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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bremskrafterzeuger für eine hydraulische
Fahrzeugbremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei
den heute üblichen
Bremssystemen wird der zur Beaufschlagung der Radbremse am Fahrzeug
notwendige hydraulische Bremsdruck überwiegend mittels eines Hauptbremszylinders
erzeugt. Hierzu ist die Einleitung einer Betätigungskraft auf den genannten
Hauptbremszylinder notwendig, welche in Reaktion auf eine Betätigung des
Bremspedals durch den Fahrzeugführer
erzeugt wird. Zur Verbesserung des Betätigungskomforts wird üblicherweise
die eigentliche Bremspedalkraft mittels eines Bremskraftverstärkers um
einen vorbestimmten Prozentsatz angehoben, so dass die notwendigen
Bremspedalbetätigungskräfte für eine gewünschte Fahrzeugverzögerung derart
klein gehalten werden können,
dass es jedem Fahrer ohne Anstrengung möglich ist, das Fahrzeug adäquat abzubremsen.
Ein derartiges Bremssystem mit Bremskraftverstärker ist beispielsweise aus
der
DE 44 05 092 C1 bekannt.
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Nachteilig
wirkt sich bei diesen Bremssystemen aus, dass der Fahrer durch seine
Betätigungsaktion
am Bremspedal in jedem Fall den hydraulischen Druck an den Radbremsen
beeinflusst. Solange dies die Bremssituation unterstützt, ist
dies unproblematisch. Sobald der Fahrer aber bezogen auf die tatsächliche
Bremssituation falsch reagiert, indem er beispielsweise zu viel
oder zu wenig Bremsdruck einsteuert, kann das Bremsverhalten, insbesondere
der Bremsweg sowie die Spurtreue, des Fahrzeugs verschlechtert werden,
was im schlimmsten Fall zu einem Unfall führen kann.
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Moderne
Fahrzeugregelsysteme (ABS, ESP, TC etc.) sind heutzutage in der
Lage die optimale, notwendige Bremsleistung in den physikalische Grenzen
anhand des momentanen Fahrzustands des Fahrzeugs zu ermitteln und
somit eine Bremsung zu optimieren. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass
der oben genannte direkte Einfluss des Fahrers auf den Bremsdruck
verhindert wird. Ferner wird es inzwischen auch als unkomfortabel
angesehen, dass der Fahrer am Bremspedal die Wirkung des Fahrzeugregelsystems
spürt,
wie beispielsweise bei Aktivierung des ABS ein wiederholtes Rütteln am
Bremspedal.
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Um
diesen mit Fahrzeugregelsystemen verbundenen Anforderungen Rechnung
zu tragen, wird bei modernen Bremssystemen bereits das Bremspedal
von der Bremskrafterzeugung entkoppelt, wobei dann die Bremspedalbetätigung nur
noch zur Ermittlung des Verzögerungswunsches
des Fahrers dient. Die eigentliche Bremskrafterzeugung, beispielsweise zur
Betätigung
des Hauptbremszylinders, erfolgt dann durch einen separaten Bremskrafterzeuger
und zwar nur noch basierend auf Steuerungsdaten eines elektronischen
Steuergeräts.
Hierdurch kann vorab überprüft werden,
ob beispielsweise die gewünschte Fahrzeugverzögerung nicht
die, durch die Fahrzeugregelsysteme (ABS, ESP, TC etc.) ermittelten,
momentan gültigen
physikalischen Grenzen hinsichtlich Bremsweg und Spurtreue überschreiten
würde. Gleichzeitig
kann natürlich
auch eine vom Fahrer zu gering eingesteuerte Verzögerung zur
Minimierung des Anhalteweges in Notsituationen vom Steuergerät durch
Einsteuerung eines höheren
Bremsdrucks ausgeglichen werden. Ein derartiges System ist beispielsweise
in dem gattungsbildenden Stand der Technik gemäß der
EP 1 070 006 B1 beschrieben.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Bremssysteme verhältnismäßig kostenintensiv
in der Herstellung sind und einen erheblichen gerätetechnischen
Aufwand erfordern, um auch dann einen zuverlässigen Bremsbetrieb gewährleisten
zu können,
wenn die Mittel zu Bremskrafterzeugung einmal ausfallen sollten.
Ein weiterer Nachteil liegt bei derartigen Systemen darin, dass
sie in einem Notbetriebsfall, in dem die Bremskrafterzeugung ausfällt, einen
verhältnismäßig großen Leerweg
aufweisen, bis das Bremssystem aufgrund einer dann eintretenden
direkten mechanischen Kopplung zwischen Bremspedal und Primärkolben überhaupt
eine Bremswirkung zeigt.
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Aus
dem Dokument
DE 100
28 092 A1 ist eine Fahrzeugzeugbremsanlage bekannt, bei
der eine Fremd-Betätigungseinrichtung
vorgesehen ist, die in die beiden über Primärkolben und Sekundärkolben
angesteuerten Bremskreisläufe
unterstützend eingreift.
Ferner ist eine Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung vorgesehen,
die wahlweise mit dem Krafteingangsglied hydromechanisch gekoppelt
oder von diesem entkoppelt werden kann.
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Aus
dem Dokument
DE 198
33 084 C1 ist darüber
hinaus eine Ventilanordnung bekannt, die eine wahlweise Kopplung
einer Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung mit einem Flüssigkeitsreservoir ermöglicht.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bremskrafterzeuger
der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, welcher bei verhältnismäßig einfachem
und kostengünstigem
Aufbau eine hohe Zuverlässigkeit
aufweist und auch bei Ausfall einzelner Komponenten schnell anspricht.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Bremskrafterzeuger mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
diese Anordnung ist es möglich,
in der ersten Schaltstellung das Bremspedal von dem Primärkolben
völlig
zu entkoppeln und die dem Fahrer bei einer Bremspedalbetätigung vertraute
Pedalgegenkraft über
die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung zu erzeugen, wobei die
eigentliche Bremsung durch eine von der Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung
erzeugte Betätigungskraft
ausgelöst
wird. In der zweiten Schaltstellung hingegen ist der mit dem Krafteingangsglied
zusammenwirkende Teil des Hydrauliksystems zumindest in einem vorgegebenen
Druckbereich im Wesentlichen starr und überträgt in diesem Druckbereich jede
Bewegung des Krafteingangsglieds weitgehend dämpfungsfrei auf den Primärkolben.
Dabei wird die Inkompressibilität
des verwendeten Hydraulikfluids ausgenützt. Durch den Einsatz eines
Hydrauliksystems zur Kopplung und Entkopplung von Krafteingangsglied
und Primärkolben
lassen sich die Nachteile von bislang verwendeten mechanischen Systemen,
insbesondere die zu überwindenden
Leerwege zur direkten Kopplung von Krafteingangsglied und Primärkolben, beseitigen.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zwischen dem Krafteingangsglied
oder einer mit diesem kraftübertragend
gekoppelten Komponente und dem Primärkolben oder einer mit diesem kraftübertragend
gekoppelten Komponente eine volumenveränderbare Hydraulikkammer eingeschlossen
ist, die über
eine mit der Schaltventilanordnung versehene Hydraulikleitung mit
der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
hydraulisch koppelbar ist, wobei die Schaltventilanordnung in einem
Normalbetriebsfall die erste Schaltstellung annimmt und die Hydraulikkammer
mit der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung fluidisch koppelt
und wobei die Schaltventilanordnung in einem Notbetriebsfall die zweite
Schaltstellung annimmt und eine Fluidströmung aus der Hydraulikammer
zumindest in einem vorbestimmten Druckbereich blockiert. Während in der
ersten Schaltstellung bei einer Bremspedalbetätigung Hydraulikfluid aus der
Hydraulikkammer zu der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung gefördert wird,
wirkt in der zweiten Schaltstellung das in der Hydraulikkammer eingeschlossene
Hydraulikfluidvolumen als starre Flüssigkeitssäule und überträgt jede Bewegung des Krafteingangsglieds
auf den Primärkolben.
