet.
Die Blende kann in der Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil und einem der Niederdruck-Speicherkammer vorgeschalteten Absperrschaltventil angeordnet sein.
Dem Simulationsschaltventil kann ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet sein, das so orientiert ist, dass es bei gesperrtem Simulationsschaltventil Hydraulikfluid aus dem Bremskreis zum Hauptbremszylinder hin abströmen lässt.
Das Simulationsschaltventil kann eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung haben. Der Trennkolben des Trennzylinders kann mit einer Federanordnung belastet sein, um gegen aus dem Hauptbremszylinder kommendes Hydraulikfluid eine nachgebende Gegenkraft auszuüben.
Das Simulationsschaltventil kann dazu eingerichtet sein, bei einer Regenerativbremsung elektromagnetisch betätigt in seine Sperrstellung zu gehen, so dass aus dem Hauptbremszylinder kommendes Hydraulikfluid in die erste Hydraulikkammer des Trennzylinders strömt und kein Hydraulikfluid in die Radbremsen strömt.
Der Trennzylinder kann zusammen mit dem Absperrschaltventil zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremsen sowie der Speicherkammer eine freigeb- oder sperrbare Trennkammer bilden, mit der das dem Bremswunsch des Fahrers entsprechende Volumen an Hydraulikfluid bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Radbremsen, sondern in die Speicherkammer fließt.
Die Federanordnung kann durch mehrere, mit unterschiedlichen Federeigenschaften ausgestattete Federn gebildet sein.
Von einer Verbindungsleitung von dem Durchlassventil zu einem Absperrschaltventil kann ein Fluidpfad in Richtung zu der Niederdruck-Speicherkammer hin vorgesehen sein, in dem die Drosselblende angeordnet sein kann.
Eine Verbindungsleitung kann von dem Durchlassventil zu einem Absperrschaltventil vorge- sehen sein, wobei die Drosselblende in einem Fluidpfad von dieser Verbindungsleitung in Richtung zu der zweiten Hydraulikkammer des Trennzylinders hin angeordnet sein kann. Die Drosselblende kann bei aus dem Bremskreis in Richtung Hauptbremszylinder oder Nie¬ derdruckspeicher strömendem Hydraulikfluid hinter dem Absperrschaltventil einen Staudruck verursachen, der den Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil aus den Radbremsen erhöht.
Durch die Niederdruckspeicherkammer wird das Hydraulikfluid zeitlich und örtlich unmittelbar der Ansaugseite der Pumpe zur Verfügung gestellt, so dass ein - auch schleichender, im Gegensatz zu einem abrupten - Wechsel von einem Regenerativbremsvorgang zu einem hydraulischen Reibungsbremsvorgang oder umgekehrt, sehr schnell ausgeführt werden kann.
Sobald der Bremswunsch abnimmt, erfolgt der Druckabbau in der Trennkammer über die weiterhin geöffneten Schaltventile oder über die Rückschlagventile. Falls während eines Regenerativbremsvorgangs der Bremswunsch das durch die elektrischen Maschinen des Fahrzeuges aufnehmbare Bremsmoment übersteigt - zum Beispiel bei einer Panikbremsung, oder wenn der Niederdruckspeicher vollständig gefüllt ist - werden die Absperrventile geöffnet, so dass die Reibungsbremsen an den Rädern des Fahrzeuges mit Druck beaufschlagt werden.
Durch diese Lösung wird bei Einsatz einer nur geringfügig veränderten herkömmlichen
Bremsanlage mit Reibungsbremsen das Potential der regenerativen Bremsung bei Elektro- Landfahrzeugen, bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb, oder bei Kraftfahrzeugen mit einem ausreichend dimensionierten Startergenerator im oder am Antriebsstrang optimal ausgenützt.
Die elektrischen Maschinen gewinnen beim Abbremsen möglichst viel Energie zurück. Über die regenerative Abbremsung hinausgehende Bremsanforderungen werden durch die Reibungsbremse abgedeckt.
Im Normalbetrieb können sich die Ventile in ihrer nicht angesteuerten Grundstellung befinden, so dass die Einlassventile geöffnet sind und die Auslassventile geschlossen sind.
Im ABS-FaII können die entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet oder geschlossen und die Pumpe angesteuert werden, um Druck in der oder den betroffenen Radbremsen auf- oder abzubauen, oder zu halten. Im Blockier- oder Traktionssteuerfall wird die elektrohydraulisch gesteuerte Bremsung dem Rekuperationsbetrieb überlagert, wobei die für den ABS-/TC-Betrieb zuständigen Teile wie Schaltventile, Pumpe, Niederdruckspeicher des Bremssystems durch die geschlossenen Schaltventile und den Simulations-Trennzylinder vom Hauptbremszylinder und dem Brems- pedal zumindest nahezu abgekoppelt sind.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.
