WO2018215397A1 - Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene kraftfahrzeuge - Google Patents

Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene kraftfahrzeuge Download PDF

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WO2018215397A1
WO2018215397A1 PCT/EP2018/063274 EP2018063274W WO2018215397A1 WO 2018215397 A1 WO2018215397 A1 WO 2018215397A1 EP 2018063274 W EP2018063274 W EP 2018063274W WO 2018215397 A1 WO2018215397 A1 WO 2018215397A1
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pressure
cylinder unit
braking device
brake
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Thomas Leiber
Christian KÖGLSPERGER
Valentin Unterfrauner
Rainer Winzer
Christoph PRÜLL
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Lsp Innovative Automotive Systems Gmbh
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    • B60T8/4081—Systems with stroke simulating devices for driver input

Definitions

  • the invention relates to a brake device or a brake system, in particular for electrically driven motor vehicles, according to the preamble of claim 1.
  • a first piston-cylinder unit is provided, which is actuated by means of an actuating device.
  • This has, on the one hand, a device that can be actuated by the driver or brake pedal and one device that can be actuated by an electric motor drive.
  • the two pressure chambers of the piston-cylinder unit are each associated with a vehicle axle or a brake circuit and connected via the wheel brakes associated inlet / outlet valves with the wheel brakes.
  • Actuator is driven. This can be provided by means in the hydraulic lines to the wheel brakes
  • the first piston-cylinder unit are separated from the brake circuits, so that only the second piston-cylinder unit acts on the brake circuits.
  • a constructive solution of an electric motor driven piston-cylinder unit is e.g. from PCT / EP2013 / 057609.
  • the rotor of the motor is mounted on one side in the motor housing.
  • the known brake systems have various disadvantages that make them unsuitable for use in motor racing, in particular in vehicles of the Formula E Championship or not optimal.
  • the object of the invention is to provide a braking system for vehicles which at least meets the requirements and conditions of Formula E vehicles, i. Among other vehicles with a strong traction motor (100-300 kW) on one axis and in particular a high-precision brake control and an advantageous recuperation and needs-based optimized delay of
  • driven piston-cylinder unit can be controlled.
  • an ideal Rekuperations- and brake control system for vehicles with a strong electric motor 100 -300 KW
  • a strong electric motor 100 -300 KW
  • EHB axle module electric motor driven second piston-cylinder unit
  • a setpoint pressure (psoll) and the pressure change (dp / dt) is adjusted by way control of the piston of the second piston-cylinder unit.
  • the pressure leads to a braking torque and a deceleration of the hydraulic system and a delay of the traction motor.
  • the total delay a tot is the sum of the delay of the EAW axis module 3 ⁇ and the traction motor AJM -
  • Target pressure by pilot control on the pressure-volume curve and control of the pressure change, so that there is an advantageous adaptation to the traction motor braking torque control.
  • a maximization of the pressure build-up dynamics is advantageously carried out by supporting the electric motor of the second piston-cylinder unit (EHB module) in the lower pressure range.
  • EHB module second piston-cylinder unit
  • This achieves time-to-lock (TTL) values of ⁇ 100ms.
  • TTL time for classic systems in the car sector with 12 volts is 150 ms.
  • the dynamics are limited by the chassis. Since these limits are less limiting in racing, shorter times can be implemented. Also can one
  • Brake system with 48V can be used to further increase the dynamics. These advantages can usefully be used in such a way that is braked later and thus the vehicle longer with
  • Distance control and emergency braking are implemented in order to react quickly to braking a preceding vehicle and to avoid a rear-end collision. This is very important especially for racing in the city.
  • Pressure control and braking deceleration control is very beneficial, various sensors and maps are evaluated to respond to changes very quickly.
  • the basis is a highly dynamic and precise travel control of the piston. For the travel control of the piston thereby the pressure-volume curve of the wheel brake and the pressure on the axle or alternatively the pressure of the piston-cylinder unit of the EHB axle module is evaluated.
  • the pressure volume characteristic changes, e.g. through air in
  • the piston position is expediently calculated by an angle transmitter a of the electric motor.
  • an angle transmitter a of the electric motor As another sensor for optimal
  • phase current i of the electric motor and the temperature T of the electric motor or the piston-cylinder unit are evaluated.
  • the phase current is used in such a way that by means of the torque constant kt, which determines the relationship between
  • Torque can be adjusted, due to constant
  • a pressure can be regulated very quickly by means of intelligent pilot control, which can be adjusted desired target pressure corresponds approximately and thus the delay of the sluggish pressure measurement are compensated by the pressure transducer, ie the pressure is largely accurately controlled via phase current control and delayed in time validated via the pressure transducer.
  • Torque constant kt determined by heating the electric motor.
  • Temperature influence variable viscosity can be mapped in the hydraulic system and used for an adapted path control of the EHB axis module. This has especially for the
  • Pressure gradient control is of great importance, as the EHB axle module requires a different pressure difference to be set in order to achieve the same pressure gradient with variable viscosity due to a higher throttling effect. This is due to the fact that the
  • Pressure gradient is determined by the pressure difference between EHB actuator and wheel and the throttle effect.
  • the temperature may also be utilized to detect changes in the brake system (e.g., fading effect). When fading, the braking effect changes depending on the set pressure by heating the wheel brake, i. for a desired constant
  • This information can be advantageously used to create a map to optimize the dependence of the braking effect as a function of the pressure at a change in the brake system, for example, by different temperatures.
  • This map can also be used in addition to the pressure-volume curve for a very accurate braking control in different conditions become. This has a very high especially in racing
  • Fig. La schematically a brake system for a motor vehicle with
  • Fig. Lb a representation of the dependence pressure (force) volume
  • Fig. Ld an embodiment with Wegsimulatorü
  • Caster line a follower valve is arranged
  • Fig. 2a schematically another embodiment of a brake system for a vehicle with a strong traction motor, wherein the first piston-cylinder unit exclusively only the brakes of a
  • Fig. 2b a representation of the dependence pressure (force) volume
  • FIG. 2c shows an illustration of the first and second piston-cylinder units of the embodiment according to FIG. 2a with the associated hydraulic or electrical connecting lines;
  • Fig. 3a map delay aFzc or braking torque
  • 4a is a representation of a first operating strategy of
  • 4b is an illustration of a second operating strategy of
  • FIG. 5 is an illustration of the brake management with distribution of the braking torque by means of ECU on the traction motor and the second piston-cylinder unit or the EHB module.
  • Fig. 6 shows a structural design of the EHB module, with a second piston-cylinder unit, electric motor, spindle drive, valves, sensors and ECU.
  • Figure la shows schematically the rear axle HA and the front axle VA of a vehicle with wheels and wheel brakes RBl, RB2 (HA) and RB3, RB4 (VA) and with a high power (> 100kW) vehicle electric traction motor TM with high torque on one axle, preferably at the rear axle as shown.
  • the brake system shown in Figure la which is designed specifically but not exclusively for Formula E applications, has a first piston-cylinder unit 2, which here has the function of a (brake) master cylinder and by means of a
  • Actuating device 4 in particular a brake pedal is actuated.
  • the piston-cylinder unit 2 has two pistons 6, 8 and associated therewith pressure chambers 6a, 8a.
  • the piston 8 is in this case, as shown, expediently but not necessarily designed as a stepped piston. This can be through
  • the pressure chambers 6a, 8a are connected via hydraulic connecting lines 10a and 12a to a reservoir (VB) 14, as well as via hydraulic
  • Wheel brakes RB1, RB2 the driven axle (here HA) leading hydraulic line 16 is a, in particular normally open,
  • Isolating valve (TV) 19 arranged in the pressure chamber 8a to the wheel brakes of the non-driven axle here VA no valve is arranged.
  • VA Isolating valve
  • the first piston-cylinder unit 2 forms with the actuator 4 and div. Sensors, in particular pressure sensors 5, 5 a, 5 b and a displacement sensor 7, a first construction or. Mounting unit BE.
  • a second piston-cylinder unit 20 is part of a
  • the second piston-cylinder unit 20 has a (plunger) piston 22 which delimits a pressure chamber 24, which is connected via a hydraulic line 26 and, in particular normally closed, valve (DMV) 28 with one of the brake circuits BKI.
  • the connecting line 26 of the second piston-cylinder unit 20 in this case opens in the direction of the first piston-cylinder unit 2 from behind
  • Isolating valve (TV) 19 in the brake circuit line Another hydraulic connecting line is connected to the reservoir (VB) 14, so that in the retracted position of the piston 22 pressure fluid can pass from the reservoir 14 into the pressure chamber 24.
  • the E-plunger has an electric motor drive, with a highly dynamic electric motor 30 and a gear 32, in particular spindle gear.