Diese hydromechanische Kopplung wirkt solange verlustfrei, solange
der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer innerhalb des vorbestimmten Druckbereichs
liegt. Übersteigt
der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer den vorgegebenen Druckbereich,
so geht ein Teil der von dem Fahrer verrichteten Pedalbetätigungsarbeit
verloren, wie im Folgenden näher
erläutert
werden wird. Erfindungsgemäß kann durch
die hydromechanische Kopplung innerhalb des vorbestimmten Druckbereichs
in einem Notbetriebsfall eine Mindestbremswirkung sofort erzielt werden,
das heißt
ohne vorherige bremswirkungslose Überwindung eines Leerspiels.
Dadurch kann beispielsweise die in Deutschland vorgegebene gesetzliche
Mindestverzögerung
von 0,3g in einem Notbetriebsfall problemlos realisiert werden.
Als Notbetriebsfall sind solche Situationen anzusehen, bei denen
aufgrund eines Defekts in der Fahrzeugelektronik oder am Bremskrafterzeuger
oder an einem Sensor keine ordnungsgemäße Bremskrafterzeugung erfolgt
und die Pedalbetätigung – möglichst
verlustfrei – unmittelbar
zur Primärkolbenverlagerung
genutzt werden muss.
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Um
sicherzustellen, dass in dem Notbetriebsfall ein Ausströmen von
Hydraulikfluid aus der Hydraulikkammer verhindert wird, sieht eine
Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Schaltventilanordnung
in die zweite Schaltstellung vorgespannt ist, in der sie eine Fluidströmung aus
der Hydraulikammer zumindest in dem vorbestimmten Druckbereich blockiert,
und dass die Schaltventilanordnung unter aktiver Ansteuerung in
die erste Schaltstellung überführbar ist.
Dadurch ist gewährleistet,
dass nur bei ordnungsgemäßem Betrieb
der Fahrzeugelektronik eine Entkopplung von Bremspedal und Primärkolben erfolgt.
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Erfindungsgemäß kann in
der Hydraulikleitung zwischen der Hydraulikkammer und der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung,
vorzugsweise zwischen der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
und der Schaltventilanordnung, eine Drosseleinrichtung vorgesehen
sein. Diese sorgt für
ein Hystereseverhalten der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung.
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Ferner
kann bei einer Weiterbildung der Erfindung die Hydraulikkammer über die
Hydraulikleitung vermittels einer in einem Leitungszweig angeordneten,
ansteuerbaren Trennventilanordnung mit einem im Wesentlichen drucklosen
Hydraulikfluid-Reservoir
fluidisch verbindbar sein. In diesem Zusammenhang kann ferner vorgesehen
sein, dass die Trennventilanordnung in eine Passivstellung vorgespannt
ist, in der sie eine Fluidströmung
zu dem Hydraulikfluid-Reservoir zulässt, und unter An steuerung in
eine Aktivstellung überführbar ist,
in der sie die Hydraulikleitung von dem Hydraulikfluid-Reservoir trennt.
Im Betrieb kann dann die Trennventilanordnung zu Beginn einer Bremspedalbetätigung aus
ihrer Passivstellung in ihre Aktivstellung geschaltet und nach Beendigung
der Bremspedalbetätigung
aus ihrer Aktivstellung in ihre Passivstellung geschaltet werden.
Dadurch kann gewährleistet
werden, dass nur dann, wenn sich die Trennventilanordnung in ihrer
Aktivstellung befindet, auch tatsächlich eine Kopplung von Bremspedal
und Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
erfolgt, wohingegen in jedem anderen Fall, insbesondere in Notbetriebssituationen,
in denen keine Ansteuerung der Trennventilanordnung erfolgt, eine
Bremspedalbetätigung
entkoppelt von der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung erfolgt
und lediglich zu einer Förderung
von Hydraulikfluid in das Reservoir führen kann, wie im Folgenden
noch näher
mit Bezug auf die Anbringung eines Überdruckventils erläutert werden
wird.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung kann der Trennventilanordnung in dem
Leitungszweig eine Drosseleinrichtung vorgeschaltet sein. Dies verhindert
eine unerwünschte
Entleerung des Hydrauliksystems.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, kann in einer Ausführungsvariante
der Erfindung ferner vorgesehen sein, dass der Schaltventilanordnung
ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet ist, das derart angeordnet
und ausgebildet ist, dass in einem Normalbetriebsfall die Schaltventilanordnung
die Hydraulikkammer mit der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung unter Umgehung
des Druckbegrenzungsventils fluidisch koppelt und dass in einem
Notbetriebsfall die Schaltventilanordnung die Hydraulikkammer solange
verschließt,
bis der Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer einen durch das Druckbegrenzungsventil
vorgegebenen Druckschwellenwert übersteigt.
Durch diese Maßnahme
ist es möglich, den
vorstehend mehrfach angesprochenen vorbestimmten Druckbereich vorzugeben.
Das Druckbegrenzungsventil öffnet
erst dann, wenn der durch die Gestaltung des Druckbegrenzungsventils
vorgegebene Druckschwellenwert überschritten
wird. Solange der Hydraulikdruck innerhalb der Hydraulikkammer unterhalb
dieses Druckschwellenwerts liegt, sind der Primärkolben und das Krafteingangsglied
verlustfrei hydromechanisch gekoppelt. Dadurch werden Bewegungen
des Krafteingangsglieds durch die eingeschlossene Flüssigkeitssäule innerhalb
der Hydraulikkammer unmittelbar auf den Primärkolben übertragen. Aufgrund des dem
Primärkolben
von dem Hauptbremszylinder entgegenwirkenden Gegendrucks kommt es
jedoch bei einer Pedalbetätigung
im Notbetriebsfall zu einem signifikanten Druckanstieg, der schließlich auch
zu Druckwerten innerhalb der Hydraulikkammer führen kann, die über dem
Druckschwellenwert des Druckbegren zungsventils liegen. In diesem
Fall öffnet
das Druckbegrenzungsventil, so dass eine Hydraulikfluidströmung aus der
Hydraulikkammer zu dem Reservoir hin erfolgen kann. Dadurch kann
es – wie
nachfolgend noch näher
erläutert
werden wird – zu
einer Überwindung
von Leerspielen innerhalb des Steuerventils kommen, so dass schließlich eine
direkte mechanische Kopplung von Primärkolben und Krafteingangsglied
erreicht wird. Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, dass in
jedem Fall auch eine hydromechanische Kopplung zwischen Krafteingangsglied
und Primärkolben
im Rahmen des vorgegebenen Druckbereichs bestehen bleibt. Dabei
kann vorgesehen sein, dass der Druckschwellenwert in einem Bereich
von 10bar bis 70bar, beispielsweise bei 30bar liegt. Dadurch kann
gewährleistet
werden, dass die vorstehend bereits angesprochene gesetzliche Mindestverzögerung von
0,3g aufgrund der hydromechanischen Kopplung von Krafteingangsglied
und Primärkolben unmittelbar
ohne Verzögerung,
das heißt
ohne vorheriges Überwinden
eines Leerspiels erreicht werden kann.
