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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bremsen
eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Scheibenbremse, die eine
Bremsscheibe umfasst, die zwischen Bremsbelägen einklemmbar ist, die durch
einen Kolben betätigbar
sind, der über
ein Hydrauliksystem mit einem Bremsfluid beaufschlagbar ist.
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Es
ist bekannt die Lüftspieleinstellung
einer Scheibenbremse „passiv” über einen
Gummidichtring zu realisieren. Dieses „passive System”, das auf einer
wegabhängigen
Steuerung basiert, funktioniert für einen festgelegten Bremsdruckbereich.
Nach Bremsleitungsdrücken,
die diesen Bremsdruckbereich übersteigen,
tritt aufgrund der wegabhängigen Steuerung
des Lüftspiels
und der Bremssattelaufweitung erhöhte Restbremsmomente im anschließenden Fahrbetrieb
auf. Zur „passiven
Steuerung” der Lüftspieleinstellung
bei Scheibenbremsen kann in einer Nut im Bremszylinder ein Gummidichtring
mit einem rechteckigen Querschnitt angeordnet werden, der den Kolben
abdichtet. Wenn der innendurchmesser des Dichtrings etwas kleiner
als der Kolbendurchmesser ist, umfasst der Dichtring den Kolben
mit einer Vorspannung. Der vorgespannte Dichtring kann verwendet
werden, um den Kolben beziehungsweise die Bremsbeläge nach
einer Betätigung
der Scheibenbremse bei einem Druckabfall des Bremsfluids wieder
in seine beziehungsweise ihre Ausgangslage zurückzustellen. Diese Rückstellfunktion
des Dichtrings ist nur bei einem vollständigen Druckabbau im Hydrauliksystem
der Scheibenbremse möglich.
Es darf deshalb kein Vordruck bestehen bleiben, wie er zum Beispiel
in Bremskreisen von Trommelbremsen benötigt wird, um die Dichtfunktion
von Topfmanschetten aufrecht zu erhalten. Durch den Vordruck wird
bei Trommelbremsen mit Topfmanschetten ein Eindringen von Luft von
außen
verhindert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein unerwünscht
hohes Restbremsmoment nach hohen Bremsleitungsdrücken im Betrieb von Scheibenbremsen
zu verhindern.
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Die
Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Bremsen eines Kraftfahrzeugs,
mit mindestens einer Scheibenbremse, die eine Bremsscheibe umfasst, die
zwischen Bremsbelägen
einklemmbar ist, die durch einen Kolben betätigbar sind, der über ein
Hydrauliksystem mit einem Bremsfluid beaufschlagbar ist, insbesondere
mit einer im Folgenden beschriebenen Vorrichtung, dadurch gelöst, dass
das Hydrauliksystem mit einem Vordruck beaufschlagt wird, um in einem
unbetätigten
Zustand der Scheibenbremse über
den Kolben die Bremsbeläge
an der Bremsscheibe zu positionieren (Lüftspiel nahe Null). Durch den
Vordruck werden die Bremsbeläge
so positioniert, dass ein reproduzierbares Bremspedalgefühl und ein
kurzer Anhalteweg bei gleichzeitig geringen Restbremsmomenten erzeugt
werden. Das liefert den Vorteil, dass anstelle eines speziell vorgespannten
Dichtrings ein herkömmlicher
Dichtring verwendet werden kann, der nur eine Dichtfunktion und
keine Rückstellfunktion
auf den Kolben ausübt.