  • Sensors in particular pressure transmitters, angle encoders, speed encoders are, as shown, assigned to the E-plunger or integrated into the corresponding separate unit.
  • the E-Plunger with the components described above (second piston-cylinder unit with drive and gearbox, isolation valves,
  • FIG. lb shows the dependence of pressure (force-volume (path) in active mode (active) and in the fallback level (RFE).)
  • the first curve shows the curve with the amplifier intact (active)
  • a flat second curve shows the curve with active Amplifier (EHB) with impaired effect eg due to air entrapment
  • the third, even flatter curve (RFE) the course in the so-called fallback level, in case of failure of the amplifier
  • Actuating device 4 and the brake pedal is constructed in the two pressure chambers 6a, 8a of the first piston-cylinder unit pressure 2, on the one hand via the line 16 and the isolation valve 19 to the wheel brakes RB1, RB2 the driven rear axle or
  • the brake control on the axis 1 does not affect the
  • FIG. 1c shows a weight-optimized alternative to the schematic representation of that illustrated and described in FIG.
  • volume compensation may be conditional, e.g. by a temperature change or by knocking back on the wheel brakes RB1 or RB2 via the hydraulic line 26, the valve 19, the hydraulic line 16, the pressure chamber 6a to the reservoir.
  • the movable seals for the pressure chamber 24 can now be carried out in different ways by eliminating the connection line to the reservoir.
  • the first solution is the comparison of the previously provided housing-fixed high pressure and low pressure seals with disused Schnüffellochbohrung possible (as sketched in Fig. Lc).
  • An alternative solution would be a single housing-tight seal in a variety of technically known designs.
  • Fig. Ld shows another embodiment of Fig. La with additional Wegsimulatorü 101. This can mechanically in the
  • Electrohydraulic brake EHB be integrated or installed as a separate module.
  • the path simulator unit 101 ensures that the pedal travel to pedal force characteristic curve can be optimally designed during active operation. It is e.g. possible that the pedal travel based on the respective pedal force due to the rigid hydraulic portions 6a and 16 fails too short. Then, the installation of a Wegsimulatorü 101 is necessary. This consists essentially of 4 components, the Kolbenwegsimulator 102 for mapping the path-pressure characteristic, the Simulatorabsperrventil (SiV) 103 for separating the
  • throttle and check valve are preferably dispensed with in racing. In certain constellations it is also possible to dispense with the Simulatorabsperrventil. This is only possible if the volume absorption of the piston travel simulator is very low compared to the total volume intake of the wheel brakes and the design allows this.
  • Figure le shows a further possible development of the brake system described in Fig la, wherein the hydraulic pressure compensation between the brake system EHB and the reservoir is designed so that no follow-up is necessary.
  • the total weight is significantly reduced, which is a distinct advantage, especially in motorsport.
  • the brake system EHB must be connected in the unactuated state directly or indirectly to the reservoir so that in the Pressure chamber 24 no over or under pressure can occur, or pad wear in the wheel brakes RB1 and RB2 can be compensated.
  • the connecting valve 110 is designed so that it is open in the unactuated state and closes automatically when in the
  • Pressure chamber 6a pressure is built up.
  • an indirect connection between the pressure chamber 24 and reservoir VB is given.
  • Figure lf explains the specific structure of the follower valve 110 and the 2 possible switching positions.
  • valve stem 111 is guided in the valve housing 112 and is pushed by a valve spring 113 in the unactuated state to the position in which the two valve ports 114 and 115 are connected to each other.
  • the valve stem also has a bore with a diaphragm 116.
  • Figure 2a shows schematically another embodiment of a
  • the first piston-cylinder unit only applied to the brakes of a brake circuit or a vehicle axle.
  • the first piston-cylinder unit 3 has a pressure chamber 5 on the via a hydraulic connecting line. 7
  • Pedalweggebers 7 are sensed.
  • the second piston-cylinder unit 20 is via a hydraulic
  • Connecting line 26 is provided a pressure transducer.
  • the brake circuits BK I for the driven axle and BK II for the non-driven axle are in this embodiment with respect. of the
  • Actuators i. first piston-cylinder unit and second piston-cylinder unit (EHB) completely separated.
  • the pedal feel is determined as in Figure la by the pressure-volume characteristics of the wheel brakes of the axis 2 and the cross-sectional area of the first piston-cylinder system, which is hydraulically connected to the first piston-cylinder unit
  • FIG. 2b shows a depiction of the dependence of pressure (force) - volume (path) in the active mode (active) and in the fallback level (RFE).
  • the first curve shows the course with an intact amplifier (active), a flatter second curve the course of an active amplifier with effect impairment eg due to air entrapment.
  • Figure 2c shows in another illustration the construction or.
  • Mounting unit performs a hydraulic connection line to the non-driven axle 2 of the vehicle.
  • An electrical connection leads from the first unit to the ECU of the second unit (EHB).
  • the second unit includes the second piston-cylinder unit 20 with the valves and the electronic control unit (ECU). From the second construction or. Mounting unit perform hydraulic connections to the driven by traction motor TM axis 1 of the vehicle and to the reservoir 14th
  • FIG. 3 a shows illustrations of the relationship between FIG.
  • Vehicle deceleration aFzc or braking torque Mbrems in from the pressure p which can change in the hydraulic brake due to heating or wear of the brake system.
  • the braking effect deteriorates, e.g. high temperature in the brake system, i. for a desired constant braking effect, the pressure must be increased. This results in a steeper curve
  • M brems f (p) without fading or a flatter (dashed) with fading.
  • FIG. 3b shows the illustration of the pressure p as a function of
  • Piston stroke XKoiben pressure-volume curve or pressure-displacement curve
  • the steeper curve shows the pressure without air in the system and the flatter curve with air in the system.
  • FIG. 4 a shows a first operating strategy of a brake system according to the invention.
  • a maximum delay is desired.
  • the traction motor TM and the EHB or second piston-cylinder unit 20 by means of the traction motor TM and the EHB or second piston-cylinder unit 20, a highly dynamic
  • a ma x - a ges results here from the sum of the values a T M and a EHB-
  • the value of a ma x is variable here and can eg be a fading situation
  • FIG. 4b shows a second operating strategy, wherein an effective operating strategy
  • Control ⁇ / dt and the controlled deceleration with a SO ii are particularly important influencing factors for racing.
  • FIG. 5 shows, in principle, the brake management of a brake system with a strong electric motor TM and electrohydraulic brake system EHB.
  • the desired deceleration a SO ii is divided between the traction motor TM and the hydraulic brake EHB.
  • Used vehicle model the weight distribution, friction coefficient of the road and tires and other limits.
  • a target torque P S OII, EHB, a pressure gradient Dp E Hß / dt and the temperature T are passed on to the ECU of the EHB.
  • Target moment M II SO, EHB, target speed n SO ii, EHB and target position XS 0 II, EHB passed and used in full or in part in the scheme, focusing on the position control of the
  • Piston is located and the maps are used, u.a. to adjust the target pressure to changes in the wheel brake e.g. Change in the braking effect at given pressures during fading.
  • Pressure sensors in the system are then used in the outermost control loop due to the inertia of the measurement only for readjustment.
  • the aim is to achieve a precise precontrol as possible or to waive the pressure transducer as a controlled variable with appropriate model accuracy.
  • the pressure transducer is therefore in addition to the readjustment primarily for
  • the EHB module forms a separate structural unit. This essentially has the electric motor 30, the spindle gear 32, the second piston-cylinder unit 20 and the associated sensors.
  • the electric motor has here a motor housing 40 in the one
  • Outboard stator 42 is mounted.
  • a rotor 46 is arranged in the stator.
  • a 4-point bearing is advantageously used, which sits in the axial direction substantially in the region of the radially extending housing wall, in particular as shown in an axial projection 47 of the motor housing.
  • the inner ring 49 of the bearing is seated on the outer circumference of the rotor 46. Further details of the one-sided bearing arrangement can the
  • a nut 48 is arranged in the interior of the rotor. This is part of a ball screw, to which a arranged in the nut 48 spindle 50 belongs, which is provided with a rotation 52, so that upon rotation of the nut 48, an axial displacement of the spindle 50 results.
  • a plunger 54 which extends out of the spindle 50 in the direction of the plunger. Supported with its front end, the plunger 54 is connected via a connecting device with the piston 22 so that it is entrained by the spindle 50 in both directions during movement of the spindle.
  • the piston 22 of the second piston-cylinder unit 20 is arranged in a corresponding bore of a housing 56.
  • Housing 56 takes in a recess 58 and the separating valves and the corresponding hydraulic connecting lines in whole or in part.