Kurzbeschreibung der Figur
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hydraulikbremssystems in einer hydraulischen Bremsanlage mit ABS/ASR-Funktion.
Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsbeispiele Ziel der vorgestellten Lösung ist, bei Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen möglichst viel der Energie zurück zu gewinnen, die beim Abbremsen freigesetzt wird. Da die regenerative Abbrem- sung über die Antriebsmaschine des Fahrzeugs nicht ausreichend ist, um alle Bremsanforderungen des Fahrzeugs abzudecken, ist das Fahrzeug zusätzlich mit einer Reibungsbremse ausgerüstet. Die regenerative Abbremsung und die Reibungsbremse sind so aufeinander abzustimmen, dass möglichst viel Energie zurück gewonnen werden kann während gleichzeitig die sonstigen Funktionen einer Bremsanlage (ABS, VSC, TC, ESC, etc.) ebenfalls zur Verfügung stehen.
Dazu ist Fig. 1 ist ein zeigt eine schematische Darstellung eines Bremssystems mit X-Brems- kraftaufteilung, in einer hydraulischen Bremsanlage mit ABS/TC/ESC-R-Funktionalität. Ein von einem Fahrer zu betätigendes Bremspedal 10 betätigt ein Eingangsglied eines Haupt- bremszylinders 14. Der Hauptbremszylinder 14 hat eine erste Zylinderkammer 16 und eine zweite Zylinderkammer 18, die beide mit einem Fluidreservoir 20 kommunizieren. Die beiden Zylinderkammern 16, 18 sind durch einen Zwischenkolben 22 voneinander getrennt und speisen beide jeweils einen Bremskreis I, II. Dem Hauptbremszylinder kann auch zum Beispiel ein pneumatischer oder hydraulischer Bremskraftverstärker vorgeschaltet sein, um die am Bremspedal eingespeiste und auf den Hauptbremszylinder 14 wirkende Pedalkraft zu verstärken. Am Bremspedal 10 ist zur regenerativen Abbremsung wenigstens eine Messeinrichtung 10a vorgesehen, die ein Maß für den Betätigungsweg und/oder die Betätigungskraft des Bremspedals 10 durch den Fahrer (= Bremswunsch) abgibt. Die Messeinrichtung 10a liefert ein Ansteuersignal an die Steuerung der elektrischen Maschine im/am Antriebsstrang zur Rege- nerativbremsung. Nachstehend ist nur der eine - in Fig. 1 linke - Bremskreis I beschrieben, während der andere Bremskreis II wegen seiner mit dem Bremskreis I identischen Funktionalität und Struktur unerörtert bleiben kann.
Eine vom Hauptbremszylinder 14 ausgehende Bremsleitung 30 verzweigt sich in zwei Brems- leitungen 32 und 34, die zu den Radbremsen 36 bzw. 38 führen. Je nach dem, welche Radbremsen des Fahrzeuges von welchen Bremskreis versorgt werden, ergibt sich eine andere Vorder-/Hinterachsaufteilung, das heißt, der eine Bremskreis versorgt die Radbremsen der Vorderachse und der andere Bremskreis versorgt die Radbremsen der Hinterachse, oder eine diagonale Aufteilung, das heißt, der jeder Bremskreis versorgt eine Radbremse der Vorder- achse und die diagonal gegenüberliegende Radbremse der Hinterachse.
In den Bremsleitungen 32 und 34 sind jeweils 2/2 Wegeventile als Einlassventile 40 bzw. 42 vorgesehen, welche eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung aufweisen. Zwischen den Einlassventilen 40 bzw. 42 und den zugehö- rigen Radbremsen 36 bzw. 38 geht je eine Rückführleitung 44 bzw. 46 aus. In diesen Rückführleitungen 44 und 46 ist jeweils ein 2/2 Wegeventil als Auslassventil 48 bzw. 50 angeordnet. Die Auslassventile 48 und 50 haben eine federbetätigte Sperrstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung. Die Rückführleitungen 44 und 46 sind an den Auslassseiten der Auslassventile 40 und 50 in einer gemeinsamen Rückführleitung 52 vereinigt, an welcher ein als Niederdruck-Speicherkammer wirkender Fluid-Druckspeicher 54 angeschlossen ist. Außerdem weist der Bremskreis eine Hochdruck erzeugende Pumpe 56 auf. Diese Pumpe 56 ist an ihrer Ansaugseite mit der Rückführleitung 52 und der Niederdruck-Speicherkammer 54 verbunden. Ausgangsseitig ist die Pumpe 56 durch eine Förderleitung 60 mit der Einlassseite der Einlassventile 40 bzw. 42 verbunden.
