WO2022194828A2 - Hydraulisches betätigungssystem für ein bremssystem mit einem 3/2-wegeventil zur wahlweisen verbindung des hauptbremszylinders entweder mit dem wegsimulator oder mit mindestens einem bremskreis - Google Patents

Hydraulisches betätigungssystem für ein bremssystem mit einem 3/2-wegeventil zur wahlweisen verbindung des hauptbremszylinders entweder mit dem wegsimulator oder mit mindestens einem bremskreis Download PDF

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Definitions

  • Hydraulic actuation system for a brake system with a 3/2-way valve for selectively connecting the main brake cylinder either to the travel simulator or to at least one brake circuit
  • the invention relates to a hydraulic actuation system for a brake system with the features of the preamble of claim 1 and a 3/2-way valve designed accordingly for this purpose.
  • the brake system has a master brake cylinder HZ, which is designed as a tandem master brake cylinder with two working chambers RI and R2, the working chamber RI being able to be connected to the brake circuit BK2 via the hydraulic line L2 and the connecting valve V3.
  • the working chamber R2 can be connected to the brake circuit BK1 via the hydraulic lines LI and L4 and the connecting valve VI.
  • the hydraulic line LI is also connected to the hydraulic line L3, to which a displacement simulator WS is connected, the hydraulic line L3 being able to be shut off by means of the connecting valve V2.
  • the brake system has at least one pressure supply device DZ, which is connected to the brake circuits BK1 and BK2 via hydraulic lines L5 and L6, with additional valves not shown in FIG. 1 usually being provided to shut off the lines L5 and L6 see are.
  • the two connecting valves VI and V3 are closed and the connecting valve V2 is open. If the brake pedal 1 is actuated by the person driving the vehicle, the brake pressure in the brake circuits BK1 and BK2 is controlled or adjusted with the at least one pressure supply device DZ, depending on the brake pedal position, which is determined by means of the sensor 2.
  • the master brake cylinder HZ acts as a pressure supply source for the brake circuits BK1 and BK2, with the pressure in the brake circuits being able to be built up in this state by means of the brake pedal 1.
  • Closing the connecting valve V2 Shen avoids the brake pressure build-up being influenced by the path simulator WS. If the connecting valve V2 were not closed, the volume of the displacement simulator WS would act as a loss volume of the master brake cylinder, which would lead to an extension of the pedal travel and, as a result, to a lower brake pressure. Because of the lack of the brake booster, very high foot forces would be required if the connecting valve V2 remained open, which would be far above the legal requirements. In the absence of a brake booster, the main brake cylinder HZ is often referred to as an auxiliary circuit.
  • the disadvantage of the prescribed brake system is that at least three connecting valves and, as a result, a relatively large number of hydraulic lines are required to shut off the master brake cylinder HZ from the brake circuits BK1 and BK2 and the travel simulator WS, which is not only expensive to produce, but also a relatively large construction volume of the hydraulic module, in which the valves of the brake system are combined, leads.
  • the pressure is controlled or regulated in the at least one brake circuit by means of the pressure generating device
  • the hydraulic connection from the working chamber to the brake circuit is interrupted.
  • the 3/2-way valve is energized and the magnet armature assumes a first position, which is also referred to below as the second switching state of the 3/2-way valve, in which it has a first valve closing body presses against the associated valve seat and thus closes a first hydraulic connection of the 3/2-way valve, which is used to connect the connections for the brake circuit and the master brake cylinder.
  • the 3/2-way valve is provided according to the invention arranged in the hydraulic connection between the pressure supply device and the master brake cylinder.
  • the valve spring in the 3/2-way valve can thus be dimensioned with increased restoring force, so that the 3/2-way valve can still be safely removed from the pressure even when the pressure in the brake circuit is greater than 150 bar, i.e. beyond the pressure in the event of fading first position of the magnet armature to the second position of the magnet armature to the second switching state of the 3/2-way valve. This advantageously increases the reliability of the braking system.
  • a diagnosis to determine the failure of the valve spring can advantageously be carried out easily via the switching current of the solenoid valve.
  • the brake system can advantageously continue to be operated with the pressure supply device for pressure control in the wheel brakes or brake circuits.
  • Appropriate control of the 3/2-way valve allows a pedal characteristic that is still acceptable for the person driving to be adjusted.
  • the pressure in the working chamber of the master brake cylinder can advantageously be regulated by switching the 3/2-way valve between its two switching states in order to regulate a specific pedal characteristic, the pressure generated by the pressure supply device being used for this purpose.
  • a brake booster can advantageously still be maintained by means of the at least one pressure supply device.
  • Many components of conventional 2/2-way valves such as those used for the anti-lock braking function (ABS), can advantageously be used for the 3/2-way valve according to the invention.
  • the electromagnetic part of a conventional 2/2-way valve can be used for the 3/2-way valve according to the invention.
  • the additionally required second valve seat with the second valve closing body and valve spring can be combined in a separate unit.
  • the first valve closing body is arranged in a first valve chamber and the second valve closing body in a second valve chamber.
  • a third valve chamber is arranged between the two valve seats.
  • the first valve chamber is connected via a channel to a first valve connection for the brake circuit and the second valve chamber is connected via a channel to a second valve connection for the path simulator.
  • the third valve chamber is connected to the valve port for the master brake cylinder via a channel.
  • the first valve closing body is advantageously connected to the magnet armature, with a tappet being arranged on the first valve closing body, which penetrates both valve seats and is dimensioned in terms of its length such that in the first switching state of the solenoid valve, the second valve closing body is released from the tappet against the valve spring force from the second valve seat is lifted, so that the hydraulic connection between the second and the third valve port is opened.
  • valve spring presses the second valve-closing body in a sealing manner against the second valve seat, and the first valve-closing body is lifted off the first valve seat by the plunger, thereby creating the first hydraulic connection between the first and third Valve connection is opened and the second hydraulic connection between the third and the second valve connection is interrupted.
  • the diameter of the bolt connecting the magnet armature to the first valve-closing body can be made smaller than in standard 2/2-way valves for ABS, as a result of which approximately 20% of the magnetic force can advantageously be realized.
  • the field winding of the 3/2-way valve can advantageously be cast into the magnet housing and this can be provided with a heat sink. It is also possible to arrange a permanent magnet in the yoke to reduce the power loss.
  • Both a single and a tandem master brake cylinder can be used as the master brake cylinder.
  • the use of a single master brake cylinder advantageously results in a cost reduction and increased security through smart redundancy.
  • Wheel brakes are connected to the above-described brake circuits in a known manner via additional valve circuits that are not explained further here.
  • Fig. 1 conventional brake system with master cylinder, pedal, Wegsi simulator and three 2/2-way valves;
  • Fig. 2 First possible embodiment of a hydraulic's actuating system according to the invention for a braking system with a 3/2-way valve for selectively connecting the master brake cylinder designed as a tandem brake cylinder to the path simulator or the brake circuit;
  • Fig. 3 second possible embodiment of a hydraulic's actuation system according to the invention for a brake system with a 3/2-way valve for selectively connecting the master brake cylinder designed as a single brake cylinder to the displacement simulator or the brake circuit;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a possible embodiment of a 3/2-way valve according to the invention for the actuation system according to the invention
  • Fig. 6 Magnet map of the 3/2-way valve
  • Fig. 8 Time course of the pedal travel in the event of an error to generate an acceptable pedal feel.
  • FIG. 2 shows a first possible embodiment of a hydraulic actuating system according to the invention with a 3/2-way valve MV for selectively connecting the master brake cylinder THZ designed as a tandem brake cylinder to the displacement simulator WS or the first brake circuit BK1.
  • the tandem Brake master cylinder (THZ) has a reservoir VB and two working spaces RI and R2.
  • the piston separating the two working spaces RI and R2, which can be adjusted via the bolt 3 by means of the pedal 1, is not shown.
  • the first working chamber RI is connected by means of the hydraulic line L2 to the connecting valve V3, which separates the hydraulic line L2 either from the brake circuit line L8 of the second brake circuit BK2 or connects it to it.
  • the second working chamber R2 of the tandem master brake cylinder THZ is connected to the 3/2-way valve MV via the hydraulic line LI.
  • the hydraulic line LI is connected to the hydraulic line L3 to the displacement simulator WS or to the hydraulic line L4 of the first brake circuit BK1.
  • FIG. 2 shows the 3/2-way valve MV in the non-energized state, which corresponds to the second switching state of the 3/2-way valve MV described above.
  • the three valves PD BPI and BP 2 which are used to connect the pressure supply device DZ to the two brake circuits BK1 and BK2, are shown as an example in the dashed box.
  • a second pressure supply device (not shown) with a correspondingly adapted valve circuit.
  • FIG. 3 shows another second possible embodiment of a hydraulic actuating system according to the invention for a brake system, in which, in contrast to the brake system according to FIG. 2, the master brake cylinder is designed as a single master brake cylinder with only one working chamber RI.