  • the longitudinal axes of the separating valves 19, 28 in this case extend substantially perpendicular to the longitudinal axis of the second piston-cylinder unit 20. In the upper, that is remote from the second piston-cylinder unit of the housing 56, this has a lateral
  • ECU electronice control unit
  • the motor housing 40 is mounted, in particular screwed.
  • ECU electronice control unit
  • valve housing 113 valve spring

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, mit - einem Traktionsmotor an einer Achse eines Fahrzeuges, der sowohl als Antriebsmotor als auch Bremssystem mit Rekuperation von Bremsenergie eingesetzt wird, - einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit, die mittels einer Betätigungseinrichtung, insbesondere Bremspedal, betätigbar ist, - einer zweiten Kolben-Zylinder-Einheit, die mittels eines elektromotorischen Antriebes und einer nicht-hydraulischen Getriebevorrichtung, insbesondere Spindeltrieb betätigbar ist, - wobei die Kolben-Zylinder-Einheiten über hydraulische Verbindungsleitungen mit Radbremsen des Kraftfahrzeuges verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Druckraum (8a) der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (2) mit zwei Radbremsen (RB3, RB4) einer Fahrzeugachse (Achse 2) verbunden ist, und - dass ein Druckraum (22) der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) (20) mit einer Fahrzeugachse (Achse 1) verbunden ist zur aktiven Bremskraftregelung und Rekuperationssteuerung im Zusammenwirken mit dem Traktionsmotor.

Description

Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung bzw. ein Bremssystem, insbesondere für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Derartige Bremssysteme sind bereits bekannt, z. B. aus EP 1 907 253 Bl . Bei diesem Bremssystem ist eine erste Kolben-Zylinder-Einheit vorgesehen, die mittels einer Betätigungseinrichtung betätigbar ist. Diese weist einerseits eine vom Fahrer betätigbare Einrichtung bzw. Bremspedal auf und eine von einem elektromotorischen Antrieb betätigbare Einrichtung. Die beiden Druckräume der Kolben-Zylinder- Einheit sind jeweils einer Fahrzeugachse bzw. einem Bremskreis zugeordnet und über den Radbremsen zugeordnete Ein-/Auslassventile mit den Radbremsen verbunden. Weiterhin sind in dieser Druckschrift bereits Lösungen für eine Rückfallebene und diverse Ideen zur
Druckregelung über Weg und Strom bekannt.
Aus der DE 10 2005 055 751 ist ferner ein Bremssystem mit Druck- Volumen-Steuerung bzw. Druckgradientensteuerung über die Druck- Volumenkennlinie bekannt.
Aus der DE 10 2012 002 791 AI ist auch ein Bremssystem bekannt, mit einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit bzw. Hauptzylinder mit einer vom Fahrer betätigbaren Betätigungseinrichtung und einer zweiten Kolben- Zylinder-Einheit, die von einer elektromotorischen
Betätigungseinrichtung angetrieben ist. Hierbei kann mittels in den hydraulischen Leitungen zu den Radbremsen vorgesehenen
Trennventilen die erste Kolben-Zylinder-Einheit von den Bremskreisen getrennt werden, so dass nur die zweite Kolben-Zylinder-Einheit auf die Bremskreise wirkt.
Eine konstruktive Lösung einer elektromotorisch angetriebenen Kolben- Zylinder-Einheit ist z.B. aus der PCT/EP2013/057609 bekannt.
Bei dieser Lösung ist der Rotor des Motors einseitig im Motorgehäuse gelagert.
Neben der Formel 1-Meisterschaft gibt es im Automobilrennsport seit dem Jahr 2014 die Formula-E - Meisterschaft, für die besondere
Reglements und technische Anforderungen gelten. Diese Anforderungen legen Entwicklern und Konstrukteuren bestimmte Einschränkungen auf und stellen sie vor neue Herausforderungen, insbesondere ist eine hochpräzise Bremsmomentregelung von Traktionsmotor und elektro- hydraulischer Bremse erforderlich.
Die bekannten Bremssysteme weisen verschiedene Nachteile auf, die sie für einen Einsatz im Rennsport, insbesondere in Fahrzeugen der Formel E-Meisterschaft ungeeignet bzw. nicht optimal erscheinen lassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bremssystem für Fahrzeuge zu schaffen, das zumindest die Voraussetzungen und Bedingungen von Formula-E-Fahrzeugen erfüllt, d.h. unter anderem Fahrzeugen mit starkem Traktionsmotor (100-300 kW) an einer Achse und dabei insbesondere eine hochpräzise Bremsregelung und eine vorteilhafte Rekuperation und bedarfsgerechte optimierte Verzögerung des
Fahrzeuges zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einem Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Dazu wird in einer ersten Achse ausschließlich durch die
Betätigungskraft des Fahrers ein Druck im Hauptbremszylinder erzeugt, der ein Bremsmoment erzeugt. In der zweiten Achse soll das
Bremsmoment durch Kombination von Bremsleistung des
Traktionsmotors sowie aktiver Druckregelung einer elektrisch
angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit geregelt werden.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung bzw. ihren nachfolgend
beschriebenen Ausgestaltungen wird ein ideales Rekuperations- und Bremsregelsystem für Fahrzeuge mit starkem Elektromotor (100 -300 KW) geschaffen. In sehr vorteilhafter Weise lässt sich damit ein innovatives Bremsenmanagement durchführen, wobei eine Aufteilung der Bremswirkung auf den Traktionsmotor und die elektromotorisch angetriebene zweite Kolben-Zylinder-Einheit (EHB-Achsmodul) erfolgt.
Zweckmäßig wird dabei ein Solldruck (psoll) und die Druckänderung (dp/dt) durch Wegsteuerung des Kolbens der zweiten Kolben-Zylinder- Einheit eingestellt. Entsprechend der Charakteristik der Bremsanlage führt der Druck zu einem Bremsmoment und einer Verzögerung des hydraulischen Systems sowie einer Verzögerung des Traktionsmotors. Die Gesamtverzögerung ages ergibt sich als Summe der Verzögerung des EHB-Achsmoduls 3ΕΗΒ und des Traktionsmotors ajM -
Vorteilhaft erfolgt durch Entkoppelung die Bremsung bei geringen Drücken nur über den Traktionsmotor, so dass eine maximale
Rekuperation erreicht wird. In der Rückfallebene (RFE), bei Ausfall der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit, erfolgt die Bremsung über den
Traktionsmotor und die erste Kolben-Zylinder-Einheit, insbesondere zweikreisig oder einkreisig. Bei einer einkreisigen Rückfallebene (Fig. 2a) wird der Traktionsmotor in der Rückfallebene genutzt zur
Verzögerung an einer Achse.
Eine bedarfsgerechte, hochpräzise Druckregelung erfolgt mittels der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (EHB-Achsmodul). Hierbei wird
zweckmäßig die Druck-Volumen-Kennlinie (DVK) zur Wegsteuerung des Kolbens der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit verwendet. Damit lässt sich eine ideale Druckregelung durch schnelles Erreichen des
Zieldruckes durch Vorsteuerung über die Druck-Volumen-Kennlinie und Regelung der Druckänderung erreichen, so dass sich eine vorteilhafte Anpassung an die Traktionsmotor-Bremsmomentregelung ergibt.
Eine Maximierung der Druckaufbaudynamik erfolgt vorteilhaft durch Unterstützung des Elektromotors der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (EHB-Modul) im unteren Druckbereich. Damit ist ein sehr schnelles Anbremsen möglich, welches insbesondere bei Notbremsungen wichtig ist. Damit werden Time-to-Lock (TTL)-Werte von < 100ms erreicht. Die typische, TTL-Zeit bei klassischen Systemen im PKW-Bereich mit 12 Volt liegt bei 150 ms. Letztlich ist die Dynamik durch das Fahrwerk begrenzt. Da diese Begrenzungen im Rennbetrieb weniger limitierend sind, können kürzere Zeiten umgesetzt werden. Auch kann ein
Bremssystem mit 48V eingesetzt werden, um die Dynamik weiter zu erhöhen. Diese Vorteile können sinnvollerweise derart genutzt werden, dass später gebremst wird und somit das Fahrzeug länger bei
Höchstgeschwindigkeit betrieben werden kann, was einen signifikanten Einfluss auf die Rundenzeit hat. Auch können moderne
Abstandsregelungen und Notbremsungen umgesetzt werden, um schnell auf Bremsungen eines vorausfahrenden Fahrzeuges zu reagieren und einen Auffahrunfall zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei Rennen im Stadtbetrieb sehr wichtig.
