DE102010043203A1

DE102010043203A1 - Bremskraftverstärker und Verfahren zum Betrieb eines Bremskraftverstärkers

Info

Publication number: DE102010043203A1
Application number: DE102010043203A
Authority: DE
Inventors: Dirk Mahnkopf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: EP2635470A1; CN103180181A; WO2012059260A1; CN103180181B; JP2013541460A; US9845086B2; US20130269337A1; DE102010043203B4; JP5676001B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker (1) mit einem durch einen Fahrer betätigbaren Eingangselement (2), einem Aktuator zum Erzeugen einer Unterstützungskraft (Fsup), einem Ausgangselement (6), welches durch das Eingangselement (2) und/oder den Aktuator mit einer Eingangskraft (Fin) bzw. der Unterstützungskraft (Fsup) beaufschlagbar ist und durch welches ein Kolben eines Hauptbremszylinders mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, und einer Kraftübertragungseinheit (5) mit elastischen Eigenschaften, welche zwischen dem Eingangselement (2) und dem Aktuator einerseits und dem Ausgangselement (6) andererseits angeordnet ist und die Eingangskraft (Fin) und/oder die Unterstützungskraft (Fsup) auf das Ausgangselement (6) überträgt. Zwischen dem Eingangselement (2) und dem Kraftübertragungselement (5) ist ein Luftspalt (21) vorgesehen, welcher im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges. Gemäß einem Verfahren zum Betrieb des Bremskraftverstärkers wird im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements (2) eine Unterstützungskraft (Fsup) durch den Aktuator erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bremskraftverstärker und ein Verfahren zum Betrieb eines Bremskraftverstärkers.
Stand der Technik
Bremskraftverstärker mit sogenannter ”Springer-Funktion” sind seit langem bekannt. Dabei ist zwischen einem Eingangselement und einer Kraftübertragungseinheit des Bremskraftverstärkers ein Luftspalt vorgesehen. Dieser Luftspalt bewirkt, dass der Fahrer bei Betätigung des Eingangselements zunächst nicht gegen die Kraftübertragungseinheit drücken muss, sondern es mit geringen Kräften bewegen kann. Die Steuerung oder Regelung der Aktuatorkraft erfolgt in diesem Bereich wegabhängig in Abhängigkeit vom Weg des Eingangselements bei nahezu konstanter Eingangskraft. Die Betätigungskraft wird in diesem Bereich vorwiegend von einem Aktuator des Bremskraftverstärkers aufgebracht.
Bei Fahrzeugen mit herkömmlichen Scheibenbremsen treten während eines ungebremsten Betriebszustandes, also bei unbetätigtem Bremspedal, häufig Energieverluste in Form eines Restbremsmomentes auf, da die Bremsbeläge an der Bremsscheibe schleifen. Dieses Schleifen kann z. B. durch Scheibenschlag und/oder durch in vielen Fällen nicht korrekte Belagrückstellung und Lüftspieleinhaltung hervorgerufen werden.
Zur Energieeinsparung wurden daher Scheibenbremsen entwickelt, bei welchen sich die Bremse im ungebremsten Zustand in einer sogenannten ”Zero-Drag”-Position befindet, so dass hierbei keinerlei Reibung zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe auftritt. Ein entsprechend ausgestalteter Bremssattel wird häufig auch als ”zero-drag-caliper” bezeichnet.
Nachteilig an derartigen Bremssystemen ist es aber, dass sich dabei oftmals die Bremsbeläge nach dem Lösen des Bremspedals sehr weit von der Bremsscheibe zurückziehen, so dass sich bei Betätigung des Bremsbetätigungselements ein im Vergleich zu herkömmlichen Bremssystemen erhöhter Leer- oder Todweg ergibt. Ein derartiger zusätzlicher Leer- oder Todweg ist aber unerwünscht und sollte daher vermieden oder ausgeglichen werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass sich derartige erhöhte Leer- oder Todwege systembedingt auch unabhängig von ”zero-drag-calipern” ergeben können.
