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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Bremssystem für ein Fahrzeug
nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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Durch
die Definition Brake-by-Wire-Bremssystem wird ein so genanntes Fremdkraftbremssystem
beschrieben, bei dem ohne eine direkte Übertragung der
Muskelkraft des Fahrers auf das bremsmomenterzeugende Element mit
einem Bremskraftverstärker das erforderliche Bremsmoment
erzeugt wird. Solche Brake-by-Wire-Bremssysteme weisen in der Regel
einen Pedalsimulator auf, der während der Brake-by-Wire-Betriebsart
aktiv ist und dem Fahrer eine dem Bremsvorgang entsprechende Pedalcharakteristik
(Kraft-Wegkennlinie) simuliert. Bei einem Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart
wird der Pedalsimulator in der Regel überbrückt
und damit wirkungslos. Bremsanlagen, bei denen die Fußkraft
zusätzlich zu einer von einem Bremskraftverstärker
erzeugten Verstärkungskraft eingesetzt wird, sind so genannte
Hilfskraftbremsanlagen, die im Pkw-Sektor weit verbreitet sind.
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In
der Offenlegungsschrift
WO
2005/014351 A1 wird eine so genannte Brake-by-Wire-Bremsanlage
beschrieben. Die beschriebene Bremsanlage wird durch eine Bremsbetätigungseinheit
betätigt, die einen Bremskraftverstärker, der
als Unterdruckbremskraftverstarker ausgeführt ist, einen
dem Bremskraftverstärker nachgeschalteten Hauptbremszylinder, Mittel
zum Erfassen eines Fahrerverszögerungswunsches und einen
Pedalwegsimulator umfasst. Der Bremskraftverstärker kann
sowohl mittels eines Bremspedals als auch mittels einer elektronischen Steuereinheit
fahrerwunschabhängig betätigt werden, wobei Mittel
vorhanden sind, die eine kraftübertragende Verbindung zwischen
dem Bremspedal und dem Bremskraftverstärker während
der Brake-by-Wire-Betriebsart ent koppeln. Der Pedalwegsimulator
simuliert während der Brake-by-Wire-Betriebsart unabhängig
von einer Betätigung des Bremskraftverstärkers
eine auf das Bremspedal wirkende Rückstellkraft, wobei
der Pedalwegsimulator während der Brake-by-Wire-Betriebsart
bei der Entkopplung der kraftübertragenden Verbindung zwischen
dem Bremspedal und dem Bremskraftverstärker zuschaltbar
ist und außerhalb der Brake-by-Wire-Betriebsart abschaltbar
ist. Das Zu- bzw. Abschalten des Pedalwegsimulators erfolgt durch
elektromechanische, elektrohydraulische oder pneumatische Schaltmittel.
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In
der
US-Patentschrift
6,634,724 B2 wird ein herkömmliches Bremssystem
mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker beschrieben.
Bei dem beschriebenen durch einen Elektromotor angetriebenen Bremskraftverstärker
wird im Betrieb die Drehbewegung des Elektromotors in eine translatorische
Bewegung zur Verstärkung der Bremskraft umgesetzt. Die
Umsetzung der Rotation in eine Translation erfolgt durch eine Ritzel/Zahnstangenkombination.