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Bezüglich der
Anordnung der Ventilanordnungen sieht eine Weiterbildung der Erfindung
vor, dass ausgehend von der Hydraulikkammer die Trennventilanordnung
der Schaltventilanordnung in der Hydraulikleitung nachgeschaltet
ist. Eine besonders kompakte Ausgestaltung ergibt sich dann, wenn die
Trennventilanordnung und die Schaltventilanordnung zu einer gemeinsamen
Ventilbaugruppe zusammengefasst sind.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung
ein Steuerventil, eine Kammeranordnung und einen elektromagnetischen
Aktuator aufweist, wobei die Kammeranordnung mit einer Unterdruckkammer
und einer von der Unterdruckkammer durch eine bewegliche Wand getrennten
und über
das Steuerventil miteinander fluidisch verbindbaren Arbeitskammer
ausgebildet ist und wobei das Steuerventil nach Maßgabe der
erfassten Pedalbetätigung
durch den elektromagnetischen Aktuator zum Erzielen einer die Betätigungskraft
bestimmenden Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer
ansteuerbar ist.
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Mit
dem Bremskrafterzeuger gemäß dieser Ausführungsform
wird demnach in einer Normalbetriebssituation die über das
Krafteingangsglied von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegebene Intensität der Bremspedalbetätigung erfasst
und ohne Ausnutzung der von dem Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Pedalbetätigungskraft
allein mittels der Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung
eine Betätigungskraft
auf den Primärkolben
ausgeübt. Ähnlich wie
bei dem eingangs erwähnten
Stand der Technik gemäß der
EP 1 070 006 B1 wird
erfindungsgemäß die auf den
Primärkolben
ausgeübte
Betätigungskraft
im Normalbetriebsfall mechanisch entkoppelt von der auf das Krafteingangsglied
ausgeübten
Pedalbetätigungskraft
erzeugt. Allerdings ist die hierfür im Rahmen der Erfindung eingesetzte
Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung
nicht als separates hydraulisches System ausgebildet, was zu einem
erheblichen technischen Mehraufwand und neben den damit verbundenen
Mehrkosten auch zu einer erhöhten Fehleranfälligkeit
führen
würde.
Vielmehr ist der erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger
mittels einer Kammeranordnung realisiert, wie sie auch in herkömmlichen
pneumatischen Bremskraftverstärkern zur
mechanischen Unterstützung
der Pedalbetätigungskraft
zum Einsatz kommt. Die Anmelderin hat erkannt, dass sich das technisch
ausgereifte und kostengünstig
verfügbare
Prinzip eines pneumatischen Bremskraftverstärkers auch zu einer von der Pedalbetätigung vollständig entkoppelten
Betätigungskrafterzeugung
nutzen lässt.
Hierzu wird nach Maßgabe
der Intensität
der Bremspedalbetätigung die
Kammeranordnung über
das Steuerventil angesteuert, um dadurch zur Erzeugung einer auf
den Primärkolben
wirkenden Betätigungskraft
nach Maßgabe
des mit der Pedalbetätigung
zum Ausdruck gebrachten Fahrerwunsches eine Druckdifferenz zwischen
der Unterdruckkammer und der Arbeitskammer einzustellen. Diese Druckdifferenz
führt in
der Folge zu einer Verlagerung der beweglichen Wand und daraus resultierend
zu einer Verlagerung des Primärkolbens.
Es versteht sich, dass auch eine Tandemkammeranordnung bei der Erfindung
zum Einsatz kommen kann.
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Um
die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers überwachen
zu können und
um einen Parameter zur Rückkopplung
des Ansprechverhaltens des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers im
Rahmen einer Regelschleife bereitstellen zu können, sieht eine Weiterbildung
der Erfindung vor, dass die gegenwärtige Lage der beweglichen
Wand mittels eines Positionssensors erfasst wird. Dabei kann der
Positionssensor induktiv oder mechanisch ausgebildet sein. Eine
einfache, kostengünstige
und dennoch zuverlässige
Ausgestaltung ergibt sich beispielsweise dann, wenn der Positionssensor
mit einem Taststift ausgebildet ist, der unter Vorspannung an der
beweglichen Wand anliegt und deren Position bei einer Verlagerung
erfassen kann.
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Hinsichtlich
der Pedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung
kann vorgesehen sein, dass diese einen Sensor zur Erfassung einer
aktuellen Auslenkung des Bremspedals, insbesondere einen an einer Drehachse
des Bremspedals angeordneten Drehwinkelsensor aufweist. Es ist aber
gleichermaßen möglich, die
Pedalbetätigung
mittels eines andersartig ausgebildeten Sensors zu erfassen, beispielsweise
anhand der translato rischen Bewegung des Krafteingangsglieds oder
anhand einer innerhalb des Krafteingangsglieds auftretenden Druckbelastung.
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Wie
vorstehend bereits ausgeführt,
wird im Unterschied zu herkömmlichen
Bremskraftverstärkern
die Pedalbetätigungskraft
bei der erfindungsgemäßen Lösung im
Normalbremsfall, das heißt
bei voller Funktionsfähigkeit
des Bremssystems, nicht an den Primärkolben weitergeleitet. Vielmehr
ist es erforderlich, mittels des elektromagnetischen Aktuators eine
Betätigungskraft
zu erzeugen. So kann der Aktuator in Form eines Linearantriebs oder
eines rotatorischen Antriebs ausgeführt sein, dessen Rotationsbewegung über eine
Getriebeanordnung, beispielsweise einen Kugelgewindetrieb, in eine
translatorische Bewegung umgewandelt wird. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass der elektromagnetische Aktuator eine
an dem Steuerventilgehäuse
festgelegte Spule und einen vermittels der Spule relativ zu dieser
verlagerbaren magnetischen Anker aufweist. Mit dieser Ausführungsvariante
lässt sich
ein kostengünstiger,
zuverlässig
und reibungsarm arbeitender und exakt positionierbarer Bremskrafterzeuger
erzielen.
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Es
wurde im Rahmen der bisherigen Erfindungsgebeschreibung mehrfach
erwähnt,
dass das Krafteingangsglied nicht unmittelbar mechanisch mit der
Betätigungskraft-Erzeugungseinrichtung
gekoppelt ist. Um dennoch dem Fahrer den gewohnten Eindruck zu vermitteln,
dass die Bremsanlage einer Betätigung
des Bremspedals einen mechanischen Widerstand entgegensetzt, sieht
die Erfindung eine an sich bekannte Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
vor. Eine derartige Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung kann beispielsweise
in unmittelbarer Nähe
zu dem Krafteingangsglied angeordnet werden. Dies führt jedoch
im Allgemeinen zu einer erheblichen Bauraumvergrößerung der Anordnung, was der
Forderung nach Kompaktheit entgegensteht. Die Erfindung sieht zur
Vermeidung derartiger Bauraumvergrößerungen vor, dass die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung
platzsparend in dem erfindungsgemäßen Bremskrafterzeuger integriert
ist. Eine Maßnahme
zur Realisierung einer derart integrierten Lösung liegt erfindungsgemäß beispielsweise
darin, dass das Krafteingangsglied über eine Übertragungskolbenanordnung
mit der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung gekoppelt ist. Darüber hinaus
kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung über ein
Pedalgegenkraft-Hydrauliksystem mit einer Dämpferanordnung kraftübertragend
koppelbar ist. So lässt
sich die Wirkung Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung übertragen,
so dass deren Komponenten an nahezu beliebiger Stelle des Bremskrafterzeugers
positioniert werden können,
also auch dort, wo Bauraum zur Verfügung steht.
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Um
dem Fahrer ein aus herkömmlichen Bremssystemen
bekanntes Widerstandsverhalten bei der Betätigung des Bremspedals vermitteln
zu können,
sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Dämpferanordnung
eine über
einen verlagerbaren Kraftkolben komprimierbare Simulationsfeder
aufweist. Während
sich mit der Simulationsfeder eine progressive Kraftänderung
mit zunehmender Pedalbetätigung
erreichen lässt,
können
ferner auch fluidische Dämpfungsmittel
insbesondere zur Herbeiführung
einer Hysterese, die eine verzögerte
Rückbewegung
des Bremspedals nach dessen Freigabe zur Folge hat, eingesetzt werden.