Bisher war die Kompensation derartiger unerwünschter zusätzlicher Leer- oder Todwege nur durch den Einsatz sogenannter reiner Fremdkraftbremsanlagen realisierbar, bei denen die zur Erzeugung der Bremskraft benötigte Energie von einer oder mehreren Energieversorgungseinrichtungen, jedoch nicht von der physischen Kraft des Fahrzeugführers, erzeugt wird.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Bremskraftverstärker umfasst ein durch einen Fahrer betätigbares Eingangselement, einen Aktuator zum Erzeugen einer Unterstützungskraft, ein Ausgangselement, welches durch das Eingangselement und/oder den Aktuator mit einer Eingangskraft bzw. der Unterstützungskraft beaufschlagbar ist und durch welches ein Kolben eines Hauptbremszylinders mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, und eine Kraftübertragungseinheit mit elastischen Eigenschaften, welche zwischen dem Eingangselement und dem Aktuator einerseits und dem Ausgangselement andererseits angeordnet ist und die Eingangskraft und/oder die Unterstützungskraft auf das Ausgangselement überträgt. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Eingangselement und dem Kraftübertragungselement ein Luftspalt vorgesehen, welcher im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Bremskraftverstärker umfasst ein durch einen Fahrer betätigbares Eingangselement, einen Aktuator zum Erzeugen einer Unterstützungskraft, ein Ausgangselement, welches durch das Eingangselement und/oder den Aktuator mit einer Eingangskraft bzw. der Unterstützungskraft beaufschlagbar ist und durch welches ein Kolben eines Hauptbremszylinders mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, und eine Kraftübertragungseinheit mit elastischen Eigenschaften, welche zwischen dem Eingangselement und dem Aktuator einerseits und dem Ausgangselement andererseits angeordnet ist und die Eingangskraft und/oder die Unterstützungskraft auf das Ausgangselement überträgt. Erfindungsgemäß weist dabei das Eingangselement ein durch den Fahrer betätigbares erstes Teilelement zum Erzeugen der Eingangskraft und ein davon getrenntes zweites Teilelement zur Übertragung der Eingangskraft auf die Kraftübertragungseinheit auf. Dabei ist zwischen dem ersten Teilelement und dem zweiten Teilelement des Eingangselements ein Luftspalt vorgesehen, welcher im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges.
Die vorliegende Erfindung schafft schließlich ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers, wobei im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements eine Unterstützungskraft durch den Aktuator erzeugt wird.
Vorteile der Erfindung
Zur Realisierung einer ”Springer-Funktion” weisen viele Bremskraftverstärker einen Luftspalt zwischen dem Eingangselement und der Kraftübertragungseinheit oder zwischen zwei Teilelementen des Eingangselements auf. Die Größe des Luftspaltes definiert dabei die Größe des sogenannten Jump-ins, das heißt diejenige Kraft bzw. denjenigen Druck, bei welcher/welchem das Bremssystem von einem Fremdkraftmodus in einen Hilfskraftmodus übergeht. Die Erfindung basiert auf der Grundidee, einen Bremskraftverstärker, welcher zur Realisierung einer ”Springer-Funktion” einen derartigen Luftspalt aufweist, derart auszugestalten, dass unerwünschte Leer- oder Todwege des Bremssystems ohne spürbaren Einfluss auf die Pedalcharakteristik, z. B. in Form einer Verschiebung des Bremsbetätigungselements, kompensiert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Luftspalt, z. B. im Rahmen der Fertigung oder der Montage, derart eingestellt wird, dass er im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges. Wird nun im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements eine Unterstützungskraft durch den Aktuator erzeugt, so kann durch geeignete Dimensionierung der erzeugten Unterstützungskraft ein vordefinierter Weg am Ausgang des Bremskraftverstärkers und somit an dem Kolben des Hauptbremszylinders überwunden werden. Da in diesem Zeitbereich aber noch keine Verbindung zwischen dem Eingangselement und der Kraftübertragungseinheit besteht, hat dies keine Auswirkungen auf das Betätigungselement. Der Leer- oder Todweg kann damit kompensiert werden, ohne dass der Fahrer dies, z. B. durch eine entsprechende Verschiebung des Eingangselements, bemerkt. Der überbrückte Weg am Ausgang des Bremskraftverstärkers und die durch die Unterstützungskraft hervorgerufene Deformation des Kraftübertragungselements beeinflussen aber unmittelbar die Größe bzw. Breite des Luftspalts. In Abhängigkeit von dem Verhältnis der Verformungseigenschaften (Steifigkeiten) der Kraftübertragungseinheit und des Hauptbremszylinders in Verbindung mit dem Bremssystem, auf dessen Kolben das Ausgangselement des Bremskraftverstärkers wirkt, führt die Erzeugung der Unterstützungskraft zu einer Vergrößerung oder Verkleinerung des ursprünglich in der Ruhelage eingestellten Luftspalts. Wird nun der Luftspalt in der Ruhelage entsprechend zu klein bzw. zu groß eingestellt, so ergibt sich nach der Erzeugung der Unterstützungskraft und damit nach der Kompensation der unerwünschten Leer- oder Todwege ein Luftspalt, welcher exakt so groß ist, wie er zur Realisierung der gewünschten ”Springer-Funktion” erforderlich ist. Der Luftspalt wird damit durch die Unterstützungskraft auf das zu Beginn eines Bremsvorganges gewünschte Maß gebracht.