Der beschriebene Bremskraftverstärker ist Teil eines Hilfskraftbremssystems,
bei dem die eigentliche Bremskraft durch eine Summation aus einer
Pedalkraft, die vom Fahrer aufgebracht wird, und einer Hilfskraft
erzeugt wird, die durch den Bremskraftverstärker aufgebracht
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Bremssystem mit den Merkmalen
des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass während einer ersten Betriebsart, vorzugsweise
einer Break-by-Wire-Betriebsart, der Bremskraftverstärker
gesteuert von einer Auswerte- und Steuereinheit eine Fremdkraft
erzeugt, die auf einen Kolben des Hauptbremszylinders wirkt, wobei
eine erste Übertragungsvorrichtung, die Teil einer Aktuatoreinheit
ist, gesteuert von der Auswerte- und Steuereinheit das Bremspedal
in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien während
der ersten Betriebsart vom Kolben des Hauptbremszylinders mechanisch
entkoppelt, oder das Bremspedal so mit dem Kolben des Hauptbremszylinders
koppelt, dass die am Bremspedal erzeugte Pedalkraft wenigstens teilweise
zusätzlich auf den Kolben des Hauptbremszylinders wirkt.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ermöglicht
in vorteilhafter Weise Zwischenzustände zwischen einem
reinen Fremdkraftbremssystem und einem Hilfskraftbremssystem. Durch
die Möglichkeit, dass im Falle eines Teilausfalls der Brake-by-Wire-Betriebsart
oder im Falle von Fading, d. h. bei einem Reibwertverlust bzw. Bremsmomentverlust
zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe aufgrund hoher Temperatur,
ein zusätzlicher Betrag an Bremskraft, zur Unterstützung des
Bremssystems vom Fahrer aufgebracht werden kann, ist eine „Mischbremsung"
möglich. Somit kann im Bedarfsfall gezielt die Muskelkraft
des Fahrers eingesetzt werden. Zudem kann durch einen Pedalsimulator
noch eine der Abbremsung entsprechende Rückkopplung an
den Fahrer realisiert werden. Gegenüber einer reinen Brake-by-Wire-Bremsanlage besteht
der Vorteil, dass die Fußkraft des Fahrers nicht nur bei
einem vollständigen Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart
eingesetzt wird, sondern auch bei einem teilweisen Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart,
der durch einen Spannungsabfall, Spannungsschwankungen, Überhitzung
usw. verursacht werden kann, und bei Fading eingesetzt werden kann.
Des Weiteren können anfallende Leerwege des Bremspedals
bei der Überbrückung des Pedalsimulators in vorteilhafter
Weise vermieden werden.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
des im unabhängigen Patentanspruch angegebenen Bremssystems
möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das Bremspedal mit dem Pedalsimulator und
mit der ersten Übertragungsvorrichtung gekoppelt ist, die
beispielsweise als Arretiervorrichtung oder als Kraftweiche ausgeführt
ist. Der Pedalsimulator und/oder eine Sensoreinheit erfasst während
der ersten Betriebsart einen Verzögerungswunsch am Bremspedal
und ermittelt eine korrespondierende Pedalkraft und leitet das Erfassungs-
und/oder Ermittlungsergebnis an die Auswerte- und Steuereinheit
weiter, die den Bremskraftverstärker zur Erzeugung der
entsprechenden Fremdkraft ansteuert. Zudem erzeugt der Pedalsimulator
eine entsprechende haptische Rückmeldung und gibt diese
an das Bremspedal aus. Die Arretiereinrichtung stellt bei Bedarf
in vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung zwischen
dem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder her. So besteht die Möglichkeit
nicht erst die nach einem langen Leerweg die am Bremspedal erzeugte
Pedalkraft mit dem Kolben des Hauptbremszylinders zu koppeln, sondern
ohne nennenswerten Wegverlust. Der Leerweg dient während
eines Normalbetriebs zur mechanischen Entkopplung von Bremspedal
und Hauptbremszylinder. Alternativ ermöglicht die Kraftweiche
in vorteilhafter Weise eine kontinuierliche Verteilung der vom Fahrer
am Bremspedal erzeugten Pedalkraft auf den Pedalsimulator und auf
den Kolben des Hauptbremszylinders. Mit der Kraftweiche kann die
Fußkraft des Fahrers in Abhängigkeit des aktuellen
Systemzustands, d. h. in Abhängigkeit eines Normalbetriebs,
eines vollständigen Ausfalls der Brake-by-Wire-Betriebsart,
eines Teilausfalls der Brake-by-Wire-Betriebsart, bei Fading usw.,
entsprechend eingesetzt werden. Durch die Kraftweiche entstehen
ebenfalls keine Leer- bzw. Überbrückungswege bei
einer Betätigung des Bremspedals mit überbrücktem
Pedalsimulator.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems
ist der Bremskraftverstärker als elektromechanischer Bremskraftverstärkter
ausgeführt, der einen Elektromotor und eine zweite Übertragungsvorrichtung
umfasst, die das vom Elektromotor erzeugte Drehmoment mit einer
vorgebbaren Übersetzung als translatorische Fremdkraft
auf den Kolben des Hauptbremszylinder überträgt.
