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Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb des Betätigungssystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 10.
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Stand der Technik
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Die Anforderungen an Bremssysteme steigen. Dies gilt insbesondere auch hinsichtlich Fehlersicherheit und guter Rückfallebene. Wenn der Bremskraftverstärker ausfällt, so soll bei der international vorgegebenen Fußkraft von 500 N eine Verzögerung möglichst größer als 0,64 g erreicht werden, was gegenüber der Mindestanforderung des Gesetzgebers vom 0,24 erheblich mehr bedeutet. Ein Vorteil der hohen erreichbaren Verzögerung ist es auch, dass bei Ausfall des Bremskraftverstärkers eine rote Warnlampe, welche den Fahrer irritiert, nicht angesteuert werden muss.
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Gelöst werden können diese Forderungen durch Brake-by-wire-Systeme mit Wegsimulator. Hierbei ist der Hauptzylinder (HZ) bzw. Tandem-Hauptzylinder (THZ) für die Rückfallebene bei Ausfall des Bremssystems ausgelegt. Dies erfolgt durch entsprechende Dimensionierung mit kleinem Durchmesser. Dadurch entstehen höhere Drücke bei einer entsprechenden Fußkraft. Das notwendige Bremsflüssigkeits-Volumen für 0,64 g und entsprechenden Druck ist relativ klein im Vergleich zu dem bei maximalem Druck bei voller Fahrzeugverzögerung und Fading. Das notwendige Volumen kann ein THZ auch bei größerem Hub nicht voll aufbringen. In der
DE 10 2009 043 494 der Anmelderin ist hierfür eine Lösung vorgeschlagen mit Speicherkammer, welche bei höheren Drücken entsprechende Volumen in den Bremskreis einspeist. Ferner ist in der
DE 10 2010 045 617 A1 der Anmelderin eine weitere Lösung beschrieben, bei der über entsprechende Ventil- und THZ-Steuerung Volumen vom Hauptzylinder aus dem Vorratsbehälter in den Bremskreis gefördert wird. Bei Fahrzeugen mit großer Volumenaufnahme, z. B. SUV und Kleintransportern, muss die Auffüllung der Bremskreise beim Abbremsen schon vor dem Blockierdruck für high µ notwendig erfolgen. Beide Lösungen stellen eine hohe Anforderung an die Dichtheit der Ventile. Außerdem sind mit der zusätzlichen Auffüllung der Bremskreise eine Unterbrechung des Druckaufbaus und kleine Bremsverluste verbunden.
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In der
DE 10 2011 111 369 der Anmelderin ist ein System mit Zusatzkolben beschrieben, welches das erforderliche Druckmittelvolumen bringt und den Vorteil hat, dass es von der Motorspindel betätigt wird und in der Rückfallebene nicht wirksam ist, d. h. die vorgegebene Verzögerung ermöglicht. Nachteilig können sich hierbei unter Umständen die entsprechend hohen Kräfte auswirken, welche die Spindel, den Kugel-Gewinde-Trieb (KGT) und die Lager belasten.
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Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Einbaulänge. Hierzu gibt es bei Bremssystemen zwei unterschiedliche Bauformen, die sog. „Serielle Bauform“ S und die „Parallele Bauform“ P (nachfolgend auch „S-System“ bzw. „P-System“ genannt). Darunter ist zu verstehen, dass beim S-System die Hauptkomponenten (wie z. B. in
DE 10 2011 111 369 ) der Hauptzylinder THZ, Motor mit Kugel-Gewinde-Getriebe KGT und Hilfskolben in einer Achse angeordnet sind und beim P-System (wie z. B. in
DE 10 2012 222 897 A1 ), der Hauptzylinder THZ in einer Achse und eine Kolben-Zylinder-Einheit (Plunger) zur Volumenbereitstellung mit Motor in einer seitlich versetzten zweiten Achse angeordnet sind.
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Die P-Systeme erfordern weniger Baulänge, sind aber aufwändiger und unterscheiden sich zu S-System auch in der Fehlersicherheit. Gemäß der
DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin ist ein P-System mit Doppelhubkolben und THZ ausgeführt, welches in der Baulänge und der Ventilschaltung noch nicht allen Anforderungen genügt.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System mit geringem baulichem Aufwand, kurzer Baulänge und hoher Fehlersicherheit zu schaffen.
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Lösung der Aufgabe
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen enthalten, auf die hier auch zu Beschreibungszwecken der Einfachheit halber Bezug genommen wird.
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Vorteile der Erfindung
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung und ihren Ausführungsformen bzw. Ausgestaltungen wird ein Betätigungssystem für eine Fahrzeugbremse und ein Verfahren zum Betrieb des Betätigungssystems mit geringem baulichen Aufwand, verkürzter Baulänge, reduzierter Druckbelastung bei extremen Pedalkräften und verbesserter Fehlersicherheit geschaffen.
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Ferner wird durch die Erfindung bzw. ihre Ausführungsformen/Ausgestaltungen ausreichend Bremsflüssigkeitsvolumen bereitgestellt mit einer zusätzlichen Vorfüll(Prefill)-Funktion.
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Auch werden weitere Verbesserungspotenziale, insbesondere ausgehend von einer Bremsvorrichtung gemäß der Patentanmeldung
DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin mit teilweise P-Bauform und
DE 10 2014 102 536.9 mit Doppelhubkolben DHK und Vorfüllfunktion bei S-Bauform (auf die hiermit Bezug genommen wird) erschlossen.
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Die in den Anmeldungen
DE 10 2013 111 974.3 und
DE 10 2014 102 536.9 der Anmelderin (deren Inhalt hier durch Bezugnahme aufgenommen wird) beschriebenen Lösungen bzw. deren Hauptmerkmale können vorteilhaft auch bei der Erfindung bzw. ihren Ausführungen/Ausgestaltungen zur Anwendung kommen bzw. übertragen werden, wie z. B. fehlersicherer adaptiver Wegsimulator mit Hilfskolben und Einspeisfunktion in der Rückfallebene, Vorfüllfunktion mit ihren jeweiligen Vorteilen wie kurze Baulänge, Minimierung des Aufwandes, kleine Pedalanfangskraft, möglichst vergleichbar mit der S-Bauform.
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Das System mit serieller (S) Anordnung von THZ und Motor baut länger als das parallele (P) System, bei dem THZ und Motor in getrennten Achsen angeordnet sind. Das P-System ist jedoch aufwändiger mit Gehäusen und Ventilen. Für die dargestellten umfangreichen Funktionen und Dimensionierungen soll der Aufwand des P-Systems reduziert bzw. auch die Funktionen erweitert werden.
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Durch die hydraulische Verbindung des Doppelhubkolbens DHK mit der Sekundärseite des Druckstangenkolbens DK entsteht beim P-System eine ähnliche Funktion wie beim S-System, bei dem anstelle des hydraulischen Drucks der Motorantrieb auf den Druckstangenkolben DK einwirkt. Damit sind viele Vorteile verbunden, z. B. die Kolben werden mit realem Druck und auch Kolbenweg belastet, insbesondere der Druckstangenkolben DK, die Fehlererkennung ist einfacher, die Volumenzufuhr in die Bremskreise ist durch verschiedene Ventilanordnungen variabler. Darüber hinaus können mindestens ein Trennventil in der Verbindung vom Doppelhubkolben DHK eingespart werden. Ebenso können die Magnetventile für den Doppelhubkolben DHK reduziert und auch das Einspeisventil eingespart werden.
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Die Kolben-Zylinder-Einheit bzw. der Doppelhubkolben kann auch durch eine Druckquelle mit kontinuierlicher Förderung ersetzt werden, z.B. eine elektromotorisch angetriebene Hochdruckpumpe.
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Die für die Bremskreisöffnung zum Druckabbau eingesetzten Ventile werden bei jeder Bremsung auf Dichtheit geprüft.
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Darüber hinaus kann durch alternierende Schaltung der Ventile EA ein Druckgeber eingespart werden, da die Volumenförderung durch den Doppelhubkolben DHK im Vergleich zur Druck-Volumen-Kennlinie und Druck sowohl die Volumenaufnahme als auch Leck oder Bremskreisausfall erkennt.