  • the working chamber RI of the single master brake cylinder SHZ is connected via the hydraulic connection line LI to the 3/2-way valve MV, which, analogously to the 3/2-way valve MV shown and described in Figure 2, connects the working chamber RI to either the travel simulator WS or the Brake circuit BK1 connects.
  • the pressure supply device can be connected to the brake circuit BK1 via a separating valve PD with a hydraulic line L5.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a possible embodiment of a 3/2-way valve MV according to the invention for the braking system according to the invention.
  • the 3/2-way valve MV has an excitation winding 5, which is arranged around a Mag netjoch 6, in which the magnet armature 4 is adjustable in the axial direction of the bolt 7, 7a.
  • a stop element 4a is arranged, which in the non-energized second switching state of the valve MV shown in FIG. 4 abuts against the inner wall of the magnet yoke 6.
  • the first Arranged valve closing body VSK1 which is firmly connected to the connecting pin end 7a.
  • the first valve closing body VSK1 interacts with the first valve seat VS1, which can be part of the magnetic yoke 6.
  • the magnet yoke 6 forms a first valve chamber Kl, which is connected via a hydraulic channel to the first valve connection AN1 for connecting the brake circuit BK1.
  • the 3/2-way valve MV also has a second valve chamber K2, in which the valve spring VF and a second valve closing body VSK2 are arranged.
  • the second valve chamber K2 is connected via a hydraulic channel to the second valve connection AN2, to which the displacement simulator WS is connected.
  • the left side of the second valve chamber K2 forms the second valve seat VS2 of the valve MV, which interacts with the second valve closing body VSK2.
  • a third valve chamber K3 is arranged between the two valve seats VS1 and VS2 and is connected to the third valve port AN3 for the master brake cylinder SHZ or THZ.
  • a tappet ST is formed or attached, the length of which is dimensioned such that it penetrates the first valve seat VS1 and the third valve chamber K3 and with its free end on the second Valve closing body VSK2 can act when the 3/2-way valve MV is energized.
  • the "non-energized" state is shown in Figure 4.
  • valve spring VF presses the second valve closing body VSK2 against the second valve seat VS2, with the magnet armature 4 also being adjusted to the left, so that the first hydraulic connection HV1 between the first valve chamber Kl and the third valve chamber K3 is open, so that the master cylinder SHZ or THZ is connected to the first brake circuit BK1 and the travel simulator WS is decoupled from the third valve chamber K3.
  • the dimensioning of the valve spring VF determines the opening pressure in the fallback level, e.g. if the pressure supply device DZ fails.
  • the legislator requires that a vehicle deceleration of 0.24g can be generated with a foot force of 500N on the brake pedal 1. If the valve spring is dimensioned for an opening pressure of 75 bar in the main brake cylinder, almost three times the deceleration value can be achieved.
  • FIGS. 5a to 5e show different operating states of the braking system according to the invention and are explained individually in more detail below.
  • FIG. 5a shows a first limiting case, in which the solenoid valve MV is energized and is in the first switching state, in which the master brake cylinder SHZ is connected to the displacement simulator WS.
  • a pressure of 0 bar prevails in the brake circuit BK1, with a pressure of 220 bar being generated by means of the master brake cylinder SHZ.
  • the valve spring force RF, the magnetic force FM and the force Fp caused by the hydraulic pressure act, with the magnetic force FM having to be greater than the sum of the forces RF and Fp so that the first valve closing body VSK1 remains reliably pressed against the first valve seat VS1 in a sealing manner.
  • the magnet armature 4 has performed a stroke h from its initial position.
  • FIG. 5b shows another borderline case in which a pressure of 220 bar prevails in the brake circuit BK1.
  • the master brake cylinder SHZ only builds up a pressure of 40 bar.
  • the force Fp acting on the first valve closing body VSK1 due to the differential pressure is significantly greater than the force RF of the valve spring, so that in this state the field winding 5 does not have to be energized in order to keep the solenoid valve MV in this switching state.
  • FIG. 5c shows the first switching state for the fallback level, in which no pressure control in the brake circuit is possible by means of the pressure supply device.
  • pressure is only built up via the master brake cylinder SHZ by means of the brake pedal.
  • a pressure of more than 100 bar is built up in the brake circuit BK1, which leads to a deceleration of the vehicle by approx. lg.
  • the valve spring force RF causes the second hydraulic connection HV2 between the second and third valve chambers K2 and K3 to be securely closed.
  • the legislator requires that a braking deceleration of 0.24g is generated with a pedal force of 500N, which not all drivers can muster.
  • the valve spring is designed in such a way that with a foot force of more than 750 N, the pressure in the third valve chamber K3 becomes so great that the second valve closing body VSK2 is lifted off the second valve seat VS2 against the valve spring force RF and thus the hydraulic cal connection HV2 opens, which means that no pressure increase is possible, even with greater pedal force.
  • the figure 5d shows the solenoid valve MV in the second switching state at a stress that occurs in about 70% of all braking operations, with the brake circuit BK1 a pressure of 30 bar prevails and a pressure of 10 bar is built up in the master brake cylinder SHZ by means of the brake pedal. Due to the prevailing differential pressure between the valve chambers K1 and K3, the current flow can be significantly lower than in the state shown in FIG. 5a.
  • FIG. 5e shows an operating state in the event of failure of the electrical control unit (ECU) or the electrical actuation during braking with high pressure in brake circuit BK1. Due to the progressive spring force RF of the valve spring VF, this is still able to close the hydraulic connection HV2 and the first hydraulic connection between the third valve chamber K3 and the first valve chamber even at a pressure of 150 bar in the brake circuit BK1 (design A of the valve spring). to open cl.
  • ECU electrical control unit
  • a decrease in the valve spring force RF can be diagnosed, for example, by the required opening current for the field winding 5 to switch the solenoid valve MV to the second switching state, in which the first hydraulic connection HV1 is closed.
  • a force progression C occurs when a permanent magnet PM is provided (see FIG. 7), which applies the necessary opening force (state according to FIG. 5e) with a small stroke h. All of these proposed solutions are aimed at reducing the power loss and heat load.
  • the currents are also assigned to the magnetic curves, with a maximum of 2.5A, for example.
  • the curve or power balance for operating point 4b is reached at a current of 1.5A, for example.
  • FIG. 7 shows a possible construction of the 3/2-way valve.
  • the upper part consisting of magnet armature 4, excitation coil 5, magnet yoke 6, corresponds to the structure of a standard 2/2-way inlet valve for an anti-lock braking system (ABS).
  • ABS anti-lock braking system
  • the magnetic yoke 6 is used to guide the bolt 7, 7a, which is connected to the first valve closing body VSK1.
  • the pin 7 can be made smaller in diameter compared to the standard version of the 2/2-way inlet valve, which increases the effective pole area. This also allows the installation of a permanent magnet PM in the yoke 6 to assist the return spring VF, as described in FIG. 6, in order to achieve smaller power losses.
  • the first valve closing body VSK1 interacts with the first valve seat VS1 and is hemispherical in shape in order to achieve or ensure a reliable sealing effect.
  • the first valve seat VS 1 is arranged in the magnet yoke 6 .
  • the 2nd valve seat VS2 can be combined with the ball VS K2 and the valve spring VF in a separate housing as a unit.
  • the structural unit is pressed into the yoke housing.
  • the ball stop has a bore to record the path of the ball using a measuring pin.
  • a power supply can be used to ensure a secure connection between the assembly and the magnet yoke.
  • all connections to the brake circuit, master brake cylinder and displacement simulator are protected with filters Fl, F2 and F3.
  • the valve is adjusted in such a way that the tappet ST has a small distance to the ball VSK2.
  • the field winding 5 can be cast with the magnet housing 9 .
  • a finned heat sink 10 can also be provided.
  • FIG. 8 shows a time profile of the pedal travel in the event of an error in order to produce an acceptable pedal feel.
  • a first possible fault can be a leak in the 3/2 solenoid valve.
  • the brake system according to the invention can be used to form a fallback level, in which the brake pedal characteristics or the pedal feel are obtained by blending the brake pedal travel with the pressure supply device DZ.
  • the pressure in the brake circuit is controlled by the pressure supply device DZ to the target pressure of the wheel cylinders, which is derived from the brake pedal travel.
  • brake fluid flows out of the brake circuit, BK1, via the leaking 3/2-way valve into the master brake cylinder SHZ or THZ, which causes the brake pedal to be pressed back and the brake pedal travel to be reduced.
  • the fault is detected by constantly comparing the actual brake pedal travel with the target brake pedal travel.
  • the fallback level if the difference between rule actual brake pedal travel, which is measured, and target brake pedal travel, Fig. 2, reference numeral 2, falls below a selectable lower limit value, the Druckversor supply device DZ stopped, and the valves to the wheel cylinders (not shown) will be closed.
  • the activation of the 3/2-way valve MV is switched off and an outlet valve (not shown) in the brake circuit is opened.