Die zweite Übertragungsvorrichtung ist beispielsweise als
Getriebe ausgeführt, das eine mit einem Kopplungsstempel
verbundene Zahnstange und ein Ritzet umfasst, wobei der Kopplungstempel
mit dem Kolben des Hauptbremszylinders gekoppelt ist. Das Übersetzungsverhältnis
kann beispielsweise über die Ausführung der Zahnstange
und über die Ausführung des Ritzels vorgegeben
werden. Alternativ kann die zweite Übertragungsvorrichtung
als Gewindetrieb ausgeführt werden, der eine angetriebene
Hohlwelle umfasst, in welcher der Kopplungsstempel längsbeweglich
geführt ist.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems
koppelt die Arretiervorrichtung das Bremspedal bei Bedarf so mit
dem Kolben des Hauptbremszylinders, dass die am Bremspedal erzeugte
Pedalkraft vollständig auf den Kolben des Hauptbremszylinders
wirkt. Die Arretiervorrichtung umfasst beispielsweise zwei axial
ineinander verschiebbare Hülsen, von denen die äußere
Hülse als Teil des Kopplungsstempels ausgeführt
ist, und die innere Hülse als Teil einer Kopplungsstange
ausgeführt ist, die mit dem Bremspedal verbunden ist. Zudem
ist in der inneren Hülse mindestens eine Kugel, vorzugsweise
zwei Kugeln, angeordnet, die zur Arretierung der inneren Hülse
mit der äußeren Hülse von einem in der
inneren Hülse längsbeweglich angeordneten Bolzen
aus einer Ausgangslage durch eine entsprechende Öffnung
in der inneren Hülse nach außen in entsprechende
Aufnahmemulden in der äußeren Hülse gedrückt
werden kann. Der Bolzen wird von einer Haltevorrichtung, die beispielsweise
als Elektromagnet ausgeführt ist, in einer Ausgangsstellung
gehalten, in der die Kopplungsstange mechanisch vom Kopplungsstempel
entkoppelt ist. Somit kann die inner Hülse in der Ausgangsstellung
des Bolzens und der mindestens einen Kugel mechanisch entkoppelt
innerhalb der äußeren Hülse bewegt werden,
d. h. es erfolgt in der Ausgangsstellung des Bolzens und der mindestens
einen Kugel keine Kraftübertragung von der Kopplungsstange
auf den Kopplungsstempel. Zur mechanischen Kopplung der Kopplungsstange
mit dem Kopplungsstempel deaktiviert die Auswerte- und Steuereinheit
die Haltevorrichtung, wodurch sich der Bolzen, der von einer Feder
mit Kraft beaufschlagt ist, so innerhalb der inneren Hülse
bewegt, dass die mindestens eine Kugel vom Bolzen aus ihrer Ausgangslage
nach außen in die entsprechenden Aufnahmemulden der äußeren Hülse
gedrückt wird, so dass die innere Hülse mit der äußeren
Hülse arretiert ist. Somit besteht zwischen der inneren
Hülse und der äußeren Hülse
eine formschlüssige Verbindung und es kann eine Kraftübertragung
von der Kopplungsstange auf den Kopplungsstempel und somit auf den
Kolben des Hauptbremszylinders erfolgen. In diesem Zustand kann
der Kolben des Hauptbremszylinders sowohl über das Bremspedal
als auch über den Bremskraftverstärker mit einer
Kraft beaufschlagt werden, so dass sich die Bremskraft am Kolben
des Hauptbremszylinders aus der Pedalkraft und der Bremskraft zusammensetzt.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bremssystems
koppelt die Kraftweiche das Bremspedal bei Bedarf so mit dem Kolben
des Hauptbremszylinders, dass der Anteil der am Bremspedal erzeugten
Pedalkraft, der auf den Kolben des Hauptbremszylinders wirkt, stufenlos
einstellbar ist. Das Bremspedal ist beispielsweise an einem ersten Kopplungspunkt
mit einer Kopplungsstange gekoppelt, welche die am Bremspedal erzeugte
Pedalkraft über die Kraftweiche auf den Pedalsimulator
und den Kolben des Hauptbremszylinders überträgt.
Die Kraftweiche ist beispielsweise als Hebel mit einer Führung
ausgebildet, in der ein als Schwenkpunkt wirkendes Ende der Kopplungsstange
geführt ist. Das Hebelverhältnis zwischen einem
zweiten Kopplungspunkt, an dem der Pedalsimulator über
eine erste Übertragungsstange mit der Kraftweiche gekoppelt
ist, und einem dritten Kopplungspunkt, an dem der Kolben des Hauptbremszylinders über
eine zweite Übertragungsstange mit der Kraftweiche gekoppelt
ist, kann durch Verschieben des Schwenkpunktes eingestellt werden.
Der Anteil der auf den Kolben des Hauptbremszylinders wirkenden
Pedalkraft ist über das Hebelverhältnis einstellbar.