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Der bei der S-Ausführung vorgeschlagene Leerweg zur Baulängenverkürzung und Vorteile bei Rekuperation, indem der THZ-Motor und Doppelhubkolben DHK nicht betätigt wird, kann auch bei der P-Version eingesetzt werden. Damit ist ein erheblich reduzierter Verschleiß möglich.
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Beschreibung der Figuren
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Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Ausführungen bzw. Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein System in P-Version mit einem minimalen Aufwand;
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1a eine Zusatzfederanordnung im Schwimmkolben SK;
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2 ein System wie 1 mit vereinfachter Ventilschaltung eines Doppelhubkolbens DHK;
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2a ein System mit einer Hochdruckpumpe, anstelle einer Kolben-Zylinder-Einheit;
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3 ein System wie 1 mit zusätzlichen Ventilen vom Tandemhauptzylinder zum Vorratsbehälter;
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4 ein System in P-Bauform mit parallel liegendem Doppelhubkolben (DHK3) mit drei wirksamen Kolbenflächen;
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5 ein System in P-Bauform vereinfacht mit parallel liegendem Doppelhubkolben (DHK2) mit zwei Kolben;
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5a ein System mit vereinfachter Zwei-Kolben-Version; und
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6 ein System in P-Bauform mit einem parallel angeordneten Motor mit Antriebsriemen.
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Das in
1 dargestellte System stellt ein Minimum des Aufwandes für eine Minimalfunktion dar. Bei dieser P-Bauform, bei der auf einer ersten Achse A1 eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Kolben
16 (Hilfskolben), eine weitere Kolben-Zylinder-Einheit (THZ) mit Druckstangen-Kolben (DK)
12a und Schwimmkolben (SK)
12 liegen und auf einer zweiten Achse A2, die bezüglich der ersten Achse seitlich bzw. radial versetzt ist, eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Doppelhubkolben (DHK), einem Kugel-Gewinde-Getriebe (KGT), mit Spindel
5 und einem Antriebsmotor
8 liegen. Die Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfskolben kann auch auf einer parallelen Achse angeordnet sein, wie z.B. in der Patentanmeldung
DE 10 2011 017 436.2 der Anmelderin, bei der der Pedalstößel auf der Mittelachse des Hauptzylinders angeordnet ist und zwei Hilfskolben auf dazu parallel versetzten Achsen. Von Arbeitskammern der weiteren Kolben-Zylinder-Einheit (THZ) sind hydraulische Leitungen HL1 und HL2 (ohne Trennventile) über einen Ventilblock (VBL) mit (nicht dargestellten) Radbremsen verbunden. Von Arbeitskammern
10a,
10b der Kolben-Zylinder-Einheit mit Doppelhubkolben (DHK) verlaufen Leitungsabschnitte, in denen Rückschlagventile V3, V4 angeordnet sind und ein gemeinsamer Leitungsabschnitt, der zu zwei weiteren hydraulischen Leitungabschnitten führt, in denen (stromlos geschlossene) Schaltventile EA angeordnet sind zu den hydraulischen Leitungen HL1, HL2 bzw. über den Ventilblock VBL zu den Radbremsen.
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Von den Arbeitskammern 10a und 10b des Doppelhubkolbens verlaufen ferner hydraulische Leitungen (gestrichelt dargestellt), in die Rückschlagventile S1 und S2 geschaltet sind, zu einem Vorratsbehälter VB.
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Eine Wegsimulatoreinrichtung mit einem Wegsimulator WS mit Kolben, Rückschlagventilen RV0, RV1 und ÜV, sowie einer Blende D und einem Magnetventil WA ist über eine hydraulische Leitung HL3 mit einer Arbeitskammer der Kolben-Zylinder-Einheit mit Hilfskolben
16 verbunden und entspricht dem in den Patentanmeldungen
DE 10 2013 111 974.3 und
DE 10 2014 102 536.9 der Anmelderin, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird, beschriebenen Wegsimulator. Das Überdruckventil ÜV hat hier zwei Funktionen: in der Normalfunktion bei hoher Pedalgeschwindigkeit die Drosselkraft zu reduzieren und ebenfalls in der Rückfallebene RFE, damit der Fahrer die Pedalkraft schneller in Druck umsetzen kann. Die Wegsimulatoreinrichtung kann zweckmäßig parallel zum THZ oder auch im Ventilblock VBL angeordnet sein.
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Die Arbeitsräume des Druckstangenkolbens DK und des Schwimmkolbens SK sind über hydraulische Leitungsabschnitte HL1 und HL2 mit dem Ventilblock VBL verbunden, wobei in diesen Leitungsabschnitten keine Ventile, insbesondere keine Schaltventile angeordnet sind (im Unterschied zu den Ausführungen gem. 4 und 5. Beim Druckaufbau Pauf mittels des Doppelhubkolbens DHK erfolgt zunächst eine Volumenzufuhr von der Arbeitskammer 10a des Doppelhubkolbens DHK in die Arbeitskammer 12c des Druckstangenkolbens, d.h. auf die Rückseite des Druckstangenkolbens DK der Kolben-Zylinder-Einheit (THZ), so dass die Kolben DK und SK Druck in ihren Druckkammern bzw. den Leitungen HL1, HL2 aufbauen bzw. erhöhen. Im Gegensatz zu der in 6 dargestellten Ausführung wird somit von der Kolben-Zylinder-Einheit (THZ) das Volumen bzw. der Druck über die (nicht gezeichneten) Druckregelventile im Ventilblock VBL direkt zu den Bremskreisen (BK) bzw. den Radbremsen geleitet. Pedalwegsensoren 2a, 2b bestimmen den Druck in den Bremskreisen BK, was durch über den Antrieb des Doppelhubkolbens DHK und entsprechende Volumenzufuhr bewirkt wird. Der Wegsimulator WS bestimmt die Pedalkraftcharakteristik. Bei einem Weg ∆WS ist dieser Wegsimulator ausgesteuert, was ca. 40% des gesamten Weges des Pedalstößels ausmacht. Die Volumenzufuhr kann bei einem ersten Betriebsmodus 1 bei dem entsprechenden Weg geändert werden, indem durch Öffnen der beiden Ventile EA Volumen direkt in die den Kolben DK und SK zugeordneten Bremskreise gelangt. Dabei verharren die Kolben DK und der SK in der Position, welche durch den Weg des DK-Kolbens gegeben ist bzw. den Federkräften der Federn der Kolben DK und SK. Durch die Schaltung der Ventile EA ist praktisch auf beiden Seiten der Kolben SK und DK derselbe Druck, so dass der Druckstangenkolben DK am Pedalstößel (PS) 3 anliegt, sofern die Federn entsprechend abgestimmt sind. Dies kann definiert mit einer Zusatzfeder erfolgen, wie diese zum Beispiel bezüglich 1a beschrieben ist.
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Mit einer progressiven Federcharakteristik des Schwimmkolbens SK wird erreicht, dass der Druckstangenkolben DK beim Aussteuerweg ∆WS verharrt und der Schwimmkolben SK einen bestimmten Abstand zum Druckstangenkolben DK hat.
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Das Anliegen des Druckstangenkolbens DK an den Pedalstößel 3 wird vorzugsweise bei ABS-Funktion (Betriebsmodus 2) verwendet. Die ABS-Funktion kann auch vor dem vollen Aussteuerweg ∆WS erfolgen, da hierbei der max. Bremsdruck z. B. 200 bar eingesteuert ist. Die ABS-Funktion kann bei low µ bereits bei 10 bar und entsprechend kleinem Weg des Pedalstößels 3 erfolgen. Auch hierbei soll der Druckstangenkolben DK am Pedalstößel 3 anliegen. Dies bedingt bei weiterer Bewegung des Pedalstößels 3 zusätzliche Gegenkräfte durch Reibung und Federkräfte und Druckkraft über den Pedalstößel 3. Diese ist durchaus vorteilhaft, weil eine kleine Rückwirkung von ABS auf das Pedal 1 erwünscht ist. Dies kann noch verstärkt und moduliert werden durch Variation des Vordruckes Pvor mittels des Doppelhubkolbens DHK.
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Die Ausgangsstellung des Schwimmkolbens SK mit Hubreserve ist von großer Bedeutung für den „worst case“ Ausfall des Motors bei low µ und anschließendem positiven µ-Sprung. Hierbei kann der Schwimmkolben SK nur genügend Volumen liefern, wenn er ausreichend Hub hat und nicht bereits am Gehäuseende anliegt. Mit der vorgenannten Abstimmung liefern die Kolben SK und DK über den Resthub Volumen, ohne dass es zu einem Aufeinandertreffen der Kolben DK und SK kommt, bei der dann nachteilig asymmetrische Bremsdrücke entstehen würden.