Die Verwendung des Vordrucks liefert den Vorteil, dass die bisher
wegabhängige
passive Lüftspieleinstellung über den
Dichtring durch eine druckabhängige
Steuerung ersetzt wird. Somit stellt sich auch nach hohen eingesteuerten
Bremsleitungsdrücken
kein erhöhtes Restbremsmoment
ein. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert
werden.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem über eine
Vordruckquelle pneumatisch oder hydraulisch mit dem Vordruck beaufschlagt
wird, um in einem unbetätigten
Zustand der Scheibenbremse über
den Kolben die Bremsbeläge an
der Bremsscheibe zu positionieren (Lüftspiel nahe Null). Bei der
Vordruckquelle handelt es sich vorzugsweise um eine Pumpe, die entweder
ein Hydraulikmedium in das Hydrauliksystem fördert, oder an einen Ausgleichsbehälter angeschlossen
ist, der wiederum mit dem Hydrauliksystem in Verbindung steht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckquelle über einen
Drucksensor angesteuert wird. Der Drucksensor dient dazu, den Druck
im Hydrauliksystem, insbesondere im Bremszylinder zu erfassen. Über die
druckabhängige
Ansteuerung der Vordruckquelle wird auf einfache Art und Weise erfasst,
ob sich die Scheibenbremse im betätigten oder unbetätigten Zustand
befindet und/oder der erfasste Druck kleiner oder größer als der
gewünschte
Vordruck ist.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem
kontinuierlich mit dem Vordruck beaufschlagt wird, um über den
Kolben im Betrieb dauernd die Bremsbeläge an der Bremsscheibe zu positionieren.
Das hat den Vorteil, dass eine spezielle Regelung für den Vordruck
entfallen kann.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem über eine
entsprechende Regelung/Steuerung bedarfsabhängig mit dem Vordruck beaufschlagt
wird, um über
den Kolben im Betrieb bei Bedarf die Bremsbeläge an der Bremsscheibe zu positionieren
(Steuerung des Lüftspiels).
Die Regelung/Steuerung des Vordrucks kann zum Beispiel über ein
Hydroaggregat erfolgen, das zum Beispiel eine Antiblockiersystem-Regeleinrichtung
umfasst.
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Die
oben angegebene Aufgabe ist bei einer Vorrichtung zum Bremsen eines
Kraftfahrzeugs, mit mindestens einer Scheibenbremse, die eine Bremsscheibe
umfasst, die zwischen Bremsbelägen
einklemmbar ist, die durch einen Kolben betätigbar sind, der über ein
Hydrauliksystem mit einem Bremsfluid beaufschlagbar ist, insbesondere
gemäß einem
vorab beschriebenen Verfahren, dadurch gelöst, dass das Hydrauliksystem
eine Vordruckquelle umfasst, über
die das Hydrauliksystem mit einem beziehungsweise dem Vordruck beaufschlagbar
ist, um in einem unbetätigten
Zustand der Scheibenbremse über
den Kolben die Bremsbeläge
an der Bremsscheibe zu positionieren (Lüftspiel nahe Null). Durch den
Vordruck werden die Bremsbeläge
so positioniert, dass ein reproduzierbares Bremspedalgefühl und ein
kurzer Anhalteweg bei gleichzeitig geringen Restbremsmomenten erzeugt
werden. Das liefert den Vorteil, dass anstelle eines speziell vorgespannten
Dichtrings ein herkömmlicher
Dichtring verwendet werden kann, der nur eine Dichtfunktion und
keine Rückstellfunktion
auf den Kolben ausübt.
Die Verwendung des Vordrucks liefert darüber hinaus den Vorteil, dass
auch bei erhöhten
Bremsdrücken
und damit verbundener Bremssattelaufweitung kein erhöhtes Restbremsmoment
auf die Bremsscheibe aufgebracht wird. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch
des Kraftfahrzeugs reduziert werden. Bei der Vordruckquelle handelt
es sich vorzugsweise um eine Pumpe, die entweder ein Hydraulikmedium
in das Hydrauliksystem fördert,
oder an einen Ausgleichsbehälter
angeschlossen ist, der wiederum mit dem Hydrauliksystem in Verbindung
steht.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckquelle
pneumatisch oder hydraulisch über einen
Ausgleichsbehälter
oder direkt mit einem Hauptbremszylinder des Hydrauliksystems verbindbar
oder verbunden ist. Der Hauptbremszylinder ist über das Hydrauliksystem hydraulisch
mit mehreren Radbremszylindern verbunden, in denen jeweils ein Kolben
einer Scheibenbremse hin und her bewegbar geführt ist. Über das Hydrauliksystem wird
der Vordruck aus dem Hauptbremszylinder in die Radbremsen übertragen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckquelle
pneumatisch oder hydraulisch mit einem Ausgleichsbehälter oder
einer Verzweigung verbindbar oder verbunden ist, der beziehungsweise
die zwischen einem Hydroaggregat und einer Radbremse in dem Hydrauliksystem
angeordnet ist. Das Hydroaggregat umfasst zum Beispiel eine Antiblockiersystem-Regeleinrichtung.