Die Kraftweiche ermöglicht, dass die durch den Fahrer am
Bremspedal erzeugte Pedalkraft stufenlos zwischen dem Pedalsimulator
und dem Hauptbremszylinder verteilt werden kann, so dass die vom
Fahrer aufgebrachte Fußkraft vollständig, bei
einem vollständigen Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart, oder
teilweise auf den Hauptbremszylinder wirken kann. Die Verschiebung
des Schwenkpunkts kann durch einen elektrischen Aktuator bewerkstelligt
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des Bremssystems ist während einer
zweiten Betriebsart, vorzugsweise einer Notbetriebsart, das Bremspedal
mechanisch mit dem Kolben des Hauptbremszylinders gekoppelt, um
die am Bremspedal erzeugte Pedalkraft vollständig auf den Kolben
des Hauptbremszylinders zu übertragen, wobei der Pedalsimulator
während der zweiten Betriebsart deaktiviert und/oder überbrückt
ist.
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Vorteilhafte,
nachfolgend beschriebene Ausführungsformen der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
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2 zeigt
eine schematische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer als Arretierungsvorrichtung ausgeführten ersten Übertragungsvorrichtung
aus 1.
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bremssystems.
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4 zeigt
eine schematische Detaildarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer als Kraftweiche ausgeführten ersten Übertragungsvorrichtung aus 3.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente bzw. Komponenten,
welche gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bremssystem 1 eine
Aktuatoreinheit 10, die ein Bremspedal 2, einen
Pedalsimulator 4, eine als Arretiervorrichtung 5 ausgeführte
erste Übertragungsvorrichtung und einen Bremskraftverstärker
aufweist, der hier als elektromechanischer Bremskraftverstärker 12 ausgeführt
ist, einen Hauptbremszylinder 20, einen Fluidsteuerblock 30 und
mehrere Radbremsen 42, 44, 46, 48,
die über den Hauptbremszylinder 20 und den Fluidsteuerblock 30 mit
einem vorgebbaren Bremsdruck angesteuert werden. Der Hauptbremszylinder 20 ist
beispielhaft als Tandemhauptbremszylinder ausgeführt und über
entsprechende Fluidverbindungen mit einem Fluidbehälter 22,
der als Ausgleichsbehälter für das Bremsfluid
verwendet wird, und dem nachgeschalteten Fluidblock 30 verbunden. Das Bremspedal 2 ist
mit dem Pedalsimulator 4 und einer Kopplungsstange 3 verbunden,
die als Teil der Arretiervorrichtung 5 ausgeführt
ist. Der elektromechanische Bremskraftverstärker 12 umfasst
einen Elektromotor 13 und eine zweite Übertragungsvorrichtung 14,
die das vom Elektromotor 13 erzeugte Drehmoment bzw. die
erzeugte Fremdkraft über einen Kopplungsstempel 23 auf
einen Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 überträgt.
Somit kann die zweite Übertragungsvorrichtung 14 zur
Ansteuerung des Hauptbremszylinders 20 eine Drehbewegung
in eine translatorische Bewegung umwandeln und das vom Elektromotor 13 erzeugte
Drehmoment mit einem vorgebbaren Übersetzungsverhältnis
auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinder 20 übertragen. Um
ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis zu realisieren
kann die zweite Übertragungsvorrichtung 14 mehrstufig
ausgeführt werden. Zur Implementierung des elektromechanischen
Bremskraftverstärkers 12 kann ein geeigneter elektrischer
Antrieb mit einer beliebigen zweiten Übertragungsvorrichtung 14 gekoppelt
werden, so kann beispielsweise ein Schneckenradantrieb, ein Riemenantrieb,
ein Kettenantrieb usw. verwendet werden, um den Kolben 21 des
Hauptbremszylinder 20 zur Einstellung eines Bremsdrucks
entsprechend mit einer Fremdkraft zu beaufschlagen.
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Im
dargestellten ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
die zweite Übertragungsvorrichtung als Getriebe 14 ausgeführt,
das eine mit dem Kopplungsstempel 23 verbundene Zahnstange 14.1 und ein
Ritzel 14.2 umfasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Zahnstange 14.1 direkt in den Kopplungsstempel 23 integriert.