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Zur Diagnose der Position des Schwimmkolbens SK kann dieser mit einem hier nicht gezeichneten Sensor ausgeführt werden.
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Der Druckaufbau Pauf erfolgt so lange wie die Pedalwegsensoren 2a / 2b dies der Motorsteuerung vorgeben. Reicht für hohes Druckniveau oder Volumen, z. B. bei Fading, das Volumen des Doppelhubkolbens DHK im Vorhub über das Überdruckventil S1 nicht aus, so erfolgt im Rückhub eine weitere Volumenförderung über das Ventil S2.
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Mit dieser Ventilschaltung der Saugventile S1 und S2 mit Überdruckventil V3 und V4 sind vom Doppelhubkolben DHK keine Zusatzfunktionen wie Vorfüllen oder Druckabbau Pab möglich. Diese werden in nachfolgenden Figuren mit zusätzlichem Ventilaufwand beschrieben.
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Die zur Druckregelung notwendigen acht Ventile (vier Einlassventile EV und vier Auslassventile AV) oder alternativ vier Schaltventile SV bei Multiplexbetrieb MUX sind im Ventilblock VBL enthalten. Bei ABS-Funktion wirkt der Doppelhubkolben DHK mit Vorhub und Rückhub permanent, da das für den Druckabbau Pab über die Auslassventile AV entnommene Volumen wieder nachgefördert werden muss. Erfolgt ein durch die Pedalsensoren 2a / 2b veranlasster Druckabbau Pab, so erfolgt dies ebenfalls über die Ventile AV in den Rücklauf R. Vorzugsweise erfolgt dies nur über ein Ventil AV, z. B. im DK-Kreis bei geöffneten Ventilen EA.
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Zum minimalen Aufwand gehört auch nur ein Druckgeber DG. Es ist möglich den Druck in beiden Bremskreisen mit nur einem Druckgeber zu bestimmen, da der Schwimmkolben 12 einen Druckausgleich zwischen den beiden Bremskreisen herstellt.
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Dies erfolgt unabhängig von der Schaltstellung der E/A Ventile. Erfolgt ein Druckaufbau durch den Doppelhubkolben DHK über die E/A Ventile direkt in die Bremskreise (z.B. bei ABS) ist es möglich durch sogenanntes alternierendes Schalten der Ventile EA vom Doppelhubkolben DHK jeweils nur in den jeweiligen Bremskreis zu fördern, so dass die Bremskreise niemals direkt miteinander verbunden sind.
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1a zeigt eine Federanordnung mit Zusatzfeder am Schwimmkolben SK. Hier wird ein Federgehäuse 26 mit Schwimmkolben-Feder FSK gezeigt, wie es Standard ist bei Tandemhauptzylindern THZ. Zusätzlich wirkt hier eine zwischen dem Schwimmkolben und Federgehäuse angeordnete Feder FX, die der Anfangsfederkraft der konventionellen Feder des Schwimmkolbens SK entspricht. Diese ist bekanntlich so ausgelegt, dass hierdurch der Schwimmkolben SK und Druckstangenkolben DK zurück gestellt werden und die Reibungskräfte überwinden. Dagegen ist die Feder des Druckstangenkolbens DK gefesselt auf ein höheres Kraftniveau. Damit bei entsprechender progressiver Federauslegung des Schwimmkolbens SK erreicht wird, dass beim Druckaufbau Pauf beide Kolben DK und SK gleichzeitig das Schnüffelloch 27 bzw. das hier nicht gezeichnete Schnüffelloch des Druckstangenkolbens DK (in 1a in der Offenstellung gezeichnet) schließen. Auch bei dieser Anordnung ist dies der Fall durch entsprechende Dimensionierung von FX, welche dieselbe Kraft hat wie eine konventionelle Feder des Schwimmkolbens SK. Im Normalfall beim Druckaufbau Pauf wird der Abstand von Schwimmkolben SK und Druckstangenkolben DK bestimmt durch die Volumenaufnahme der Bremskreise, wobei die Druckkräfte die Federkräfte überwiegen. Im o. g. Fall entsteht durch Parallelschaltung der Ventile EA ein nahezu gleiches Druckniveau, so dass die Druckkräfte entfallen und die jeweils wirkenden Feder- und Reibungskräfte die Position der Kolben bestimmen. In dem geschilderten Fall soll bei Parallelschaltung der Ventile EA der Druckstangenkolben DK am Pedalstößel PS anliegen, was durch Federabstimmung möglich ist.
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Bei höheren Temperaturen und keinem Regen (wenn somit normalerweise kein µ-Sprung möglich ist) kann Betriebsmodus 1 eingeschaltet werden, bei der die Parallelschaltung von Ventil EA nicht erfolgt und der Schwimmkolben SK und gegebenenfalls auch der Druckstangenkolben DK bis zum Hubende bewegt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Dichtungen jeweils über den gesamten Hub geprüft werden können, so dass sogenannte „schlafende Fehler“ nicht möglich sind.
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2 zeigt die nächste Ausbaustufe mit Ventilen ESV im Leitungsabschnitt HL4 und VDK im Leitungsabschnitt HL5 und mit SV5 im Leitungsabschnitt HL6 und entsprechend erweiterten Funktionen.
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Bekanntlich hat das Einspeisen ES von Zusatzvolumen in die Bremskreise BK große Vorteile in der Rückfallebene RFE, da das zusätzliche Volumen ein höheres Druckniveau oder kürzere Pedalwege ergibt. Das Einspeisen ES erfordert aber, dass das Ventil VDK geschlossen ist, damit ein Druckausgleich, welcher bei geöffneten Ventil EA erfolgt, hier beim Einspeisen ES verhindert wird. Damit ist das Einspeisen über das Ventil EA beliebig in einen Bremskreis BK oder beide gemeinsam möglich. Da beim Einspeisen Druckkräfte sowohl vom Hilfskolben 16 als auch vom Druckstangenkolben DK auf das Pedal 1 wirken, ist das Einspeisen ES bis zu Drücken z. B. von 20–25 % des Blockierdrucks z. B. 20–25 bar wegen zu hohen Pedalkräften beschränkt. Nach dem Einspeisen ES wird das Ventil ESV geschlossen (Betriebsmodus 5). Dies ist effektiv mit 30–40 % Mehrvolumen in der Rückfallebene RFE. Da die Drücke in der Rückfallebene RFE geringer sind als im Normalfall, kann das Ventil VDK im schaltbaren Druckbereich entsprechend geringer ausgelegt werden. Das ermöglicht größere Querschnitte oder geringere Magnetkräfte, was kostenrelevant ist.
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Da bei geschlossenem Ventil VDK der Druckstangenkolben DK über den Pedalstößel PS bewegt wird, ist das Ventil SV5 erforderlich, um bei der Kolbenbewegung Unterdruck zu vermeiden. Beim Druckabbau Pab wird das Ventil VDK geöffnet, und das Volumen gelangt über offenes Ventil ES und WA in den Vorratsbehälter VB oder über Ventile EA und AV ebenfalls in den Vorratsbehälter VB.
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Es kann hier ein Leerweg LW zwischen Pedalstößel 3 und dem Druckstangenkolben DK eingesetzt werden, was in Verbindung mit Ventil ESV Vorteile bringt, nämlich keine Aktivierung des Doppelhubkolbens DHK und des Motors für Druckaufbau und Druckabbau bzw. keine Kolbenbetätigung bei Rekuperation und eine Baulängenverkürzung.
