DE102008063771A1

DE102008063771A1 - Bremssystem mit Wegsimulator

Info

Publication number: DE102008063771A1
Application number: DE102008063771A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Ipgate AG
Current assignee: Ipgate AG
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Wegsimulator, wobei der Wegsimulator mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Federsysteme (5, 5a) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Wegsimulator.
Bremssysteme nach der Gattung Brake-by-wire verwenden einen Wegsimulator. Hierbei gibt es sog. Fremdkraftbremssysteme mit Pumpe und Speicher ohne mechanische Rückfallebene, welche im PKW wenig Verwendung finden.
Bei Systemen mit mechanischer Rückfallebene ist die sog. EHB bekannt, s. Bremsenhandbuch vom 2004, S. 272–274, indem vom HZ ein Wegsimulator hydraulisch betätigt wird und auf den Kolben die nichtlineare Wegsimulatorfeder wirkt. Diese Verbindung kann über ein Magnetventil getrennt werden, um bei Ausfall der Druckversorgung keinen Pedalverlust durch die Volumenaufnahme des Wegasimulators in Kauf zu nehmen. Fällt aber die Druckversorgung während der Bremsung aus, ist die Systemschwäche unvermeidlich und kann zu Unfällen führen.
Eine andere Lösung ist in der DE 10 2004 011622 beschrieben. Hier ist der Wegsimulator mechanisch betätigt, mit dem Pedal bock kombiniert und kann über einen Magneten ausgeschaltet werden, wenn z. B. der Bremskraftverstärker (BKV) ausfällt. Auch hier ist ein Pedalwegverlust die Folge. In derselben Anmeldung wird ein Wegsimulator beschrieben, welcher im vorderen Teil in der Achse des BKV angeordnet ist. Hier wird der Wegsimulator über einen Magneten verriegelt, wenn der BKV intakt ist. Bei Ausfall des BKV wirkt diese Verriegelung nicht, und das Bremspedal wirkt mit kleinerem Pedalverlust auf den THZ zur Druckerzeugung. Auch hier besteht der Nachteil, dass bei Ausfall des BKV während der Bremsung dieser Pedalwegverlust wieder eintritt. Wird das System mit kleinem Leerweg a ausgelegt, so trifft der Pedalstößel bei ABS auf niedrigem Reibbeiwert und kleinem THZ-Hub bereits auf den Verbindungsstößel von BKV zu THZ, so dass die Wegsimulatorwirkung ausgeschaltet wird. Diese Lösung bewirkt außerdem eine größere Baulänge, was auch unter Crash-Gesichtspunkten nachteilig ist, da z. B. der Motor auf den THZ mit BKV drückt und damit das Pedal zurück drückt, was zu erheblichen Fußverletzungen führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein sichereres, kleinbauenderes Bremssystem bereit zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bremssystems ergeben sich durch die Merkmale der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche 2 bis 18.
Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Wegsimulator mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Federsysteme aufweist. Dies bedeutet, das quasi mehrere Wegsimulatoren mit jeweils einem Federsystem parallel zueinander angeordnet sind. Der übrige Aufbau des erfindungsgemäßen Bremssystems kann wie in den EP 2006/003647 und EP 2007/010993 beschrieben, ausgeführt sein.
Die Federsysteme des Wegsimulators des erfindungsgemäßen Bremssystems sind vorteilhaft parallel, insbesondere beidsei tig zur Achse der Einrichtung zur Reduzierung des Leerwegs angeordnet. Durch das Vorsehen von mindestens zwei parallel angeordneten Federsystemen wird vorteilhaft erreicht, dass sich die erforderlichen Federkräfte nahezu bzw. mehr als halbieren. Hierdurch reduziert sich vorteilhaft die Baulänge und Durchmesser des Wegsimulators, wodurch der in den Fußraum hineinragende übliche hals des Bremskraftverstärkers im Durchmesser klein ist und kaum den üblichen Stirnwanddurchbruch überschreitet.
