DE102007062030A1

DE102007062030A1 - Hydraulikfluidpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel

Info

Publication number: DE102007062030A1
Application number: DE102007062030A
Authority: DE
Inventors: Christian Doberschuetz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US20100293938A1; EP2238002A1; US9511754B2; WO2009083323A1; CN101903226A

Abstract

Bei einer Hydraulikfluidpumpe (80) einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel (110, 120) zum Fördern von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage (140, 150) bestehenden hydraulischen Gegendruck ist ein Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels (110, 120) in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hydraulikfluidpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel zum Fördern von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage bestehenden hydraulischen Gegendruck. Ferner betrifft die Erfindung eine Fahrzeugbremsanlage mit einer derartigen Hydraulikfluidpumpe.
Es sind Hydraulikfluidpumpen von Fahrzeugbremsanlagen bekannt, bei denen zum Fördern von Hydraulikfluid bzw. Bremsflüssigkeit in der Fahrzeugbremsanlage, insbesondere zum Rückfördern der Bremsflüssigkeit von den Fahrzeugbremsen und/oder zum aktiven Bremsdruckaufbau, als Fördermittel mehrere Hubkolbenpumpen eingesetzt sind. Diese Hubkolbenpumpen werden auch als Pumpenelemente bezeichnet.
Die Pumpenelemente werden in der Regel über einen Elektromotor mit einem auf einer Antriebswelle sitzenden Exzenter angetrieben. Alternativ sind auch Nockenantriebe oder ähnliches möglich. Dabei ergibt sich in Abhängigkeit von der Exzentrizität des Exzenters und dem Durchmesser des in dem Pumpenelement bzw. der Hubkolbenpumpe verwendeten Pumpenkolbens ein konstantes Fördervolumen pro Umdrehung des Elektromotors.
Unter der Annahme einer vollständigen Füllung des Druckraums an dem Pumpenelement bzw. der Hubkolbenpumpe und unter Vernachlässigung der Wirkungsgrade ergibt sich damit ein in allen Betriebsbereichen der Hydraulikfluidpumpe linearer Zusammenhang zwischen hydraulischem Lastmoment (Druck p) und elektrischer Leistung (Stromstärke I, wenn die Spannung U konstant ist). Aufgrund dieses linearen Zusammenhangs lässt sich zwar das hydraulische Lastmoment an bekannten Hydraulikfluidpumpen durch eine einfache Regelung der elektrischen Stromstärke gut einstellen, die derartigen Hydraulikfluidpumpen arbeiten jedoch nicht in allen Betriebsteilbereichen optimal.
Es ist eine Aufgabe der vorlegenden Erfindung eine Fahrzeugbremsanlage mit einer Hydraulikfluidpumpe bereitzustellen, bei der über weite Betriebsteilbereiche hinweg eine weitgehend optimale Druckversorgung der zugehörigen Fahrzeugbremsanlage gewährleistet ist.
Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Hydraulikfluidpumpe gemäß Anspruch 1 und einer Fahrzeugbremsanlage gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß ist eine Hydraulikfluidpumpe einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel zum Fördern von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage bestehenden hydraulischen Gegendruck geschaffen, bei der ein Mittel zum Verändern des Volumens des Fördermittels in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen ist. Ferner ist die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Fahrzeugbremsanlage mit einer derart gemäß der Erfindung ausgestalteten Hydraulikfluidpumpe gelöst.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass bei bekannten Fahrzeugbremsanlagen in herkömmlichen Regelsituationen, insbesondere bei einem Rückfördern von Hydraulikfluid mit Hilfe der Hydraulikfluidpumpe, für die Hydraulikfluidversorgung im Wesentlichen zwei Auslegungspunkte relevant sind:
Gemäß einem ersten Auslegungspunkt soll eine möglichst große hydraulische Förderleistung bei niedrigem Druckniveau bzw. bei einem Druckniveau von 0 bar bereitgestellt werden. Mit der derart großen hydraulischen Förderleistung soll die Druckaufbaudynamik maximiert bzw. die Zeit zur Überwindung des Lüftungsspiels zwischen den Bremsbelägen der Fahrzeugbremsanlage und der zugehörigen Bremsscheibe minimiert werden. Diese Funktion herkömmlicher Fahrzeugbremsanlagen wird auch als Performance-Optimierung bei Stabilisierungsfunktionen bezeichnet.