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Die Ausgestaltung des Druckstangenkolbens DK ist hier nicht entsprechend Standard wie beim konventionellen THZ mit zwei Dichtungen (die zweite Dichtung dient bei diesem dazu, Lecköl nach außen zu vermeiden). In 4 und 6 ist z.B. der Druckstangenkolben DK mit dem Doppelhubkolben DHK als 3-Kolben-Lösung verbunden und hat vorteilhaft nur eine Dichtung zu seinem Druckraum. Auch diese Ausführung mit nur einer Dichtung D1 kann hier ohne Kombination mit dem Doppelhubkolben DHK und ohne Stufenkolben beim nicht gestuften zylindrischen Druckstangenkolben DK eingesetzt werden. Dies erfordert hier jedoch eine Kopplung des Federgehäuses 26 mit dem Schwimmkolben SK. Dies ist notwendig, damit beim Druckaufbau Pauf der Kolben SK den Kolben DK im Normalfall über das Schnüffelloch 27 des Druckstangenkolbens zieht, da hier das Volumen vom Doppelhubkolben DHK über das offene Schnüffelloch 27 des Druckstangenkolbens DK in den dem Kolben DK zugeordneten Bremskreis strömt und der entsprechende Druck auf den dem Kolben SK zugeordneten Bremskreis wirkt. Bei weiterem Druckaufbau und geschlossenem Schnüffelloch des Druckstangenkolbens DK wirkt auf der Rückseite des dem Kolben DK zugeordneten Bremskreises der Vordruck und bewegt den Kolben DK zum weiteren Druckaufbau weiter. Dies geschieht dadurch, dass in der ersten Phase des Druckaufbaus Pauf das Ventil EA des Druckstangenkolbens DK auf ist bis durch entsprechendes Volumen des Doppelhubkolbens beide Schnüffellöcher geschlossen sind, da hier der Druck des Druckstangenkolbens DK auf den Schwimmkolben SK wirkt. Anschließend wird das Ventil EADK wieder geschlossen und der Vordruck Pvor wirkt auf den Druckstangenkolben DK zum Druckaufbau (Betriebsmodus 4)
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Bei der Bremsung findet oft eine Phase konstanten Druckes (d.h. keine Pedalwegänderung) statt in der Wegsimulator Stufe 1 (Druckbereich < 30 bar). Dies wird genutzt zur Diagnose der Dichtheit aller Komponenten, inklusive der Ventile EA. Hierbei wird Ventil VDK und Ventil EA geschlossen, die Motorstellung wird nicht verändert, die Ventile ESV und WA sind offen, dabei darf bei Dichtheit aller Komponenten der Bremskreise kein Druckabbau erfolgen. Insbesondere die Ventile EA werden praktisch bei jeder Teilbremsung (80 %) aller Bremsungen getestet.
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Vorteile der Ausführung gemäß 2 sind:
- – Bei Ausfall der Druckstangenkolben DK-Sekundärdichtung erfolgt im Gegensatz zu 1 und 3 kein Ausfall des Bremskraftverstärkers BKV. Auch bei Ausfall der DK-Dichtung in 2 fällt der Bremskraftverstärker BKV nicht aus. Die Funktion der Dichtung muss in Abständen geprüft werden, was z. B. bei Fahrzeugstillstand erfolgen kann.
- – geringere Kolbenreibung
- – geringere Belastung der Dichtungsmanschetten, da das Volumen beim Druckaufbau Pauf die Manschette öffnet
- – Ausführung mit Leerweg LW möglich, da das Einspeisevolumen am Hilfskolben über das Schnüffelloch direkt in den Druckstangen DK-Kreis gelangt.
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Bekanntlich muss das Bremssystem auch für höchste Pedalkräfte ausgelegt werden, die mehr als Faktor 12 ausmachen im Vergleich der Pedalkraft zum Erreichen des Blockierdrucks. Dies wirkt sich aus auf die Druckbelastung des Hilfskolbens, das Gehäuse des Hilfskolbens und Ventile ESV und WA. Hierfür gibt es mit der vorhandenen Ventilschaltung eine einfache Lösung. Tritt dieser Fall auf und das auf niedriges Druckniveau z. B. 200 bar ausgelegte Ventil WA öffnet bei diesem Druck, so erfolgt eine Pedalbewegung, was durch die Pedalsensoren 2a / 2b gemessen wird. Dies führt zum Schließen von Ventil VDK. Der Pedalstößel wirkt auf den Druckstangenkolben DK, es entsteht Unterdruck auf der Sekundärseite des Druckstangenkolbens DK. Auf der Primärseite wirkt der Druck des Druckstangenkolbens, der bei o. g. Signal auf 200 bar erhöht werden kann. Damit wird die hohe Pedalkraft von zwei anstelle von einem Kolben ausgeglichen, was zu einer deutlichen Reduzierung des Druckniveaus bei o. g. Komponenten führt (Betriebsmodus 5).
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Bei Ausfall des Wegsimulators, z. B. durch Undichtheit, fällt normalerweise die Funktion des Wegsimulators WS aus, d. h. die Pedalkraftrückwirkung fehlt. Es wurde schon bei den Patentanmeldungen
DE 10 2014 102 536.9 und
DE 10 2014 107 112.3 der Anmelderin ausgeführt, dass bei der gezeigten Wegsimulator-Anordnung mit Hilfskolben
16 die Möglichkeit besteht, auf sog. Folge-Bremskraftverstärkung umzuschalten, so dass wie beim konventionellen Vakuum-Bremskraftverstärker die Pedalkraft zum Bremskraftverstärker mitwirkt, bei der gegebenenfalls längere Pedalwege in Kauf genommen werden müssen.
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Auch beim System nach 2 ist ein Ausfall des Wegsimulators möglich. Nach Betätigung des Bremspedals wirkt in der ersten Stufe nur die Rückstellfeder 18 auf die Pedalkraft, d. h. der Druckabbau Pab erfolgt wie beschrieben durch entsprechende Motorsteuerung über die Pedalwegsensoren 2a/2b. Der Ausfall des Wegsimulators WS wird erst erkannt, wenn das Ventil WA bei einem bestimmten Pedalweg schließen sollte. Ist dies nicht der Fall, z. B. auch durch ausgefallene Dichtungen, so wird dies über den Kraft-Weg-Sensor KWS erkannt. Anschließend erfolgt der Druckaufbau Pauf normal nach dem Signal der Pedalwegsensoren 2a / 2b. Hierbei wird auch Volumen bzw. Druck auf die Rückseite des Druckstangenkolbens DK und parallel zum Vorfüllen der Bremskreise BK über beide Ventile EA eingesteuert, d. h. es fehlt nur die Gegenkraft des Wegsimulators WS. Eine kleine Gegenkraft wirkt auf den Pedalstößel. Eine größere Gegenkraft kann erzeugt werden durch Schließen des Ventils VDK. Durch Unterdruck wirkt dann die volle Druckkraft des Druckstangenkolbens DK auf den Pedalstößel PS 3. Durch Ansteuerung des VDK-Ventils über Pulsweitenmodulation PWM kann mit Hilfe des Kraft-Weg-Messelements KWS eine Gegenkraft erzeugt werden. Eine Alternative besteht hier durch Schließen der Ventile EA nach dem Vorfüllen. Anschließend wirken Pedalkraft und Motorsteuerung mit entsprechender Volumenzufuhr als Folge der Bremskraftverstärkung (Betriebsmodus 7). Hierbei kann die Bremskraftverstärkungswirkung ggf. reduziert werden. Zum Vorfüllen kann bei dieser Ventilanordnung mit Ventilen V3 und V4 anstelle eines zusätzlichen Magnetventils (siehe z.B. Ventil VF in 3) ein Überdruckventil ÜV2 eingesetzt werden, wobei z.B. bis 30 bar ein Vorfüllen mit großer Kolbenfläche erfolgt und danach über 30 bar Volumen zum Druckausgleich auf die Rückseite des Doppelhubkolbens DHK strömt. Damit wirkt bis 30 bar die große Kolbenfläche des Doppelhubkolbens DHK und bei > 30 bar infolge des Druckausgleiches eine kleinere effektive Fläche zur Volumenförderung.
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Für die Anwendung des Multiplexverfahrens (MUX) zur Druckmodulation ist für die Druckabbaufunktion beim Bremskraftverstärker-Betrieb ein Ventil AVMUX erforderlich. Dabei kann bei geöffneten Ventilen EA Volumen zum Druckabbau in den Rücklauf gelangen sofern ein Druckaufbau für zusätzliches Volumen mit Rückhub (RH) (Fading) über den Doppelhubkolben DHK erfolgt. Im normalen Bremsbetrieb ist dieses Ventil AVMUX nicht notwendig.