Die parallele Anordnung von mindestens zwei Federsystemen bietet eine Redundanz bei Federbruch. Hierdurch ist es möglich, auch bei einem defekten Federsystem, dann allerdings mit kleineren Pedalkräften, den Druck im BKV einzusteuern. Der Ausfall eines Federsystems kann jedoch durch Vergleich von Pedalweg mittels des Pedalwegsensors und dem Druck diagnostiziert werden, da mit gleicher Pedalkraft ein höherer Druck erzielt wird. Diese Lösung stellt eine wesentlich bessere Rückfallebene dar, als wenn der Wegsimulator keine Rückstellkraft mehr liefert.
Weiterhin kann auch die Funktion der elektromagnetischen Arretierung geprüft werden. Die beiden Wegsimulatorfedern können asymmetrisch ausgelegt werden. Damit entstehen in der Gehäuselagerung Reibkräfte, wodurch eine erwünschte mechanische Hysterese erzielt wird. Durch die Wegsimulatorarretierung und Leerwegfreischaltung entsprechend PCT 2007/010993 entsteht während der Bremsung bei Ausfall BKV kein nennenswerter Pedalwegverlust. Auch ist die Wegsimulatorfunktion bei niedrigem Reibbeiwert voll erhalten. Der Aufbau und Aufwand ist gering, da wenig Material für das Gehäuse notwendig ist und die Federn bekanntlich sehr kostengünstig sind, wenn nicht extreme Genauigkeit und Festigkeit verlangt wird. An Stelle der drei linearen Federn ist, wie bei anderen realisierten Wegsimulatorausführungen, auch eine nicht lineare Feder mit ggf. progressem Anschlag durch eine Teller- oder Gummifeder möglich.
Das Wegsimulatorsystem ist vorteilhaft in dem elektromotorischen Bremskraftverstärker mit seinem Wegsimulatorgehäuse gelagert. Dieses ist an der Spritzwand befestigt, welche bekanntlich besonders empfindlich für die Geräuschübertragung ist. Zur Reduzierung der Geräusche vom Motor wird das BKV-Gehäuse vorteilhaft in einer Halterung mit Dämpfungselement befestigt.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen des erfindungsgemäße Bremssystem näher erläutert.
Es zeigen:
1: Bremssystem mit einem zwei Federsysteme aufweisenden Wegsimulator;
1a: Lagerung des Wegsimulators mit Wegsimulatorarretierungseinrichtung im Gehäuse des Bremskraftverstärkers.
Die 1 zeigt den Aufbau des Wegsimulatorsystems, welches im Bremskraftverstärkergehäuse 1 mit seinen Wegsimulatorgehäuse 2, in dem die beiden Federsysteme 5, 5a angeordnet sind, verschieblich gelagert ist. Nicht gezeichnet ist der elektromotorische Antrieb des Bremskraftverstärkers, welcher zum Beispiel den aus den WO 2006/111392 und WO 2008/071437 vorbekannten Antrieben entsprechen kann. Gezeichnet sind lediglich die Spindel 10 des BKV-Antriebs, die Stange 11 zur Kupplung mit dem HZ-Kolben und der Stößel 9 der Leerwegfreischaltung bzw. der Einrichtung zur Reduzierung des Leerweges, welcher bei Ausfall des BKV die Pedalkraft vom Pedalstößel 4 zur Stange 11 und damit HZ-Kolben überträgt.
Der Wegsimulator ist in dem Wegsimulatorgehäuse 2 angeordnet, welches sich im Normalfall, d. h. intaktem BKV, in der in 1a dargestellten Position aufgrund der Wegsimulatorarretierung befindet. Um die Funktionstüchtigkeit der Wegsimula torarretierung detektieren zu können, kann sich das Gehäuse 2 des Wegsimulators auch im arretierten Zustand (1a) geringfügig bewegen. Diese geringfügige Bewegung wird durch die Federn 21 und 21 ermöglicht, die auf den Hebel 12 wirken. Die Feder 22 zieht dabei den Hebel 12 mit seinem langen Arm in Richtung Elektromagneten 13. Die Feder 21 erzeugt eine entgegengesetzte Kraft auf den Hebelarm, so dass bei unbestromtem Elektromagneten 13 und nur geringer oder gar nicht vorhandener Kraft F_P der Hebel 12 zum einen das Gehäuse 2 des Wegsimulators in der in 1a dargestellten Stellung hält und der Hebel 12 vom Elektromagneten um die Wegstrecke s₀ leicht vom Elektromagneten abgehoben ist. Die Feder 21 kann sich dabei am BKV-Gehäuse 1 oder am Magnetjoch abstützen und wird durch die Rückstellfeder 22 zur Anlage gebracht. Zu Beginn der Bremsung wird der Magnet 13 bestromt und die Wegänderung des Hebels 12 kann durch eine Stromänderung erkannt werden. Durch die Auswertung der gemessenen Stromänderung kann eine Diagnose bzgl. der Funktion der Arretierung des Wegsimulatorgehäuses 2 bei jeder Bremsung durchgeführt werden.