Im Vergleich zur aufwendigen und kostenintensiven Realisierung eines reinen Fremdkraftbremssystems stellt die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Bremskraftverstärkers eine besonders einfache und damit kostengünstige Variante zur Kompensation von Leer- oder Todwegen in Bremssystemen dar. Der erfindungsgemäße Bremskraftverstärker und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren zeichnen sich darüber hinaus dadurch aus, dass sowohl Todwege im Bereich des Bremssattels als auch Todwege im Bereich des Hauptbremszylinders kompensiert werden können. Außerdem erfolgt die Kompensation für den Fahrer unmerklich, so dass auch ein hoher Komfort sicher gestellt ist.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers oder des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ergibt sich beim Einsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Hier kann der Fremkraftmodus der Bremskraftverstärkers beim Verblenden eines Generatormomentes genutzt werden. Im Falle einer Bremsung wird zunächst der Druck im Rahmen der Todwegkompensation aufgebaut. Falls nun ein generatorisches Moment hinzukommt, kann das hydraulische Bremsmoment entsprechend reduziert werden, so dass das gesamte Bremsmoment konstant bleibt. Hierbei strömt Bremsflüssigkeit aus dem Bremssystem in den Hauptbrenmszylinder zurück, wodurch sich die Kraftübertragungseinheit in Richtung des Bremsbetätigungselements verschiebt. Bei einem herkömmlichen Bremssystem ist der Luftspalt entsprechend groß auszulegen, so dass hierbei kein Kontakt zwischen der Kraftübertragungseinheit und dem Eingangselement entsteht. Mit einem erfindungsgemäßen Bremskraftverstärker bzw. bei Verwendung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens muss der Luftspalt hingegen nicht vergrößert werden, wodurch unter anderem im Falle eines Verstärkerausfalles kein erhöhter Leerweg vorliegt. Da während der Verblendung keine direkte Verbindung zwischen dem Bremssystem und dem Bremsbetätigungselement besteht, kommt es zu keiner Rückwirkung aus das Bremsbetätigungselement, das heißt die Pedalcharakteristik bleibt konstant.
Die Erfindung kann unabhängig von dem Typ des Bremskraftverstärkers eingesetzt werden, das heißt der Aktuator des Bremskraftverstärkers kann als pneumatischer oder hydraulischer oder elektrohydraulischer oder elektromechanischer oder elektrothermischer Aktuator ausgestaltet sein.
Da die Kraftübertragungseinheit und insbesondere deren Steifigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Bremskraftverstärkern nicht oder nur geringfügig verändert wird, ergibt sich auch im Falle eines Ausfalles des Bremskraftverstärkers kein verändertes Verhalten. Insbesondere tritt keine nennenswerte Erhöhung der notwendigen Betätigungskraft des Fahrers zur Erzielung einer gewünschten Verzögerung auf.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kraftübertragungseinheit, welche als eine elastisch deformierbare Reaktionsscheibe oder eine elastische Federkonstruktion ausgebildet sein kann, derart ausgestaltet, dass eine Abweichung des Verhältnisses der Unterstützungskraft zur Eingangskraft von einem vorgegebenen Verhältnis zu einer Auslenkung der Kraftübertragungseinheit führt.