Darüber
hinaus haben die fluidischen Dämpfungsmittel
die Wirkung, dass sie bei einer ausreichend schnellen Betätigung des
Bremspedals dem Fahrer ein von herkömmlichen Bremssystemen bekanntes
Widerstandsgefühl vermitteln,
und zwar in jeder Betriebssituation der erfindungsgemäßen Bremsanlage.
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Die
Erfindung sieht ferner eine elektronische Steuereinrichtung vor,
die die Pedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung überwacht,
und den elektromagnetischen Aktuator nach Maßgabe eines Ausgangssignals
der Pedalbetätigungs-Erfassungseinrichtung, vorzugsweise
unter Berücksichtigung
einer vorgegebenen Kennlinie oder eines vorgegebenen Kennlinienfeldes,
ansteuert. Aus dem Kennlinienfeld können in Abhängigkeit von herrschenden Betriebsparametern
einzelne Kennlinien ausgewählt
und der Ansteuerung des Bremskrafterzeugers zugrunde gelegt werden.
Je nach Ausbildung des Bremssystems kann erfindungsgemäß weiter
vorgesehen sein, dass die Kennlinie oder das Kennlinienfeld fest
vorgegeben oder an erfasste Betriebsparameter adaptierbar ist. So
ist es auch möglich
auf Fahrerwunsch oder in Anpassung an das ermittelte Fahrerverhalten
verschiedene das Verhalten der Bremse bestimmende Kennlinien auszuwählen oder
zu erstellen.
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Bei
einer Ausführungsvariante
kann der erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger
derart ausgebildet sein, dass das Steuerventil ein relativ zu dem Basisgehäuse verlagerbares
Steuerventilgehäuse und
ein relativ zu dem Steuerventilgehäuse verlagerbares Steuerventilelement
aufweist, wobei an dem Steuerventilgehäuse ein in dichtende Anlage
mit dem Steuerventilelement bringbarer Gehäusedichtsitz vorgesehen ist,
wobei weiter mit dem elektromagnetischen Aktuator, insbesondere
mit dem Anker, eine Steuerventilhülse gekoppelt ist, an der ein
in dichtende Anlage mit dem Steuerventilelement bringbarer Hülsendichtsitz
vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung funktioniert so, dass bei
dichtem Anliegen von Steuerventilelement und Hülsendichtsitz und gleichzeitig
voneinander getrenntem Steuerventilelement und Gehäusedichtsitz
die Arbeitskammer mit der Unterdruckkammer fluidisch verbunden ist
und dass bei dichtem Anliegen von Steuerventilelement und Gehäusedichtsitz
und bei gleichzeitig voneinander getrenntem Steuerventilelement
und Hülsendichtsitz zum
Aufbau eines Differenzdrucks zwischen der Arbeitskammer und der
Unterdruckkammer die Arbeitskammer mit der Umgebungsatmosphäre fluisch
verbunden ist.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, soll für einen Notbetriebsfall gewährleistet
sein, dass das Krafteingangsglied auch mit Komponenten des Steuerventils
unmittelbar mechanisch gekoppelt werden kann, um eine direkte Übertragung
einer Bewegung des Krafteingangsglieds auf das Steuerventil und schließlich auf
den Primärkolben
erreichen zu können.
In diesem Zusammenhang ist vorgesehen, dass zwischen dem Krafteingangsglied
oder einer mit diesem gekoppelten Komponente und einer das Steuerventil
betätigenden
Komponente, insbesondere dem Anker, ein Sicherheitsspiel vorgesehen
ist, das bei ausbleibender Verlagerung des Ankers durch die Spule
trotz Betätigung
des Bremspedals überwunden
wird. Dadurch ist die das Steuerventil betätigende Komponente, insbesondere
der Anker, mit dem Krafteingangsglied kraftübertragend koppelbar, wobei
eine durch eine Bremspedalbetätigung
induzierte weitere Verlagerung des Krafteingangsglieds unmittelbar
auf die das Steuerventil betätigende
Komponente, insbesondere den Anker, und in der Folge auf das Steuerventilgehäuse übertragen
wird. Dadurch ist es möglich,
selbst dann, wenn der Aktuator nicht ordnungsgemäß funktioniert und eine Verlagerung des
Ankers aufgrund eines Defekts ausbleibt, durch direkte mechanische
Kopplung zwischen Krafteingangsglied und Anker, das Steuerventil
zu betätigen, so
dass ein Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer
aufgebaut werden kann und unterstützt durch diesen Differenzdruck
der Primärkolben
verlagert werden kann. Dieser Fall stellt sich dann ein, wenn beispielsweise
lediglich der Aktuator defekt ist, die Vakuumquelle zum Aufbau eines
Differenzdrucks zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer
aber noch ordnungsgemäß funktioniert.
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In
einem derartigen Notbetriebsfall erfolgt – wie vorstehend bereits mehrfach
angesprochen – eine
Relativbewegung zwischen dem Krafteingangsglied oder einer mit diesem
gekoppelten Komponente und einer das Steuerventil betätigenden
Komponente, insbesondere dem Anker, unter Überwindung des Sicherheitsspiels
allerdings erst dann, wenn der durch das Druckbegrenzungsventil
vorgegebene Druckschwellenwert in der Hydraulikkammer überschritten
ist.
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Auch
in einem Notbetriebsfall, in dem sowohl der Aktuator als auch die
Vakuumquelle ausgefallen ist, so dass selbst eine mechanische Betätigung des Steuerventils
zu keiner nennenswerten Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer
und der Unter druckkammer führen
würde,
lässt sich
der erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger
vollmechanisch bedienen. In diesem Betriebszustand wird schließlich auch
die Ventilhülse
nach Überwindung
des Sicherheitsspiels soweit verschoben, bis die unmittelbar mit dem
Primärkolben
oder einer mit dieser gekoppelten Komponente mechanisch gekoppelt
ist und jede weitere Verlagerung der Ventilhülse durch das Krafteingangslied
schließlich
direkt mechanisch auf den Primärkolben übertragen
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es
stellen dar:
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1 eine
schematische Übersichtsdarstellung
des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers und
der mit diesem gekoppelten Fahrzeugkomponenten und
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2 eine
vergrößerte schematische Schnittansicht
des Bremskrafterzeugers.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Bremsanlage
schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet.
Diese umfasst einen Bremskrafterzeuger 12 und einen mit
diesem gekoppelten Hauptbremszylinder 14. Der Hauptbremszylinder 14 kommuniziert
in herkömmlicher
Weise mit einem Bremssystem 16, das über eine elektronische Steuereinheit 18 gesteuert
ist. Die elektronische Steuereinheit 18 erhält dabei
Signale von verschiedenen Regelsystemen innerhalb des Fahrzeugs,
wie beispielsweise einem elektronischen Stabilitätsprogramm und einem Antiblockiersystem 20,
einem automatischen Abstandshaltesystem (cruise control) 22 oder
dergleichen. Die von diesen Programmen zu der elektronischen Steuereinheit 18 fließenden Signale
werden ausgewertet und zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers 12 genutzt.
Darüber
hinaus erhält
die elektronische Steuereinheit 18 Signale von einem Drehwinkelsensor 24,
der die aktuelle Stellung eines Bremspedals 26 erfasst
und damit ein der aktuellen Pedalbetätigung entsprechendes Signal
bereitstellt. Nach Maßgabe
des die aktuelle Pedalbetätigung
charakterisierenden Signals steuert die elektronische Steuereinheit 18 den
Bremskrafterzeuger 12 an, dessen Aufbau und Funktionsweise
im Folgenden erläutert
wird.