Wird das nicht dargestellte Bremspedal und der daran angekoppelte Pedalstößel 4 nach links bewegt, so wirkt deren Kraft auf das Gehäuse 3 der Einrichtung zur Leerwegfreischaltung. Das Gehäuse 3 weist einen beidseitigen Gehäuseflansch 3a auf, an dem sich die Federsysteme 5 und 5a mit ihrer einen Seite abstützen. Mit ihrer anderen Seite stützen sich die Federsysteme 5 und 5a am Wegsimulatorgehäuse 2 ab. Die Federsysteme 5 und 5a sind beispielhaft dreiteilig dargestellt und stützen sich auf beweglichen Federaufnahmen 6 ab. Es können auch zwei- oder einteilige nicht lineare Federn verwendet werden, die aber in der Regel mehr Einbauraum in Anspruch nehmen. Im Normalfall bewegen sich die Wegsimulatorfedern 5, 5a zusammen mit dem Gehäuse 3 bei jeder Bremsung. Der Hub hängt von der Pedalbetätigung und Pedalkraft ab, die dem Fahrerwunsch entsprechen. Bei voller Aussteuerung der Wegsimulatorfeder trifft der Gehäuseflansch 3a auf das Wegsimulatorgehäuse 2 und begrenzt dein Pedalhub. Die Pedalbewegung wird von ein einem Pedalwegge ber 23 erfasst und dem Steuergerät zur Ansteuerung des Motors und entsprechender Drucksteuerung weiter geleitet. Diese Funktion ist Stand der Technik und wird nicht getrennt beschrieben.
Innerhalb des Gehäuses 2 ist eine elektromagnetische Leerwegfreischaltung 8 untergebracht, welcher in ihrer Funktion und im Aufbau der in der WO 2008/071437 beschriebenen adaptiven Leerwegreduzierung entsprechen kann. Diese hat die Aufgabe, den im Normalfall mit dem Gehäuse 2 verbundenen Stößel 9 frei zu schalten, damit bei vollem Hub des Gehäuses 3 der Stößel 9 nicht auf die Spindel 10 bzw. Stange 11 trifft, was z. B. bei ABS-Funktion auf niedrigem Reibbeiwert auftritt, indem die HZ-Kolben wegen des niedrigen Druckniveaus einen kleinen Hub machen. Das Gehäuse 3 ist innerhalb des Wegsimulatorgehäuses 2 in Gleitstücken gelagert. Bei Wegsimulatoren ist es üblich, eine Hysterese vorzusehen für das entsprechende Pedalgefühl. Hierfür ist vorgesehen, die Federkraft der Wegsimulatorfedern 5 und 5a asymmetrisch zu gestalten. Damit entstehen Querkräfte Q₁ und Q₂ in der Gehäuselagerung, was die erforderliche Hysteresekraft erzeugt, wodurch dem Fahrer die gewünschte Haptik vermittelt wird. Zusätzlich kann durch Software im Steuergerät der Hystereseweg oder die Hysteresekraft bei der Erzeugung eines Ansteuerungssignals des Antriebs des Bremskraftverstärkers berücksichtigt werden. Vorzugsweise werden dabei die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Pedalgeschwindigkeit und/oder deren Richtung oder der Pedalweg mit berücksichtigt. Ohne Hysterese folgt der Bremsdruck ohne Verzögerung der Pedalkraft bzw. dem Pedalweg und macht die Bremse überempfindlich. So kann z. B. bei großem Pedalweg die Hysterese größer gewählt werden, so dass z. B. bei größerem Pedalweg oder Kraftreduzierung eine Druckänderung erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, die Hysterese bei Pedalwegvergrößerung klein und bei Pedalwegreduzierung groß gewählt werden, bis eine Druckänderung erfolgt.