Eine zusätzliche Kompensation von unerwünschten Leer- oder Todwegen des Bremssystems lässt sich dadurch realisieren, dass der Bremskraftverstärker eine Vorspanneinheit aufweist, welche derart auf die Kraftübertragungseinheit einwirkt, dass sie die Kraftübertragungseinheit im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers mit einem Kräftepaar beaufschlagt. Wird nun im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements eine Unterstützungskraft durch den Aktuator erzeugt, so kann durch geeignete Auslegung der Vorspanneinheit und damit des Kräftepaares sowie der im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches erzeugten Unterstützungskraft ein vordefinierter Weg am Ausgang des Bremskraftverstärkers und somit an dem Kolben des Hauptbremszylinders überwunden werden, ohne dass ein entsprechender Weg am Eingang des Bremskraftverstärkers und damit an dem Eingangselement vorliegen muss. Ein Leer- oder Todweg kann damit kompensiert werden, ohne dass der Fahrer dies, z. B. durch eine entsprechende Verschiebung des Eingangselements, bemerkt. Die auf diese Weise bewirkte Leerwegkompensation wird dann bei der Auslegung des ”zu großen” oder ”zu kleinen” Luftspaltes entsprechend berücksichtigt.
Eine konstruktiv besonders einfache und damit kostensparende Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Vorspanneinheit einerseits eine Krafterzeugungseinheit, welche die Kraftübertragungseinheit im Ruhezustand aktiv mit einer ersten Kraft des Kräftepaares beaufschlagt, und andererseits eine Reaktionseinheit aufweist, welche eine Reaktionskraft zu der ersten Kraft erzeugt, welche zusammen mit der ersten Kraft das Kräftepaar bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Krafterzeugungseinheit als ein im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers vorgespanntes Federelement ausgebildet, welches sich einseitig an der Kraftübertragungseinheit abstützt. Dabei kann als Federelement beispielsweise eine Rückholfeder des Bremskraftverstärkers oder eine Feder des Hauptbremszylinders dienen, was zu einer weiteren Reduzierung des Konstruktions- und Kostenaufwandes beiträgt.
In besonders einfacher Art und Weise kann die Reaktionskraft dadurch erzeugt werden, dass die Reaktionseinheit einen Anschlag umfasst, an welchem sich die Kraftübertragungseinheit unmittelbar oder mittelbar abstützt.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 ein Ersatzmodell eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers,
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers und
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Ersatzmodell eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 1, anhand dessen im Folgenden auch die Funktionsweise erläutert werden wird. Ein Eingangselement 2 ist mechanisch mit einem nicht dargestellten Betätigungselement, welches z. B. als Bremspedal oder Bremshebel ausgeführt sein kann, gekoppelt und auf diese Weise durch einen Fahrer betätigbar. Wirkt eine Eingangskraft F_in, die größer ist als ein Kraftschwellwert, auf das Eingangselement 2, welches z. B. in Form eines Eingangskolbens ausgestaltet sein kann, so verschiebt sich dieses um einen Weg s_in. Die Eingangskraft F_in entspricht dabei in der Regel einer Betätigungskraft des Fahrers. Der Kraftschwellwert ist in 1 in Form eines Federelementes 3 mit einer Steifigkeit c_th und einer Federvorspannung F_th wiedergegeben. Ein nicht dargestellter Aktuator kann eine Unterstützungskraft F_sup auf einen Verstärkerkörper 4 aufbringen, was zu einem Verstellweg s_sup des Verstärkerkörpers 4 führt. Der Aktuator kann dabei in beliebiger Form, z. B. als pneumatischer oder hydraulischer oder elektrohydraulischer oder elektromechanischer oder elektrothermischer Aktuator ausgeführt sein. Der Verstärkerkörper 4 kann z. B. als Unterstützungskolben ausgestaltet sein. Über eine Kraftübertragungseinheit 5, welche elastische Eigenschaften aufweist, werden die Eingangskraft F_in und die Unterstützungskraft F_sup zu einer Ausgangskraft F_out zusammengeführt und auf ein Ausgangselement 6 übertragen. Das Ausgangselement 6 verschiebt sich dabei um einen Weg s_out. Das Ausgangselement 6 ist mechanisch mit einem nicht dargestellten Kolben eines Hauptbremszylinders gekoppelt, welcher durch die Kraftübertragungseinheit mit einer (Brems-)Betätigungskraft beaufschlagbar ist. Die Kraftübertragungseinheit 5 ist derart ausgestaltet, dass eine Abweichung des Verhältnisses der Unterstützungskraft F_sup zur Eingangskraft F_in von einem vorgegebenen Verhältnis zu einer Auslenkung oder Deformation der Kraftübertragungseinheit 5 führt. Die Kraftübertragungseinheit 5 ist somit als Kraftwaage ausgeführt, welche durch eine elastisch deformierbare Reaktionsscheibe oder eine elastische Federkonstruktion realisiert sein kann. Von Seiten des Ausgangselements 6 wirkt auf die Kraftübertragungseinheit eine Kraft F_TMC, welche sich aus der Vorspannung der Federn im Hauptbremszylinder sowie ggf. durch einen Vordruck ergibt.