Ferner ist in der Rückführleitung 52 zwischen der Niederdruck-Speicherkammer 54 und der Pumpe 56 ein Rückschlagventil 62 angeordnet, welches bei geöffnetem Auslassventil 48 oder 50 das Entstehen von Unterdruck in den Radbremszylindern 36 bzw. 38 verhindert. Saugsei- tig führt zu der Pumpe 54 neben der Rückführleitung 52 eine Ansaugleitung 68, in welcher sich ein 2/2 Wegeventil als Ansaugsteuerventil 70 mit einer federbetätigten Sperrstellung und einer elektromagnetisch einstellbaren Durchlassstellung befindet. Einlassseitig ist dieses Ansaugsteuerventil 70 mit der Bremsleitung 30 verbunden. Im Fluidpfad zwischen der Förderleitung 60 und der vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 32 ist ein 2/2 Wegeventil als Absperrschaltventil 78 vorgesehen, welches durch ein Druckbegrenzungsventil 80 überbrückt ist. Das Absperrschaltventil 78 weist eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung auf. Das Druckbegrenzungsventil 80 lässt bei einer Bremswunsch-unabhängigen Bremssituation, zum Beispiel in einem Schlupfregelfall von den Radbremsen kommendes Bremsfluid auch bei einer elektromagnetisch eingeschalteten Sperrstellung des Absperrschaltventils 78 in Richtung Hauptbremszylinder 14 strömen.
In der vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 32 ist vor dem Absperrschaltventil 78 ein als Simulator wirkender Trennzylinder 100 angeordnet. Der Trennzylinder 100 hat einen Trennkolben 100a, um zwei Hydraulikkammern 100b und 100c von einander zu trennen. Die erste Hydraulikkammer 100b ist einlassseitig über die Bremsleitung 30 mit dem Hauptbremszylinder 14 verbunden und auslassseitig über ein Simulationsschaltventil 102, welches durch ein Druckbegrenzungsventil 106 überbrückt ist, mit dem Absperrschaltventil 80 verbunden. Dieses Simulationsschaltventil 102 weist eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung auf. Die zweite Hydraulikkammer 100c des Trennzylinders 100 hat nur einen Anschluss und ist durch ein Absperrschaltventil 104 über die Rückführleitung 52 und der Niederdruck-Speicherkammer 54 verbunden. Dieses Absperrschaltventil 104 ist durch ein zur Hydraulikkammer 100c des Trennzylinders 100 hin öffnendes Druckbegrenzungsventil überbrückt und weist eine federbetätigte Sperrstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung auf.
Das zu dem Simulationsschaltventil 102 gehörige Druckbegrenzungsventil 106 ist so orien- tiert, dass es während einer regenerativen Bremsung, also bei gesperrtem Simulationsschaltventil 102, zum Beispiel in einem plötzlich auftretenden Schlupfregelungsfall, Hydraulikfluid aus dem Bremskreis zum Hauptbremszylinder 14 und dessen Hydraulikreservoir 20 hin abströmen lässt.
Der Trennkolben 100a des Trennzylinders 100 ist mit einer Federanordnung 10Od belastet, um - im Fall der Regenerativbremsung - gegen aus dem Hauptbremszylinder 14 kommendes Hydraulikfluid eine nachgebende Gegenkraft auszuüben. Bei einer Regenerativbremsung wird das Simulationsschaltventil 102 elektromagnetisch gesperrt um das aus dem Hauptbremszylinder 14 kommende Hydraulikfluid in der ersten Hydraulikkammer 100b aufzuneh- men und zu verhindern, dass das Hydraulikfluid in die Radbremsen strömt. Der Trennzylinder 100 bewirkt zusammen mit dem Absperrschaltventil 104, dass zwischen dem Hauptbremszylinder 14 und den Radbremsen sowie der Speicherkammer 54 eine frei- geb- oder sperrbare Trennkammer gebildet ist, mit der das dem Bremswunsch des Fahrers entsprechende Volumen an Hydraulikfluid bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Radbremsen eingespeist wird, sondern in die Speicherkammer 54 fließen kann. Von dort kann es im Rahmen eines hydraulischen Reibungsbremsvorganges praktisch ohne zeitliche Verzögerung unmittelbar abgerufen werden, sollte der Regenerativbremsvorgang nicht ausreichen, um das erforderliche Bremsmoment „auf die Straße" zu bringen. Die Federanordnung 10Od kann durch mehrere, mit unterschiedlichen Federeigenschaften (Federkon- stanten) ausgestattete Federn gebildet sein, die auch das dem Fahrer dargebotene Pedalverhalten mitbestimmen.