Die Druckgradientenregelung kann vorteilhaft auch eingesetzt werden im Sinne einer optimierten zeitlich veränderlichen Verzögerung, um ebenfalls die Rundenzeit zu optimieren bzw. für eine intelligente
Abstandsregelung, bei der der Fahrer entlastet wird, z.B. durch aktive Nutzung von Kamerasensoren bzw. kontrollierte Bremsvorgänge insbesondere bei Kurvenfahrten. Da für einen Rennbetrieb eine sehr präzise und hochdynamische
Druckregelung bzw. Bremsverzögerungsregelung sehr vorteilhaft ist, werden diverse Sensoren und Kennfelder ausgewertet, um sehr schnell auf Veränderungen zu reagieren. Basis ist eine hochdynamische und präzise Wegsteuerung des Kolbens. Für die Wegsteuerung des Kolbens wird dabei die Druck-Volumen- Kennlinie der Radbremse und der Druck an der Achse oder alternativ der Druck der Kolben-Zylindereinheit des EHB-Achsmoduls ausgewertet. Die Druckvolumenkennlinie verändert sich z.B. durch Luft im
Hydrauliksystem. Dazu ist eine laufende Adaption erforderlich. Für die Adaption wird ein Druckgeber verwendet, um eine entsprechende
Zuordnung von Kolbenweg zu Druck anzupassen.
Die Kolbenposition wird zweckmäßig durch einen Winkelgeber a des Elektromotors berechnet. Als weiterer Sensor für eine optimale
hochpräzise Regelung werden der Phasenstrom i des Elektromotors sowie die Temperatur T des Elektromotors oder der Kolben-Zylinder- Einheit ausgewertet. Der Phasenstrom wird derart genutzt, dass mittels der Drehmomentkonstante kt, die den Zusammenhang zwischen
Phasenstrom und Drehmoment des Elektromotors abbildet, ein
Drehmoment eingestellt werden kann, das aufgrund konstanten
Querschnittes der Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Druck korreliert. Dazu müssen die Verluste der Drehmomentübertragung (z.B.
Wirkungsgrad des Getriebes, mechanische. Verluste) bekannt bzw.
ermittelt werden. Dies kann durch Abgleich mit einem Drucksensor erfolgen. Mittels der Auswertung des Stromes kann sehr schnell durch intelligente Vorsteuerung ein Druck eingeregelt werden, der dem gewünschten Solldruck annähernd entspricht und somit die Verzugszeiten der trägen Druckmessung durch den Druckgeber kompensiert werden, d.h. der Druck wird weitestgehend genau eingeregelt über Phasenstromregelung und zeitlich verzögert über den Druckgeber validiert.
Mittels des Temperatursensors werden Änderungen im hydraulischen System (Viskositätsänderungen im Fluid) und Änderung der
Drehmomentkonstante kt durch Erwärmung des Elektromotors ermittelt. Mittels der Temperaturinformation können die sich durch
Temperatureinfluss veränderliche Viskosität im Hydrauliksystem abgebildet werden und für eine angepasste Wegsteuerung des EHB- Achsmoduls genutzt werden. Das hat insbesondere für die
Druckgradientenregelung eine hohe Bedeutung, da durch das EHB- Achsmodul eine andere Druckdifferenz eingestellt werden muss, um bei veränderlicher Viskosität durch höhere Drosselwirkung den gleichen Druckgradienten zu erzielen. Die ist darin begründet, dass der
Druckgradient durch die Druckdifferenz zwischen EHB-Steller und Radbremse sowie der Drosselwirkung bestimmt wird. Die Temperatur kann auch derart genutzt werden, um Änderung der Bremsanlage (z.B. Fading-Effekt) zu erfassen. Beim Fading verändert sich die Bremswirkung in Abhängigkeit des eingestellten Druckes durch Erwärmung der Radbremse, d.h. für eine gewünschte konstante
Bremsverzögerung muss ein höherer Druck im Fading eingestellt werden. Diese Information kann vorteilhaft dazu genutzt werden, um ein Kennfeld zu erstellen, um die Abhängigkeit der Bremswirkung in Abhängigkeit des Drucks bei einer Veränderung der Bremsanlage, z.B. durch unterschiedliche Temperaturen, zu optimieren. Dieses Kennfeld kann ebenfalls neben der Druck-Volumen-Kennlinie für eine sehr genaue Bremsregelung bei unterschiedlichen Bedingungen genutzt werden. Dies hat insbesondere beim Rennsport eine sehr hohe
Bedeutung, da sich die Temperaturen im Betrieb hochdynamisch verändern.
Weitere Vorteile der Erfindung bzw. ihren Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der
Ausführungsbeispiele.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer
Ausgestaltungen sind in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. la : schematisch ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug mit
starkem Traktionsmotor;
Fig. lb: eine Darstellung der Abhängigkeit Druck (Kraft)-Volumen
/Weg im Aktivmodus (aktiv) und in der Rückfallebene (RFE); Fig. lc: eine Weiterentwicklung des in Figur la dargestellten
Bremssystems um im Wesentlichen den hydraulischen
Verkabelungsaufwand und das Systemgewicht zu optimieren;
Fig. ld : eine Ausführungsform mit Wegsimulatoreinheit;
Fig. le: eine Weiterentwicklung des in Figur la dargestellten
Bremssystems, wobei in die Nachlaufleitung entfällt und sta
Nachlaufleitung ein Nachlaufventil angeordnet ist;
Fig. lf: Nachlaufventil gem. Figur le;
Fig. 2a : schematisch eine andere Ausführung eines Bremssystems für ein Fahrzeug mit starkem Traktionsmotor, wobei die erste Kolben-Zylinder-Einheit ausschließlich nur die Bremsen eines
Bremskreises bzw. einer Fahrzeugachse beaufschlagt; Fig. 2b: eine Darstellung der Abhängigkeit Druck (Kraft)-Volumen
/Weg im Aktivmodus (aktiv) und in der Rückfallebene (RFE) des Bremssystems gem. Fig. 2a;
Fig. 2c: eine Darstellung der ersten und zweiten Kolben-Zylinder- Einheiten der Ausführung gemäß Fig. 2a mit den zugehörigen hydraulischen bzw. elektrischen Verbindungsleitungen;
Fig. 3a : Kennfeld Verzögerung aFzc bzw. Bremsmoment
M ßrems = f(Druck) bei Fading durch starke Erwärmung der Radbremse; Fig.3b: Kennfeld Druckvolumenkennlinien = f(Kolbenweg) bei Luft im
System;
Fig. 4a eine Darstellung einer ersten Betriebsstrategie des
erfindungsgemäßen Bremssystems, mit maximierter Verzögerung; Fig. 4b eine Darstellung einer zweiten Betriebsstrategie des
erfindungsgemäßen Bremssystems mit kontrollierter Verzögerung;
Fig. 5 eine Darstellung des Bremsenmanagements mit Aufteilung der Bremsmomente mittels ECU auf den Traktionsmotor und die zweite Kolben-Zylinder-Einheit bzw. das EHB-Modul;
Fig. 6 eine konstruktive Ausführung des EHB-Moduls, mit einer zweiten Kolben-Zylinder-Einheit , Elektromotor, Spindeltrieb, Ventilen, Sensoren und ECU.
Figur la zeigt schematisch die hintere Achse HA und die vordere Achse VA eines Fahrzeuges mit Rädern und Radbremsen RBl, RB2 (HA) und RB3, RB4 (VA) und mit einem elektrischen Fahrzeug-Traktionsmotor TM mit hoher Leistung (> 100 kW) und hohem Drehmoment an einer Achse, vorzugsweise, wie dargestellt, an der Hinterachse.
Das in Figur la dargestellte Bremssystem, welches speziell jedoch nicht ausschließlich für Formula-E-Anwendungen konzipiert ist, weist eine erste Kolben-Zylinder-Einheit 2 auf, die hier die Funktion eines (Brems-) Hauptzylinders hat und die mittels einer
Betätigungsvorrichtung 4, insbesondere einem Bremspedal betätigbar ist. Die Kolben-Zylinder-Einheit 2 hat zwei Kolben 6, 8 und diesen zugeordnete Druckräume 6a, 8a.
Der Kolben 8 ist hierbei, wie dargestellt, zweckmäßig jedoch nicht zwingend als Stufenkolben ausgebildet. Damit lässt sich durch
entsprechende Gestaltung des Stufenkolbens eine unterschiedliche Bremsdruckverteilung an den Achsen erreichen. Die Druckräume 6a, 8a sind über hydraulische Verbindungsleitungen 10a und 12a mit einem Vorratsbehälter (VB) 14 verbunden, sowie über hydraulische
Verbindungsleitungen 16, 18 mit Radbremsen RB1 und RB2 bzw. RB3 und RB4. Die hydraulischen Verbindungsleitungen 16, 18 bilden
Bremskreise BK 1 und BK 2. In der vom Druckraum 6a zu den
Radbremsen RB1, RB2 der angetriebenen Achse (hier HA) führenden hydraulischen Leitung 16 ist ein, insbesondere stromlos offenes,
Trennventil (TV) 19 angeordnet. In der vom Druckraum 8a zu den Radbremsen der nicht angetriebenen Achse hier VA ist kein Ventil angeordnet. Mit anderen Worten ist insbesondere je ein Arbeitsraum der ersten Kolben-Zylinder-Einheit mit den Radbremsen einer
Fahrzeugachse verbunden.