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Der
erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger 12 besteht
in seiner Grundstruktur aus zwei Modulen, nämlich zum einen aus dem Hauptbremszylinder 14 und
zum anderen aus einem Bremskrafterzeugergehäuse 28, in das der
Hauptbremszylinder 14 eingesetzt und mit dem es lösbar verbunden
ist. In dem in 1 rechten Teil des Bremskrafterzeugers 12,
insbesondere des Gehäuses 28,
mündet
ein stangenförmig
ausgebildetes Krafteingangsglied 30. In diesem Bereich
ist ein Steuerventil 32 vorge sehen. Das Steuerventil 32 umfasst
ein Steuerventilgehäuse 34, das
relativ zu dem Gehäuse 28 verlagerbar
ist. Innerhalb des Steuerventilgehäuses 34 ist eine relativ
zu diesem verlagerbare Ventilhülse 36 vorgesehen.
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Der
Bremskrafterzeuger 12 umfasst ferner eine innerhalb des
Gehäuses 28 angeordnete
Kammeranordnung mit einer Unterdruckkammmer 38 und einer
Arbeitskammer 40, die über
eine bewegliche Wand 42 dicht voneinander getrennt sind.
Die bewegliche Wand 42 ist zur gemeinsamen Bewegung mit
dem Steuerventilgehäuse 34 gekoppelt.
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In
dem Steuerventilgehäuse 34 ist
eine elektrisch ansteuerbare Spule 46 eines elektromagnetischen
Aktuators 48 angeordnet. Der Aktuator 48 umfasst
ferner einen relativ zu dem Steuerventilgehäuse 34 sowie zu der
Spule 46 in Richtung der Längsachse A des Bremskrafterzeugers 10 verlagerbaren
magnetischen Anker 50 der integral mit der Ventilhülse 36 ausgebildet
ist. Darüber
hinaus ist der Anker 50 bzw. die Ventilhülse 36 mit
einer axialen Durchgangsbohrung versehen, in der sich ein Übertragungskolben 52 verschiebbar
erstreckt. Der Anker 50 ist über eine Feder 54 in
die in 1 gezeigte Stellung vorgespannt. Die Feder 54 stützt sich
mit ihrem einen Ende an der beweglichen Wand 42 ab und
mit ihrem anderen Ende an einem inneren Flansch 55 an dem Anker 50.
An seinem in 1 rechten Ende weist der Übertragungskolben 52 einen
Aufnahmekolbenabschnitt 57 auf, der das Krafteingangsglied 30 kraftübertragend
aufnimmt.
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Zwischen
der rechten Stirnfläche
des Flansches 55 und der linken Stirnfläche des Aufnahmekolbenabschnitts 57 ist
ein Sicherheitsspiel s vorgesehen, das erst überwunden werden muss, bevor
der Aufnahmekolbenabschnitt 57 in Anlage mit dem Flansch 55 gelangt.
Ferner ist zwischen der linken Stirnfläche des Ankers 50 und
dem diesen gegenüberliegenden
Abschnitt der beweglichen Wand 42 ein weiteres Spiel r
vorgesehen, das erst überwunden werden
muss, bevor eine mechanische Kopplung von Anker 50 und
beweglicher Wand 42 und damit von Anker 50 und
Primärkolben 64 vorliegt.
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Die
Ventilhülse 36,
das Steuerventilgehäuse 34 und
ein relativ zu diesen verlagerbares Ventilelement 58 bilden
das eigentliche Steuerventil 22. In dem in 1 gezeigten
Zustand liegt die Ventilhülse 36 mit
ihrem dem Ventilelement 58 zugewandten Hülsendichtsitz 60 an
dem Ventilelement 58 an. Ferner ist in diesem Zustand ein
an dem Steuerventilgehäuse 34 ausgebildeter
Gehäusedichtsitz 62 von
dem Ventilelement 58 abgehoben. In dem in 1 gezeigten
Zustand verbindet das Steuerventil 32 die Unterdruckkammer 38 mit
der Arbeitskammer 40. Die Unterdruckkammern 38 ist
dabei mit einer Unterdruckquelle gekoppelt, nämlich mit einer gesondert ausgebildeten
Vakuumpumpe 63, die angesteuert über die elektronische Steuereinheit 18 von
einem Elektromotor 65 angetrieben wird. Das Krafteingangsglied
wird über
eine Rückstellfeder 56 in
die in 1 gezeigte Stellung vorgespannt.
-
Der Übertragungskolben 52 erstreckt
sich mit seinem in 1 linken Ende in einen Primärkolben 64 hinein,
der mit einer axialen Durchgangsbohrung ausgeführt ist. Der Primärkolben 64 ist
dichtend in einer einseitig offenen Bohrung 66 geführt, die
in dem Zylindergehäuse 14 ausgebildet
ist. In der Durchgangsbohrung des Primärkolbens 64 ist ein Betätigungskolben 68 verlagerbar
geführt.
Auch der Betätigungskolben 68 weist
eine einseitig offene Bohrung 70 auf, die mit einem in
dieser verlagerbaren und am linken Ende des Übertragungskolbens 52 integral
ausgebildeten Trennkolben 72 verschlossen ist. Der Trennkolben 72 schließt mit dem
Betätigungskolben 68 eine
Hydraulikkammer 74 ein. Der Betätigungskolben 68 liegt über einen
Anschlagstift 75, der durch einen im Primärkolben 64 vorgesehenen
Langlochschacht 73 hindurch geführt ist, an einer Durchmesserstufe
im Inneren des Zylindergehäuses 14 an.
Er ist dadurch an einer Axialbewegung in 1 nach rechts
gehindert.
-
Die
Hydraulikkammer 74 ist über
einen Verbindungskanal 76 mit einem in dem Zylindergehäuse 18 ausgebildeten
Fluidkanal 80 fluidisch verbunden. Der Fluidkanal 80 führt über eine
Fluidleitung 78 mit einer mit der elektronischen Steuereinheit 18 gekoppelten
Druckmesseinrichtung 79 zu einer schematisch gezeigten
elektromagnetischen Schaltventilanordnung 82. Diese ist
von der elektronischen Steuereinheit 18 ansteuerbar und
befindet sich in dem in 1 gezeigten Zustand in ihrer
Passivstellung, die sie aufgrund einer Vorspannfeder selbsttätig einnimmt.
Bei Bestromung der Schaltventilanordnung 82 über die
elektronische Steuereinheit 18 lässt sich die Schaltventilanordnung 82 in
ihre Aktivstellung überführen. Die
Schaltventilanordnung 82 ist mit zwei Leitungszweigen gekoppelt.
In der Passivstellung ist die Fluidleitung 78 mit einem Überdruckventil 84 fluidisch
verbunden, das eine Fluidströmung
aus der Hydraulikkammer 74 solange blockiert, bis ein Druckschwellenwert
erreicht ist, bei dem sich das Überdruckventil 84 öffnet. In
der Aktivstellung lässt
die Schaltventilanordnung 82 eine Fluidströmung aus der
Hydraulikkammer 74 über
die Fluidleitung 78 in eine sich an die Schaltventilanordnung 82 anschließenden Fluidleitung 86 zu.
In der Fluidleitung 86 ist eine Drosseleinrichtung 88 angeordnet.