Die Pedalkraft F_P wirk auf das bewegliche Gehäuse 3, welches über seinen Kragen 3a mittels der Wegsimulatorfedern 5, 5a die Gegenkräfte F₁ und F₁, erzeugt. Diese unterschiedlichen Kräfte bewirken die Querkräfte Q₁ und Q₂. Andererseits wirken die Abstützkräfte F₁ und F₂ auf die Wegsimulatorarretierung mit F_A1 und F_A2. Bei hohen Pedalkräften ist der Wegsimulator ausgesteuert, und das Gehäuse 3 mit Flansch liegt dann auf dem Wegsimulatorgehäuse 2 auf.
Bei hohen Pedalkräften sind die Abstützkräfte F_A1 und F_A2 sehr hoch, welche vom Hebel 12 der Wegsimulatorarretierung aufgenommen werden. Diese wirken deshalb über die Breite B, über den Hebel 12 auf eine im Gehäuse 2 eingelegte hochfeste Anschlagplatte 24 wirkt. Im Hebel 12 kann ggf. der Auflagebereich ebenso hochfest durch ein nicht gezeichnetes Einlageteil ergänzt werden.
Das Gehäuse 1 des BKV ist an der Stirnwand 16 befestigt. Zur Reduzierung der Geräuschübertragung von Motor und Schaltventilen kann dieses Gehäuse 1 in einer Halterung 18 mit Dämpfungselement 19, z. B. Gummi, gelagert sein. Die Halterung 18 kann dabei an der Stirnwand 16 angeschraubt oder angeschweißt sein. Das Dämpfungsglied dämpft z. B. Schwingungen vom EC-Motor oder Druckschwingungen die beim Ventilschalten entstehen. Die Halterung 18 umfasst mindestens an drei Stellen den Flansch 1a des Bremskraftverstärkergehäuses 1.

1: Bremskraftverstärkergehäuse
1a: Flansch des Bremskraftverstärkergehäuses
2: Wegsimulatorgehäuse
3: Gehäuse der Einrichtung zur Leerwegreduzierung
3a: Gehäuseflansch
4: Pedalstößel
5: erstes Wegsimulatorfedersystem
5a: zweites Wegsimulatorfedersystem
6: bewegliche Federaufnahme
7: Lagerbolzen
8: Leerwegfreischaltung
9: Stößel
10: Spindel
11: Stange zur Kupplung/Kolben
12: Wegsimulatorarretierung
13: Elektromagnet
14: Lagerbuchse zum BKV-Gehäuse
15: Lagerbuchse zum Wegsimulatorgehäuse
16: Stirnwand/Spritzwand
17: Pedalachse
18: Halterung
19: Dämpfungselement
20: Befestigung an Stirnwand
21: Federelement
22: Rückstellfeder
23: Pedalweggeber
24: Anschlagplatte
B: Breite der Anschlagplatte
BKV: Bremskraftverstärker

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004011622 [0004]
- EP 2006/003647 [0007]
- EP 2007/010993 [0007]
- WO 2006/111392 [0016]
- WO 2008/071437 [0016, 0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Bremsenhandbuch vom 2004, S. 272–274 [0003]

Claims

Bremssystem mit einem Wegsimulator, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegsimulator mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Federsysteme (5, 5a) aufweist.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsysteme (5, 5a) in einem Gehäuse (2) angeordnet sind, wobei sich die Federsysteme (5, 5a), welche jeweils aus mindestens einer Feder bestehen, mit ihrer einen Seite am Gehäuse (2) und mit ihrer anderen Seite an dem Pedalstößel oder einem damit verbundenen Teil (3, 3a) abstützen.
Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall einer oder mehrerer Komponenten, insbesondere im Fehlerfall, des Bremssystems die Bremsbetätigungseinrichtung (7, 9, 14) mechanisch auf den Kolben, insbesondere des THZ, des Bremskraftverstärkers wirkt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Federsysteme (5, 5a) parallel zur Mittelachse der Kolben-Zylindereinheit des Bremskraftverstärkers angeordnet sind.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) insbesondere parallel zur Mittelachse der Kol ben-Zylindereinheit des Bremskraftverstärkers, verschieblich in einem Lagerteil (1) gelagert und mittels mindestens einer Arretierungseinrichtung (12, 13, 21, 22) in einer Normalstellung arretierbar ist, wobei die Arretierung im Fehlerfalle einer Komponente des Bremssystems aufhebbar bzw. freigebbar ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Betätigungseinrichtung (4, 17) und der Kolben-Zylindereinheit des Bremskraftverstärkers eine Einrichtung (3, 8, 9) zur Leerwegreduzierung angeordnet ist.
Bremssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Leerwegreduzierung im Wegsimulatorgehäuse (2), insbesondere mit ihrem Gehäuse (3) verschieblich, angeordnet ist.
Bremssystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Leerwegreduzierung ein Koppelelement (9) aufweist, welches in einer oder mehreren Stellungen relativ zum Pedalstößel (4) oder dem Gehäuse (3) der Einrichtung zur Leerwegreduzierung mittels einer Festsetzeinrichtung, insbesondere am Pedalstößel (4) oder dem Gehäuse (3), arretierbar bzw. festsetzbar und/oder freigebbar bzw. freischaltbar ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pedalstößel (4) auf das Gehäuse (3) der Einrichtung zur Leerwegreduzierung wirkt oder mit diesem verbunden ist, und dass am Gehäuse (3) Anschläge oder ein Flansch bzw. Kragen (3a) befestigt oder angeformt sind bzw. ist, an dem bzw. denen sich die Federsysteme (5, 5a) abstützen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Leerwegreduzierung ein Koppelelement (9) aufweist, welches bei Ausfall des Bremskraftverstärkers oder einer oder mehrerer Komponente(n) des Bremssystems auf die im Normalfall von einem Antrieb des Bremskraftverstärkers angetriebene Spindel oder einen Zwischenstößel (10, 11) wirkt, und hierdurch ein direkter mechanischer Durchgriff von der Bremsbetätigungseinrichtung auf das Kolben-Zylinder-System, insbesondere den THZ, des Bremskraftverstärkers erfolgt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federsysteme (5, 5a) unterschiedliche Federkonstanten und/oder Federkraft-Weg-Kennlinien aufweisen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federsystem (5, 5a) aus mindestens zwei in Reihe angeordneten Federn gebildet ist, wobei insbesondere die Federaufnahme für zwei aneinander grenzende Federn in Federkraftrichtung verschieblich im Wegsimulatorgehäuse (2) gelagert ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federsystem (5, 5a) aus ein- oder zweistufigen nichtlinearen Federn gebildet ist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die unterschiedlichen Federkennlinien und/oder Federkonstanten der beiden Federsysteme (5, 5a) Querkräfte (Q1, Q2) auftreten, die eine Hysterese des Gehäuses (3) hervorrufen.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung des Bremssystems mittels der Funktion F_H = f (Pedalweg s_P, Bewegungsrichtung des Bremspedals, Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg) eine insbesondere zusätzliche adaptive Hysterese für die Pedalcharakteristik erzeugt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung des Bremssystems anhand des Vergleichs von entweder Pedalkraft und Hubauswertung des Arretiermagneten (13) und/oder anhand des Vergleichs von im THZ erzeugtem Druck und Hubauswertung des Arretiermagneten (13) die Funktion der Arretiereinrichtung ermittelt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (12) bei arretiertem Wegsimulatorgehäuse (2) an einer Anschlagplatte (24) aus hochfestem Material anliegt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung einen zweiarmigen Hebel (12) aufweist, der von mindestens einer Feder (22) mit seinen einen ersten Arm des Hebels (12) in Richtung eines Hubmagneten (13) kraftbeaufschlagt ist, wobei eine weitere Feder (21) den ersten Arm des Hebel (12) in die entgegengesetzte Richtung kraftbeaufschlagt, sobald der Arm sich in unmittelbarer Nähe des Hubmagneten (13) oder am Hubmagneten (13) befindet, und dass der andere Arm des Hebels (12) zur Arretierung des Wegsimulatorgehäuses (2) dient.
Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, wobei das Gehäuse (1) des Bremskraftverstärkers, insbesondere mit seinem Flansch (1a) in einer Halterung (18) mit Dämpfungselement (19) gelagert ist.