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Ein Ausfall der Sekundär-Dichtung des Schwimmkolbens ist auch zu betrachten. Grundsätzlich wirkt im Normalfall (kein Ausfall) der Pvor auf den Druckstangenkolben DK und verschiebt den Kolben DK zum Druckaufbau in beiden Bremskreisen. Für o. g. Fall würde das Volumen vom VDK über das Schnüffelloch des Druckstangenkolbens DK und die ausgefallene Dichtung abfließen. Dies kann durch folgende Maßnahmen verhindert werden:
- a. die Schnüffellöcher wirken als Drossel, so dass der Staudruck vor dem Druckstangenkolben DK den DK-Kolben bewegt
- b. in der Rücklaufleitung vom Schwimmkolben SK zum Vorratsbehälter VB wird ein Ventil VVB eingeschaltet, welches im Fehlerfall schließt oder bei jedem Bremsvorgang kurzzeitig schließt bis ein entsprechender Hub des Kolbens DK erfolgt bei dem das Schnüffelloch des Schwimmkolbens SK sicher geschlossen ist
- c. eine Zusatzfeder am Druckstangenkolben DK mit Abstand zum Pedalstößel PS. Diese ist mit einer Kraft vorgespannt größer als die Vorspannung der SK-Feder, so dass der PS nach dem Abstand a den DK-Kolben bewegt und damit das Schnüffelloch am Druckstangenkolben DK schließt. Dann wirkt Pvor und der DK trifft auf den Schwimmkolben SK zum Druckaufbau im Schwimmkolben SK und bei Ausfall des DK-Bremskreises. Der BKV-Betrieb ist damit nicht gefährdet. Ohne Ausfall wirkt die Zusatzfeder nicht, da der DK-Kolben durch den Pvor-Druck bewegt wird, s. auch Betriebsmodus.
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2a zeigt eine Alternative zum Doppelhubkolben DHK, mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe. Diese kann eine Zahnrad-, Zellen- oder Kolbenpumpe sein. Der Motor kann zweckmäßig ein EC-Motor sein. Eine Kolbenpumpe braucht kein zusätzliches Rückschlagventil im Gegensatz zu einer Flügelzellenpumpe, da es Betriebszustände mit konstantem Druck ohne Volumenförderung gibt, so dass hier kein Rückfluss erfolgt. Wenn für den Bremskraftverstärker BKV-Betrieb der Druckabbau nicht über Auslassventile AV der ABS-Druckregelvorrichtung VBL erfolgen soll, wird dies über Ventil AVMUX erledigt. Mit einem derartigen System ist allerdings kein Vorfüllen VF und auch kein Multiplexbetrieb (MUX) wie auch kein Druckabbau wie mit einem Doppelhubkolben DHK mit Ventil AS möglich.
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3 zeigt ein System mit zusätzlichen Funktionen und Ventilalternativen. Das Saugventil SV5 kann vermieden werden durch ein 3/2-VDK-Ventil. Im stromlos offenen Zustand des Doppelhubkolbens DHK und Druckstangenkolben DK ist der Rücklauf geschlossen. In der Rückfalleben RFE ist im geschalteten Zustand die Verbindung von Doppelhubkolben DHK und Druckstangenkolben DK getrennt und der zum Vorratsbehälter R offen.
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Die Ventilanordnung des Doppelhubkolbens DHK mit Ventilen AS und V
F ist aus der
DE 10 2014 107 112.3 der Anmelderin bekannt, es fehlen hier die Ventile TV. Das Ventil AS erlaubt hier einen Druckabbau bei offenen Ventilen EA ohne Öffnung der Bremskreise BK durch Ventil AV. Das Ventil ESV ist geschlossen und nur in der Rückfallebene
3 mit Bordnetzausfall offen. Das Ventil V
F ist zum schnellen Vorfüllen notwendig, was besonders wirksam ist bei einem Druckstangenkolben DK nach
2.
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Alle gezeigten Systeme haben gemeinsam, dass auf den Druckstangenkolben DK zur Druckerzeugung sowohl der Pedalwegstößel 3 als auch der Doppelhubkolben DHK mit Volumenförderung und entsprechendem Druck wirken kann. Durch entsprechende Ventilschaltungen sind folgende Betriebsmodi (BM) möglich:
- 1. Die Druckquelle bzw. Hochdruckpumpe oder der Doppelhubkolben (Pvor) wirkt auf die Rückseite des Druckstangenkolbens DK, die Ventile EA sind geschlossen sowohl beim Vorhub wie ggf. auch beim Rückhub, der Pedalstößel 3 hat keinen Kontakt mit dem Druckstangenkolben DK;
- 2. Die Druckquelle bzw. Hochdruckpumpe oder der Doppelhubkolben (Pvor) wirkt auf den Druckstangenkolben und über Ventil EA direkt in die Bremskreise BK, wobei z.B. im ABS-Modus der Pedalstößel 3 in Kontakt mit dem Druckstangenkolben DK ist);
- 3. Der Pedalstößel 3 wirkt in der Rückfallebene direkt auf den Druckstangenkolben (gilt für System nach 1)(die Betriebsmodi 1–3 gelten für ein System gem. 1, 2 und 3);
- 4. Vorfüllen der Bremskreise BK oder erste Phase der Kolbenbetätigung bei System nach 2, Ventil EADK ist kurzzeitig geöffnet, der Schwimmkolben SK bewegt sich mit dem Druckstangenkolben DK infolge der Koppelung bis beide den Kolben zugeordnete Schnüffellöcher geschlossen sind durch entsprechende Steuerung des Hubes des Doppelhubkolbens oder Volumen und/oder Druckmessung im dem Kolben DK zugeordneten Bremskreis. DHK wirkt in Druckstangenkolben DK, der Pedalstößel 3 ist nicht in Kontakt mit dem Druckstangenkolben DK;
- 5. Die Druckquelle bzw. der Doppelhubkolben DHK wirkt über Ventil EA in die Bremskreise; Ventil VDK ist geschlossen, z.B. bei höchster Pedalkraft zusammen mit Pedalstößel 3;
- 6. Das Einspeisen von Volumen aus dem Hilfskolben wirkt in der Rückfallebene RFE 2 (Ausfall Motor) und 2a (Ausfall Motor bei low µ mit anschließendem positiven µ-Sprung) über Ventil EA in die Bremskreise BK; Ventil VDK ist geschlossen, Ventil ESV ist offen, der Pedalstößel 3 ist bei Leerweg LW erst nach diesem Leerweg in Kontakt mit dem Druckstangenkolben (gilt für Systeme nach 2 und 3);
- 7. Die Druckquelle bzw. der Doppelhubkolben DHK wirkt über Ventil VDK zusammen mit dem Pedalstößel auf den Druckstangenkolben. Das Ventil VDK steuert die Bremskraftverstärkung gegebenenfalls über KWS. Diese Anordnung ist als sog. Folge-Verstärker wirksam bei Ausfall des Wegsimulators WS;
- 8. Der Pedalstößel wirkt in der Rückfallebene mit und ohne Einspeisen zur Druckerzeugung auf den Druckstangenkolben.
-
Die Systeme nach 1, 2 und 3 haben folgende gemeinsame Vorteile:
- – Bei Normalbremsung (ohne Berücksichtigung von ABS) > 90 % sind die SK- und DK-Dichtungen mit dem direkt wirkenden Bremsdruck belastet, d.h. hier können keine „schlafenden Fehler“ entstehen (Ausnahme DK-Dichtung bei 2; der Verschleiß der Dichtung ist jedoch gering durch fehlende Belastung durch Druck und Schnüffelloch) Bei anderen Systemen wirkt auf den THZ nur der geringe Druck des Wegsimulators WS und birgt schlafende Fehler, wenn in der Rückfallebene eine wesentlich höhere Druckbelastung wirkt (ca. Faktor 2 bis 3). Noch extremer wirkt das, wenn die beschriebenen hohen Pedalkräfte auftreten.
- – ABS bewirkt eine kleine Pedalrückwirkung
- – Verkürzung der Baulänge durch parallele Anordnung von Motor und THZ
- – Der Wegsimulator WS mit dem Hilfskolben hat eine hohe Fehlersicherheit
- – Bei jedem Druckaufbau wird die Dichtheit der EA-Ventile getestet, was schlafende Fehler vermeidet
- – Bei Ausfall von Dichtungen erfolgt kein Ausfall des Bremskraftverstärkers BKV, ein wichtiger Fakt für den Normalfahrer, der trotz kleinerem HZ-Kolben bei Wegsimulator-Systemen bei Ausfall des Bremskraftverstärkers BKV Faktor > 4 höhere Pedalkräfte für dieselbe Abbremsung braucht
- – Mit geringem Mehraufwand von einem VF-Ventil ist durch VF ein schnellerer Druckaufbau Pauf möglich, was Bremswegverkürzung zur Folge hat
- – Da Trennventile TV nicht vorhanden sind bzw. entfallen wird das System einfacher und sicherer mit einigen Folgeeffekten wie beschrieben
-
Hierbei ist der Aufwand vergleichsweise gering zu konkurrierenden Systemen.