Bei dieser Anordnung ist jeder Scheibenbremse, insbesondere jedem
Bremssattel, eine Vordruckquelle zugeordnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vordruckquelle
pneumatisch oder hydraulisch mit einem Ausgleichsbehälter oder
einer Verzweigung verbindbar oder verbunden ist, der beziehungsweise
die zwischen einem Hydroaggregat und einem beziehungsweise dem Hauptbremszylinder des
Hydrauliksystems angeordnet ist. Diese Anordnung liefert den Vorteil,
dass pro Bremskreis des Hydrauliksystems nur eine Vordruckquelle
benötigt wird,
um den Vordruck in allen Bremssätteln
zu erzeugen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vordruckquelle
eine Ventileinrichtung mit einem Rückschlagventil nachgeschaltet
ist. Das Rückschlagventil
ist so dem Hydrauliksystem angeordnet, dass kein Bremsfluid aus
dem Hydrauliksystem zu der Vordruckquelle zurückströmen kann.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung
ein Druckhalteventil umfasst. Das Druckhalteventil dient dazu, den
Vordruck in dem Hydrauliksystem aufrecht zu erhalten.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab
beschriebenen Vorrichtung. Bei dem Hydrauliksystem handelt es sich
vorzugsweise um ein Zweikreis-Scheibenbremssystem
mit einem Tandem-Hauptbremszylinder, einem Hydroaggregat und vier
Radbremsen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 einen
stark vereinfachten Hydraulikschaltplan einer Bremsvorrichtung mit
einer pneumatischen Druckbeaufschlagung zum Erzeugen eines Vordrucks;
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2 einen ähnlichen
Hydraulikschaltplan wie in 1 mit einer
hydraulischen Druckbeaufschlagung zum Erzeugen des Vordrucks und
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3 eine
Verzweigung aus 1 im Detail.
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In
den 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1; 56 zum
Bremsen eines Kraftfahrzeugs anhand eines vereinfachten Hydraulikschaltplans
gemäß zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt. Die Vorrichtung 1; 56 umfasst vier
Scheibenbremsen 2, 3, 4, 5,
von denen jede eine Bremsscheibe 8 umfasst, die über einen
Kolben 9 betätigbar
ist. Der Kolben 9 ist in einem Bremszylinder hin und her
bewegbar aufgenommen, der in einen Bremssattel 10 integriert
ist.
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Der
Kolben 9 ist über
ein Hydrauliksystem 12 so mit Druck beaufschlagbar, dass
die Bremsscheibe 8 zwischen Bremsbelägen einklemmbar ist, um eine Bremswirkung
zu erzielen. Die Bremswirkung wird in bekannter Art und Weise über ein
Bremspedal 14 ausgelöst,
das zum Beispiel mit einem Fuß eines Fahrers
eines Kraftfahrzeugs betätigbar
ist.
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Eine
auf das Bremspedal 14 aufgebrachte Betätigungskraft wird über einen
Bremskraftverstärker 15 verstärkt auf
einen Tandem-Hauptbremszylinder 16 übertragen, der einen Ausgleichsbehälter 17 für Bremsfluid
umfasst. Bei dem Bremsfluid handelt es sich vorzugsweise um ein
Hydraulikmedium, das als Bremsflüssigkeit
bezeichnet wird.
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Aus
Sicherheitsgründen
ist das Hydrauliksystem 12 als Zweikreis-Bremssystem ausgeführt, in welchem
die beiden Scheibenbremsen 2, 3 zum Beispiel den
Vorderrädern und
die Scheibenbremsen 4, 5 zum Beispiel den Hinterrädern eines
Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Das Zweikreis-Bremssystem umfasst
zwei voneinander getrennte Bremskreise 21 und 22.