  • brake fluid flows out of the master brake cylinder HZ, through the open connection from the master brake cylinder to the brake circuit in the brake circuit and through the outlet valve into the reservoir, causing the brake pedal travel to increase again.
  • the outlet valve is closed again and the 3/2-way valve is actuated again, the pressure supply device DZ is switched on again, the switching valves to the wheel cylinders are opened again and the pressure in the wheel cylinders is set to the target pressure again using the pressure supply device DZ.
  • the pressure supply device DZ is stopped again, the switching valves to the wheel cylinders are closed, the outlet valve in the brake circuit is opened and the 3/2-way valve MV is activated turned off and the process repeats itself.
  • the brake pedal feel remains largely normal here. However, the brake pedal may vibrate slightly.
  • the pedal travel is e.g. 54mm. Due to the brake pedal travel blending, the amplitude of the pedal vibration should not be more than 5mm. With a pedal ratio of 4.0, this means a master brake cylinder piston amplitude of 0.125 cm.
  • the master brake cylinder pressure should be approx. 20 bar.
  • the pressure difference between the main brake cylinder and the brake circuit is then 80 bar.
  • the leakage flow through the leaking valve is, for example, 7 cm 3 /s.
  • actuation system according to the invention for a brake system only results in a complete brake system together with wheel brakes and other valve circuits connected in between, such as known ABS/ESP modules or individual switching valves connected upstream of each wheel brake, via which the pressure is controlled.
  • a control and regulation device also generally referred to as an ECU, is also required for this purpose. All of these components are or can of course also be part of the brake system according to the invention.
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Abstract

Hydraulisches Betätigungssystem für ein Bremssystem, folgendes aufweisend: - mindestens einen Bremskreis (BK) mit mindestens einer hydraulisch betätigten Radbremse, - einen mittels einer Betätigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Bremspedals, betätigbaren Hauptbremszylinder (SHZ, THZ) mit mindestens einem Arbeitsraum (R1, R2), - einen hydraulisch wirkenden Wegsimulator (WS) zur Erzeugung einer Reaktionskraft auf die Betätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (A1) über ein gesteuertes 3/2-Wege-Ventil (MV) entweder mit ei-nem Bremskreis (BK) oder mit dem Wegsimulator (WS) verbindbar ist.

Description

Hydraulisches Betätigungssystem für ein Bremssystem mit einem 3/2- Wegeventil zur wahlweisen Verbindung des Hauptbremszylinders entweder mit dem Wegsimulator oder mit mindestens einem Bremskreis
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Betätigungssystem für ein Bremssystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein hierfür entspre chend ausgebildetes 3/2-Wege-Ventil.
Ein mögliches gattungsgemäßes Bremssystem ist in Figur 1 dargestellt. Das Bremssystem weist einen Hauptbremszylinder HZ auf, welcher als Tandem- Hauptbremszylinder mit zwei Arbeitsräumen RI und R2 ausgeführt ist, wobei der Arbeitsraum RI über die hydraulische Leitung L2 und das Verbindungsventil V3 mit dem Bremskreis BK2 verbunden werden kann. Der Arbeitsraum R2 ist über die hydraulischen Leitungen LI und L4 sowie das Verbindungsventil VI mit dem Bremskreis BK1 verbindbar. Die hydraulische Leitung LI ist ebenfalls mit der hydraulischen Leitung L3 in Verbindung, an die ein Wegsimulator WS angeschlos sen ist, wobei die hydraulische Leitung L3 mittels des Verbindungsventils V2 ab- sperrbar ist. Zusätzlich weist das Bremssystem noch mindestens eine Druckver sorgungseinrichtung DZ auf, die über hydraulische Leitungen L5 und L6 mit den Bremskreisen BK1 und BK2 verbunden ist, wobei in der Regel zusätzliche, in Fi gur 1 nicht dargestellte, Ventile zur Absperrung der Leitungen L5 und L6 vorge sehen sind. Sofern das Bremssystem störungsfrei arbeitet, was als Normalbetrieb bezeichnet wird, sind die beiden Verbindungsventile VI und V3 geschlossen und das Verbindungsventil V2 geöffnet. Wird das Bremspedal 1 von der das Fahrzeug fahrenden Person betätigt, so wird in Abhängigkeit der Bremspedalstellung, wel che mittels des Sensors 2 ermittelt wird, mit der mindestens einen Druckversor gungseinrichtung DZ der Bremsdruck in den Bremskreisen BK1 und BK2 gesteu ert bzw. eingeregelt. Beim Verstellen des Bremspedals 1 wird über den Stößel 3 und den im Hauptbremszylinder HZ vorhandenen Kolben in Zusammenwirken mit dem Wegsimulator WS ein Druck aufgebaut, wodurch sich eine Reaktionskraft einstellt, die der Person ein Pedalgefühl vermittelt. Zumindest das Verbindungsventil V 2 ist stets als 2/2 Wege-Ventil ausgebildet. Sollte ein Stö rungsfall auftreten, bei dem mittels der mindestens einen Druckversorgungsein richtung DZ eine Drucksteuerung in den Bremskreisen BK1 und BK2 nicht mehr möglich sein, so werden die beiden Verbindungsventile VI und V3 geöffnet und das Verbindungsventil V2 geschlossen. In diesem, auch als Rückfallebene be- zeichneten Zustand fungiert der Hauptbremszylinder HZ als Druckversorgung quelle für die Bremskreise BK1 und BK2, wobei in diesem Zustand mittels des Bremspedals 1 der Druck in den Bremskreisen aufbaubar ist. Durch das Schlie ßen des Verbindungsventils V2 wird eine Beeinflussung beim Bremsdruckaufbau durch den Wegsimulator WS vermieden. Ohne Schließen des Verbindungsventils V2 würde sich das Volumen des Wegsimulators WS als Verlustvolumen des Hauptbremszylinders auswirken, was zu einer Pedalwegverlängerung und damit einhergehend zu einem geringeren Bremsdruck führen würde. Wegen der fehlen den Bremskraftverstärkung wären beim weiterhin geöffneten Verbindungsventil V2 somit sehr hohe Fußkräfte erforderlich, die weit über den gesetzlichen Forde rungen liegen würden. Mangels Bremskraftverstärkung wird der Hauptbremszy linder HZ oftmals auch als Hilfskreis bezeichnet.
Nachteilig beim vorgeschriebenen Bremssystem ist, dass für die Absperrung des Hauptbremszylinder HZ gegenüber den Bremskreisen BK1 und BK2 sowie dem Wegsimulator WS mindestens drei Verbindungsventile und damit einhergehend relativ viele hydraulische Leitungen benötigt werden, was nicht nur teuer in der Herstellung ist, sondern auch zu einem relativ großen Bauvolumen des hydrauli schen Moduls, in dem die Ventile des Bremssystems zusammengefasst sind, führt.
3/2-Wege-Magnetventile sind weit verbreitet in hydraulischen Antrieben und ins besondere auch in Bremssystemen von Automobilen. In Bremssystemen werden meistens 2/2-Wege-Magnetventile für die Drucksteuerung und -regelung ge nutzt. 3/2-Wege-Magnetventile werden hingegen meist zur Zu- und Abschaltung einzelner Komponenten des Bremssystems genutzt. So offenbart DE 10 2017 000 472 Al die Verwendung von 3/2-Wege-Magnetventilen, um die Bremskreise wahlweise mit der motorisch angetriebenen Druckversorgungseinrichtung oder dem Hauptbremszylinder zu verbinden. Der Einsatz von 3/2-Wegeventilen, wie er aus der DE 10 2017 000 472 Al bekannt ist, führt jedoch bei Ausfall oder un dichtem Ventilsitz zu Problemen. Ist zum Beispiel die hydraulische Verbindung vom Hauptbremszylinder zur Druckversorgungseinrichtung im 3/2-Wege-Mag- netventil defekt, d. h. undicht, führt dies nachteilig zu einer starken Pedalrück wirkung, was zwangsläufig zur Abschaltung der Druckversorgungseinrichtung führt, womit gleichzeitig die Bremskraftverstärkung wegfällt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das gattungsgemäße Bremssystem derart fortzuentwickeln, dass es mit weniger Ventilen auskommt und somit kos tengünstiger, kleiner und leichter ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem hydraulischen Betätigungssys tem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßes 3/2- Wegeventil für ein hydraulisches Betätigungssystem nach den Ansprüchen 1 bis 9 wird mittels der Ansprüche 11 fortfolgende beansprucht.