Das Übersetzungsverhältnis kann über
die Ausführung der Zahnstange 14.1 und über
die Ausführung des Ritzels 14.2 vorgegeben werden.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, ist die Zahnstange 14.1 über
den Kopplungsstempel 23 mit dem Kolben 21 des
Hauptbremszylinders 20 gekoppelt und wird während
einer ersten Betriebsart, die hier einer Brake-by-Wire-Betriebsart
entspricht, vom Elektromotor 13 über das Ritzel 14.2 angetrieben.
Während der ersten Betriebsart erfasst der Pedalsimulator 4 oder
eine nicht dargestellte Sensoreinheit einen Verzögerungswunsch
am Bremspedal 2, ermittelt eine korrespondierende Pedalkraft
und leitet das Erfassungs- und/oder Ermittlungsergebnis an die Auswerte-
und Steuereinheit 11 bzw. 11' weiter, die den
elektromechanischen Bremskraftverstärker 12 zur
Erzeugung der entsprechenden Fremdkraft ansteuert. Zusätzlich
erzeugt der Pedalsimulator 4 eine entsprechende Pedalreaktion
bzw. haptische Rückmeldung und gibt diese an das Bremspedal 2 aus.
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In
einem fehlerfreien Betrieb wird das Bremssystem 1 in einer
Brake-by-Wire-Betriebsart betrieben, d. h. die von der Muskelkraft
des Fahrers erzeugte Pedalkraft wird nicht auf das bremsmomenterzeugende
Element, hier auf den Hauptbremszylinder 20 übertragen,
sondern die Auswerte- und Steuereinheit 11 erzeugt die
erforderliche Bremskraft nur mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker 12,
wobei die Auswerte- und Steuereinheit 11 das Bremspedal 2 bei
diesem fehlerfreien Fall durch eine entsprechende Ansteuerung der
ersten Übertragungsvorrichtung mechanisch vollständig
vom Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 entkoppeln.
Zusätzlich kann die Auswerte- und Steuereinheit 11 während
eines Bremsschlupfregelvorgangs und/oder eines Bremsdruckregelvorgangs über
mindestens eine Sensoreinheit 60 einen aktuellen Bremsdruck
im Bremssystem 1 ermitteln und über den elektromechanischen
Bremskraftverstärker 12 die Bremskraft entsprechend
einstellen, um den aktuellen Bremsdruck zu erhöhen oder
zu reduzieren. Daher können verschiedene Komfort- und Sicherheitsfunktionen
implementiert werden, wie beispielsweise eine Bremsassistenzfunktion,
eine ACC-Funktion, eine Soft-Stop-Funktion, eine Hill-Hold-Funktion,
eine fahrerunabhängige Notbremsfunktion usw.
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Im
Falle eines Teilausfalls der Brake-by-Wire-Betriebsart, der beispielsweise
durch einen Spannungsabfall, durch Spannungsschwankungen, Überhitzung
usw. bewirkt werden kann, oder im Falle von Fading, d. h. bei einem
Reibwertverlust bzw. einem Bremsmomentverlust zwischen Bremsbelag
und Bremsscheibe aufgrund hoher Temperatur, steuert die Auswerte-
und Steuereinheit 11 die erste Übertragungsvorrichtung
so an, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem
Bremspedal 2 und dem Kolben 21 des Hauptbremszylinder 20 hergestellt wird.
Dadurch kann zusätzlich zu der vom Bremskraftverstarker 12 aufgebrachten
Fremdkraft eine vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft zur Unterstützung
des Bremssystems verwendet werden. Somit kann im Bedarfsfall gezielt
die Muskelkraft des Fahrers eingesetzt werden, der durch den Pedalsimulator 4 über
das Bremspedal 2 eine der Abbremsung entsprechende Rückkopplung
erhält.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist, umfasst die als Arretiervorrichtung 5 ausgeführte
erste Übertragungsvorrichtung zwei axial ineinander verschiebbare
Hülsen 5.1, 5.2, von denen die äußere
Hülse 5.1 als Teil des Kopplungsstempels 23 ausgeführt
ist, und die innere Hülse 5.2 als Teil der Kopplungsstange 3 ausgeführt
ist, die mit dem Bremspedal 2 verbunden ist. In der inneren
Hülse 5.2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel
zwei Kugeln 5.6 angeordnet, die von einem in der inneren
Hülse 5.2 längsbeweglich geführten
Bolzen 5.3 zur Arretierung der inneren Hülse 5.2 mit
der äußeren Hülse 5.1 aus der Aus gangslage
innerhalb der inneren Hülse 5.2 über korrespondierende Öffnungen
in der inneren Hülse 5,2 nach außen
in entsprechende Aufnahmemulden 5.7 in der äußeren
Hülse 5.1 gedrückt werden können.