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Ein
Hydroaggregat 25 ist zwischen den Hauptbremszylinder 16 und
die einzelnen Scheibenbremsen 2 bis 5 geschaltet.
Das Hydroaggregat 25 umfasst vorzugsweise eine Antiblockiersystem-Regeleinrichtung,
die in bekannter Art und Weise dazu dient, den Bremsdruck der Scheibenbremsen 2 bis 5 entsprechend
der Haftfähigkeit
der Räder
des Kraftfahrzeugs auf der Fahrbahn so zu regeln, dass ein Blockieren
der Räder
verhindert wird.
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Der
Kolben 9 der Scheibenbremsen 2 bis 5 ist,
nicht wie bei herkömmlichen
Scheibenbremsen, durch einen speziellen Dichtring vorgespannt, sondern
frei beweglich in den zugehörigen
Radbremszylinder. Zur Abdichtung des Kolbens wird ein normaler Dichtring
verwendet, der lediglich eine Dichtfunktion und keine Vorspannfunktion
aufweist.
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Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung wird in dem Hydrauliksystem 12 ein
Vordruck von zum Beispiel 1 bar, insbesondere 0,02 bar, erzeugt,
um im unbetätigten
Zustand der Scheibenbremsen 2 bis 5 über die
Kolben 9 die Bremsbeläge an
der Bremsscheibe zu positionieren (Lüftspiel nahe Null). Durch den
Vordruck wird ein geringes Restbremsmoment auf die Scheibenbremsen 2 bis 5 aufgebracht.
Die Druckbeaufschlagung des Hydrauliksystems 12 mit dem
Vordruck von beispielsweise 1 bar kann mittels Pneumatik oder Hydraulik
erfolgen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Regelung vorgesehen sein,
um den Vordruck zum Beispiel in Abhängigkeit einer gefahrenen Querbeschleunigung,
die für
ein Verkippen der Bremsscheibe und dadurch eine Bewegung der Bremsbeläge verantwortlich
ist, zu regeln.
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Der
Vordruck kann kontinuierlich oder geregelt diskontinuierlich beziehungsweise
in Form von Vordruckimpulsen in das Hydrauliksystem 12 eingebracht
werden. Die Einbringung von Vordruckimpulsen hat sich insbesondere
nach extremen Querbeschleunigungen als vorteilhaft erwiesen, wenn
sich die Bremsbeläge
weit von der Scheibe weg bewegen.
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Durch
den Vordruck wird sichergestellt, dass die Bremsbeläge aber
auch dann an der Bremsscheibe gehalten werden, wenn kein Bremsdruck
in dem Hydrauliksystem herrscht. Der Vordruck kann, wie man in 1 sieht,
mit Hilfe von pneumatischen Vordruckquellen 31, 32 erzeugt
werden, die vorzugsweise als Pneumatikpumpen ausgeführt sind.
Die pneumatischen Vordruckquellen 31, 32 sind
unter Zwischenschaltung jeweils eines Ausgleichsbehälters 35, 36,
der teilweise mit Bremsflüssigkeit
gefüllt
ist, durch Verzweigungen 33, 34 an das Hydrauliksystem 12 angebunden.
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Über die
pneumatische Vordruckquelle 31, 32 kann der Vordruck
auf einfache Art und Weise in dem zugehörigen Ausgleichsbehälter 35, 36 erzeugt werden.
Die Verzweigungen 33, 34 sind jeweils in einem
der Bremskreise 21, 22 zwischen dem Hauptbremszylinder 16 und
dem Hydroaggregat 25 angeordnet.
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Alternativ
kann jeder der Scheibenbremsen eine eigene pneumatische Vordruckquelle 41 bis 44 zugeordnet
sein, die jeweils über
eine Verzweigung 45, 46, 47, 48 an
das Hydrauliksystem 12 angebunden ist. Die Verzweigungen 45 bis 48 sind
zwischen dem Hydroaggregat 25 und den Scheibenbremsen 2 bis 5 angeordnet.