Der Erfindung liegt der Erfindungsgedanke zugrunde, die beiden 2/2-Wege-Mag- netventile VI und V2 (siehe Figur 1), die herkömmlich zur wahlweisen Verbin dung des einen Arbeitsraumes des Hauptbremszylinders entweder mit dem Weg simulator oder mit dem Bremskreis gedient haben, durch ein einziges 3/2-Wege- ventil zu ersetzen. Hierdurch werden vorteilhaft Kosten und Einbauraum im soge nannten hydraulischen Steuergerät eingespart. Zudem ist selbst bei undichtem 3/2-Wegeventil vorteilhaft noch eine Drucksteuerung mittels der Druckversor gungseinrichtung möglich, wobei gleichzeitig durch entsprechende Ansteuerung des 3/2-Wegeventils noch ein Druck in dem Hauptbremszylinder zur Einstellung eines Pedalgefühls einregelbar ist. Hierdurch ist das erfindungsgemäße Brems system vorteilhaft wesentlich ausfallsicherer als herkömmliche Bremssysteme.
Beim erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungssystem für ein Bremssystem ist der eine Arbeitsraum des Hauptbremszylinders über das gesteuerte 3/2-Wege-Ven- til entweder mit einem Bremskreis oder mit dem Wegsimulator verbindbar. Zudem weist das Bremssystem mindestens eine Druckerzeugungseinrichtung zur Druck steuerung bzw. -regelung, insbesondere zum Druckaufbau und/ Druckabbau, in dem mindestens einen Bremskreis auf. Selbstverständlich ist es auch im Sinne der Erfindung, wenn das Bremssystem noch zusätzlich mindestens ein Auslassventil zum Druckabbau und/oder ein alternatives Steuerelement, wie z.B. eine elektromo torisch angetriebene weitere Druckversorgungseinrichtung DZ zum Druckabbau aufweist. Im sogenannten „Normalbetrieb" des Bremssystems erfolgt die Drucksteuerung bzw. -regelung in dem mindestens einen Bremskreis mittels der Druckerzeugungs einrichtung. Der Arbeitsraum des Hauptbremszylinders ist in diesem Betriebszu stand über das 3/2-Wege-Ventil nur mit dem Wegsimulator hydraulisch verbunden. Die hydraulische Verbindung vom Arbeitsraum hin zum Bremskreis ist unterbro chen. Hierzu wird das 3/2-Wegeventil bestromt und der Magnetanker nimmt eine erste Position ein, was nachfolgend auch als zweiter Schaltzustand des 3/2-Wege- ventils bezeichnet wird, in der er einen ersten Ventilschließkörper gegen den zuge hörigen Ventilsitz drückt und somit eine erste hydraulische Verbindung des 3/2- Wegeventils, welche zur Verbindung der Anschlüsse für den Bremskreis und den Hauptbremszylinder dient, verschließt. Der im Bremskreis herrschende Druck wirkt dabei unterstützend zur Magnetkraft auf den ersten Ventilschließkörper. Damit dies möglich ist, ist erfindungsgemäß das 3/2-Wege-Ventil in der hydraulischen Verbin dung zwischen der Druckversorgungseinrichtung und dem Hauptbremszylinder an geordnet. Die Ventilfeder im 3/2-Wegeventil kann hierdurch mit erhöhter Rückstell kraft dimensioniert werden, so dass das 3/2-Wegeventil vorteilhaft auch bei einem noch im Bremskreis befindlichen Druck von größer 150bar, also jenseits des Dru ckes bei Fading, noch sicher von der ersten Position des Magnetankers in die zweite Position des Magnetankers in den zweiten Schaltzustand des 3/2-Wegeventils schal tet. Hierdurch erhöht sich vorteilhaft die Ausfallsicherheit des Bremssystems.
Eine Diagnose zur Feststellung des Ausfalls der Ventilfeder kann vorteilhaft einfach über den Schaltstrom des Magnetventils erfolgen.
Sofern eine Undichtigkeit des 3/2-Wegeventils auftritt, kann vorteilhaft das Brems system weiterhin mit der Druckversorgungseinrichtung zur Drucksteuerung in den Radbremsen bzw. Bremskreisen betrieben werden. Durch entsprechende Ansteue rung des 3/2-Wegeventils kann eine für die fahrende Person noch annehmbare Pe dalcharakteristik eingeregelt werden. Hierzu kann vorteilhaft der Druck im Arbeits raum des Hauptbremszylinders durch entsprechendes Schalten des 3/2-Wegeven- tils zwischen seinen beiden Schaltzuständen eingeregelt werden, um eine be stimmte Pedalcharakteristik einzuregeln, wobei hierzu der mittels der Druckversor gungseinrichtung erzeugte Druck genutzt wird. So kann vorteilhaft auch bei Ausfall des Wegsimulators und/oder einer Undichtigkeit des 3/2-Wegeventils, insbesondere der hydraulischen Verbindung zwischen den Anschlüssen für den Wegsimulator und dem Hauptbremszylinder, noch eine Bremskraftverstärkung mittels der mindestens einen Druckversorgungseinrichtung aufrechterhalten werden. Vorteilhaft können für das erfindungsgemäße 3/2-Wegeventil viele Komponenten von konventionellen 2/2-Wegeventilen, wie sie für die Antiblockierfunktion (ABS) genutzt werden, verwendet werden. Insbesondere kann der elektromagnetische Teil eines konventionellen 2/2-Wegeventils für das erfindungsgemäße 3/2-Wegeventil genutzt werden. Der zusätzlich benötigte zweite Ventilsitz mit zweiten Ventilschließ körper und Ventilfeder kann in einer separaten Baueinheit zusammengefasst wer den. Der erste Ventilschließkörper ist dabei in einer ersten Ventilkammer angeord net und der zweite Ventilschließkörper in einer zweiten Ventilkammer. Zwischen den beiden Ventilsitzen ist eine dritte Ventilkammer angeordnet. Die erste Ventil kammer ist über einen Kanal mit einem ersten Ventilanschluss für den Bremskreis und die zweite Ventilkammer über einen Kanal mit einem zweiten Ventilanschluss für den Wegsimulator verbunden. Die dritte Ventilkammer ist über einen Kanal mit dem Ventilanschluss für den Hauptbremszylinder verbunden. Der erste Ven tilschließkörper ist vorteilhaft mit dem Magnetanker verbunden, wobei am ersten Ventilschließkörper ein Stößel angeordnet ist, der beide Ventilsitze durchgreift und in seiner Länge so bemessen ist, dass im ersten Schaltzustand des Magnetventils der zweite Ventilschließkörper von dem Stößel entgegen der Ventilfederkraft vom zweiten Ventilsitz abgehoben wird, so dass die hydraulische Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Ventilanschluss geöffnet ist. In der zweiten Ventilstel lung wird bei unbestromtem 3/2-Wegeventil der zweite Ventilschließkörper von der Ventilfeder gegen den zweiten Ventilsitz abdichtend gedrückt und dabei der erste Ventilschließkörper aufgrund des Stößels von dem ersten Ventilsitz abgehoben, wodurch die erste hydraulische Verbindung zwischen dem ersten und dem dritten Ventilanschluss geöffnet und die zweite hydraulische Verbindung zwischen dem dritten und dem zweiten Ventilanschluss unterbrochen ist.
Der den Magnetanker mit dem ersten Ventilschließkörper verbindende Bolzen kann im Durchmesser kleiner ausgebildet werden, als bei Standard 2/2-Wegeventilen für ABS, wodurch vorteilhaft ca. 20% Magnetkraft realisiert werden können. Um für die hohen Kräfte die Verlustleistung des 3/2-Wegeventils zu reduzieren, kann vorteil haft die Erregerwicklung des 3/2-Wegeventils in das Magnetgehäuse eingegossen werden und dieses mit einem Kühlkörper versehen werden. Auch ist es möglich ei nen Permanentmagnet zur Reduzierung der Verlustleistung im Joch anzuordnen.
Als Hauptbremszylinder kann sowohl ein Single- als auch ein Tandem-Hauptbrems zylinder verwendet werden. Durch den Einsatz eines Single-Hauptbremszylinders ergibt sich vorteilhaft eine Kostenreduktion sowie eine erhöhte Sicherheit durch Smartredundanz.
An die vorbeschriebenen Bremskreise sind in bekannter Weise über weitere - hier nicht weiter erläuterte Ventilschaltungen - Radbremsen angeschlossen.
Nachfolgend wird anhand von Figuren das erfindungsgemäße Bremssystem und das hierfür erforderliche 3/2-Wegeventil näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1: konventionelles Bremssystem mit Hauptbremszylinder, Pedal, Wegsi mulator und drei 2/2-Wegeventilen;
Fig. 2: erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrauli schen Betätigungssystems für ein Bremssystem mit einem 3/2-Wege- ventil zur wahlweisen Verbindung des als Tandem-Bremszylinder aus gebildeten Hauptbremszylinders mit dem Wegsimulator oder dem Bremskreis;
Fig. 3: zweite mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydrauli schen Betätigungssystems für ein Bremssystems mit einem 3/2- Wegeventil zur wahlweisen Verbindung des als Single-Bremszylinder ausgebildeten Hauptbremszylinders mit dem Wegsimulator oder dem Bremskreis;
Fig. 4: schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines er findungsgemäßen 3/2-Wegeventils für das erfindungsgemäße Betäti gungssystem;
Fig. 5a-5e: verschiedene Betriebszustände des erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungssystems;
Fig. 6: Magnetkennfeld des 3/2-Wegeventils;
Fig. 7: möglicher konstruktiver Aufbau eines 3/2-Wegeventils;
Fig. 8: zeitlicher Verlauf des Pedalwegs im Fehlerfall zur Erzeugung eines an nehmbaren Pedalgefühls.