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Nachfolgend sind die in den 4 bis 6 dargestellten Ausführungsformen beschrieben. Bei diesen Ausführungsformen sind Trennventile TV in den Leitungen vom THZ zum Ventilblock VBL angeordnet. Ferner sind Ventile AS, VF und VDK vorgesehen.
-
Bei der Normalfunktion werden bei Pedalbetätigung der Hilfskolben
16, ein Kraft-Weg-Simulator KWS (vgl.
DE 10 2010 045 617.9 der Anmelderin) und Pedalwegsensoren
2a,
2b aktiviert. Diese steuern den Motor
8 an, der über die Spindel
5 mit KGT
7 über den Kolbenstößel
4 den Doppelhubkolben (DHK3)
10 mit drei oder (DHK2) mit zwei Kolben bzw. wirksamen Kolbenflächen antreibt.
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Die Volumenförderung in den Bremskreis übernimmt bei der S-Bauform und der P-Bauform der Doppelhubkolben DHK. Das Fördervolumen wird bestimmt durch die effektive Kolbenfläche und den Kolbenhub. Bei der S-Bauform erfolgt die Förderung beim Vorhub direkt in den Bremskreis und bei der P-Bauform über die EA-Ventile in den Bremskreis. Beim Rückhub erfolgt sowohl bei S-Bauform als auch bei P-Bauform die Förderung über die EA-Ventile. Erfolgt die sog. Vorfüllung VF, so wird durch Ventilschaltungen die effektive Kolbenfläche größer. Entsprechend den verschiedenen Anforderungen für S-Bauform und P-Bauform ist der Doppelhubkolben DHK mit drei (DHK3) und bzw. zwei (DHK2) wirksamen Kolbenflächen ausgebildet.
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Für die Anwendung bei der S-Bauform muss der Doppelhubkolben DHK beim Vorhub das Volumen in den Bremskreis zum Druckaufbau fördern und ebenfalls beim Rückhub. Da hier der Kolben mit der Dichtung D1 und D3 Volumen aus dem Bremskreis entnimmt, muss die Ringfläche entsprechend bemessen sein. Weiterhin soll beim Vorfüllen die effektive Kolbenfläche vergrößert werden. Das Volumen aus der Ringfläche wird hierbei unter der einseitig wirkenden Dichtmanschette hindurch gepresst, mit dem Vorteil, dass dies bereits im Bereich des Schnüffellochs geschieht und damit die Manschette entlastet. Außerdem ist eine Kolbenbewegung mit Unterdruckerzeugung im Bremssattel zur Einstellung des Belaglüftspiels erwünscht, um das Restreibmoment und damit CO2 zu reduzieren. Dabei muss die Dichtung D1 unterdruckfest sein. Daraus resultiert ein Doppelhubkolben DHK3 mit drei wirksamen Flächen. Dieser kann auch bei einer P-Anordnung eingesetzt werden (z.B. gem. 4).
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Man kann eine Kolbenfläche reduzieren beim Doppelhubkolben DHK2 mit Verzicht auf Unterdruckförderung. Weiterhin kann beim Doppelhubkolben DHK, wie er in 5a dargestellt und weiter unten beschrieben ist, auf das Absperrventil verzichtet werden. Allerdings muss hier der Druckabbau aus dem Bremskreis BK entweder über die ABS-Ventile AV oder ein zusätzliches Ventil AUX geschehen.
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Die Volumenförderung in den Bremskreis korreliert mit der Volumenaufnahme als Funktion des Druckes für die einzelnen Radkreise oder des gesamten Bremssystems. Man spricht von der p-v-Kennlinie. Daher kann die Korrelation für die Diagnose des Bremskreises (Erfüllungszustand, Leck, BK-Ausfall) verwendet werden. Aber auch zur genannten Drucksteuerung für den Druckaufbau Pauf als auch den Druckabbau Pab. Man kann hierbei ein „Teil-Multiplex“ (Teil-MUX) vorsehen, wobei das Multiplexverfahren nur für den Druckaufbau oder den Druckabbau verwendet wird, wie dies in der Patentanmeldung
DE 10 2005 055 751 der Anmelderin noch näher beschrieben ist, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird.
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Vorzugsweise ist der Kolbenstößel biegeelastisch ausgebildet, um bei Spindelschlag eine geringere Querkraft auf den Doppelhubkolben (DHK)
10 zu erzeugen. Die Drehmomentabstützung ist hier nicht ausgeführt und entspricht der in der
DE 10 2012 103 506 der Anmelderin beschriebenen Drehmomentabstützung, auf die insoweit Bezug genommen wird. Die Funktionen des Doppelhubkolbens (DHK3)
10 mit Saugventilen S1 und S2 mit Absperrventil AS entsprechen den in der
DE 10 2013 111 974 der Anmelderin beschrieben Funktionen. Wird der Doppelhubkolben (DHK)
10 über den Motorantrieb betätigt, so wird das Bremsflüssigkeitsvolumen aus dem Druckraum
10b über die Ventile EA in die Bremskreise DK und SK gefördert. Das Ventil AS bleibt offen, das Ventil VF ist offen. Um den Entlüftungszustand der Bremskreise BK zu überwachen, wird das Fördervolumen mit dem Druck in den Bremskreisen BK über Druckgeber DG überprüft. Bei Nicht-Übereinstimmung mit der Druck-Volumen-Kennlinie wird abwechselnd ein EA-Ventil geschlossen und der weitere Druckaufbau überwacht. Bei festgestelltem BK-Ausfall bleibt das entsprechende Ventil EA geschlossen. Gleichzeitig mit der Motorbetätigung werden die Trennventile TV geschlossen.
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Ist nach Ende des Vorhubes des Doppelhubkolbens
10 DHK das gewünschte Druckniveau noch nicht erreicht, so erfolgt wie in der Anmeldung
DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin beschrieben, der Rückhub, bei dem das Ventil AS geschlossen und das Ventil VF offen ist. Ist die in der Anmeldung
DE 10 2013 111 974.3 beanspruchte VF-Funktion gefordert, so ist beim Vorhub das Ventil AS und das Ventil VF geschlossen. Wird nun die ABS-Funktion gefordert, so erfolgt z. B. die Druckregelung nach dem Stand der Technik mit Einlassventilen EV und Auslassventilen AV zum Druckabbau (siehe Ventilblock VB). Hierbei gelangt das Volumen für den Druckabbau über Rücklaufleitungen R zum Vorratsbehälter VB. Zur Reduzierung der Druckdifferenz am Ventil EV ist es möglich, die Druckdifferenz am EV z. B. nur 20 % über dem Blockierdruck des sog. high Rades einzusteuern. Durch den geringeren Differenzdruck kann bei gleichem max. Druckgradient der Ventilquerschnitt größer gewählt werden, damit beim schnellen Anbremsen der Staudruck geringer und das sog. Time-to-lock kleiner wird.
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Alternativ kann anstelle von vier Einlassventilen EV und vier Auslassventilen AV die MUX Drucksteuerung mit vier Schaltventilen SV eingesetzt werden. Einer der vielen Vorteile ist eine genaue Drucksteuerung, indem der Kolben (DHK) entsprechendes Volumen in den Radkreis einsteuert. Auch dieses Verfahren kann hier bei Druckaufbau Pauf über Ventil EV eingesetzt werden.