Um bei Regenerativ-Bremsphasen ein möglichst realitätsnahes „Bremsgefühl" zu vermitteln sind eine oder mehrere zusätzliche Blenden 110 mit entsprechend dimensioniertem Durch- lassquerschnitt im Hydraulikpfad zwischen der Verbindung von dem Durchlassventil 102 und dem Absperrschaltventil 78 und der zweiten Hydraulikkammer 100c des Trennzylinders 100 angeordnet. Genauer gesagt ist die Drosselblende 110 im Abströmpfad von dem Absperrschaltventil 78 durch das Absperrschaltventil 104 in Richtung zu der Niederdruck- Speicherkammer 54 hin vorgesehen um die Regelgüte und die Geräuschentwicklung wäh- rend der Druckregelung im ESC-R Modus positiv zu beeinflussen. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass mittels einer solchen Blende durch Regelsprünge hervorgerufene Pedalrückwirkungen wirkungsvoll vermindert werden können.
Diese Drosselblende 110 befindet sich nicht im Hauptpfad zwischen dem Hauptbremszylinder 14 und den Radbremsen, sondern im Nebenpfad in Richtung zu der zweiten Hydraulikkammer 100c des Trennzylinders 100 und Niederdruck-Speicherkammer 54. Daher behindert diese Drosselblende 110 nicht den Abfluss von Hydraulikfluid bei einem hydraulischen Reibungsbremsvorgang aus den Radbremsen. Bei der Druckregelung erzeugt diese Drosselblende 110 hinter dem den Druck in den Radbremsen regelnden Absperrschaltventil 78 einen Staudruck, der den Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil 78 aus den Radbremsen erhöht und damit Kavitationseffekte am Ventilsitz verhindert oder zumindest reduziert und so die Regelgüte erhöht und die Geräuschentwicklung vermindert. Dabei ist der Durchflussquerschnitt dieser Drosselblende 110 im Hinblick auf den Staudruck / Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil 78 so dimensioniert, dass auch bei tiefen Temperaturen einen schneller geregelter Druckabbau nicht behindert ist. Im Normalbetrieb sind die Ventile in ihrer nicht angesteuerten Grundstellung. Dies bedeutet, dass die Einlassventile 40 und 42 geöffnet sind und die Auslassventile 48 und 50 geschlossen sind. Dadurch werden die entsprechenden Radbremsen mit dem vom Fahrer durch Betätigen des Pedals eingesteuerten Druck beaufschlagt. Im ABS-FaII werden die entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet oder geschlossen und die Pumpe 56 angesteuert, um Druck in der oder den betroffenen Radbremse(n) auf- oder abzubauen, oder zu halten.
Weist eines oder mehrere der Antriebsräder des Fahrzeugs einen zu hohen Antriebsschlupf auf, liegt also ein Fall für die Schlupfregelung vor, wird das dem schlupfbehafteten Rad zugeordnete Auslassventil in seine Sperrstellung und das Ansaugventil in seine Durchlassstellung geschaltet. Durch Aktivieren der Pumpe wird ohne Pedalbetätigung Hydraulikflu- id aus dem Hydraulikreservoir angesaugt und über das jeweilige geöffnete Einlassventil in den oder die betroffenen Radbremszylinder eingesteuert. Dadurch kann unabhängig von der Bremspedalbetätigung Druck in den Radbremsen aufgebaut werden. Der Druckabbau erfolgt durch Öffnen der Auslassventile, Schließen der Ansaugventile und Öffnen der Einlassventile.
Neben der vorstehend erläuterten und in den Fig. dargestellten, hydraulisch betätigten Reibungsbremsen ist im Rahmen des Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs eine regenerative Abbremsung über eine oder mehrere für den Antrieb des Kraftfahrzeuges verwendete elektrische Maschinen möglich. Dabei wird/werden die als Generator geschaltete(n) elektrische(n) Ma- schine(n) zur Ladung des/der Akkumulators/en angesteuert. Zur Steuerung des/der elektri- sche(n) Maschine(n) ist dabei in der Regel eine eigene Steuereinheit 10a vorgesehen. Diese steht mit der die hydraulische Bremsanlage steuernden Steuereinheit in Datenkommunikationsverbindung.
Diese Steuereinheit für die elektrohydraulische Bremsanlage empfängt ein Maß für die Bremspedalbetätigung, Größen für die Radgeschwindigkeiten der Fahrzeugräder und den Druck in den einzelnen Fahrzeugbremsen sowie den Druck am Ausgang des Hauptbremszylinders. Ferner dient ein beispielsweise serieller Bus als Verbindung zur Motorsteuereinheit dazu, eine das von der regenerativen Bremse eingestellte Bremsmoment repräsentierende Größe zu empfangen und eine das einzustellende Bremsmoment repräsentierende Größe abzugeben. Ferner sind Ausgangssteuerleitungen zur Steuerung der diversen Ventile sowie der Pumpe vorgesehen.