Die Figur 2 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungssystems mit einem 3/2-Wegeventil MV zur wahlweisen Verbindung des als Tandem-Bremszylinder ausgebildeten Hauptbremszylinders THZ mit dem Wegsimulator WS oder dem ersten Bremskreis BK1. Der Tandem- Hauptbremszylinder (THZ) weist einen Vorratsbehälter VB sowie zwei Arbeitsräume RI und R2 auf. Der die beiden Arbeitsräume RI und R2 trennende Kolben, welcher über den Bolzen 3 mittels des Pedal 1 verstellbar ist, ist nicht dargestellt. Der erste Arbeitsraum RI ist mittels der hydraulischen Leitung L2 mit dem Verbindungsventil V3 verbunden, welches die hydraulische Leitung L2 wahlweise von der Bremskreis leitung L8 des 2. Bremskreises BK2 trennt bzw. mit dieser verbindet. Der 2. Ar beitsraum R2 des Tandem-Hauptbremszylinders THZ ist mittels der hydraulischen Leitung LI mit dem 3/2-Wegeventil MV verbunden. Je nach Schaltzustand des 3/2- Wegeventils MV ist die hydraulische Leitung LI mit der hydraulischen Leitung L3 zum Wegsimulator WS oder mit der hydraulischen Leitung L4 des ersten Bremskrei ses BK1 verbunden. Die Figur 2 zeigt das 3/2-Wegeventil MV im nicht bestromten Zustand, welches dem oben beschriebenen zweiten Schaltzustand des 3/2-Wege- ventils MV entspricht. Im gestrichelten Kasten sind beispielhaft die 3 Ventile PD BPI und BP 2 dargestellt, die zur Verbindung der Druckversorgungseinrichtung DZ mit den beiden Bremskreisen BK1 und BK2 dienen. Selbstverständlich ist es möglich, auch noch eine zweite Druckversorgungseinrichtung (nicht dargestellt) mit entspre chend angepasster Ventilschaltung zu verwenden.
Die Figur 3 zeigt eine weitere zweite mögliche Ausführungsform eines erfindungsge mäßen hydraulischen Betätigungssystems für ein Bremssystem, wobei im Gegen satz zum Bremssystem gemäß Figur 2 der Hauptbremszylinder als Single-Haupt Bremszylinder mit nur einem Arbeitsraum RI ausgebildet ist. Der Arbeitsraum RI des Single-Hauptbremszylinders SHZ ist über die hydraulische Bindungsleitung LI mit dem 3/2-Wegeventil MV verbunden, welches analog zum in Figur 2 dargestell ten und beschriebenen 3/2-Wegeventil MV den Arbeitsraum RI wahlweise mit dem Wegsimulator WS oder dem Bremskreis BK1 verbindet. Beim derartigen Bremssys tem kann beispielhaft die Druckversorgungseinrichtung über ein Trennventil PD mit einer hydraulischen Leitung L5 an den Bremskreis BK1 angeschlossen sein.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen 3/2-Wegeventils MV für das erfindungsgemäße Brems system. Das 3/2-Wegeventil MV weist eine Erregerwicklung 5 auf, die um ein Mag netjoch 6 angeordnet ist, in welchen der Magnetanker 4 in axialer Richtung zum Bolzen 7, 7a verstellbar ist. Am linken Ende des Magnettankers 4 ist ein Anschla gelement 4a eingeordnet, welches in dem in Figur 4 dargestellten nicht bestromten zweiten Schaltzustand des Ventils MV an die Innenwandung des Magnetjochs 6 an stößt. Am rechten Ende des Verbindungsbolzen 7, 7a ist der erste Ventilschließkörper VSK1 angeordnet, welcher mit dem Verbindungsbolzenende 7a fest verbunden ist. Der erste Ventilschließkörper VSK1 wirkt zusammen mit dem ersten Ventilsitz VS1, welcher Bestandteil des Magnetjochs 6 sein kann. Das Mag netjoch 6 bildet im Bereich des Bolzenabschnitts 7a eine erste Ventilkammer Kl, die über einen hydraulischen Kanal mit dem ersten Ventilanschluss ein AN1 für den Anschluss des Bremskreises BK1 in Verbindung ist.
Das 3/2-Wegeventil MV weist zudem eine zweite Ventilkammer K2 auf, in der die Ventilfeder VF sowie ein zweiter Ventilschließkörper VSK2 angeordnet ist. Die zweite Ventilkammer K2 ist über einen hydraulischen Kanal mit dem zweiten Ven tilanschluss AN2, an den der Wegsimulator WS angeschlossen ist, verbunden. Die zweite Ventilkammer K2 bildet mit ihrer linken Seite den zweiten Ventilsitz VS2 des Ventils MV, welcher mit dem zweiten Ventilschließkörper VSK2 zusammenwirkt. Zwischen den beiden Ventilsitzen VS1 und VS2 ist eine dritte Ventilkammer K3 an geordnet die mit dem dritten Ventilanschluss AN3 für den Hauptbremszylinder SHZ bzw. THZ verbunden ist. An der dem Bolzen 7, 7a abgewandten Seite des ersten Ventilschließkörpers VSK1 ist ein Stößel ST angeformt oder befestigt, der von sei ner Länge so dimensioniert ist, dass er den ersten Ventilsitz VS1 sowie die dritte Ventilkammer K3 durchgreift und mit seinem freien Ende auf den zweiten Ven tilschließkörper VSK2 im bestromten Zustand des 3/2-Wegeventils MV wirken kann. In Figur 4 ist der „nicht bestromte" Zustand dargestellt. In diesem drückt die Ven tilfeder VF den zweiten Ventilschließkörper VSK2 gegen den zweiten Ventilsitz VS2, wobei zudem der Magnetanker 4 nach links verstellt ist, sodass die erste hydrauli sche Verbindung HV1 zwischen der ersten Ventilkammer Kl und der dritten Ventil kammer K3 geöffnet ist, womit der Hauptbremszylinder SHZ bzw. THZ mit dem ersten Bremskreis BK1 verbunden ist und der Wegsimulator WS von der dritten Ventilkammer K3 abgekoppelt ist.
Die Dimensionierung der Ventilfeder VF bestimmt dabei den Öffnungsdruck in der Rückfallebene, z.B. bei Ausfall der Druckversorgungseinrichtung DZ. Hier fordert der Gesetzgeber, dass mit einer Fußkraft auf das Bremspedal 1 von 500N eine Fahrzeugverzögerung von 0,24g erzeugbar ist. Mit einer Dimensionierung der Ven tilfeder auf 75bar Öffnungsdruck im Hauptbremszylinder kann nahezu der 3-fache Verzögerungswert erreicht werden.
Die Figuren 5a bis 5e zeigen verschiedene Betriebszustände des erfindungsgemä ßen Bremssystems und werden nachfolgend einzeln näher erläutert. Die Figur 5a zeigt einen ersten Grenzfall, bei dem das Magnetventil MV bestromt ist und sich im ersten Schaltzustand befindet, bei dem der Hauptbremszylinder SHZ mit dem Wegsimulator WS verbunden ist. Im Bremskreis BK1 herrscht ein Druck von 0 bar, wobei mittels des Hauptbremszylinders SHZ ein Druck von 220 bar er zeugt wird. Hierdurch wirken die Ventilfederkraft RF, die Magnetkraft FM sowie die durch den hydraulischen Druck bedingte Kraft Fp, wobei die Magnetkraft FM größer als die Summe der Kräfte RF und Fp sein muss, damit der erste Ventilschließkörper VSK1 sicher abdichtend gegen den ersten Ventilsitz VS1 gedrückt bleibt. In diesem Zustand hat der Magnetanker 4 einen Hub h von seiner Ausgangslage heraus durchgeführt.
Die Figur 5b zeigt einen weiteren Grenzfall, bei dem im Bremskreis BK1 ein Druck von 220 bar herrscht. Mittels des Hauptbremszylinders SHZ wird lediglich ein Druck von 40 bar aufgebaut. Die durch den Differenzdruck auf den ersten Ventilschließ körper VSK1 wirkende Kraft Fp ist wesentlich größer, als die Kraft RF der Ventilfe der, so dass in diesem Zustand die Erregerwicklung 5 nicht bestromt werden muss, um das Magnetventil MV in diesem Schaltzustand zu halten.