An der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 2 bzw. den hydraulischen
Verbindungsleitungen sind diverse Sensoren vorgesehen, insbesondere wie in der Zeichnung dargestellt zwei Druckgeber an der Leitung 16 vor dem Trennventil 19 und ein weiterer hinter dem Trennventil und hinter einem weiter unten beschriebenen, der zweiten Kolben-Zylindereinheit zugeordneten Trennventil (DMV), sowie einem Druckgeber an der Leitung 18 bzw. BKI. Die erste Kolben-Zylinder-Einheit 2 bildet mit der Betätigungsvorrichtung 4 und div. Sensoren, insbesondere Druckgebern 5, 5a, 5b und einem Wegsensor 7 eine erste Bau-bzw. Montageeinheit BE.
Eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit 20 ist Bestandteil eines
elektromotorisch angetriebenen Systems bzw. E-Plungers. Die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 20 weist einen (Plunger-) Kolben 22 auf, der einen Druckraum 24 begrenzt, welcher über eine hydraulische Leitung 26 und ein, insbesondere stromlos geschlossenes, Ventil (DMV) 28 mit einem der Bremskreise BKI verbunden ist. Die Verbindungsleitung 26 der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 20 mündet hierbei in Richtung von der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 2 aus gesehen hinter dem
Trennventil (TV) 19 in die Bremskreisleitung. Eine weitere hydraulische Verbindungsleitung ist mit dem Vorratsbehälter (VB) 14 verbunden, so dass in der zurückgefahrenen Position des Kolbens 22 Druckmittel aus dem Vorratsbehälter 14 in den Druckraum 24 gelangen kann.
Der E-Plunger weist einen elektromotorischen Antrieb auf, mit einem hochdynamischen E-Motor 30 und einem Getriebe 32, insbesondere Spindelgetriebe.
Sensoren, insbesondere Druckgeber, Winkelgeber, Drehzahlgeber sind, wie dargestellt, dem E-Plunger zugeordnet bzw. in die entsprechende separate Einheit integriert. Der E-Plunger mit den zuvor beschriebenen Komponenten (zweite Kolben-Zylinder-Einheit mit Antrieb und Getriebe, Trennventile,
Sensoren) bildet eine separate zweite Bau- bzw. Montageeinheit bzw. Druckregeleinheit (gestrichelt umrahmt) für die Druckregelung des Bremssystems. Figur lb zeigt eine Darstellung der Abhängigkeit Druck (Kräfte- Volumen (Weg) im Aktivmodus (aktiv) und in der Rückfallebene (RFE). Die erste Kurve zeigt den Verlauf bei intaktem Verstärker (aktiv), eine flacher verlaufende zweite Kurve den Verlauf bei aktivem Verstärker (EHB) mit Wirkungsbeeinträchtigung z.B. infolge Lufteinschlusses, und die dritte, noch flacher verlaufende Kurve (RFE) den Verlauf in der sog. Rückfallebene, bei Ausfall des Verstärkers. Bei Betätigung der
Betätigungseinrichtung 4 bzw. des Bremspedals wird in den beiden Druckräumen 6a, 8a der ersten Kolben-Zylinder-Einheit Druck 2 aufgebaut, der einerseits über die Leitung 16 und das Trennventil 19 auf die Radbremsen RB1, RB2 der angetriebenen Hinterachse bzw.
über die Leitung 18 (ohne Trennventil) auf die Radbremsen RB3, RB4 der nicht angetriebenen Vorderachse übertragen wird. Unabhängig davon kann mittels der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit durch von einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit ECU gesteuertes Betätigen des Elektromotors dynamisch ein Verstärkerdruck auf- und abgebaut bzw. moduliert werden. Dieser wird über die Leitung 26 und das Trennventil (DMV) 28 ebenfalls auf den Bremskreis BK I übertragen. Dies kann unabhängig vom Druckaufbau mittels der ersten Kolben-Zylinder- Einheit 2 geschehen oder aber parallel zu diesem. Die Regelung des Druckes im Bremskreis BK I erfolgt über die Wegsteuerung des Kolbens 24 der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 20 mittels des Elektromotors 30, bei Nutzung der Sensoren (Druckgeber, Winkelgeber) und der Druck- Volumen-Kennlinie. Es erfolgt hierbei eine Druckregelung über die EHB-Einheit sowie eine Drehmomentregelung des Traktionsmotors TM des Fahrzeugs, die zusammen die Verzögerung des Fahrzeuges an der Achse 1 bestimmen. Die Verzögerung an der Achse 2 wird ausschließlich durch die
Bestätigungskraft und den Druck bestimmt, wobei in der zweikreisigen Ausführungsform der Druck vom Arbeitsraum über einen Schwimmkolben übertragen wird und die Querschnittsfläche des 2. Arbeitsraumes den Druck in den Radbremsen der Achse 2 bestimmt.
Dabei wirkt sich die Bremsregelung an der Achse 1 nicht auf das
Pedalgefühl aus. Dieses wird ausschließlich durch die hydraulische Verbindung der ersten Kolben-Zylinder-Einheit 2 mit den Radbremsen der Achse 2 bestimmt.
Figur lc zeigt eine gewichtsoptimierte Alternative zur schematischen Darstellung des in Fig. la dargestellten und beschriebenen
Bremssystems. Hierbei verzichtet man auf die Verbindungsleitung zwischen Vorratsbehälter 14 und Druckraum 24. Zudem entfällt das Trennventil (DMV) 28 komplett. Hauptmotivation dafür ist die
Gewichtsersparnis der Leitung vom Vorratsbehälter 14 zur Kolben- Zylinder-Einheit 20. Da dadurch ein Volumenausgleich im Druckraum 24 im stromlosen Zustand nicht mehr gewährleistet ist, muss auch das Trennventil (DMV) 28 entfallen. Somit kann ein Volumenausgleich bedingt z.B. durch eine Temperaturveränderung oder durch Knock back an den Radbremsen RB1 oder RB2 über die hydraulische Leitung 26, das Ventil 19, die hydraulische Leitung 16, den Druckraum 6a hin zum Vorratsbehälter erfolgen. Für das Umschalten in die Rückfallebene bedeutet der Entfall des
Trennventils (DMV) folgendes:
I. Ausfall bei annähernd gleichen Druckniveaus rechts und links vom Trennventil (TV):
Im Unterschied zum System mit Trennventil (DMV) erfährt der Fahrer hier einen endlichen Pedaldurchfall . Ein Volumenverlust gegenüber der mechanischen Rückfallebene nicht vorhanden.
II. Ausfall bei hoher Rekuperationsleistung, derart dass der Druck in der hydraulische Leitung 16 deutlich höher ist als der Druck in der hydraulischen Leitung 26:
Wie beim System mit Trennventil (DMV) erfährt der Fahrer hier einen endlichen Pedaldurchfall . Ein Volumenverlust gegenüber der mechanischen Rückfallebene auch hier nicht vorhanden. III. Ausfall bei hoher Druckverstärkung, derart dass der Druck in der hydraulische Leitung 16 deutlich geringer ist als der Druck in der hydraulischen Leitung 26:
Im Unterschied zum System mit Trennventil (DMV) erfährt der Fahrer auch hier einen endlichen aber größeren Pedaldurchfall . Ein Volumenverlust gegenüber der mechanischen Rückfallebene ist nicht vorhanden.
Fazit: Durch den Wegfall des DMV ergeben sich keine
gravierenden Funktionsnachteile.
Die beweglichen Dichtungen für den Druckraum 24 kann durch den Wegfall der Verbindungleitung zum Vorratsbehälter nun in unterschiedlicher Weise ausgeführt werden. Als erste Lösung ist der Verbleich der bisher vorgesehenen gehäusefesten Hochdruck- und Niederdruckdichtungen mit stillgelegter Schnüffellochbohrung möglich (wie in Fig. lc skizziert). Eine alternative Lösung wäre eine einzige gehäusefeste Dichtung in unterschiedlichsten technisch bekannten Ausführungen. Dazu kommt noch die
Möglichkeit einer kolbenfesten Dichtung, welche Vorteile beim Verschleiß der Dichtung hat.