In der die elektrohydraulische Bremsanlage steuernden Steuereinheit werden die Abbremsungen aus Reibungsbremse und regenerativer Bremse koordiniert. Dazu wird der Steuereinheit wenigstens ein, die Bremspedalbetätigung wiedergebendes Signal zugeführt. Ist die elektrische Anlage in Betrieb, können die elektrische(n) Maschine(n) das Fahrzeug abbremsen. Bei Beginn einer normalen Bremsung (also keiner Not- oder Panikbremsung) werden mit Betätigen des Bremspedals in der hydraulischen Bremsanlage die Ventile derart angesteuert, dass kein oder nur ein geringer Bremsdruckaufbau in den Radbremszylindern statt- findet, der zu keiner bzw. zu keiner nennenswerten hydraulischen Bremswirkung führt.
Vielmehr wird ein Regenerativbremsvorgang eingeleitet. Dazu wird das Simulationsschaltventil 102 in seine elektromagnetisch eingeschaltete Sperrstellung gebracht. Auch das Ansaugsteuerventil 104 wird in seine elektromagnetisch eingeschaltete Sperrstellung gebracht. Außerdem wird das mit dem Trennzylinder 100 in Reihe geschaltete Schaltventil 102 in seine federbetätigte Durchlassstellung gebracht.
Die Bremspedalbetätigung durch den Fahrer lässt Hydraulikfluid in den hauptzylinderseitigen Teil des Trennzylinders 100 einströmen, während der von dem Hauptbremszylinder 14 abgetrennte Teil des Trennzylinders 100 komprimiert wird und das darin befindliche Hydraulikfluid in die Niederdruck-Speicherkammer 54 entweicht und diese zumindest teilweise füllt. Abhängig von der Betätigung des Bremspedals und ggf. weiteren Betriebsgrößen wird der Bremswunsch des Fahrers abgeleitet. Dieser wird in ein Sollbremsmoment umgesetzt, das dann in der Steuereinheit für die elektrische Maschine in entsprechende Betriebsparameter für diese umgesetzt wird. Sobald die Speicherkammer gefüllt ist ohne dass der Bremswunsch beendet ist oder abnimmt, wird bei einem darüber hinausgehenden Bremswunsch zusätzlich zur regenerativen Abbremsung Bremsdruck in den hydraulischen Bremsen aufgebaut und so eine überlagerte Abbremsung durch die Reibungsbremse entsprechend dem Bremswunsch erreicht.
Sofern der Bremswunsch abnimmt oder beendet ist, bevor die Speicherkammer vollständig gefüllt ist, erfolgt der Druckabbau in dem Simulator bzw. der Speicherkammer derart, dass das Simulationsschaltventil 102 in seiner Sperrstellung bleibt und das Ansaugsteuerventil 104 seine Durchlassstellung einnimmt oder in ihr verbleibt. Außerdem verbleibt das mit dem Trennzylinder 100 in Reihe geschaltete Schaltventil 102 in seiner Durchlassstellung.
Durch die vorgeschlagene Lösung mit der Drosselblende 110 bleibt die dem Fahrer bekannte Pedalcharakteristik erhalten. Insbesondere wird im Bereich der regenerativen Abbremsung trotz des geringen Bremsdrucks, welcher der Federkraft in dem Simulator (und ggf. dem Gegendruck der Speicherkammer) entspricht, kein vom erwarteten abweichendes Pedalver- halten erzeugt. Eine andere Variante um in einem hydraulischen, ein- oder mehrkreisigen Bremssystem den Komfort für den Fahrer zu steigern und das Gewicht und/oder den notwendigen Bauraum in einem Landfahrzeug zu verringern, wobei das Landfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist, um eine regenerative Abbremsung über wenigstens eine elektrische Maschi- ne im oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über wenigstens eine Reibungsbremse auszuführen, wird nachstehend erläutert.
Herkömmliche Varianten eines ESC-R Bremssystems haben ein Bremspedal, einen Unterdruck-Bremskraftverstärker, einen Hauptbremszylinder sowie die elektrohydraulische Steuer- einheit, der die Reibbremsen nachgeschaltet sind.
Dabei enthält die elektrohydraulische Steuereinheit zum Beispiel eine Pumpe und ein vorgeschaltetes Steuerventil zur Implementierung der Rekuperationsfähigkeit. Bei zunehmender Verbreitung von direkt einspritzenden Verbrennungsmotoren und von Start-Stop- Automatiken sinkt die Verfügbarkeit von Unterdruck im Fahrzeug. Dem wird durch eine separate Unterdruckpumpe mit den entsprechenden Anforderungen an Bauraum, Gewicht, etc. begegnet.