Die Figur 5c zeigt den ersten Schaltzustand für die Rückfallebene, bei der keine Drucksteuerung im Bremskreis mittels der Druckversorgungseinrichtung möglich ist. Bei diesem Betriebszustand wird lediglich über den Hauptbremszylinder SHZ ein Druck mittels des Bremspedals aufgebaut. Im Normallfall wird bei einer Pedalkraft von 200N ein Druck von größer 100 bar im Bremskreis BK1 aufgebaut, was zu einer Verzögerung des Fahrzeuges von ca. lg führt. Die Ventilfederkraft RF bewirkt bei dem vom Hauptbremszylinder erzeugten Druck noch ein sicheres Schließen der zweiten hydraulischen Verbindung HV2 zwischen der zweiten und der dritten Ventil kammer K2 und K3. In der Rückfallebene fordert der Gesetzgeber, dass bei einer Pedalkraft von 500N, welche nicht alle Fahrer aufbringen können, eine Bremsverzö gerung von 0,24g erzeugt wird. Aus diesem Grund wird die Ventilfeder so ausge legt, dass bei einer Fußkraft von größer 750 N der Druck in der dritten Ventilkam mer K3 so groß wird, dass der zweite Ventilschließkörper VSK2 entgegen der Ventil federkraft RF vom zweiten Ventilsitz VS2 abgehoben wird und somit die hydrauli sche Verbindung HV2 öffnet, wodurch keine Druckerhöhung auch bei größerer Pe dalkraft mehr möglich ist.
Die Figur 5d zeigt das Magnetventil MV im zweiten Schaltzustand bei einer Bean spruchung, welche bei ca. 70% aller Bremsungen auftritt, wobei im Bremskreis BK1 ein Druck von 30 bar herrscht und mittels des Bremspedals ein Druck von 10 bar im Hauptbremszylinder SHZ aufgebaut wird. Aufgrund des herrschenden Differenz drucks zwischen den Ventilkammern Kl und K3 kann die Bestromung wesentlich geringer ausfallen als im in Figur 5a dargestellten Zustand.
Die Figur 5e zeigt einen Betriebszustand bei Ausfall der elektrischen Steuerungsein heit (ECU) oder der elektrischen Ansteuerung während einer Bremsung mit hohem Druck im Bremskreis BK1. Durch die progressive Federkraft RF der Ventilfeder VF ist diese auch bei einem Druck von 150bar im Bremskreis BK1 (Auslegung A der Ventilfeder) noch in der Lage, die hydraulische Verbindung HV2 zu schließen und die erste hydraulische Verbindung zwischen der dritten Ventilkammer K3 und der ersten Ventilkammer Kl zu öffnen.
Eine Abnahme der Ventilfederkraft RF kann z.B. durch den benötigten Öffnungs strom für die Erregerwicklung 5 zum Schalten des Magnetventils MV in den zweiten Schaltzustand, bei dem die erste hydraulische Verbindung HV1 geschlossen ist, di agnostiziert werden.
Die Figur 6 zeigt das Magnetkennfeld des 3/2-Wegeventils MV mit Strom i und Mag netkraft in Abhängigkeit vom Hub h des Magnetankers 4. Mit 4b und 4d sind die Ar beitspunkte für die beiden Hauptfunktionen gekennzeichnet, wobei der Arbeitspunkt 4b dem in Figur 5c dargestellten und beschriebenen Zustand entspricht und der Ar beitspunkt 4d dem in Figur 5e dargestellten und beschriebenen Zustand entspricht. Mit A ist der Verlauf der Federkraft gekennzeichnet, wie er sich bei der Auslegung der Ventilfeder bei der oben beschriebenen favorisierten Auslegung A ergibt.
B ist der Kraftverlauf, der sich bei Vorsehen einer zweiten Ventilfeder D ergibt, wel che erst bei kleinem Hub h wirkt. Ein Kraftverlauf C stellt sich bei Vorsehen eines Permanentmagneten PM (siehe Figur 7) ein, welcher bei kleinem Hub h die nötige Öffnungskraft (Zustand gemäß Figur 5e) aufbringt. All diese Lösungsvorschläge zie len auf eine Verkleinerung der Verlustleistung und Wärmebelastung hin. Den Mag netkurven sind auch die Ströme zugeordnet, mit z.B. max. 2,5A. Die Kurve bzw. Kraftbilanz für den Arbeitspunkt 4b wird bei einem Strom von z.B. 1,5A erreicht.
Für das Erreichen des Arbeitspunktes 4d reicht hingegen ein Strom von 1,0A.
Die Figur 7 zeigt einen möglichen konstruktiven Aufbau des 3/2-Wegeventils. Der obere Teil, bestehend aus Magnetanker 4, Erregerspule 5, Magnetjoch 6, entspricht dabei dem Aufbau eines Standard 2/2-Wege-Einlassventils für ein Antiblockiersys tem (ABS). Aus diesem Grund wird hier auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet und nur der untere Teil, welcher eine Umwandlung des 2/2-Wegeventils in ein 3/2- Wegeventils bewirkt, eingehend beschrieben.
Das Magnetjoch 6 dient zur Führung für den Bolzen 7, 7a, welcher mit dem ersten Ventilschließkörper VSK1 verbunden ist. Der Bolzen 7 kann im Vergleich zur Stan dardausführung des 2/2-Wege-Einlassventils im Durchmesser kleiner gestaltet wer den, was die effektive Pohlfläche vergrößert. Dies ermöglicht auch den Einbau eines Permanentmagneten PM im Joch 6 zur Kraftunterstützung der Rückstellfeder VF, wie in Figur 6 beschrieben, um kleinere Verlustleistungen zu erreichen. Der erste Ventilschließkörper VSK1 wirkt zusammen mit dem ersten Ventilsitz VS1 und ist halbkugelförmig ausgestaltet, um eine sichere Dichtwirkung zu erzielen bzw. zu ge währleisten. Der erste Ventilsitz VS 1 ist im Magnetjoch 6 angeordnet. Der erste Ventilsitz VS1 kann jedoch auch im Magnetjoch 6 integriert oder über eine einge bördelte Platte ausgeführt werden. Ein Stößel ST ist am ersten Ventilschließkörper VSK1 angeformt oder aber mit dem Bolzen 7a verbunden. Der Stößel durchgreift den ersten Ventilsitz VS1 und wirkt auf den zweiten Ventilschließkörper VSK2, wel che als Kugel ausgebildet ist und mit dem zweiten Ventilsitz VS2 zusammenwirkt.
Wie dargestellt, kann der 2. Ventilsitz VS2 zusammen mit der Kugel VS K2 und der Ventilfeder VF in einem separaten Gehäuse als Baueinheit zusammengefasst wer den. Dies bietet Vorteile in der Vormontage und Ventileinstellung. Hierzu wird die Baueinheit in das Jochgehäuse eingepresst. Zur Messung des Stößelhubes hat der Kugelanschlag eine Bohrung, um über einen Messstift den Weg der Kugel zu erfas sen. Für eine sichere Verbindung der Baueinheit mit dem Magnetjoch bietet sich eine Speisung an. Zum Schutz der Ventilsitze VS 1 und VS 2 sind alle Verbindungen zum Bremskreis, Hauptbremszylinder und Wegsimulator mit Filtern Fl, F2 und F3 geschützt.
Die Ventileinstellung erfolgt in der Weise, dass der Stößel ST zur Kugel VSK2 einen kleinen Abstand hat.
Zur Reduzierung der Spulenerwärmung kann die Erregerwicklung 5 mit dem Mag netgehäuse 9 vergossen werden. Zusätzlich kann auch ein verrippter Kühlkörper 10 vorgesehen werden.
Die Figur 8 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Pedalwegs im Fehlerfall zur Erzeugung eines annehmbaren Pedalgefühls. Ein erster möglicher Fehler kann durch eine Undichtigkeit des 3/2-Magnetventils gegeben sein. Bei der Ansteuerung des 3/2-Wegeventils kann sich z.B. eine Undich tigkeit in der hydraulischen Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder und dem Bremskreis aufgrund von eingedrungenen Schmutzpartikeln ergeben. In diesem Fall kann mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem eine Rückfallebene gebildet wer den, bei der der Erhalt der Bremspedalcharakteristik bzw. des Pedalgefühls durch Bremspedalwegblending mit der Druckversorgungseinrichtung DZ erzeugt wird.
Im Normalfall wird bei der Bremsung durch den Fahrer, mit der Druckversorgungs einrichtung DZ der Druck im Bremskreis auf Solldruck der Radzylinder, der vom Bremspedalweg abgeleitet wird, geregelt. Bei der Bremsung durch den Fahrer (keine Rekuperation) strömt fehlerbedingt Bremsflüssigkeit aus dem Bremskreis, BK1, über das undichte 3/2-Wegeventil in den Hauptbremszylinder SHZ bzw. THZ, wodurch das Bremspedal zurückgedrückt wird, und der Bremspedalweg reduziert wird.