Alternativ können mehr oder weniger als zwei Kugeln 5.6 zur
Arretierung der inneren Hülse 5.2 mit der äußeren
Hülse 5.1 verwendet werden. Währen des
fehlerfreien Betriebs wird der Bolzen 5.3 von einer Haltevorrichtung 5.4,
die beispielsweise als Elektromagnet ausgeführt ist, in
der Ausgangslage gehalten, in der die beiden Kugeln 5.6 innerhalb
der inneren Hülse 5.2 angeordnet sind und die
Kopplungsstange 3 mechanisch vom Kopplungsstempel 23 entkoppelt
ist. Bei einer Betätigung des Bremspedals 2 wird
die als innere Hülse 5.2 ausgeführte
Kolbenstange 3 innerhalb des als äußere
Hülse 5.1 ausgeführten Kopplungsstempels 23 bewegt,
wobei ein Abstand s zwischen einer Stirnseite der Kolbenstange 3 und
einem inneren Anschlag im Kolbenstempel 23 im fehlerfreien
Fall zur mechanischen Entkopplung des Bremspedals 2 vom
Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 dient.
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Erkennt
die Auswerte- und Steuereinheit 11 einen Teilausfalls der
Brake-by-Wire-Betriebsart, dann deaktiviert die Auswerte- und Steuereinheit 11 die
Haltevorrichtung 5.4, wodurch sich der Bolzen 5.3,
der von einer Feder 5.8 mit einer Kraft beaufschlagt ist,
innerhalb der inneren Hülse 5.2 bewegt. Durch
die Längsbewegung des Bolzens 5.3, die in der
Darstellung gemäß 2 einer
Bewegung des Bolzens 5.3 in Pfeilrichtung nach links entspricht, werden
die beiden Kugeln 5.6 über entsprechende Flanken
am Bolzen 5.3 aus ihrer Ausgangslage durch die korrespondierenden Öffnungen
der inneren Hülse 5.2 nach außen in die
entsprechenden Aufnahmemulden 5.7 der äußeren
Hülse 5.1 gedrückt und stellen eine formschlüssige
Verbindung 5.5 zwischen den beiden Hülsen 5.2 und 5.1 her.
Diese Position der beiden Kugeln 5.6 ist in 2 strichzweipunktiert dargestellt.
Dadurch wird die Kopplungsstange 3 mechanisch mit dem Kopplungsstempel 23 gekoppelt und
ein am Bremspedal 2 vom Fahrer erzeugte Pedalkraft wird über
den Kopplungsstempel 23 auf den Kolben 21 des
Hauptbremszylinders 20 übertragen. So besteht
die Möglichkeit die mechanische Kopplung der Kopplungsstange 3 mit
dem Kopplungsstempel 23 nicht erst nach einem langen Leerweg,
d. h. nach der Überbrückung des Abstands s, sondern ohne
nennenswerten Wegverlust herzustellen.
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Bei
einem vollständigen Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart,
wird eine mechanische Verbindung zwischen dem Bremspedal 2 und
dem Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 dadurch
hergestellt, dass der Pedalsimulator 4 abgeschaltet oder überbrückt
wird und die Haltevorrichtung 5.4 innerhalb der inneren
Hülse 5.2 deaktiviert wird. Durch das Ab schalten
bzw. Überbrücken des Pedalsimulators 4 und
durch die Deaktivierung der Haltevorrichtung 5.4 wird eine
zweite Betriebsart, d. h. die Notbetriebsart aktiviert, während
der die Kopplungsstange 3 über die formschlüssige
Verbindung 5.5 mechanisch mit dem Kopplungsstempel 23 gekoppelt
ist, so dass die durch Muskelkraft des Fahrers am Bremspedal 2 erzeugte
Pedalkraft auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 übertragen
wird. Dadurch ist es dem Fahrer möglich, die Bremsanlage
ohne Unterstützung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 12 zu
betätigen.
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Aus
den bisherigen Ausführungen ergibt sich, dass das Bremspedal 2 während
einer fehlerfreien Brake-by-Wire-Betriebsart nur mit dem Pedalsimulator 4 gekoppelt
ist. Bei einem Teilausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart ist das
Bremspedal sowohl mit dem Pedalsimulator 4 als auch mit
dem Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 gekoppelt.