Ferner zweigt von der Fluidleitung 86 ein Leitungszweig 90 zu
einem drucklosen Hydraulikfluidreservoir 92 ab. Vor dem
Hydraulikfluidreservoir 92 sind eine Drosseleinrichtung 94 und
eine Trennventilanordnung 96 angeordnet. Die Trennventilanordnung 96 ist über eine
Vorspannfeder in die in 1 gezeigte Passivstellung vorgespannt,
in der sie die Fluidleitung 86 mit dem Hydraulikfluidreservoir 92 fluidisch
verbindet. Die Trennventilanordnung 96 kann durch Bestromung
vermittels der elektronischen Steuereinheit 18 in ihre
Aktivstellung umgeschaltet werden, in der sie die Fluidleitung 86 von
dem Hydraulikfluidreservoir 92 fluidisch trennt.
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Die
Fluidleitung 86 mündet
schließlich
in eine Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 100. Die Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 100 ist
integral in dem Zylindergehäuse
des Hauptbremszylinders 14 ausgebildet. Sie umfasst einen
Simulationskolben 102, der gegen den Widerstand einer Simulationsfeder 104 verlagerbar
ist und dadurch einer durch eine Betätigung des Bremspedals 26 bedingten
Bewegung des Übertragungskolbens 52 einen Widerstand
entgegensetzt.
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Es
ist noch nachzutragen, dass in der Fluidleitung 86 parallel
zu dem Überdruckventil 84 sowie parallel
zu der Drosseleinrichtung 88 und in dem Leitungszweig 90 parallel
zu der Drosseleinrichtung 94 jeweils Rückschlagventile angeordnet
sind, die in bestimmten Betriebssituationen eine unerwünschte Fluidströmung zu
der Hydraulikkammer 74 blockieren.
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Wendet
man sich wiederum dem Aufbau des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers 12 zu,
wie er in 1 dargestellt ist, so erkennt
man in dieser Darstellung, dass in dem Zylindergehäuse 14 neben dem
Primärkolben 64 ferner
ein Sekundärkolben 106 verschiebbar
aufgenommen ist. Der Primärkolben 64 begrenzt
zusammen mit der Begrenzungswand der Bohrung 66 und dem
Sekundärkolben 106 sowie dem
in 1 linken Ende des Betätigungskolbens 68 eine
Primärdruckkammer 108.
Der Sekundärkolben 106 begrenzt
zusammen mit der Begrenzungswand der Bohrung 66 eine Sekundärdruckkammer 110. Primärkolben
und Sekundärkolben
sind über
Rückstellfedern 112 und 114 in
die in 1 gezeigte Position vorgespannt.
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Schließlich ist
in 1 noch ein Positionssensor 116 gezeigt.
Der Positionssensor 116 weist einen in 1 nach
rechts federvorgespannten Stößel 118 auf,
der mit seinem freien Ende stets an der beweglichen Wand 42 anliegt
und deren aktuelle Position erfasst.
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Im
Folgenden soll unter Bezugnahme auf 1 die Funktionsweise
des erfindungsgemäßen Bremskrafterzeugers 12 erörtert werden.
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In
Folge einer Betätigung
des Bremspedals 26 wird das Krafteingangsglied 30 mit
der Kraft F beaufschlagt und gegenüber der in 1 gezeigten Ausgangsstellung
entlang der Längsachse
A des Bremskrafterzeugers verlagert. Die Bremspedalbetätigung wird
bei voller Funktionsweise aller Komponenten – also in einer Normalbetriebssituation – unmittelbar
von dem in 1 gezeigten Drehwinkelsensor 24 erfasst
und an die elektronische Steuereinheit 18 weitergeleitet.
Diese steuert die Spule 46 an und bestromt diese nach Maßgabe vorgegebener Kennlinien
und ggf. unter Berücksichtigung
weiterer Parameter, beispielsweise von dem Stabilitätsprogramm
bzw. dem Antiblockiersystem 20 oder der Abstandskontrolleinrichtung 22.
Durch die Bestromung der Spule 46 baut sich in dieser ein
Magnetfeld auf, welches den Anker 50 in 1 nach
links in die Spule hineinzieht. Dabei wird die Ventilhülse 36 von
dem Anker 50 mitgenommen. Das Ventilelement 58 bewegt
sich solange mit der Ventilhülse 36 mit,
bis es an dem Gehäusedichtsitz 62 zur
Anlage kommt. Sodann hebt der Hülsendichtsitz 60 von
dem Ventilelement 58 ab. In der Folge werden die Unterdruckkammer 38 von
der Arbeitskammer 40 isoliert sowie die Arbeitskammer 40 mit
der Umgebungsatmosphäre verbunden.
Es baut sich ein Überdruck
in der Arbeitskammer 40 auf, der zu einer Verlagerung des
Steuerventilgehäuses 34 entgegen
einer Kraft einer Rückstellfeder 44 führt und
damit auch zu einer Verlagerung des Primärkolbens 64 und des
Sekundärkolbens 106.
Dadurch baut sich in der Primärdruckkammer 108 und
in der Sekundärkammer 110 jeweils
ein Bremsdruck auf, der in einem an dem Bremskrafterzeuger 12 angeschlossenen
Fahrzeugbremssystem zum Abbremsen des Fahrzeugs genutzt wird. Die
bewegliche Wand 42 bewegt sich mit dem Steuerventilgehäuse 34 soweit,
bis sich beide Dichtsitze, nämlich der
Hülsendichtsitz 60 und
der Gehäusedichtsitz 62, wieder
in Anlage an dem Ventilelement 58 befinden. In diesem Zustand
ist das System im Gleichgewicht und es tritt ohne äußere Einwirkung
keine weitere Änderung
mehr ein.
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Wie
vorstehend dargelegt, erfolgt die Betätigung des Steuerventils 32 durch
eine Verlagerung des Ankers 50, der über die in der Spule 46 erzeugte Magnetkraft
entlang der Längsachse
A bewegt wird. Die Bewegung des Krafteingangsglieds 30 und
die diese initiierende Kraft F wird allerdings in dem in 1 gezeigten
betätigten
Zustand nicht auf den Anker 50 übertragen. Vielmehr wird diese
Bewegung des Krafteingangsglieds 14 auf den Übertragungskolben 52 übertragen.
Der Übertragungskolben 52 wird
in der Folge innerhalb des Primärzylinders 64, insbesondere
innerhalb der einseitig offenen Bohrung 70 des Betätigungskolbens 68 verlagert
und verschiebt dabei den Trennkolben 72 in 1 nach links,
wobei der Betätigungskolben 68 wegen
des in der Primärdruckkammer 108 herrschenden
Hydraulikdrucks relativ zu dem Gehäuse 28 in seiner Position
verharrt.
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Durch
die Bewegung des Trennkolbens 72 wird Hydraulikfluid aus
der Hydraulikkammer 74 über den
Verbindungskanal 76 und den Fluidkanal 80 zu der
elektromagnetischen Schaltventilanordnung 82 gefördert. Die
elektromagnetische Schaltventilanordnung 82 wird infolge
der erfassten Pedalbetätigung von
der elektronischen Steuereinheit 18 in ihre Aktivstellung
geschaltet, in welcher sie eine Fluidströmung aus der Hydraulikkammer 74 zulässt. Ferner wird
die Trennventilanordnung 96 infolge der erfassten Pedalbetätigung von
der elektronischen Steuereinheit 18 in ihre Aktivstellung
geschaltet, in welcher sie eine Fluidströmung aus der Hydraulikkammer 74 in
das Fluidreservoir 92 blockiert. Demnach kann das aus der
Hydraulikkammer 74 gedrückte
Hydraulikfluid nicht in das Hydraulikfluidreservoir 102 strömen, sondern
wird gegen den Widerstand der Pedalgegenkraft-Simulationsvorrichtung 100 in
diese gefördert.
Dabei wird der Simulationskolben 102 unter Komprimierung
der Simulationsfeder 104 verschoben.