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Bei Betätigung um Bewegung des Bremspedals
12 werden die redundanten Pedalwegsensoren
2a und
2b betätigt in einer von dem OEM zu definierenden Funktion, die den Motor
8 und damit den Druckaufbau und den Bremskraftverstärker (BKV) bestimmen. Zwischen Pedalstößel
3 und DK-Kolben ist ein kleiner Leerweg LW eingebaut, damit die Pedalanfangskraft klein ist. Diese wird bestimmt durch die Rückstellkräfte der Federn, Reibungen in den Führungen, Pedalwegsensoren und im Wesentlichen durch die Reibung der Dichtungen, die druckabhängig sind. Diese Gesamtreibung, welche auf das Pedal wirkt, ist konzeptionell sehr unterschiedlich. Beim S-System gemäß der
DE 10 2010 045 617.9 der Anmelderin wirken im Wesentlichen nur zwei Dichtungen und die Rückstellfeder, die HZ-Kolben mit Federn erst in der Rückfallebene RFE, da durch das Stellsignal der Pedalwegsensoren im Bremskraftverstärker(BKV)-Betrieb die HZ-Kolben vom Pedalstößel weg bewegt werden. Bei anderen Systemen, z. B.
DE 10 2012 205 962 , wirken vier Dichtungen. In der gezeigten
4 gibt es zwei Möglichkeiten der Ansteuerung a. und b.
- a. Nach Durchlaufen des Leerweges LW trifft der Pedalstößel 3 auf den Kolben 12a und wirkt dann weiter auf die HZ-Rückstellfeder 23a und zusätzlich vier Dichtungen, da die Feder 23 vorgespannt ist. Dies bedeutet insgesamt sechs Dichtungen. Mit dem Motoranlauf werden die Ventile TVDK und TVSK geschlossen und ein HLF-Ventil zum Rücklauf R zum Vorratsbehälter VB geöffnet, damit keine zusätzliche Druckkraft auf den Kolben 12a und Pedalstößel 3 wirkt. Die Kraft-Weg-Charakteristik bestimmt neben der genannten Reibung nur der Wegsimulator WS, der auch adaptiv sein kann wie in der DE 10 2014 102 536.9 der Anmelderin beschrieben.
- b. Über das geöffnete VDK-Ventil gelangt beim Vorhub des Doppelhubkolbens 10 entsprechend der Motorsteuerung Bremsflüssigkeitsvolumen aus dem Druckraum 10b (auch aus dem Druckraum 10a über geöffnete Ventile AS und VF) in einen von der Rückseite des DK-Kolbens 12a begrenzten Druckraum 12c, somit wirkt dieser wie die vorgenannte S-Bauform gemäß DE 10 2010 045 617.9 der Anmelderin, da bei offenem Ventil AS nur das Volumen des vorderen Kolbens zur Volumenförderung beiträgt, wie dies auch in den Patentanmeldungen DE 10 2013 111 974.3 und DE 10 2014 102 536.9 der Anmelderin beschrieben ist, auf die diesbezüglich hier Bezug genommen wird. Somit wirkt hier auf die Pedalanfangskraft nur die Reibungskraft von zwei Dichtungen, wobei die Druckkomponente des kleinen Pedalstößeldurchmessers mit < 15 % vernachlässigt werden kann. In dieser Phase sind zunächst beide Ventile TV offen, vorteilhaft wird das TVSK nach dem Überfahren des Schnüffellochs 12b des Kolbens 12a geschlossen. Dies kann indirekt über die Bewegung des DHK-Kolbens 10 über den Motorsensor festgestellt werden. Nach Schließen von TVSK bleibt TVDK offen, das EADK ist zu, EASK ist offen, damit das Volumen des DHK nach geschlossenem TVSK in den Bremskreis SK gelangt. Damit sind beide BK annähernd auf demselben Druckniveau, welches bei höheren Drücken nicht mehr der Fall ist wegen der Dichtungsreibung im DK-Kolben 12a. Zum Druckausgleich kann hierbei das EADK geöffnet werden, somit wirkt der Druck des Doppelhubkolbens (DHK) 10 mit gleichem Druckniveau in beide Bremskreise BK. Ein möglicher Bremskreis-Ausfall wird diagnostiziert durch je einen Druckgeber DG pro Bremskreis BK und die Volumenförderung des Doppelhubkolbens DHK, welche mit der Druckvolumenkennlinie des Bremskreises BK korrelieren muss. Ist dies nicht der Fall, so wird die Volumenzufuhr über das jeweilige Ventil EA abgeschaltet. Soll Vorfüllen für einen Ausgleich des Belaglüftspiels oder einen schnellen Druckanstieg erfolgen, so werden die Ventile AS und VF geschlossen, so dass eine große effektive Kolbenfläche des Doppelhubkolbens DHK 10 voll zur Wirksamkeit kommt. Dabei wirkt beim Doppelhubkolben DHK3 eine große Kolbenfläche bestehend aus dem vorderen Kolben (Druckraum 10b) und dem Ringkolben (Druckraum 10a), was über den Kolbenweg eine größere (z. B. um den Faktor 3) Fördermenge ergibt, als nur mit dem vorderen Kolben bzw. dessen Wirkfläche. Beim Doppelhubkolben DHK2 wirkt der Kolben mit der Dichtung D2. Beim Vorfüllen wird ein Druckausgleich auf die Hinterseite des Kolbens verhindert durch Sperren des Ventils VF gemäß 5.
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Die Ansteuerung nach b. hat viele Vorteile, z. B. sind die Dichtungen des HZ-Kolbens immer mit realem Druck belastet. Bei Systemen, bei denen die HZ-Kolben für den Wegsimulator WS mitgenutzt werden, wirkt hierbei nur der WS-Druck der ca. nur 30 % des Bremsdrucks im Bremskreis BK ist.
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Weiterhin wird bei Erreichen des Wegsimulator(WS)-Ansteuerpunkts ca. 40 % des Pedalwegs das Ventil TVDK geschlossen zus. mit dem WA-Ventil des Wegsimulators WS, welches bereits in der Stufe 2 des Wegsimulators WS geschlossen wird. D. h. in Stufe 1 der flachen Kennlinie ist das Ventil WA offen, wobei nur die Rückstellfeder 18 und die Dichtungsreibung am Hilfskolben 16 im Wesentlichen auf die Pedalkraft wirkt. In der Stufe 2 ist das Ventil WA geschlossen, d. h. der Wegsimulatorkolben mit seiner Federcharakteristik wirkt auf das Pedal.
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Bekanntlich kann der Druck im Wegsimulator WS sehr hoch werden, wenn ein kräftiger Fahrer voll auf das Pedal tritt. Hier können Drücke > 300 bar auftreten, welche Gehäuse und Dichtungen belasten. Dieser hohe Druck wird mit dem Druckgeber DG gemessen, da die hohe Pedalkraft auf den DK-Kolben wirkt, wenn z. B. bei hohem Druck > 200 bar das Ventil WA mechanisch öffnet. In diesem Fall kann das Ventil VDK geschlossen werden und das Ventil ESV geöffnet. Damit wirken sowohl die Druckkräfte von DK-Kolben 12a als auch Hilfskolben 16 auf das Bremspedal. Damit ist die Druckbelastung im Bereich von 200 bar wenn das Ventil WA öffnet. Dies kann durch eine Stromregelung des stromlos offenen Ventils gelöst werden.
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Der Druckabbau im Bremskraftverstärker(BKV)-Modus erfolgt durch Rückbewegung des Doppelhubkolbens 10 DHK durch zusätzlichen Druckabbau über AV-Ventile in den Rücklauf R da das zusätzliche Volumen von VF nicht beim Rückhub des Doppelhubkolbens DHK ausgeglichen wird.
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Nachfolgend sind noch die Rückfallebenen RFE zu beschreiben.
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RFE1 bei Ausfall des Wegsimulators WS z. B. Undichtheit. In diesem Fall fehlt die Gegenkraft, da kein Druck im Wegsimulator WS entsteht. Dies wird bekanntlich durch den Kraft-Weg-Simulator KWS erkannt wie er in der
DE 10 2014 102 536 der Anmelderin beschrieben ist, auf die hiermit Bezug genommen wird, wenn der progressive Kraftanstieg des Wegsimulators WS in Stufe 2 nach einem bestimmten Pedalweg (s.
DE 10 2014 102 536 ) wirkt bzw. ausfällt. In diesem Fall trifft der Pedalstößel
3 auf den DK-Kolben
12, was eine Kraftänderung bedeutet und vom Kraft-Weg-Simulator KWS gemessen wird. In diesem Fall erfolgt die Motoransteuerung und Volumensteuerung auf die Rückseite des DK-Kolbens
12a über das Ventil VDK in Funktion des KWS-Signals. In diesem Fall wirkt der Bremskraftverstärker BKV wie ein konventioneller Bremskraftverstärker mit Pedalkraftunterstützung als Folge-Bremskraftverstärker (Fo-BKV). Der Vorteil hierbei ist im Vergleich zur S-Bauform, dass bei Folge-Bremskraftverstärker derselbe kurze Pedalweg wirkt, allerdings mit etwas unstetiger Kennlinie.