Nun wurde erkannt, dass in einen mit einem ESC-R Bremssystem ausgerüstetes Hybridfahr- zeug im Fall aktiver regenerativer Bremsvorgänge in Verbindung mit dem Trennzylinder / Simulator lediglich die Aufgabe dem Fahrer das notwendige Pedalkraftgefühl zu vermitteln. Das erforderliche Bremsmoment wird mit der elektrischen Maschine im / am Antriebsstrang und/oder mit Hilfe der Hydraulikeinheit über die Radbremsen erzeugt.
Da die regenerativen Bremsvorgänge den weitaus größten Anteil aller Bremsungen eines Hybridfahrzeuges darstellen, und die hydraulischen Normalbremsungen im Verhältnis dazu nur noch sehr selten auftreten, ist es bei einem rekuperationsfähigen ESC-Steuergerät der oben vorgestellten Bauart möglich, den Unterdruckbremskraftverstärker wegzulassen und das Bremsgerät für diese Normalbremsungen zum Einhalten von (gesetzlichen oder fahr- zeugherstellerseitigen) Mindestanforderungen von zum Beispiel 0,65g bei 500 N Pedalkraft auszulegen.
Zur Minderung oder Beseitigung dieses Problems wird nun vorgeschlagen, im nicht regenerativen Betriebsfall durch die Steuereinheit für die elektrohydraulische Bremsanlage das der jeweiligen Radbremse vorgeschaltete Einlassventil 40 bzw. 42 zu öffnen und die Hochdruck erzeugende Pumpe 56 zu starten. Damit ist es möglich, fehlenden Bremsdruck durch von der Pumpe 56 gefördertes Fluid bereit zu stellen. Letztlich erlaubt dies, den Unterdruckbrems- kraftverstärker vollständig wegzulassen oder zumindest gegenüber der bisherigen Dimensio¬ nierung signifikant zu verkleinern. Außerdem wird die hydraulische Übersetzung in dem Bremszylinder reduziert und die Federkonstante der Federanordnung in dem Simulator- Trennzylinder verringert. Da der Kolbenhub des Kolbens in dem Simulator-Trennzylinder im Verhältnis zum Bremspedalweg durch diese Maßnahmen unverändert bleiben kann, ist bei einem regenerativen Bremsvorgang auch stets genügend Bremsfluid in der Niederdruckspeicherkammer, um bei Bedarf zusätzlich zum von der elektrischen Maschine im / am Antriebsstrang aufgenommenen Regenerativbremsmoment zusätzliches Bremsmoment über die Reibungsbremsen aufzubauen. Allerdings würde bei einer Normalbremsung der Fahrer nun ein deutlich härteres Bremspedal spüren und für eine bestimmte Abbremsung wäre eine deutlich höhere Pedalkraft zur Einhaltung der Mindestanforderung erforderlich.
Alternativ dazu kann auch der Unterdruckbremskraftverstärker verkleinert werden und die hydraulische Übersetzung in dem Hauptbremszylinder reduziert sowie der Hauptbremszylin- derdurchmesser beibehalten, sodass lediglich der Aussteuerpunkt entsprechend sinkt.
Bis zu diesem reduzierten Aussteuerpunkt bleibt das Pedalgefühl unverändert. Bei einer Normalbremsung könnte ab dem Aussteuerpunkt der hydraulische Bremsbetrieb aktiv werden, um das Pedalgefühl und die Verzögerung des Fahrzeuges auf dem gewohnten Niveau zu halten, auch wenn dies für die (gesetzlichen oder fahrzeugherstellerseitigen) Mindestanforderung nicht unbedingt notwendig wäre. Bei regenerativer Bremsung ist das Öffnen des Einlassventils zur hydraulischen Bremsbetrieb-Funktion jedoch problematisch.
Liegt das Druckniveau in den Bremsen zum Zeitpunkt des hydraulischen Bremsbetrieb- Einsatzes unterhalb des Hauptbremszylinder-Druckes so wird ein kurzzeitiges Öffnen des
Einlassventils sofort am Bremspedal spürbar sein, ein längeres Öffnen führt zum Durchfallen des Bremspedal. Bleibt das Einlassventils geöffnet, wird der Druck in den Bremsen auf den Hauptbremszylinder-Druck ansteigen wollen. Das den nun zu hohen Druck korrigierende Absperrventil 78 lässt den Druck in den Niederdruck-Fluidspeicher 56 ab.
Eine weitere Variante sieht vor, den Unterdruckbremskraftverstärker zu verkleinern, die Übersetzung reduziert und der Durchmesser des Hauptbremszylinders wird entsprechend verringert. Damit bleibt das Pedalgefühl für den Fahrer bei Regenerativ- und Normalbremsungen unverändert.