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Wird
das Bremspedal von dem Fahrer wieder freigegeben, so bewegt sich
das System in die 1 gezeigte Stellung zurück. Das
Krafteingangsglied 30 wird dabei aufgrund der Wirkung der
Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 100 und weiterer Rückstellfedern
in seine Ausgangsstellung zurück bewegt.
Diese Rückstellbewegung
erfolgt jedoch wegen der Drosseleinrichtung 88 mit Hysterese.
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Die
vorstehend geschilderten Phasen der Bremskrafterzeugung erfolgen
stets unter Aufrechterhaltung des Sicherheitsspiel s, sofern man
von geringen verzögerungsbedingten
Schwankungen absieht. Das Sicherheitsspiel r wird jedoch auf Grund der
aktuatorbedingten Verlagerung des Ankers verändert und bei sehr starker
Bremsung eventuell sogar aufgebraucht.
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Während der
Ansteuerung des Aktuators 48 erfasst die elektronische
Steuereinheit 18 permanent über den Positionssensor 116 die
aktuelle Position der beweglichen Wand 42. Dadurch kann
die Ist-Position des Steuerventilgehäuses 34 erfasst werden und
mit einer durch die Pedalbetätigung
vorgegebenen Soll-Position verglichen werden. Bei einer Abweichung
von Ist-Position und Soll-Position, beispielsweise aufgrund einer
Veränderung
der Pedalstellung durch den Fahrer oder aufgrund anderer äußerer Einflüsse, steuert
die elektronische Steuereinheit 18 den Aktuator 48 korrigierend
an. Im Falle einer Notbremsung, bei welcher das Bremspedal 26 schnell
und mit großer
Betätigungskraft
vom Fahrer niedergedrückt
wird, kann die elektronische Steuereinheit 18 den Aktuator 48 auch überproportional stark
bestromen, um schnell eine hohe Druckdifferenz in der Kammeranordnung
aufzubauen und um in der Folge eine für die Notbremsung hinreichend
große
Bremskraft mit dem Bremskrafterzeuger 12 zu erzeugen.
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Die
vorstehende Beschreibung zeigt, dass im Normalbetrieb die auf das
Krafteingangsglied ausgeübte
Bestätigungskraft
F lediglich eine Verlagerung des Übertragungskolben 52 und
in der Folge einer hydraulischen Übertragung eine Bewegung des Simulationskolbens 102 bewirkt,
jedoch keinerlei unmittelbare Wirkung auf die Komponenten des Steuerventils 32 hat.
Die den Primärkolben 64 verlagernde Betätigungskraft
wird vielmehr durch Aktivierung des Aktuators 48 und Verlagerung
des Ankers 50 initiiert, wodurch das Steuerventil 32 betätigt wird,
um eine Druckdifferenz in der Kammeranordnung zu erzielen. Aufgrund
dieser Druckdifferenz verlagert sich das Steuerventilgehäuse 34 und
mit diesem der Primärkolben 64 sowie
der Sekundärkolben 106.
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Im
Folgenden soll eine Notfallbetriebssituation erläutert werden, in der der erfindungsgemäße Bremskrafterzeuger 12 trotz
eines Defekts an einer oder mehreren Komponenten weiter funktioniert:
Eine
Notfallbetriebssituation tritt beispielsweise dann auf, wenn die
Spule 46 nicht mehr ordnungsgemäß angesteuert wird. Dies kann
beispielsweise daran liegen, dass der Drehwinkelsensor 22 defekt
ist oder ein Defekt im Bordnetz des Fahrzeugs auftritt. Dieser Defekt
führt dazu,
dass die elektronische Steuereinheit 18 die Schaltventilanordnung 82 nicht
in ihre Aktivstellung überführt. Bei
einem derartigen fehlerhaften Betriebszustand kann das Steuerventil 32 nicht mehr über den
Aktuator 48 betätigt
werden. Dennoch lässt
sich mit dem erfindungsgemäßen Bremskrafterzeuger 12 eine
hinreichend gute Bremswirkung erzielen. Bei einer Bremspedalbetätigung wird
das Krafteingangsglied 30 in 1 nach links
verlagert. In der Folge wird der Übertragungskolben 52 entlang der
Längsachse
A in 1 nach links verlagert. Da jedoch die Schaltventilanordnung 82 von
der elektronischen Steuereinheit 18 nicht angesteuert wird
und so in der in 1 gezeigten Passivstellung verharrt, kann
das in der Hydraulikkammer 74 eingeschlossene Hydraulikfluid
nicht entweichen. Aufgrund der Inkompressibilität des Hydraulikfluids kommt
es durch die in der Hydraulikkammer 74 eingeschlossenen Flüssigkeitssäule zunächst zu
einer unmittelbaren hydromechanischen Kraftkopplung zwischen Übertragungskolben 52 und
Betätigungskolben 68,
der über
den Verbindungszapfen 75 schließlich den Primärkolben 64 in
dem Zylindergehäuse 14 verlagert. So
wird die Bremspedalbetätigung
zunächst
unmittelbar und ohne Überwindung
des Leerspiels s auf den Primärkolben 64 über tragen,
was zu einem zuverlässigen
und schnellen Ansprechen der Bremsanlage 10 im Notbetriebsfall
führt.
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Durch
die Bremspedalbetätigung
kommt es in einer derartigen Notbetriebssituation auch zu einem
starken Druckanstieg innerhalb der Hydraulikkammer 74. Übersteigt
der innerhalb der Hydraulikkammer 74 herrschende Druck
den durch das Druckbegrenzungsventil 84 vorgegebenen Druckschwellenwert,
so kann unter der Wirkung der Kraft F auf das Krafteingangsglied 30 Hydraulikfluid
aus der Hydraulikkammer 74 über die Schaltventilanordnung 82,
das Druckbegrenzungsventil 84 und das Trennventil 96 in
das Reservoir entweichen. Dadurch kommt es zu einer Relativverlagerung
des Übertragungskolbens 52 zu
dem Betätigungskolben 68,
wobei weiterhin der durch das Druckbegrenzungsventil 84 vorgegebene
Druckschwellenwert als Druck in der Hydraulikkammer 74 herrscht.
Bei weiterer starker Kraftbeaufschlagung des Krafteingangsglieds 30,
so dass der Druckschwellenwert überschritten
wird, bewegt sich der Übertragungskolben 52 weiter
relativ zu dem Betätigungskolben 68 und
auch weiter relativ zu der aufgrund des Ausfalls des Aktuators unbetätigten Ventilhülse 36.
Dabei wird das Sicherheitsspiel s überwunden, bis schließlich der
Aufnahmekolbenabschnitt 57 an dem Flansch 55 zur
Anlage kommt. Sodann sind der Übertragungskolben 52 und
damit auch das Krafteingangsglied 30 mit der Ventilhülse 36 kraftübertragend
verbunden. Eine weitere Verlagerung des Krafteingangsglieds 30 in 1 nach links
führt demnach
auch zu einer Verlagerung der Ventilhülse 36, so dass sich
der Hülsendichtsitz 60 von
dem Ventilelement 58 abhebt. In der Folge kommt es zu der
vorstehend bereits geschilderten Konstellation, in der sich eine
Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer 38 und der
Arbeitskammer 40 ausbilden kann. Funktioniert die mit der Unterdruckkammer
gekoppelte Vakuumquelle noch korrekt, so kommt es aufgrund dieser
mechanischen Verlagerung der Ventilhülse 36 zum Aufbau
einer Druckdifferenz zwischen der Arbeitskammer 40 und der
Unterdruckkammer 38, die eine Verlagerung der beweglichen
Wand 42 nach sich zieht und in der Folge eine Verlagerung
des Primärkolbens 68.