Eine Ausführung nach Fig. lc bietet zudem funktionale Vorteile. Zuerst reduziert sich durch den geänderten Aufbau ohne
Vorratsbehälteranschluss der Dichtungsschließweg. Dies erhöht die Druckregeldynamik im unterem Druckbereich bis lObar. Ein zweiter funktionaler Spielraum ist in DE 10 2008 051 316 AI beschrieben. Es lässt sich durch den Einsatz einer Unterdruckfesten Dichtung für den Druckraum 24 nun auch ein sogenanntes aktives Zurückziehen der Bremsbeläge realisieren. Dies kann je nach Ausführung der Radbremsen vorteilhaft den Energieverbrauch des Fahrzeugs beeinflussen.
Fig. ld zeigt eine weitere Ausführungsform von Fig. la mit zusätzlicher Wegsimulatoreinheit 101. Diese kann mechanisch in die
Elektrohydraulische Bremse EHB integriert werden oder als separates Modul verbaut werden. Die Wegsimulatoreinheit 101 sorgt dafür, dass die Pedalweg zu Pedalkraftkennlinie im aktiven Betrieb optimal gestaltet werden kann. Es ist z.B. möglich, dass der Pedalweg bezogen auf die jeweilige Pedalkraft aufgrund der steifen hydraulischen Bereiche 6a und 16 zu kurz ausfällt. Dann ist der Einbau einer Wegsimulatoreinheit 101 notwendig. Diese besteht im Wesentlichen aus 4 Komponenten, dem Kolbenwegsimulator 102 zur Abbildung der Weg-Druck-Charakteristik, dem Simulatorabsperrventil (SiV) 103 zum Abtrennen des
Kolbenwegsimulators in der Rückfallebene, der Drossel 104 zur
Darstellung einer optimalen Pedaldämpfung, dem Rückschlagventil 105 um beim Pedallösen die Drossel und das SiV zu umgehen und keine Pedaldämpfung zu haben. Vorzugsweise wird aus gewichtsgründen im Rennsport auf Drossel und Rückschlagventil verzichtet. In bestimmten Konstellationen ist es auch möglich auf das Simulatorabsperrventil zu verzichten. Dies ist nur dann möglich, wenn die Volumenaufnahme des Kolbenwegsimulators im Vergleich zur Gesamtvolumenaufnahme der Radbremsen sehr gering ist und die Auslegung dies erlaubt.
Figur le zeigt eine weitere mögliche Weiterbildung des in Fig la beschriebenen Bremssystems, wobei der hydraulische Druckausgleich zwischen Bremssystem EHB und dem Vorratsbehälter so ausgeführt ist, dass keine Nachlaufleitung notwendig ist. Somit reduziert sich das Gesamtgewicht signifikant, was speziell im Motorsport ein deutlicher Vorteil ist.
Das Bremssystem EHB muss im unbetätigten Zustand direkt oder indirekt mit dem Vorratsbehälter verbunden sein, damit sich in der Druckkammer 24 kein Über- oder Unterdruck entstehen kann, bzw. Belagverschleiß in den Radbremsen RB1 und RB2 kompensiert werden kann.
Im Gegensatz zum in Figur la beschriebenen Aufbau wird hier die direkte hydraulische Verbindung zwischen dem Bremssystem EHB und dem Vorratsbehälter VB getrennt und durch eine indirekte Verbindung über das Nachlaufventil 110, der Leitung 16, der Kammer 6a und der Verbindungsleitung 10a ersetzt.
Das Verbindungsventil 110 ist so ausgeführt, dass es im unbetätigten Zustand geöffnet ist und selbstständig schließt, wenn in der
Druckkammer 6a Druck aufgebaut wird. Somit ist im unbetätigten Zustand eine indirekte Verbindung zwischen Druckkammer 24 und Vorratsbehälter VB gegeben.
Figur lf erklärt den speziellen Aufbau des Nachlaufventils 110 und die 2 möglichen Schaltstellungen.
Der Ventilstößel 111 ist im Ventilgehäuse 112 geführt und wird von einer Ventilfeder 113 im unbetätigten Zustand in die Position geschoben in welcher die beiden Ventilanschlüsse 114 und 115 miteinander verbunden sind. Der Ventilstößel verfügt zusätzlich über eine Bohrung mit einer Blende 116. Sobald in der Druckkammer 6a und somit auch in der
Verbindungsleitung 16 Druck aufgebaut wird, entsteht in der Blende 116 ein Staudruck, welcher den Ventilstößel 111 entgegen der Feder 113 in den Ventilsitz 118 schiebt. Somit sind die Ventilanschlüsse 114 und 115 hydraulisch getrennt.
Figur 2a zeigt schematisch eine andere Ausführung eines
Bremssystems für ein Fahrzeug mit starkem Traktionsmotor, wobei die erste Kolben-Zylinder-Einheit ausschließlich nur die Bremsen eines Bremskreises bzw. einer Fahrzeugachse beaufschlagt.
Bei dieser Ausführung weist die erste Kolben-Zylinder-Einheit 3 einen Druckraum 5 auf der über eine hydraulische Verbindungsleitung 7
(BKII) mit den Radbremsen RB3, RB4 einer Achse 2 verbunden ist. Zwei Druckgeber sind an der Leitung 18a angeordnet. Die Bewegung des einzigen Kolbens 5a kann mittels eines nicht näher dargestellten
Pedalweggebers 7 sensiert werden.
Die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 20 ist über eine hydraulische
Verbindungsleitung 26 (BKI) mit den Radbremsen RBl, RB2 einer Achse 1 verbunden, die Vom Traktionsmotor TM angetrieben ist. An der
Verbindungsleitung 26 ist ein Druckgeber vorgesehen.
Eine Darstellung der ersten und zweiten Kolben-Zylinder-Einheiten der Ausführung gem. Fig. 2a mit den zugehörigen hydraulischen bzw.
elektrischen Verbindungsleitungen zeigt Fig. 2c.
Die Bremskreise BK I für die angetriebene Achse und BK II für die nicht angetriebene Achse sind bei dieser Ausführung bzgl . der
Betätigungseinrichtungen, d.h. erste Kolben-Zylinder-Einheit und zweite Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) vollständig voneinander getrennt. Das Pedalgefühl wird wie in Figur la durch die Druck-Volumen- Charakteristik der Radbremsen der Achse 2 und die Querschnittsfläche des ersten Kolben-Zylinder-Systems bestimmt, die hydraulisch mit der ersten Kolben-Zylinder-Einheit verbunden ist
Figur 2b zeigt eine Darstellung der Abhängigkeit Druck (Kraft)- Volumen (Weg) im Aktivmodus (aktiv) und in der Rückfallebene (RFE). Die erste Kurve zeigt den Verlauf bei intaktem Verstärker (aktiv), eine flacher verlaufende zweite Kurve den Verlauf bei aktivem Verstärker mit Wirkungsbeeinträchtigung z.B. infolge Lufteinschlusses. Figur 2c zeigt in einer anderen Darstellung die Bau-bzw.
Montageeinheiten eines Bremssystems gemäß Figur 2a. Hierbei weist eine erste Bau- bzw. Montageeinheit die erste Kolben-Zylinder-Einheit 3 mit der hier nicht dargestellten Betätigungseinrichtung auf. Daran befestigt ist der Vorratsbehälter 14. Von der ersten Bau- bzw.
Montageeinheit führt eine hydraulische Verbindungsleitung zur nicht angetriebenen Achse 2 des Fahrzeugs. Eine elektrische Verbindung führt von der ersten Einheit zur ECU der zweiten Einheit (EHB).
Die zweite Einheit beinhaltet die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 20 mit den Ventilen und die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU). Von der zweiten Bau-bzw. Montageeinheit führen hydraulische Verbindungen zur mittels Traktionsmotor TM angetriebenen Achse 1 des Fahrzeuges und zum Vorratsbehälter 14.
Figur 3a zeigt Darstellungen des Zusammenhanges der
Fahrzeugverzögerung aFzc bzw. Bremsmoment Mbrems in vom Druck p, der sich in der hydraulischen Bremse durch Erwärmung oder Verschleiß der Bremsanlage ändern kann. So verschlechtert sich beispielweise beim Fading die Bremswirkung z.B. durch hohe Temperatur in der Bremsanlage, d.h. für eine gewünschte konstante Bremswirkung muss der Druck erhöht werden. Daraus resultiert eine steilere Kurve
M brems=f(p) ohne Fading bzw. eine flachere (gestrichelt) mit Fading. Für eine gezielte Regelung der Verzögerung ist es daher wichtig, den
Zusammenhang zwischen Bremsmoment und Druck zu erfassen und auszuwerten und in einem Kennfeld im Speicher der ECU abzulegen. Figur 3b zeigt die Darstellung des Druckes p in Abhängigkeit vom
Kolbenweg XKoiben (Druck-Volumen-Kennlinie bzw. Druck-Weg-Kennlinie) wobei die steilere Kurve den Druck ohne Luft im System und die flachere den mit Luft im System zeigt. Für eine genaue Regelung des Druckes als Funktion des Kolbenwegs ist es daher wichtig,
Veränderungen der Bremsanlage zu erkennen und die Regelung darauf anzupassen. Daher ist es wichtig, einen Abgleich der Druck-Volumen- Kennlinie adaptiv vorzunehmen bzw. ein Kennfeld zu nutzen, das ausgewertet wird. Dazu kann es ausreichend sein, wenn nur Drücke in bestimmten Positionen (z.B. Phase mit konstantem Druck) ausgewertet werden, um daraus die relevante Druck-Volumen-Kennlinie des
Kennfeldes auszuwerten.