Für die regenerative Bremsung müsste die Trennkammer mit einer erhöhten hydraulischen Übersetzung versehen werden, damit trotz geringerem Hub bei Bedarf stets genügend Bremsfluid für den Bremsdruckaufbau in den Niederdruck-Fluidspeicher verschoben wird. Bei einer Normalbremsung würde der Fahrer allerdings nun bei einer bestimmten Pedalkraft eine deutlich geringere Verzögerung spüren und die Hub-Volumenauslegung zwischen Hauptbremszylinders und Bremse wäre insbesondere bei Bremsfading oder gar Bremskreisausfall kritisch.
Insgesamt ergibt sich für ESC-R Bremsanlagen, also rekuperationsfähige, elektrohydraulische Bremsanlagen, die auch eine elektronisches Stabilitätskontrolle erlauben, durch den Simula- tions-Trennzylinder die Möglichkeit, die Bremsvorgänge durch Fluid zu bewirken, das die Fluidpumpe bereitstellt, wobei das Verhalten und die Charakteristik des Bremspedals durch die Federanordnung des Simulations-Trennzylinders, die hydraulische Übersetzung des Hauptbremszylinders, und, so weit vorhanden, durch den Unterdruckbremskraftverstärker bestimmt wird.
Im Fall einer rekuperativen Normalbremsung erfährt das Bremspedal eine dem Fahrerwunsch entsprechende Pedalkraft, die dazu führt, dass Bremsfluid in den Trennzylinder und entsprechend in den Niederdruck-Fluidspeicher gefördert wird. Die Pumpe entnimmt im Fall einer anschließenden hydraulischen Normalbremsung, etwa weil der Niederdruck- Fluidspeicher gefüllt ist oder die rekuperative Bremsung kein ausreichendes Bremsmoment bereitstellen kann, Fluid aus dem Niederdruck-Fluidspeicher und fördert dieses in die Radbremsen. In einem Fehlerfall, in dem die Pumpe nicht fördert, zum Beispiel weil die elektrische Versorgung ausfällt, gelangen die Sperrventile in ihre stromlose Stellung. Dabei führt der Bremswunsch des Fahrers unmittelbar dazu, dass Fluid aus dem Hauptbremszylinder in die Radbremsen gefördert wird.
Das Problem liegt darin, dass einerseits der erforderliche Einbauraum für die Bremsanlage reduziert werden soll, andererseits der Komfort für den Fahrer bleiben oder sogar steigen soll und in jedem Fall die gesetzlichen oder fahrzeugherstellerseitigen Anforderungen an die Fahrzeugverzögerung einzuhalten sind.
Die Erkenntnis beruht nun darin, dass mit dem oben vorgestellten ESC-R Bremssystem durch dessen Simulations-Trennzylinder im Normal(rekuperations)bremsfall einerseits der Fahrerwunsch erfasst werden kann, ohne das entsprechende Fluid in die Radbremsen zu fördern und andererseits die Feder-, Drosselblendenanordnung am Simulations-Trennzylinder sowie die Übersetzung des Hauptbremszylinders so konfiguriert werden können, dass das gewünschte Bremspedalcharakteristik erzielt werden kann. Gleichzeitig kann diese Konfiguration des Hauptbremszylinders auch der zwingenden Randbedingung genügen, die fahrzeugherstellerseitigen und/oder die gesetzlichen Bremsverzögerungs-Mindestanforde- rungen in einem Fehlerfall einzuhalten, bei dem der Simulations-Trennzylinder ausfällt oder elektrische Komponenten ganz oder teilweise ausfallen.
Ein wesentlicher Komfortgewinn ergibt sich daraus, dass heutige ABS-/TC-ESC-Bremsgeräte im Blockier- oder Traktionssteuerfall den Rekuperationsbetrieb sofort ausschalten und auf elektrohydraulischen Betrieb wechseln. Da allerdings diese Betriebsarten auch bei normaler Fahrweise relativ oft auftreten, ist der häufige Wechsel aus dem Rekuperationsbetrieb mit spürbaren Effizienzverlusten und erhöhtem Kraftstoffverbrauch und entsprechendem Schad- Stoffausstoß verbunden.
Das vorliegende ESC-R Bremssystem erlaubt und sieht vor, im Blockier- oder Traktionssteuerfall die elektrohydraulisch gesteuerte Bremsung dem Rekuperationsbetrieb zu überlagern. Dies hat zum einen zur Folge, dass der Fahrer am Bremspedal wegen des gesperrten Simu- lations-Trennzylinders das Pulsieren des ABS-/TC-Betriebs nicht oder kaum spürt, und zum anderen, dass im Blockier- oder Traktionssteuerfall den Rekuperationsbetrieb nicht sofort ausgeschaltet werden muss, was die Effizienz des Rekuperationsbetriebes steigert. Dies liegt daran, dass der für den ABS-/TC-Betrieb zuständige Teil des Bremssystems durch die geschlossenen Schaltventile und den Simulations-Trennzylinder vom Hauptbremszylinder und dem Bremspedal praktisch rückwirkungsfrei abgekoppelt ist.