Gemäß dem zweiten Auslegungspunkt soll ein sicherer Anlauf des Antriebsmotors im Rückforderbetrieb bei einer Antiblockierregelung (ABS) selbst bei maximalem Druck am Hauptbremszylinder der Fahrzeugsbremsanlage gewährleistet sein. Dies bedeutet, dass der Fahrer des zugehörigen Fahrzeugs am zugehörigen Bremspedal stark auftritt und damit am Hauptbremszylinder einen maximalen Bremsdruck erzeugt, während der Antriebsmotor der Hydraulikfluidpumpe dennoch an den Fahrzeugbremsen Hydraulikfluid absaugen soll, um die Antiblockier-Funktion sicherzustellen.
Zugleich sind die beiden oben genannten Auslegungspunkte für die Hydraulikfluidversorgung von Fahrzeugbremsen einer Fahrzeugbremsanlage nicht unabhängig voneinander. Sowohl der erste als auch der zweite Auslegungspunkt werden – so die Erkenntnis der Erfindung – durch die geometrischen Abmessungen der Pumpenelemente und/oder die Exzentrizität des zugehörigen Antriebs beeinflusst.
So ergibt sich bei einer Optimierung in Richtung auf den ersten Auslegungspunkt und damit in Richtung auf eine große hydraulische Förderleistung bei niedrigem Druckniveau zugleich eine vergleichsweise hohe erforderliche elektrische Leistung bzw. ein hohes Motoranlaufmoment für den Rückförderbetrieb bei der Antiblockier-Funktion. Mit anderen Worten ist mit der grundsätzlich vorzusehenden hohen Förderleistung der Pumpenelemente bei niedrigem Druckniveau auch eine hohe Förderleistung bei hohem Druckniveau verbunden.
Zur Erläuterung dieses Zusammenhangs ist hier die 1 beigefügt. Die 1 zeigt als Diagramm an einer X-Achse angetragen den von Pumpenelementen erzeugten Druck in Relation zu einer an der zugehörigen Y-Achse angezeigten Förderleistung.
Der obige Zusammenhang, dass ein Pumpenelement mit hoher Förderleistung bei niedrigem Druckniveau auch bei hohem Druckniveau noch eine vergleichsweise hohe Förderleistung aufweist, zeigt sich in der 1 an der Linie 10. Die Linie 10 zeigt, dass zwischen dem hydraulischen Lastmoment (Druck) und der elektrischer Leistung (Förderleistung) des zugehörigen Antriebsmotors eine lineare Beziehung besteht. Ein Pumpenelement, welches an einem ersten Auslegungspunkt 20 bei niedrigem Druck auf eine hohe Förderleistung optimiert ist, fördert mit zunehmendem Druck gemäß der Linie 10 bist zu einem Punkt 30, an dem sich noch immer eine vergleichsweise hohe Förderleistung und damit eine vergleichsweise hohe Regel-Stromstärke für den antreibenden Elektromotor ergibt.
Eine Optimierung des Pumpenelements in Richtung auf eine geringe Motorleistung bzw. ein geringes Anlaufmoment des Elektromotors bei hohem Druck ergibt in 1 den Auslegungspunkt 40. Ein derartiges Pumpenelement führt aber gemäß der Linie 50 bei einem geringen Druck auch zu einer geringen Förderleistung bis zu einem Punkt 60.