In Figur 4a ist eine erste Betriebsstrategie eines erfindungsgemäßen Bremssystems dargestellt. Hierbei ist eine maximale Verzögerung angestrebt. Dabei erfolgt mittels des Traktionsmotors TM und der EHB bzw. zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 20 eine hochdynamische
Druckerzeugung bis zur maximalen Verzögerung amax - ages ergibt sich hierbei aus der Summe der Werte aTM und a EHB- Der Wert von amax ist hierbei veränderlich und kann z.B. eine Fading-Situation
berücksichtigen. Bzgl . weiterer Einzelheiten wird direkt auf Fig. 5 verwiesen.
Figur 4b zeigt eine zweite Betriebsstrategie, wobei eine effektive
Rekuperation mittels des Traktionsmotors TM angestrebt ist. Die
Regelung Δρ/dt und die kontrollierte Verzögerung mit aSOii sind für den Rennsport besonders wichtige Einflussgrößen. Im Anfangsbereich erfolgt eine Verzögerung mit maximaler Rekuperation mittels des
Traktionsmotors ajM - Im mittleren Bereich erfolgt eine steiler Anstieg von ages (Δρ/dt) und im nachfolgenden Bereich eine kontrollierte
Verzögerung mit aSOii -
Figur 5 zeigt prinzipiell das Bremsenmanagement einer Bremsanlage mit starkem Elektromotor TM und elektrohydraulischer Bremsanlage EHB. Dort wird entsprechend der Zielsetzung des Bremsvorganges (max. Rekuperation, max. Verzögerung, kontrollierte Verzögerung) die Sollverzögerung aSOii auf Traktionsmotor TM und hydraulische Bremse EHB aufgeteilt. Berücksichtigt werden in diesem Vorgang Begrenzungen wie max. Drehmoment des Traktionsmotors in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. Motordrehzahl und es wird ein
Fahrzeugmodell verwendet, das Gewichtsverteilung, Reibwert der Fahrbahn und Reifen abbildet und weitere Grenzen vorgibt.
Auf die ECU des Traktionsmotors wird eine Sollverzögerung aSOii,TM und vorteilhafterweise auch der Verlauf der Verzögerung Da/dt
weitergegeben. In der ECU wird unter Berücksichtigung des
Wirkungsgrades des Motors und Getriebes ein Sollmoment MSOII an die Motorsteuerung weitergegeben.
Gleichzeitig wird an die ECU der EHB ein Sollmoment PSOII,EHB, eine Druckgradient DpEHß/dt sowie die Temperatur T weitergegeben. Aus diesen Grössen sowie nach Auswertung der in der ECU erfassten
Kennfelder p=f(xKoiben) und a=f(p) wird an die Motorsteuerung
Sollmoment MSOII,EHB, Solldrehzahl nSOii,EHB und Sollposition XS0II,EHB weitergegeben und in der Regelung teilweise oder vollumfänglich verwendet, wobei der Schwerpunkt auf der Positionsregelung des
Kolbens liegt und die Kennfelder verwendet werden, u.a. um den Soll Druck anzupassen auf Veränderungen der Radbremse z.B. Veränderung der Bremswirkung bei vorgegebenen Drücken bei Fading. Druckgeber im System werden dann in der äußersten Regelschleife aufgrund der Trägheit der Messung nur zur Nachregelung verwendet. Ziel ist eine möglichst präzise Vorsteuerung zu erzielen oder bei entsprechender Modellgenauigkeit auf den Druckgeber als Regelgröße zu verzichten. Der Druckgeber wird daher neben der Nachregelung primär zur
Kennfelderfassung bzw. Parametrierung und Veränderungen von
Parametern im Bremssystem verwendet. Die sehr geringen
Zeitkonstanten eines Elektromotors sowie die hohe Genauigkeit der Strommessung und Winkelgeber im Vergleich zu Druckmessgebern wird für eine hochdynamische Regelung verwendet. Viskositäten im
hydraulischen System führen zudem zu Totzeiten in der Druckmessung, die zudem bei Temperaturänderungen nicht konstant sind In Figur 6 ist eine konstruktive Ausführung des EHB-Moduls
dargestellt, bei der die Komponenten bzw. Baueinheiten des EHB- Moduls in einer besonders vorteilhaften kompakten Bauweise aufgebaut bzw. zusammengeführt sind. Wie bereits beschrieben, bildet das EHB- Modul eine separate Baueinheit. Diese weist im Wesentlichen den E- Motor 30, das Spindelgetriebe 32, die zweite Kolben-Zylinder-Einheit 20 und die zugeordneten Sensoren auf.
Der E-Motor weist hier ein Motorgehäuse 40 auf in dem ein
außenliegender Stator 42 angebracht ist. Über eine insbesondere einseitige Lagerung mit nur einem Lager 44 ist im Stator eine Rotor 46 angeordnet. Zur einseitigen Lagerung wird vorteilhaft ein 4-Punkt-Lager verwendet, welches in axialer Richtung sich im Wesentlichen im Bereich der sich radial erstreckenden Gehäusewandung, insbesondere wie dargestellt in einem axialen Vorsprung 47 des Motorgehäuses, sitzt. Der Innenring 49 des Lagers sitzt auf dem Außenumfang des Rotors 46. Weitere Einzelheiten der einseitigen Lageranordnung können der
PCT/EP2013/057609 entnommen werden, auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Im vorderen Teil des Rotors 46 ist im Innenraum des Rotors eine Mutter 48 angeordnet. Diese ist Bestandteil eines Kugel- Gewindetriebs, zu dem eine in der Mutter 48 angeordnete Spindel 50 gehört, die mit einer Verdrehsicherung 52 versehen ist, so dass sich bei einer Drehung der Mutter 48 eine axiale Verschiebung der Spindel 50 ergibt. In der Spindel 50 sitzt zentral ein Stößel 54, der sich aus der Spindel 50 heraus in Richtung des Plungerkolbens erstreckt. Mit ihrem vorderen Ende stützt ist der Stößel 54 über eine Verbindungseinrichtung mit dem Kolben 22 verbunden so dass dieser bei Bewegung der Spindel in beiden Richtungen von der Spindel 50 mitgenommen wird.
Der Kolben 22 der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit 20 ist in einer entsprechenden Bohrung eines Gehäuses 56 angeordnet. Dieses
Gehäuse 56 nimmt in einer Ausnehmung 58 auch die Trennventile und die entsprechenden hydraulischen Verbindungsleitungen ganz oder teilweise auf. Die Längsachsen der Trennventile 19, 28 verlaufen hierbei im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der zweiten Kolben-Zylinder- Einheit 20. Im oberen, d.h. vom der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit abgewandten Teil des Gehäuses 56 weist dieses eine seitliche
Erweiterung 60 auf um ausreichend Platz zu schaffen, um eine
elektronische Steuer-und Regeleinheit (ECU) 64 anzuordnen. Die
Kontaktierung der Ventilspulen mit der ECU 64 erfolgt über
entsprechende Einrichtungen 68 im Bereich der Platine 66. Seitlich an dem Gehäuse 56 bzw. unterhalb der Gehäuseerweiterung 60 ist das Motorgehäuse 40 angebracht, insbesondere verschraubt.