Bei einem vollständigen Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart
ist das Bremspedal 2 nur mit dem Kolben 21 des
Hauptbremszylinders 20 gekoppelt.
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Die
in 3 dargestellte zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bremssystems 1' unterscheidet
sich durch die als Kraftweiche 6 ausgeführte erste Übertragungsvorrichtung
von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bremssystems 1.
Elemente bzw. Komponenten, welche gleiche bzw. analoge Funktionen
ausführen, sind in 1 und 3 mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf eine wiederholende
detaillierte Beschreibung dieser Elemente bzw. Komponenten verzichtet
werden kann.
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Wie
aus 3 ersichtlich ist, umfasst die zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Bremssystem 1' analog
zur ersten Ausführungsform gemäß 1 eine
Aktuatoreinheit 10', die ein Bremspedal 2', einen
Pedalsimulator 4, eine erste Übertragungsvorrichtung
und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker 12 aufweist,
wobei die erste Übertragungsvorrichtung im Unterschied
zur ersten Ausführungsform als Kraftweiche 6 und
nicht als Arretiervorrichtung 5 ausgeführt ist,
einen Hauptbremszylinder 20 mit einem Fluidbehälter 22,
einen Fluidsteuerblock 30 und mehrere Radbremsen 42, 44, 46, 48,
die über den Hauptbremszylinder 20 und den Fluidsteuerblock 30 mit
einem vorgebbaren Bremsdruck angesteuert werden. Das Bremspedal 2 ist über
eine Kopplungsstange 3' mit der Kraftweiche 6 verbunden.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker 12 umfasst
analog zur ersten Ausführungsform einen Elektromotor 13 und
eine zweite Übertragungsvorrichtung 14, die zur
Ansteuerung des Hauptbremszylinders 20 eine Drehbewe gung
des Elektromotors 13 in eine translatorische Bewegung umwandeln
und das vom Elektromotor 13 erzeugte Drehmoment mit einem
vorgebbaren Übersetzungsverhältnis über
einen Kopplungsstempel 23' auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinder 20 überträgt,
um den Kolben 21 des Hauptbremszylinder 20 zur
Einstellung eines Bremsdrucks entsprechend mit einer Fremdkraft
zu beaufschlagen.
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Analog
zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist
die zweite Übertragungsvorrichtung als Getriebe 14 ausgeführt,
das eine mit dem Kopplungsstempel 23' verbundene Zahnstange 14.1 und ein
Ritzel 14.2 umfasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Zahnstange 14.1 direkt in den Kopplungsstempel 23 integriert,
so dass der Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 während
der Brake-by-Wire-Betriebsart vom Elektromotor 13 über das
Ritzel 14.2 und die Zahnstange 14.1 angetrieben wird.
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Die
Kraftweiche 6 ist so ausgeführt, dass die durch
den Fahrer am Bremspedal 2' erzeugte Pedalkraft, die über
die Kopplungsstange 3' auf die Kraftweiche 6 übertragen
wird, in Abhängigkeit von vorgegebenen Kriterien stufenlos
zwischen dem Pedalsimulator 4 und dem Kolben 21 des
Hauptbremszylinder 20 verteilt werden kann. Dadurch ist
es analog zur ersten Ausführungsform gemäß 1 möglich die
vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft bei einem vollständigen
Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart vollständig auf den
Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 wirken zu
lassen. Zudem kann die Kraftweiche 6 die vom Fahrer erzeugte
Pedalkraft im fehlerfreien Fall vollständig auf den Pedalsimulator 4 leiten. Im
Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 ermöglicht
die Kraftweiche 6 jedoch, dass bei einem teilweisen Ausfall
der Brake-by-Wire-Betriebsart oder im Falle von Fading, die vom
Fahrer am Bremspedal 2' erzeugte Pedalkraft nur teilweise
auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 geleitet wird.