Das Steuerventil 32 wird in diesem Zustand, in dem der Aktuator 48 ausgefallen
ist, demnach nach Überwindung
des Sicherheitsspiels s mechanisch betätigt.
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In
der vorstehend beschriebenen Notbetriebssituation, in der lediglich
der Aktuator, nicht jedoch die Vakuumquelle ausgefallen ist, lässt sich also
zunächst
durch die hydromechanische Kopplung von Betätigungskolben 68 und Übertragungskolben 52 eine
unmittelbare Mindestbremswirkung erzielen, die durch die Höhe des Druckschwellenwerts bestimmt
ist. In der Folge lässt
sich dann nach Überwindung
des Sicherheitsspiels s in herkömmlicher Weise
eine pneumatische Bremskrafterzeugung erzielen. Dies gilt auch für einen
Fall, in dem auch die Vakuumquelle ausgefallen ist, jedoch noch
hinreichend Unterdruck in der Unterdruckkammer 38 herrscht,
um eine Bremskraftverstärkung
zu erzielen. So ist es beispielsweise möglich, selbst bei ausgefallener
Vakuumquelle noch drei bis vier Bremsvorgänge vorzunehmen, bis keine
hinreichende Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer 38 und
der Arbeitskammer 40 mehr einstellbar ist.
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Selbst
in Notbetriebssituationen, in denen auch die Vakuumquelle ausgefallen
ist und das zur Verfügung
stehende Vakuum "aufgebraucht" ist, lässt sich
mit dem erfindungsgemäßen Bremskrafterzeuger 12 auch
eine rein mechanische Bremsung durchführen. Wiederum wird in derartigen
Fällen
zunächst nach Überschreiten
des Druckschwellenwertes in der Hydraulikkammer 74 das
Sicherheitsspiel s aufgebraucht, so dass es zu einer gegenseitigen
Anlage von Flansch 55 und Aufnahmekolbenabschnitt 57 kommt
und damit zu einer mechanischen Kopplung von Ventilhülse 36 und
Krafteingangsglied 30. In der Folge wird – wie vorstehend
bereits beschrieben - bei weiterer Verlagerung des Krafteingangsglieds 30 in 1 nach
links die Ventilhülse 36 in 1 nach links
verlagert, so dass auch das Spiel r aufgebraucht wird. Schließlich kommt
die Ventilhülse 36 mit
Ihrer in 1 linken Stirnfläche in gegenseitige
Anlage mit der beweglichen Wand 42, so dass sich eine direkte mechanische
Kopplung zwischen dem Krafteingangsglied 30 und dem mit
der beweglichen Wand gekoppelten Primärkolben 64 unter Vermittlung
des Aufnahmekolbenabschnitts 57 und der Ventilhülse 36 einstellt.
Eine bei einer derartigen mechanischen Kopplung weitergehende Verlagerung
des Krafteingangsglieds 30 in 1 nach links
führt demnach
zu einer unmittelbaren Verlagerung des Primärkolbens 64 und damit
zu einer unmittelbaren Übertragung
der Pedalbetätigungskraft
auf den Primärkolben 64.
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Im
Folgenden soll kurz auf 2 eingegangen werden. 2 zeigt
eine Möglichkeit
zur kompakten Ausführung
von Schaltventilanordnung 82 und Trennventilanordnung 96.
Die Ventilanordnung aus 2 ist in dem Zylindergehäuse 14 ausgebildet und
umfasst eine Spule 124 mit einem darin verschiebbaren Anker 126,
der fest mit einem Ventilstössel 128 gekoppelt
ist. Der Ventilstössel 128 weist
einen Umfangsflansch 130 auf, an dem ein Ende einer Rückstellfeder 132 anliegt.
Das andere Ende der Rückstellfeder 132 liegt
an einem Gegenflansch 134 einer in dem Zylindergehäuse 14 festgelegten
Ventilbuchse 136 an, wobei der Ventilstössel 128 mit großzügigem Spiel
durch eine Durchgangsöffnung 137 in dem
Gegenflansch 134 hindurch geführt ist. Der Ventilstössel 128 weist
in seinem mittleren Bereich einen sich konisch aufweitenden Abschnitt 139 auf,
der der Durchgangsöffnung 137 zugewandt
ist, und an seinem freien Ende einen Dichtzapfen 138 auf,
der mit einem Ventilsitz 140 eines Ventilelements 142 zusammenwirkt.
Das Ventilelement 142 ist abgedichtet in der Ventilbuchse 136 aufgenommen.
Die Ventilbuchse 136 bildet zwei Kammern aus, nämlich eine Vorkammer 144,
die über
die Fluidleitung 80 mit der Hydraulikkammer 74 und über die
Fluidleitung 86 mit der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 100 kommuniziert,
und eine Abflusskammer 148, die über den Leitungszweig 90 mit
dem drucklosen Hydraulikfluidreservoir 92 kommuniziert.
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Je
nach Ankerstellung können
die vorstehend beschriebenen Zustände von Schaltventilanordnung
und Trennventilanordnung erreicht werden.
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In
der in 2 gezeigten Stellung ist die Spule 124 nicht
bestromt. Durch die Rückstellfeder 132 wird
der Ventilstössel 124 mit
seinem Dichtzapfen 138 gegen den Dichtsitz 140 gedrückt und
verhindert ein Ausströmen
von Hydraulikfluid aus der Hydraulikkammer 74. Bei hinreichend
hohem Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 74, d.h. bei Überschreiten
eines Druckschwellwerts in der Hydraulikkammer 74, wird
der Ventilstössel 124 mit
seinem Dichtzapfen 138 von dem Dichtsitz 140 gegen
die Federwirkung der Rückstellfeder 132 abgehoben,
so dass das Hydraulikfluid durch die Durchgangsöffnung 137 hindurchströmen und
in das Reservoir 92 abströmen kann. Der in 2 gezeigte
Zustand ist die Passivstellung der kombinierten Ventilanordnung, die
bei nicht betätigtem
Bremspedal, im Ruhebetrieb sowie in Notbetriebssituationen vorliegt.
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Bei
Bestromung der Spule 124 wird der Anker 126 und
mit diesem der Ventilstössel 124 in
Richtung von Pfeil P verlagert (nicht gezeigt), bis der konische
Bereich 144 in dichtende Anlage mit der Durchgangsöffnung 137 gelangt
und die Vorkammer 144 von der Abflusskammer trennt. Ferner
ist in diesem Zustand der Dichtzapfen 138 von dem Dichtsitz 140 abgehoben.
In diesem bestromten Zustand kann Fluid auch bei geringem Druck
aus der Hydraulikkammer 74 in die Vorkammer 144 und
von dieser zu der Pedalgegenkraft-Simulationseinrichtung 100 strömen. Dieser
in 2 nicht gezeigte Zustand ist die Aktivstellung
der kombinierten Ventilanordnung, die bei betätigtem Bremspedal vorliegt.
-
Es
sei angemerkt, dass die in 2 gezeigte Ventilanordnung
noch mit Lippendichtungen 150 und 152 ausgeführt ist,
die als Rückschlagventile
wirken. An diesen kann in Überdrucksituationen
Hydraulikfluid in 2 jeweils in Richtung von links
nach rechts (entgegen der Aufstellrichtung) Hydraulikfluid vorbeiströmen; in
entgegengesetzter Richtung wird eine Hydraulikfluidströmung jedoch
blockiert.
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Durch
die Bereitstellung der Ventilanordnung lässt sich erfindungsgemäß das Problem
auf erstaunlich einfache Weise verhindern, dass Leerwege in einer
Notbetriebssituation überwunden
werden müssen.
Erfindungsgemäß lässt sich
also durch hydromechanische Effekte eine selbst im Notbetriebsfall
schnell ansprechende Bremsanlage bereitstellen.