Bezuqszeichen
2 erste Kolben-Zylinder-Einheit (Fig. la)
4 Betätigungsvorrichtung, insbesondere Bremspedal
3 erste Kolben-Zylinder-Einheit (Fig. 2a)
5 Druckraum
5a Kolben
6 Kolben
6a Druckraum
7 Wegsensor
8 Kolben
8a Druckraum
10a Verbindungsleitung
12a Verbindungsleitung
14 Vorratsbehälter (VB)
16a Verbindungsleitung
18a Verbindungsleitung
19 Trennventil (TR)
20 zweite Kolben-Zylinder-Einheit
22 (Plunger-) Kolben
24 Druckraum
26 Verbindungsleitung
28 Trennventil (DMV)
30 E-Motor
32 Getriebe
40 Motorgehäuse
42 Stator
44 Lager
46 Rotor
47 axialer Vorsprung
48 Mutter
49 Innenring Spindel
Verdrehsicherung
Stößel
Gehäuse
Ausnehmung
Gehäuseerweiterung
Steuer- und Regeleinheit (ECU)
Platine
Kontakteinrichtung
Motorgehäuse
Außenstator
Rotor
Kolben
Kolben-Zylinder-Einheit
Ausnehmung
Ausnehmung
Biegestab
Spindel
Mutter
Bohrung
Gehäusedeckel
Verdrehsicherung
elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU)
Wegsimulatoreinheit
Kolben wegsimulator
Simulatorabsperrventil (SiV)
Drossel
Rückschlagventil
Nachlaufventil
Ventilstößel
Ventilgehäuse 113 Ventilfeder
114 Ventilanschluss
115 Ventilanschluss
116 Bohrung mit Blende 117 Nachlaufanschluss h Wirkungsgrad
p Druck
x Weg
M Moment
a Verzögerung
n Drehzahl
T Temperatur
VFZG Fahrzeug-Geschwindigkeit

Claims

Patentansprüche
Bremsvorrichtung, insbesondere für elektrisch angetriebene
Kraftfahrzeuge, mit einem Traktionsmotor an einer Achse eines Fahrzeuges, der sowohl als Antriebsmotor als auch Bremssystem mit
Rekuperation von Bremsenergie eingesetzt wird, einer ersten Kolben-Zylinder-Einheit, die mittels einer
Betätigungseinrichtung, insbesondere Bremspedal, betätigbar ist, einer zweiten Kolben-Zylinder-Einheit, die mittels eines elektromotorischen Antriebes und einer nicht-hydraulischen Getriebevorrichtung, insbesondere Spindeltrieb betätigbar ist, wobei die Kolben-Zylinder-Einheiten über hydraulische
Verbindungsleitungen mit Radbremsen des Kraftfahrzeuges verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckraum (8a) der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (2) mit zwei Radbremsen (RB3, RB4) einer Fahrzeugachse
(Achse 2) verbunden ist, und dass ein Druckraum (22) der zweiten Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) (20) mit einer Fahrzeugachse (Achse 1) verbunden ist zur aktiven Bremskraftregelung und Rekuperationssteuerung im Zusammenwirken mit dem Traktionsmotor.
Bremsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung (ECU) die Aufteilung der Bremsmomente an den Radbremsen bzw. den entsprechenden Achsen auf den Traktionsmotor (TM) und die zweite Kolben-Zylinder-Einheit (20) erfolgt.
3. Bremsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der zweiten Kolben-Zylindereinheit (EHB) (20) eine bedarfsgerechte Druckdosierung vorgenommen wird, wobei insbesondere die Steuerung über eine Wegsteuerung oder kombinierte Weg- und Drucksteuerung des Kolbens (22) durch Nutzung der Druck-Volumen-Kennlinie erfolgt,
4. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck-Volumen-Kennlinie nach jeder Bremsung adaptiv angepasst wird.
5. Bremsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels Kennfeld die Veränderung des
Zusammenhangs zwischen Bremsdruck und Verzögerung unter Nutzung der Temperaturen der Radbremsen zur verfeinerten
Bremskraftregelung genutzt wird.
6. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zum schnellen Erreichen eines
Zieldruckes bzw. zum Anpassen an die Traktionsmotor- Bremsregelung eine Vorsteuerung über ein Ventil (DMV) (28) und Regelung der Druckänderung erfolgt.
7. Bremsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass durch genaue Drucksteuerung, insbesondere im Sinne einer optimalen Verzögerung, der
Druckänderungsgradient pEHß/dt geregelt wird, so dass
Anfangsbremsmoment und Endbremsmoment in einem Zeitintervall genau eingestellt werden können.
8. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zeitweiser Bremsung nur über den Traktionsmotor (TM) die Rekuperation des Fahrzeuges maximiert wird.
9. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Druck-Volumen- Charakteristik einer Radbremse bzw. mehrere Radbremsen einer Achse ein Pedalgefühl abgebildet wird.
10. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass in eine Verbindungsleitung (16) von der ersten Kolben- Zylinder-Einheit (2) zu den Radbremsen (RB1, RB2) einer Achse des Kraftfahrzeuges ein erstes, insbesondere stromlos offenes, Trennventil (TV) geschaltet ist, und - dass in eine Verbindungsleitung (26) von der zweiten Kolben-
Zylinder-Einheit (20) zu den Radbremsen (RB1, RB2)
insbesondere derselben Achse des Kraftfahrzeuges ein zweites, insbesondere stromlos geschlossenes Trennventil (DMV) geschaltet ist. 11. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ersten Kolben-Zylinder- Einheit (2) ausschließlich die Radbremsen (RB3, RB4) der nicht angetriebenen Fahrzeugachse (Achse 2) betätigbar sind. (Figur 2a)
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Kolben-Zylinder-Einheiten (2, 20) räumlich getrennt im Fahrzeug angeordnet sind.
13. Bremsvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kolben- Zylinder- Einheit (2) mit der zugehörigen Betätigungseinrichtung (4) und zugehörigen Sensoren in einer Bau- bzw. Montageeinheit zusammengefasst ist.
14. Bremsvorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolben- Zylinder-Einheit (20) mit der zugehörigen Antriebseinrichtung (Motor, Getriebe), den Trennventilen (19, 28) und zugehörigen Sensoren in einer separaten Bau- bzw. Montageeinheit (EMB- Modul) zusammengefasst ist.
15. Bremsvorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kolben-Zylinder-Einheit (20) und die zugehörigen Ventileinrichtungen und Sensoreinrichtungen in einem
gemeinsamen Gehäuseteil (56) angeordnet sind, mit dem die in einem separaten Gehäuseteil angeordnete elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) mit zugehörigen Sensoreinrichtungen verbunden ist, wobei eine direkte Kontaktierung zugehöriger Elemente vorgesehen ist.
16. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolben (8) der ersten Kolben- Zylinder-Einheit (2) als Stufenkolben ausgebildet ist.
17 Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass keine Nachlaufleitung zwischen der Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) und dem Vorratsbehälter (VB) erforderlich ist.
Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckausgleich zwischen de Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) und dem Vorratsbehälter (VB) indirekt über die erste Kolben-Zylinder-Einheit (2, Fig. la) erfolgt.
19. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Nachlaufanschluss (117) der Kolben-Zylinder-Einheit (EHB) mittels eines Ventils (110) mit der hydraulischen Leitung (16) zur ersten Kolben-Zylinder-Einheit (2, Fig. la) verbindbar ist.
20. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass im unbetätigten Zustand des Ventils (110) die Druckkammer (24) mit der Verbindung 10a zum
Vorratsbehälter (VB) hydraulisch verbunden und im betätigten Zustand vom Vorratsbehälter (VB) getrennt ist.
21. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (110) derart ausgeführt ist, dass es sich selbstständig schließt, wenn der Druck am
Anschluss (115) höher ist als der Druck am Anschluss (114).
22. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (24) permanent, d.h. ohne ein zwischengeschaltetes Ventil (DMV), mit der hydraulischen Leitung des einen, insbesondere ersten Bremskreises (BKI), in Verbindung ist.
23. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Wegsimulator (101) hydraulisch mit der Hydraulikleitung (16) des einen Bremskreises (BKI) verbunden ist bzw. mittels eines elektrischen Schaltventils (103) hydraulisch verbindbar ist.
24. Bremsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
dass in der hydraulischen Verbindungsleitung zum Wegsimulator (101) eine hydraulische Drossel (104) angeordnet ist.
25. Bremsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (DMV) (28) einen geringen Drossel widerstand aufweist, insbesondere so, dass die Strömungswiderstände derart klein sind, dass die
Kolbengeschwindigkeit des Kolbens der zweiten Kolben-Zylinder-
Einheit den Druckaufbaugradienten und Druckabbaugradienten bestimmt, insbesondere dass der Strömungswiderstand des Ventils gleich oder kleiner ist wie die hydraulische Leistung zu den
Radbremsen.
26. Kraftfahrzeug mit einem Traktionsmotor, insbesondere zum Antrieb der Fahrzeughinterachse, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bremsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
27. Verfahren zur Regelung der Verzögerung einer Bremsanlage, wobei an mindestens einer Achse die Verzögerung mit Traktionsmotor und einer hydraulischen Bremse geregelt wird, dadurch
gekennzeichnet, dass das anteilige Bremsmoment der
hydraulischen Bremsanlage durch Kolbenwegsteuerung auf Basis der Druckvolumenkennlinie sowie dem Zusammenhang zwischen Bremsmoment und Druck in der Radbremse geregelt wird.
28. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit Traktionsmotor bzw. einer Bremsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug bzw. die Bremsvorrichtung die Merkmale nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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