Die vorhergehende und auch in den Ansprüchen aufgeführte Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den vorgeschlagenen Lösungen dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der vorgeschlagenen Lösungen. Unterschiedlichste Änderun- gen und Modifikationen sind möglich, ohne den Umfang der vorgeschlagenen Lösung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.

Claims

Patenta nsprüche
1. Bremsaggregat für ein hydraulisches, ein- oder mehrkreisiges Bremssystem eines Landfahrzeuges mit elektrischem Antrieb, um eine regenerative Abbremsung über wenigstens eine elektrische Maschine im oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über wenigstens eine Reibungsbremse auszuführen, wobei
• ein Bremspedal (10) und wenigstens ein Sensor (10a) zur Erfassung eines Bremswunsches des Fahrers vorgesehen ist,
• ein Hauptbremszylinder (14) zum Einspeisen von unter Druck stehendem Hydraulikflu- id in wenigstens einen Bremskreis (I, II) entsprechend dem Bremswunsch, wobei
• ein Trennzylinder (100) vorgesehen ist, der eine erste Hydraulikkammer (100b) und eine von dieser durch einen Trennkolben (100a) getrennte zweite Hydraulikkammer (100c) hat, wobei o die erste Hydraulikkammer (100b) einen ersten Anschluss hat, der mit dem Hauptbremszylinder (14) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss hat, der über ein Simulationsschaltventil (102) mit einer zu den Radbremsen (36, 38) führenden Leitung verbunden ist, und o die zweite Hydraulikkammer (100c) durch ein Absperrschaltventil (104) mit der
Niederdruck-Speicherkammer (54) verbunden ist, und • eine Blende (110) in einer Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil
(102) und der Niederdruck-Speicherkammer (54) angeordnet ist.
2. Bremsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (110) in der Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil (102) und einem der Nieder- druck-Speicherkammer (54) vorgeschalteten Absperrschaltventil (104) angeordnet ist.
3. Bremsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Simulationsschaltventil (102) ein Druckbegrenzungsventil (106) zugeordnet ist, das so orientiert ist, dass es bei gesperrtem Simulationsschaltventil (102) Hydraulikfluid aus dem Bremskreis zum Hauptbremszylinder (14) hin abströmen lässt.
4. Bremsaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsschaltventil (102) eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung aufweist.
5. Bremsaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (100a) des Trennzylinders (100) mit einer Federanordnung (10Od) belastet ist, um gegen aus dem Hauptbremszylinder (14) kommendes Hydraulikfluid eine nachgebende Gegenkraft auszuüben.
6. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Simulationsschaltventil (102) dazu eingerichtet ist, bei einer Regenerativbremsung elektromagnetisch betätigt in eine Sperrstellung zu gehen, so dass das aus dem Hauptbremszylinder (14) kommende Hydraulikfluid in die erste Hydraulikkammer (100b) des Trennzylinders (100) strömt und kein Hydraulikfluid in die Radbremsen strömt.
7. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennzylinder (100) zusammen mit dem Absperrschaltventil (104) zwischen dem Hauptbremszylinder (14) und den Radbremsen sowie der Speicherkammer (54) eine freigeb- oder sperrbare Trennkammer bildet, mit der das dem Bremswunsch des Fahrers entsprechende Volumen an Hydraulikfluid bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Radbremsen, sondern in die Speicherkammer (54) fließt.
8. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (10Od) durch mehrere, mit unterschiedlichen Federeigenschaften ausgestattete Federn gebildet ist.
9. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung von dem Durchlassventil (102) zu einem Absperrschaltventil (78), wobei die Drosselblende (110) in einem Fluidpfad von dieser Verbindungsleitung zu der
Niederdruck-Speicherkammer (54) angeordnet ist.
10. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Verbindungsleitung von dem Durchlassventil (102) zu einem Absperrschaltventil (78), wobei die Drosselblende (110) in einem Fluidpfad von dieser Verbindungsleitung zu der zweiten Hydraulikkammer (100c) des Trennzylinders (100) angeordnet ist.
11. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselblende (110) so dimensioniert ist, dass sie hinter dem Absperrschaltventil (78) einen Staudruck verursacht, der den Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil
(78) aus den Radbremsen erhöht.
12. Bremsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Blockier- oder Traktionssteuerfall die elektrohydraulisch gesteuerte Bremsung dem Rekuperationsbetrieb überlagert wird, wobei die für den ABS-/TC-Betrieb zuständigen Teile wie Schaltventile, Pumpe, Niederdruckspeicher des Bremssystems durch die geschlossenen Schaltventile (102, 104, 70) und den Simulations-Trennzylinder (100) vom Hauptbremszylinder (12) und dem Bremspedal (10) zumindest nahezu abgekoppelt sind.
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