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Bei einer Optimierung der Empfindlichkeit des Kraft-Weg-Simulators KWS könnte auf den Wegsimulator WS verzichtet werden.
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RFE 2 bei Motorausfall bei low µ, DK-Kolben ist am Wegsimulator-Ansteuerpunkt bei hoher Pedalkraft und anschließendem positiven µ-Sprung. Wie bereits in der
DE 10 2013 111 974.3 der Anmelderin, auf die hier diesbezüglich Bezug genommen wird, dargestellt, wird hier Volumen mit Hilfskolben über offenes Ventil ESV und EADK in den Bremskreis BK von DK-Kolben eingespeist.
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RFE3 bei Motor- und Bordnetzausfall. Die Ventile ESV, VDK, WA sind hier offen, die Ventile EADK, EASK geschlossen. Der Pedalstößel wirkt auf DK-Kolben 12. Die Druckerzeugung erfolgt konventionell über die Pedalkraft.
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Es ist auch denkbar, die S-Bauform gemäß der
DE 10 2014 102 536.9 , auf die hier Bezug genommen wird, so zu gestalten, dass der Motor parallel liegt und über einen Zahnriemenantrieb, z. B. entsprechend
DE 10 2011 050 587 , auf das Kugel-Gewinde-Getriebe KGT wirkt.
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5 unterscheidet sich zu 2 durch Entfall von Ventil HLF, indem nur Ansteuermethode b. eingesetzt wird und ein Doppelhubkolben (DHK2) 15 mit zwei Kolben. Außerdem kann bei Verzicht auf VF dieses Ventil entfallen. In 5 ist dieses Ventil gezeichnet für die Funktion VF und ist aber im Gegensatz zu 4 zwischen dem Ventil AS und dem Doppelhubkolben 15 positioniert.
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Dieser Doppelhubkolben DHK2 oder auch DHK3 gem.
4 kann auch in einer P-Bauform nach
DE 10 2012 222 897 A1 eingesetzt werden.
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Bei hydraulischen Systemen muss darauf geachtet werden, dass diese bei Fahrzeugstillstand druckausgeglichen sind. Dies ist bei dem System nach 4 und 5 der Fall, da alle Ventile (AS, VF, VDK, ESV, WA) zum Rücklauf und auch die Schnüffellöcher der HZ-Kolben offen sind.
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Der Unterschied des Doppelhubkolbens (DHK3) gemäß
4 mit drei Kolben zum Doppelhubkolben (DHK 2) gemäß
5 liegt in zwei Vorteilen. Der Doppelhubkolben DHK3 kann in der Druckkammer
10b Unterdruck erzeugen, wenn die D1-Dichtung unterdruckfest ist. Dies ist von Vorteil bei der Lüftspieleinstellung der Bremskolben mit Unterdruck wie sie in der
DE 10 2008 051 316.4 der Anmelderin beschrieben ist, auf die hier insoweit Bezug genommen wird. Der zweite Vorteil liegt in der Fehlersicherheit bei Ausfall der Dichtungen D1–D3. Fällt eine der drei Dichtungen aus, so kann im Vorhub Druck aufgebaut werden, die BKV-Funktion bleibt erhalten. Außerdem wird der Ausfall diagnostiziert. Dies ist wichtig für das autonome Fahren / Bremsen, da bei Einfachfehler die Funktion erhalten bleiben muss.
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5a zeigt mit dem Doppelhubkolben DHK eine Vereinfachung der 2-Kolben-Version. Hier wird auf das Absperrventil AS verzichtet, indem zwei Überdruckventile V1 und V2 eingesetzt werden. Der Stößel 4 wirkt über Dichtung D3 direkt auf den Kolben. Wenn der Rückhub nicht für weitere Volumenförderung in den Bremskreis genützt wird, sondern Druckabbau bei Rücknahme des Bremspedals erfolgen soll, so kann dies durch Öffnen des ABS-AV-Ventils oder durch ein zusätzliches AVX-Ventil im Doppelhubkolben DHK-Kreis erfolgen.
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In 6 ist eine Fahrzeugbremse bzw. ein Betätigungssystem hierfür dargestellt, mit in Reihe hintereinander angeordneten ersten, zweiten und dritten Kolben-Zylinder-Einheiten.
-
Parallel dazu, d.h. mit räumlich versetzt angeordneter Mittelachse, ist im Bereich der ersten Kolben-Zylinder-Einheit (Doppelhubkolben) ein Antrieb mit Elektromotor 8 angeordnet, wobei der Antrieb von der Abtriebsspindel auf eine umlaufende Mutter und von dieser auf die Spindel 5 eines Kugel-Gewinde-Getriebes 7 mittels eines Zahnriemens erfolgt. Die übrigen Elemente des Betätigungssytems entsprechen weitgehend den in den 4 und 5 dargestellten, so dass auf eine nähere Beschreibung hier verzichtet wird. Eine parallele Anordnung des Motors mit Riementrieb kann auch bei einer in den 4 und 5 dargestellten im Übrigen P-Anordnung des Betätigungssystems vorteilhaft sein.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Bremspedal
- 2a
- Pedalwegsensoren Master
- 2b
- Pedalwegsensoren Slave
- 3
- Pedalstößel
- 4
- Kolbenstößel
- 5
- Spindel
- 6
- Motorsensor
- 7
- KGT
- 8
- EC-Motor
- 9
- Lagerung
- 10
- Doppelhubkolben (DHK3)
- 10a
- Ringraum
- 10b
- Druckkammer
- 10c
- Druckkammer
- 11
- Vorratsbehälter
- 12
- SK-Kolben
- 12a
- DK-Kolben
- 12b
- Schnüffelloch DK
- 15
- Doppelhubkolben (DHK2)
- 16
- Hilfskolben
- 18
- Pedalrückstellfeder
- 23
- HZ-Rückstellfeder
- 23a
- HZ-Rückstellfeder
- 24
- Absperrventil
- 25
- DHK-Gehäuse
- 26
- Federgehäuse
- 27
- Schnüffelloch
- D
- Blende zur Drosselung
- S1
- Saugventil 1
- S2
- Saugventil 2
- S5
- Saugventil 5
- V3
- Überdruckventil
- V4
- Überdruckventil
- R
- Rücklauf zum VB
- RV0
- Rückschlagventil 0
- RV1
- Rückschlagventil 1
- WS
- Wegsimulator
- ÜV
- Überdruckventil
- ÜV2
- Überdruckventil zum Vorfüllen
- HiKo
- Hilfskolben
- LW
- Leerweg
- RFE
- Rückfallebene
- LS
- Lüftspiel
- KWS
- Kraft-Weg-Sensor
- BK
- Bremskreis
- DG
- Druckgeber
- VF
- Vorfüllen
- BKV
- Bremskraftverstärker
- Fo-BKV
- Folge-BKV
- VB
- Vorratsbehälter
- VBL
- Ventilblock
- FSK
- Rückstellfeder SK
- FX
- Zusatzfeder
- AV
- Auslassventil ABS
- EV
- Einlassventil ABS
- Pvor
- Vordruck vom DHK
- FoDK
- Zusatzfeder am Kolben DK
- VVB
- Ventil zum Vorratsbehälter VB
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009043494 [0003]
- DE 102010045617 A1 [0003, 0044]
- DE 102011111369 [0004, 0005]
- DE 102012222897 A1 [0005, 0086]
- DE 102013111974 [0006, 0012, 0013, 0033, 0071, 0072, 0072, 0074, 0082]
- DE 102014102536 [0012, 0013, 0033, 0044, 0055, 0074, 0074, 0080, 0080, 0084]
- DE 102011017436 [0031]
- DE 102013110188 [0044]
- DE 102014107112 [0044, 0055, 0061]
- DE 102010045617 [0066, 0074, 0074]
- DE 102005055751 [0070]
- DE 102012103506 [0071]
- DE 102012205962 [0074]
- DE 102011050587 [0084]
- DE 102008051316 [0088]