Während der ersten Betriebsart erfasst der Pedalsimulator 4 oder
eine nicht dargestellte Sensoreinheit einen Verzögerungswunsch
am Bremspedal 2', ermittelt eine korrespondierende Pedalkraft
und leitet das Erfassungs- und/oder Ermittlungsergebnis an die Auswerte-
und Steuereinheit 11' weiter, die den elektromechanischen
Bremskraftverstärker 12' zur Erzeugung der entsprechenden
Fremdkraft ansteuert. Zusätzlich erzeugt der Pedalsimulator 4 eine
entsprechende Pedalreaktion bzw. haptische Rückmeldung
und gibt diese über die Kraftweiche 6 an das Bremspedal 2 aus.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, ist die als Kraftweiche 6 ausgeführte
erste Übertragungsvorrichtung als Hebel mit einer Führung 6.1 ausgebildet,
in der ein als Schwenkpunkt 3.2 wirkendes Ende der Kopplungsstange 3' geführt
ist, die an einem ersten Kopplungspunkt 3.1 mit dem Bremspedal 2' gekoppelt
ist. Durch Verschieben des Schwenkpunktes 3.2 innerhalb
der Führung 6.1 der Kraftweiche 6 kann
das Hebelverhältnis zwischen einem zweiten Kopplungspunkt 6.4,
an dem der Pedalsimulator 4 über ein erste Übertragungsstange 6.2 mit
der Kraftweiche 6 gekoppelt ist, und einem dritten Kopplungspunkt 6.5 eingestellt
werden, an dem der Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 über
den Kopplungsstempel 23' und eine zweite Übertragungsstange 6.3 mit
der Kraftweiche 6 gekoppelt ist. Über das Hebelverhältnis
kann der Anteil der auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 wirkenden
Pedalkraft bzw. der Anteil der auf den Pedalsimulator 4 wirkenden
Pedalkraft zwischen 0 und 100% eingestellt werden. Bei der dargestellten
Mittelstellung Sm des Schwenkpunktes 3.2 werden 50% der
Pedalkraft auf den Pedalsimulator 4 und 50% der Pedalkraft
auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 übertragen.
In der strichzweipunktiert dargestellten Stellung S1 der Kopplungsstange 3' und
des Schwenkpunktes 3.2 wird die Pedalkraft zu 100% auf
den Pedalsimulator 4 übertragen, dies entspricht
der Stellung im fehlerfreien Fall. In der strichzweipunktiert dargestellten Stellung
S2 der Kopplungsstange 3' und des Schwenkpunktes 3.2 wird
die Pedalkraft zu 100% auf den Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 übertragen,
dies entspricht der Stellung im Notbetrieb, d. h. bei einem vollständigen
Ausfall der Brake-by-Wire-Betriebsart. Über eine nicht
dargestellte Verschiebeeinrichtung kann die Auswerte- und Steuereinheit 11' die
Einleitung der Pedalkraft bei Bedarf in Abhängigkeit vom
Systemzustand stufenlos zwischen dem Pedalsimulator 4 und
dem Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 variieren.
Die Verschiebung des Schwenkpunktes 3.2 kann beispielsweise
durch einen elektrischen Aktuator ausgeführt werden. Somit ermöglicht
auch die als Kraftweiche 6 ausgeführte erste Übertragungsvorrichtung,
dass das Bremspedal 2' während des Notbetriebs über
die Kraftweiche 6 ohne Leerweg mit dem Kolben 21 des
Bremszylinders 20 gekoppelt werden kann.
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Bei
einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform
ist die zweite Übertragungsvorrichtung als Gewindetrieb
ausgeführt, der eine Hohlwelle umfasst, in der der Kupplungsstempel 23, 23' längsbeweglich
geführt ist, um die von einem Elektromotor erzeugte Fremdkraft
und/oder die vom Fahrer am Bremspedal erzeugte Pedalkraft auf den
Kolben 21 des Hauptbremszylinders 20 zu übertragen.
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Bei
einer weiteren alternativen nicht dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Bremssystems, ist der Bremskraftverstärker
als Unterdruckbremskraftverstärker aus geführt,
wobei der Kopplungsstempel 23, 23' bei einer solchen
Ausführungsform über den Unterdruckbremskraftverstärker auf
den Hauptbremszylinder wirkt.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Bremssystem kann im Falle
eines Teilausfalls der Brake-by-Wire-Betriebsart oder im Falle von
Fading ein zusätzlicher Betrag an Bremskraft zur Unterstützung
des Bremssystems vom Fahrer aufgebracht werden. Somit kann im Bedarfsfall
gezielt die Muskelkraft des Fahrers eingesetzt und durch den Pedalsimulator noch
eine der Abbremsung entsprechende Rückkopplung realisiert
werden. Diese „Mischbremsung" kann beispielsweise mit den
beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung realisiert
werden, welche die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft und die vom Pedalsimulator
erzeugte Gegenkraft, sowie die im Bedarfsfall direkt vom Fahrer
auf den Hauptbremszylinder ausgeübte Kraft angemessen koordinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/014351
A1 [0003]
- - US 6634724 B2 [0004]