Wenn man den funktionalen Anforderungen der Fahrzeugbremsanlage hingegen besser gerecht werden und eine Hydraulikfluidpumpe in Bezug auf beide Auslegungspunkte 20 und 40 auslegen möchte, wäre hingegen – so die erfindungsgemäße Erkenntnis – ein Zusammenhang anzustreben, wie er in 1 mit der Kurve 70 dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung erreicht diese optimierte Auslegungskurve dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Hydraulikfluidpumpe ein Mittel zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen ist. Als Fördermittel ist dabei insbesondere ein Pumpenelement bzw. eine Hubkolbenpumpe vorgesehen, wobei das Fördervolumen definiert ist als jene Menge an Hydraulikfluid, die die Hydraulikfluidpumpe mit einer Umdrehung ihres Antriebsmotors in die zugehörige Fahrzeugbremsanlage hineinfördert bzw. aus dieser absaugt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung schafft eine bedarfsgerechte Anpassung der hydraulischen Förderleistung an die funktionalen Anforderungen des zugehörigen Regelsystems. Diese Anforderungen umfassen insbesondere, wie erläutert, eine hohe Förderleistung bei niedrigen Gegendrücken zur schnellen Fahrzeugstabilisierung und eine niedrige Förderleistung bei hohen Gegendrücken zur sicheren Darstellung der Antiblockier-Funktionalität.
Darüber hinaus kann mit der erfindungsgemäßen Lösung zugleich die erforderliche elektrische Leistung des Antriebsmotors der Hydraulikfluidpumpe minimiert.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist das Fördermittel zum Fördern von Hydraulikfluid mit mindestens einem Förderkolben gestaltet, der in einem Zylinder verschiebbar gelagert ist und dabei zusammen mit dem Zylinder eine Druckkammer definiert, deren Volumen durch das Verschieben des Förderkolbens verändert wird. Das Mittel zum Verändern des Fördervolumens ist dabei bevorzugt als ein Mittel zum (zusätzlichen) Verändern des Volumens der Druckkammer in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks gestaltet. Anders ausgedrückt fördert der Förderkolben mit gleich bleibender Hubbewgung in eine Druckkammer, deren Volumen sich gleichzeitig verändert. Bei dieser vorteilhaften Lösung wird insbesondere mit steigendem Gegendruck das sich ergebende Volumen der Druckkammer im Vergleich zur herkömmlichen Situation vergrößert, wodurch der Förderkolben bei zwar gleich bleibender Hubbewegung aus dem sich vergrößerndem Volumen nur eine kleinere Menge an Hydraulikfluid ausschieben kann. Insbesondere vergrößert sich das Volumen der Druckkammer, wenn der Förderkolben Druck aufbaut und dabei ein hoher Gegendruck anliegt. Liegt hingegen ein geringer Gegendruck an, vergrößert sich beim Aussschieben von Hydraulikfluid aus der Druckkammer deren Volumen geringer oder gar nicht, so dass entsprechend eine größere Menge an Hydraulikfluid aus der Druckkammer ausgeschoben wird.
Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt das Mittel zum Verändern des Volumens der Druckkammer in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks als ein Mittel zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks gestaltet. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß vorteilhaft mit steigendem Gegendruck das sich ergebende Hubvolumen des Förderkolbens verringert, womit sich im Vergleich zur herkömmlichen Situation das Volumen der Druckkammer vergrößert und damit eine geringere hydraulische Förderleistung ergibt.
Das Mittel zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens ist dabei bevorzugt mittels zweier Kolbenteile gestaltet, die relativ zueinander bewegbar sind.
Das Mittel zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels ist dabei besonders bevorzugt mit einem elastischen Element gestaltet, welches gegen den Gegendruck des Hydraulikfluids spannbar ist. Das derartige elastische Element ist besonders bevorzugt zwischen den beiden oben genannten Kolbenteilen des Förderkolbens eingesetzt. Durch eine geeignete Auslegung des elastischen Elements, welches besonders bevorzugt als mechanische Feder, als ein Elastomerbauteil und/oder als ein Gasspeicher gestaltet ist, kann erreicht werden, dass bei einem definierten Gegendruck keine Förderung mit der Hydraulikfluidpumpe mehr stattfindet und damit selbst bei einer weiteren Erhöhung des Gegendrucks keine Erhöhung des Lastmoments am zugehörigen Antrieb auftritt. Dies führt direkt dazu, dass das erforderliche maximale Anlaufmoment eines zugehörigen Elektromotors geringer ist, so dass entsprechend auch eine geringer elektrische Leistung installiert werden kann.