Beim intakten Bremssystem gehört zu jedem Bremspedalweg ein definierter Druck in dem Hauptbremszylinder SHZ bzw. THZ, der die Pedalcharakteristik festlegt. Der Druck im Hauptbremszylinder wird gemessen, z.B. direkt mit einem Drucksensor (nicht dargestellt), oder indirekt mit einem Kraft-Weg-Sensor (nicht dargestellt) welche z.B. die Pedalkraft messen kann. So kann zu jedem Bremsdruck im Haupt bremszylinder ein Soll-Bremspedalweg bestimmt werden. Die Auslegung der Pedal charakteristik ist derart, dass der Druck im Bremskreis größer ist, als der Druck im Hauptbremszylinder.
Der Fehler wird durch permanenten Vergleich des Ist-Bremspedalwegs mit dem Soll-Bremspedalweg entdeckt. In der Rückfallebene wird, wenn die Differenz zwi schen Ist-Bremspedalweg, der gemessen wird, und Soll-Bremspedalweg, Fig. 2, Be zugszeichen 2, einen wählbaren unteren Grenzwert unterschreitet, die Druckversor gungseinrichtung DZ angehalten, und die Ventile zu den Radzylindern (nicht darge stellt) werden geschlossen. Die Ansteuerung des 3/2-Wegeventils MV wird abge schaltet und ein Auslassventil (nicht dargestellt) im Bremskreis wird geöffnet. Dadurch fließt Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder HZ, durch die geöff nete Verbindung vom Hauptbremszylinder zum Bremskreis in den Bremskreis und durch das Auslassventil in den Vorratsbehälter, wodurch der Bremspedalweg wieder zunimmt. Wenn die Differenz zwischen Ist-Bremspedalweg und Soll-Bremspedalweg einen wählbaren oberen Grenzwert überschreitet, wird das nicht dargestellte Auslassventil wieder geschlossen und das 3/2-Wegeventil wieder angesteuert, die Druckversorgungseinrichtung DZ wieder eingeschaltet, die Schaltventile zu den Radzylindern wieder geöffnet und der Druck in den Radzylindern wieder mit der Druckversorgungseinrichtung DZ auf Solldruck eingestellt. Fehlerbedingt wird dadurch, wie bereits beschrieben, der Bremspedalweg wieder reduziert. Wenn die Differenz zwischen Ist-Bremspedalweg und Soll-Bremspedalweg einen wählbaren unteren Grenzwert wieder unterschreitet, dann wird die Druckversorgungseinrich tung DZ erneut angehalten, die Schaltventile zu den Radzylindern geschlossen, das Auslassventil im Bremskreis geöffnet, und die Ansteuerung des 3/2-Wegeventils MV abgeschaltet, womit sich der Vorgang wiederholt. Das Bremspedalgefühl bleibt hier durch weitgehend normal. Es kann jedoch zu leichten Vibrationen des Bremspedals kommen.
Nachfolgend wird ein mögliches Rechenbeispiel für die Rückfallebene, auf Basis von Mittelwerten aus Figur 8 kurz erläutert:
Es erfolgt eine Druckerhöhung PaUf in den Radzylindern auf lOObar durch Bremspe dalbetätigung.
Bei dem Bremsdruck von lOObar ist der Pedalweg z.B. 54mm. Durch das Bremspe- dalwegblending soll die Amplitude der Pedalvibration nicht mehr als 5mm betragen. Bei einer Pedalübersetzung von 4,0 bedeutet dies eine Hauptbremszylinder-Kolben- amplitude von 0,125cm.
Bei lOObar Druck im Bremskreis soll der Hauptbremszylinderdruck ca. 20bar sein. Die Druckdifferenz zwischen Hauptbremszylinder und Bremskreis ist dann 80bar.
Im Mittel ist die Druckdifferenz ab Bremsbeginn 80/2=40bar. Bei 40bar Druckdiffe renz über das 3/2-Ventil ist der Leckfluss durch die Undichtigkeit des Ventils z.B. 7cm 3/s.
Bei einer Kolbenfläche des Hauptbremszylinders von z.B. 2,85cm2 wird der Haupt bremszylinder-Kolben durch den Leckfluss mit einer Geschwindigkeit von 7cm3/s/2,85cm2 = 2,46cm/s zurückgedrückt. Bei einer erlaubten HZ-Kolbenam- plitude von 0,125cm muss nach 0,125cm/2,46cm/s=50ms das Volumen im HZ re duziert werden.
Das Volumen, das in 50ms durch das undichte 3/2-Ventil geleckt ist, ist dann 0,050s*7cm3/s=0,35cm3. Durch Abschaltung des 3/2-Ventils und Öffnung des Aus lassventils (nicht eingezeichnet), fließt Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder, HZ, durch das 3/2-Ventil, zum Bremskreis, BK, und durch das Auslassventil (nicht eingezeichnet) aus dem Bremskreis BK zum Vorratsbehälter.
Bei Ventil-Querschnittsflächen des 3/2-Ventils von z.B. 0,8mm2 und des Auslass ventils (nicht eingezeichnet) von z.B. 0,8mm2 und mittlerer Druck im Hauptbrems zylinder von z.B. lObar ist der Volumenfluss aus dem Hauptbremszylinder, HZ, bei einer Ventilkonstante von z.B. 8,24 :
8, 24*0, 8*sqrt(10*0, 64/(0, 64+0, 64))=8, 24*0, 8*sqrt(5)= 14,7cm3/s. Das Leckvo lumen von 0,35cm3 fließt dann durch das 3/2-Ventil und das Auslassventil (nicht eingezeichnet) ab in 0,35cm3/14,7cm3/s=ca. 25ms. Ein Zyklus braucht dann 2*(50+25)ms=150ms. Das Pedal vibriert mit einer Frequenz von ca. 1000ms/150ms=ca. 6,7Hz.
Es versteht sich von selbst, dass das erfindungsgemäße Betätigungssystem für ein Bremssystem nur zusammen mit Radbremsen und zwischengeschalteten weiteren Ventilschaltungen, wie z.B. bekannte ABS/ESP-Module oder einzelnen jeder Rad bremse vorgeschalteten Schaltventilen über die die Drucksteuerung erfolgt, ein vollständiges Bremssystem ergibt. Hierfür ist zudem eine Steuerungs- und Rege lungseinrichtung, allgemein auch als ECU bezeichnet, erforderlich. All diese Kompo nenten sind bzw. können selbstverständlich auch Bestandteil des erfindungsgemä ßen Bremssystems sein.
Bezuaszeichenliste:
1 Pedal
2 Vorratsbehälter
3 Kolbenstößel
4 Magnetanker 4a Anschlag des Magnetankers 4
5 Erregerwicklung
6 Magnetjoch
7, 7a Bolzen 7, 7a Bolzen
9 Magnetgehäuse
10 Kühlkörper
AN1, AN2, AN3 Ventilanschlüsse BE Baueinheit
BK1, BK2 erster und zweiter Bremskreis BPI, BP2 Trennventile DZ Druckversorgungseinrichtung
Fl, F2, F3 Filter
Fp Kraft durch Hydraulikdruck
H Hub des Magnetankers
HV1 erste Hydraulikverbindung
HV2 zweite Hydraulikverbindung
Kl, K2, K3 Ventilkammer Li Hydraulikleitungen
MV 3/2-Wegeventil
PD Trennventil
RI, R2 Arbeitsräume des Hauptbremszylinders RF Ventilfederkraft
SH Z/THZ Single- bzw. Tandem-Hauptbremszylinder ST Stößel
VI, V2, V3 2/2-Wege-Schaltventile
VF Ventilfeder
VS1 erster Ventilsitz
VS2 zweiter Ventilsitz
VSK1 erster Ventilschließkörper
VSK2 zweiter Ventilschließkörper
WS Wegsimulator

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulisches Betätigungssystem für ein Bremssystem, folgendes aufwei send:
- mindestens einen Bremskreis (BK) mit mindestens einer hydraulisch betätigten Radbremse,
- einen mittels einer Betätigungseinrichtung, insbesondere in Form eines Bremspedals, betätigbaren Hauptbremszylinder (SHZ, THZ) mit mindestens einem Arbeitsraum (RI, R2),
- einen hydraulisch wirkenden Wegsimulator (WS) zur Erzeugung einer Reaktionskraft auf die Betätigungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (RI, R2) über ein gesteuertes 3/2-Wege-Ventil (MV) ent weder mit einem Bremskreis (BK) oder mit dem Wegsimulator (WS) ver bindbar ist.
2. Hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass das hydraulische Betätigungssystem mindestens eine Druckerzeu gungseinrichtung (DZ) zur Drucksteuerung bzw. -regelung, insbesondere zum Druckaufbau (pauf), in dem mindestens einen Bremskreis (BK1, BK2) aufweist.
3. Hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass im Normalbetrieb des hydraulischen Betätigungssystems bzw. Bremssystems die Drucksteuerung bzw. -regelung in dem mindestens einen Bremskreis (BK1) mittels einer Druckerzeugungseinrichtung (DZ) erfolgt und der Arbeitsraum (Al) über das 3/2-Wege-Ventil (MV) nur mit dem Wegsimulator (WS) hydraulisch verbunden ist.
4. Hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, dass das 3/2-Wege-Ventil (MV) in der hydraulischen Verbindung (L7, L4, LI) zwischen der Druckversorgungseinrichtung (DV) und dem Hauptbremszylinder (SHZ, THZ) angeordnet ist.
5. Hydraulisches Betätigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass zusätzlich zum 3/2-Wege-Ventil (MV) mindestens ein weiteres Schaltventil (PD, BPI, BP2) in der hydraulischen Verbindung (L7, L4) zwi schen der Druckversorgungseinrichtung (DV) und dem Hauptbremszylinder (SHZ, THZ), insbesondere zwischen der Druckversorgungseinrichtung (DZ) und dem 3/2-Wege-Ventil (MV), besonders vorteilhaft in der die Druckver sorgungseinrichtung (DZ) mit einer Bremskreisleitung (L4, L8) verbinden den hydraulischen Leitung (L5, L6, L7) angeordnet ist.
6. Hydraulisches Betätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass in der Rückfallebene, insbesondere im Falle einer Störung bzw. wenn mittels einer oder keiner Druckerzeugungs einrichtung (DZ) eine geregelte Druckänderung in mindestens einer Rad bremse nicht mehr möglich bzw. gewährleistet ist, der Arbeitsraum (RI) über das 3/2-Wege-Ventil (MV) mit einem Bremskreis (BK1) oder mehreren Bremskreisen (BK1, BK2) hydraulisch verbunden ist.
7. Hydraulisches Betätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Filter (Fl, F2, F3) zur Verhinderung des Eindringens von Schmutz in das 3/2-Wege-Ventil (MV) vorgesehen ist, wobei insbesondere mindestens ein Filter (Fl, F2, F3) für mindestens einen hydraulischen Anschluss (AN1, AN2, AN3) des 3/2-Wege- Ventils (MV) vorgesehen ist, insbesondere mindestens einer der Filter (Fl, F2, F3) in dem Gehäuse des 3/2-Wege-Ventils (MV) angeordnet ist.
8. Hydraulisches Betätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Betätigungssystem bzw. Bremssystem ein Ventilmodul (HCU) für mehrere Ventile aufweist, wo bei das 3/2-Wege-Ventil (MV) in dem Ventilmodul (HCU) angeordnet ist.
9. Hydraulisches Betätigungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptbremszylinder (THZ) zwei Ar beitsräume (RI, R2) aufweist, wobei jeder Arbeitsraum (RI, R2) mit einem Bremskreis (BK1, BK2) über hydraulische Leitungen (HL1, HL2) verbunden ist, die jeweils mittels eines Ventils (MV, MV1) absperrbar sind, wobei eines der beiden Ventile das 3/2-Wege-Ventil (MV) ist.
10. Bremssystem mit einem hydraulischen Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. 3/2-Wege-Ventil (MV) für ein Hydraulisches Betätigungssystem oder für ein Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das 3/2-Wege-Ventil (MV) zwei Ventilsitze (VS1, VS2) auf weist, die jeweils von einem Ventilschließkörper (VSK1, VSK2) verschließbar sind, wobei ein erster Ventilschließkörper (VI) mit einem Magnetanker (4) verbunden ist, und mit dem ersten Ventilsitz (VS1) zusammenwirkt, und der zweite Ventilschließkörper (VSK2) mit dem zweiten Ventilsitz (VS2) zusam menwirkt, wobei ein beide Ventilsitze (VS1, VS2) durchgreifender Stößel (ST), welcher ebenfalls mit dem Magnetanker (4) verbunden ist, vorgese hen ist.
12. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilschließkörper (VSK1) in einer ersten Ventilkammer (Kl) und der zweite Ventilschließkörper (VSK2) in einer zweiten Ventilkammer (K2) ange ordnet ist, wobei die Ventilsitze (VS1, VS3) ringförmig mit konischen Ventil sitzflächen (VS1, VS2) ausgebildet sind, wobei zwischen der ersten und der zweiten Ventilkammer (Kl, K2) eine dritte Ventilkammer (K3) angeordnet ist, und in einer ersten Position des Magnetankers (4), welche insbesondere durch Bestromen einer Erregerspule (5) des 3/2-Wege-Ventils (MV) erreicht wird, dieser den ersten Ventilschließkörper (VSK1) abdichtend gegen den ersten Ventilsitz (VS1) drückt und somit die erste hydraulische Verbindung (HV1) von der ersten Ventilkammer (Kl) hin zur dritten Ventilkammer (K3) verschlossen ist, wobei gleichzeitig der Stößel (ST) den zweiten Ven tilschließkörper (VSK2) vom zweiten Ventilsitz (VS2) entgegen einer Ventil feder (VF) wegdrückt, derart, dass die zweite hydraulische Verbindung (HV2) von der zweiten Ventilkammer (K2) hin zur dritten Ventilkammer (K3) geöffnet ist.
13. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Position des Magnetankers (4), welche insbesondere durch Nicht-Bestromung des 3/2-Wege-Ventils (MV) und dessen Ventilfeder (VF) erreicht wird, die erste hydraulische Verbindung (HV1) geöffnet und die zweite hydraulische Verbindung (HV2) verschlossen ist.
14. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, dass ein erster Anschluss (AN1) des 3/2-Wege-Ventils (MV) zum Anschluss an den Bremskreis (BK) hydraulisch mit der ersten Ventil kammer (Kl) verbunden ist, und dass ein zweiter Anschluss (AN2) des 3/2- Wege-Ventils (MV) zur Verbindung des 3/2-Wege-Ventils (MV) mit dem Wegsimulator (WS) hydraulisch mit der zweiten Ventilkammer (K2) verbun den ist, und dass ein dritter Anschluss (AN3) des 3/2-Wege-Ventils (MV) zur Verbindung des 3/2-Wege-Ventils (MV) mit dem Hauptbremszylinder (SHZ, THZ) hydraulisch mit der dritten Ventilkammer (K3) verbunden ist.
15. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, dass die Ventilfeder (VF) den Öffnungsdruck der zweiten hyd raulischen Verbindung (HV2) bestimmt, wobei die Ventilschließfeder (VF) in der zweiten Ventilkammer (K2) angeordnet ist.
16. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, dass eine weitere zweite Ventilfeder (VF2) vorgesehen ist, welche auf den ersten Ventilschließkörper (VSK1) und/oder den Magnetan ker (4) wirkt.
17. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Permanentmagnet (PM) im Joch (6) des Magnetan kers (4) derart angeordnet ist, dass dessen Magnetfeld bei nicht bestromter Erregerspule (5) die Federkraft der ersten Ventilfeder (VF) zum Verschlie ßen des zweiten Ventilsitzes (VS2) unterstützt.
18. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, dass der erste Ventilsitz (VS1) an dem Magnetjoch (6) des Magnetankers (4) angeordnet oder ein Bereich des Magnetjochs (6) als ers ter Ventilsitz (VS1) ausgebildet ist.
19. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erregerspule (5) mit dem Gehäuse (9) des 3/2- Wege-Ventils (MV) vergossen ist und/oder an dem Gehäuse (9) mindestens ein Kühlkörper (10) oder mindestens eine Wärmetauschereinheit angeord net ist.
20. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, dass die die zweite Ventilkammer bildende Baueinheit (BE) mit seiner einen konischen Seite den zweiten Ventilsitz (VS2) bildet und in sich die Ventilfeder (VF), den zweiten Ventilschließkörper (VSK2) und einen optionalen Federteller (FT) aufnimmt, und insbesondere diese Teile zusam men eine Baueinheit bilden.
21. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, dass die zweite Ventilkammer (VK2) über fensterartige Durchlässe im Ventilteller (FT) bzw. fensterartige Durchlässe in einer Wandung des die zweite Ventilkammer (VK2) bildenden Baueinheit (BE) mit dem zweiten Anschluss (AN2) des 3/2-Wege-Ventils (MV) in hydraulischer Verbindung ist.
22. 3/2-Wege-Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, dass die Erregerspule (5) mit dem Magnetgehäuse vergossen ist.
23. Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Betätigungssystems oder eines Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10 welches ein 3/2-Wege- Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 22 aufweist, dadurch gekenn zeichnet, dass eine Reduzierung des Steuerstroms nach Erreichen der zwei ten Position des Magnetankers (4) erfolgt.
24. Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Betätigungssystems oder für ein Bremssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10 welches ein 3/2-Wege- Ventil (MV) nach einem der Ansprüche 11 bis 22 aufweist oder nach dem Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des ersten Ventilsitzes (VS1) mittels des von der Druckversorgungseinrichtung (DZ) erzeugten Druckes und einer entsprechenden Ansteuerung des 3/2- Wege-Ventils (MV) eine Pedalkraft zur Simulierung bzw. Generierung eines Pedalrückwirkungsgefühls erfolgt.
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