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Zwischen
die Vordruckquellen 41 bis 44 und die zugehörige Verzweigung 45 bis 48 ist
jeweils ein Ausgleichsbehälter 51 bis 54 geschaltet,
der jeweils teilweise mit Bremsflüssigkeit gefüllt ist.
Durch die pneumatischen Vordruckquellen 41 bis 44 kann
der Druck in den Ausgleichsbehältern 51 bis 54 gezielt angehoben
werden, um den gewünschten
Vordruck zu erzeugen.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel kann
eine pneumatische Vordruckquelle 55 direkt an den Ausgleichsbehälter 17 des
Hauptbremszylinders 16 angebunden sein. Über die
pneumatische Vordruckquelle 55 kann der Druck in dem Ausgleichsbehälter 17 gezielt
angehoben werden, um den gewünschten
Vordruck zu erzeugen.
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In 2 ist
eine ähnliche
Vorrichtung 56 wie in 1 mit einer
hydraulischen Druckbeaufschlagung dargestellt. Der Vordruck kann
zum Beispiel auch durch eine hydraulische Vordruckquelle 58 erzeugt
werden, die, kontinuierlich oder bedarfsabhängig ein Hydraulikmedium, insbesondere
Bremsflüssigkeit,
aus einem Vorratsbehälter 59 in
den Ausgleichsbehälter 17 des
Hauptbremszylinders 16 fördert.
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In ähnlicher
Weise wie bei der pneumatischen Druckbeaufschlagung, die in 1 dargestellt ist,
können
hydraulische Vordruckquellen 61, 62 durch Verzweigungen 63, 64 an
das Hydrauliksystem 12 angebunden sein. Die Verzweigungen 63, 64 sind in
den beiden Bremskreisen 21, 22 zwischen dem Hauptbremszylinder 16 und
dem Hydroaggregat 25 angeordnet. Die Vordruckquellen 61, 62 dienen
dazu, Hydraulikmedium, insbesondere Bremsflüssigkeit, kontinuierlich oder
bedarfsabhängig
aus Vorratsbehältern 65, 66 in
das Hydrauliksystem 12 zu fördern, um den gewünschten
Vordruck zu erzeugen.
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Alternativ
kann jeweils eine hydraulische Vordruckquelle 71 bis 74 über Verzweigungen 67, 68, 69, 70 an
das Hydrauliksystem 12 angebunden sein. Die Verzweigungen 67 bis 70 sind
jeweils zwischen dem Hydroaggregat 25 und einer der Scheibenbremsen 2 bis 5 angeordnet. Über die
Vordruckquellen 71 bis 74, die vorzugsweise als
Hydraulikpumpen ausgeführt
sind, kann ein Hydraulikmedium, insbesondere Bremsflüssigkeit,
aus jeweils einem Vorratsbehälter 75, 76, 77, 78 gezielt
in das Hydrauliksystem 12 gefördert werden, um den gewünschten
Vordruck zu erzeugen.
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Bei
den Vorratsbehältern 58; 65, 66; 75 bis 78 kann
es sich jeweils um separate Vorratsbehälter oder um einen gemeinsamen
Vorratsbehälter
mit Hydraulikmedium handeln.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann der Vordruck gezielt mit Hilfe
des Hydroaggregats 25 erzeugt werden, das in dem Hydrauliksystem 12 zwischen
dem Hauptbremszylinder 16 und den Scheibenbremsen 2 bis 5 angeordnet
ist.
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In 3 ist
beispielhaft anhand der Verzweigung 33 angedeutet, dass
alle der unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschriebenen
Verzweigungen 33, 34; 45 bis 48; 63, 64; 67 bis 70 eine
Ventileinrichtung 80 umfassen können. Die Ventileinrichtung 80 umfasst
vorzugsweise ein Rückschlagventil 81 und
ein Druckhalteventil 82. Die symbolisch dargestellten Ventile 81, 82 können in
die dargestellten Verzweigungen oder in die vorgeschalteten Bauteile integriert
sein.