Besonders bevorzugt ist dabei für jeden Hydraulikbremskreis der zugehörigen Fahrzeugbremsanlage die Verwendung von mindestens zwei Pumpenelementen bzw. Hubkolbenpumpen vorgesehen. Dabei ist mindestens eine der Hubkolbenpumpen als konventionell arbeitende Pumpe gestaltet, mit der dann im Betreib der funktional erforderliche Volumenstrom auch bei hohen Gegendrücken dargestellt werden kann. Damit kann einerseits den Anforderungen der Fahrzeugsteller nach insgesamt wesentlich verringerter Strombelastung des zugehörigen Fahrzeugbordnetzes entsprochen werden, während zugleich die hydraulische Förderleistung bedarfsgerecht dargestellt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Diagramm des Verhältnisses von Förderleistung und Gegendruck bei herkömmlichen Hydraulikfluidpumpen und bei einer erfindungsgemäßen Lösung und
2 einen stark vereinfachten Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Hydraulikfluidpumpe.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist, wie oben bereits erläutert, dargestellt, wie mit der erfindungsgemäßen Lösung bedarfsgerecht ein sich in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks veränderndes Fördervolumen eines Fördermittels einer Hydraulikfluidpumpe an einer Fahrzeugbremsanlage bereitgestellt werden kann. Insofern wird im Hinblick auf die Darstellung gemäß 1 auf obige Erläuterung verwiesen.
In 2 ist eine Hydraulikfluidpumpe 80 dargestellt, welche als wesentliche Bauteil ein Einlassventil 90, eine Einlassleitung 100, einen Zylinder 110 mit einem darin angeordneten Kolben 120, einen zugehörigen Exzenterantrieb 130, eine Auslassleitung 140 sowie ein Auslassventil 150 umfasst. Das Einlassventil 90, die Einlassleitung 100 und die Auslassleitung 140 zusammen mit dem Auslassventil 150 sind dabei derart fluidleitend mit einer vom Zylinder 110 und vom Kolben 120 gebildeten Druckkammer 160 verbunden, dass (nicht dargestelltes) Hydraulikfluid durch ein Bewegen des Kolbens 120 in die Druckkammer 160 eingesaugt und aus dieser herausgefördert wird. Der Kolben 120 ist dazu in dem Zylinder 110 axial verschiebbar gelagert, wobei zwischen der Außenseite des Kolbens 120 und der Innenseite des Zylinders 110 eine Hochdruckdichtung 170 angeordnet ist.
Der Kolben 120 ist zweiteilig aus einem ersten Kolbenteil 180 und einem zweiten Kolbenteil 190 gebildet, die in Wirkrichtung des Exzenterantriebs 130 bzw. in der axialen Bewegungsrichtung des Kolbens 120 relativ zu einander verschiebbar sind und dabei mit einem elastischen Element 200 in Gestalt einer Schraubenfeder gegeneinander und gegen den Gegendruck in der Druckkammer 160 in Richtung auf den Exzenterantrieb 130 gespannt sind. Das Kolbenteil 190 kann dabei relativ zum Kolbenteil 180 einen Federweg 210 überwinden.
Beim Betrieb des Exzenterantriebs 130 wird (wie auch bei herkömmlichen Hydraulikfluidpumpen) der Kolben 120 in Axialrichtung bewegt und relativ zum Zylinder 110 versetzt. Das Volumen in der Druckkammer 160 wird dabei abwechselnd vergrößert und verkleinert, wodurch Hydraulikfluid durch die Einlassleitung 110 in die Druckkammer 160 eingesaugt und nachfolgend durch die Auslassleitung 140 wieder aus der Druckkammer 160 herausgefördert wird.
Der Kolben 120 bildet also zusammen mit dem Zylinder 110 und dem Exzenterantrieb 130 ein Fördermittel zum Fördern von Hydraulikfluid gegen einen, in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage (vorliegend in der Auslassleitung 140 und dem Auslassventil 150) bestehenden hydraulischen Gegendruck. Dabei ist der Kolben 120, wie oben erläutert, zweiteilig gestaltet, wobei die Kolbenteile 180 und 190 zusammen mit dem elastischen Element 200 ein Mittel zum Verändern des Fördervolumens dieses Fördermittels in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks schaffen.
Das im Kolben 120 angeordnete elastische Element 200 variiert in Abhängigkeit des anstehenden Gegendrucks in der Druckkammer 160 den Hubweg des Kolbenteils 180, so dass bei steigendem Gegendruck sich das für den gesamten Kolben 120 ergebende Hubvolumen und damit die hydraulische Förderleistung reduziert. Durch eine entsprechende Auslegung des elastischen Elements 200 sowie des Federwegs 210 wird erreicht, das ab einem definierten Federweg keine Förderung von Hydraulikfluid mit dem Kolbenteil 180 mehr stattfindet und damit auch bei weiterer Erhöhung des Gegendrucks keine weitere Erhöhung des Lastmoments mehr auftritt. Dies führt direkt dazu, dass das erforderliche maximale Anlaufmoment des Exzenterantriebs 130 und die dafür erforderliche elektrische Leistung im Vergleich zu konventionellen Lösungen verringert werden kann.
Der funktional erforderliche Volumenstrom in der Fahrzeugbremsanlage bzw. dem der Hydraulikfluidpumpe 80 zugeordneten Bremskreis wird durch eine weitere (nicht dargestellte) Hydraulikfluidpumpe konventioneller Art sichergestellt. Die zugehörige Fahrzeugbremsanlage umfasst daher bevorzugt mindestens zwei Hydraulikfluidpumpen pro Bremskreis, d. h. insgesamt mindestens vier je gesamtem Hydroaggregat.

Claims

Hydraulikfluidpumpe (80) einer Fahrzeugbremsanlage mit einem Fördermittel (110, 120) zum Fördern von Hydraulikfluid gegen einen in einem Teil der Fahrzeugbremsanlage (140, 150) bestehenden hydraulischen Gegendruck, bei der ein Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels (110, 120) in Abhängigkeit der Höhe des hydraulischen Gegendrucks vorgesehen ist.
Hydraulikfluidpumpe gemäß Anspruch 1, bei der das Fördermittel (110, 120) mit mindestens einem Förderkolben (120) gestaltet ist, der in einem Zylinder (110) verschiebbar gelagert ist und dabei zusammen mit dem Zylinder (110) eine Druckkammer (160) definiert, deren Volumen durch Verschieben des Förderkolbens (120) veränderbar ist, bei dem ferner das Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels (110, 120) als ein Mittel (180) zum Verändern des Volumens der Druckkammer (160) in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks gestaltet ist.
Hydraulikfluidpumpe gemäß Anspruch 2, bei dem das Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Volumens der Druckkammer (160) in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks als ein Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens (120) in Abhängigkeit des hydraulischen Gegendrucks gestaltet ist.
Hydraulikfluidpumpe gemäß Anspruch 3, bei dem das Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Hubweges des Förderkolbens (120) mittels zweier Kolbenteile (180, 190) gestaltet ist, die relativ zueinander bewegbar sind.
Hydraulikaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Mittel (180, 190, 200) zum Verändern des Fördervolumens des Fördermittels (110, 120) mit einem elastischen Element (200) gestaltet ist, welches gegen den Gegendruck des Hydraulikfluids spannbar ist.
Hydraulikaggregat gemäß Anspruch 5, bei dem das elastische Element (200) mit einer mechanischen Feder gestaltet ist.
Hydraulikaggregat gemäß Anspruch 5, bei dem das elastische Element mit einem Elastomerbauteil gestaltet ist.
Hydraulikaggregat gemäß Anspruch 5, bei dem das elastische Element mit einem Gasspeicher gestaltet ist.
Fahrzeugbremsanlage mit einer Hydraulikfluidpumpe (80) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.