Das Ersatzmodell des Bremskraftverstärkers 1 beinhaltet des Weiteren Größen, welche die Kraftübertragungseinheit 5 charakterisieren. So besitzt die Kraftübertragungseinheit 5 eine Steifigkeit c₂. Außerdem ist in 1 ein Anlagepunkt 7 des Ausgangselements 6 an der Kraftübertragungseinheit 5 zu erkennen. Ein Quotient X gibt das Verhältnis der Strecke x zwischen dem Anlagepunkt 7 und einem Angriffspunkt des Verstärkerkörpers 4 sowie der Strecke zwischen dem Anlagepunkt 7 und einem Angriffspunkt des Eingangselements 2 (hier gekennzeichnet mit der Länge eins) an. Die Hebellängen, also die Längen ”x” und ”1” entsprechen dabei z. B. Kontaktflächen zwischen dem Eingangslement 2 bzw. dem Verstärkerkörper 4 und einer Reaktionsscheibe. Liegt eine Unterstützungskraft F_sup und/oder eine Eingangskraft F_in vor, so kann das zu einer Deformation der Kraftübertragungseinheit 5 führen, welche in 1 als Strich-Punkt-Linie 5' dargestellt ist. Diese Deformation der Kraftübertragungseinheit 5 führt zu einem Differenzweg ds zwischen der neuen Position des Angriffspunktes des Eingangselements 2 und dessen alter Position. Außerdem ist eine Rückholfeder 8 mit einer Steifigkeit c_R für die Kraftübertragungseinheit 5 vorgesehen.
Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremskraftverstärkers 1 gemäß dem Ersatzschaltbild aus 1 ist in 2 dargestellt.
Im oberen Teil von 2 ist der Bremskraftverstärker 1 in Ruhelage des Bremssystems gezeigt. Zwischen der Kraftübertragungseinheit 5, welche im dargestellten Ausführungsbeispiel als Reaktionsscheibe 20 ausgeführt ist, und dem Eingangselement 2 ist ein Luftspalt 21 zu erkennen. Ein derartiger Luftspalt 21 dient der Realisierung einer sogenannten ”Springer-Funktion” und muss erst überwunden werden, bevor das Eingangselement 2 die Reaktionsscheibe 20 mit der Eingangskraft F_in beaufschlagt.
Insbesondere beim Einsatz von sogenannten ”zero drag calipern” oder auch systembedingt kann es im Bereich des Bremssystems zu unerwünschten Leer- oder Todwegen kommen. Um diese zu kompensieren wird im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements 2 eine Unterstützungskraft F_sup durch den nicht dargestellten Aktuator erzeugt. Dadurch wird zum einen das Ausgangselement 6 in Richtung des Hauptbremszylinders verschoben, wobei ein Ausgangsweg s_out1 überwunden wird. Zum anderen wird auch die Reaktionsscheibe 20, wie im unteren Teil der 2 dargestellt, deformiert. Da noch keine Verbindung zwischen Eingangselement 2 und Reaktionsscheibe 20 besteht, haben diese Verschiebung und Deformation aber unter Vernachlässigung des Federelementes 3 keinen Einfluss auf das Betätigungselement und bleiben daher für den Fahrer unbemerkt.
Der überbrückte Ausgangsweg s_out1 und die Deformation der Reaktionsscheibe 20 wirken sich aber direkt auf die Ausmaße des Luftspaltes 21 aus. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der überbrückte Ausgangsweg s_out1 größer als die entgegengesetzt gerichtete Deformation der Reaktionsscheibe 20. Daher ist der Luftspalt 21 nach dem Aufbringen der Unterstützungskraft F_sup im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches (2 unten) größer als der Luftspalt 21 im Ruhezustand (2 oben).
Die im unteren Teil von 2 dargestellte Situation stellt die Ausgangssituation zu Beginn des eigentlichen Bremsvorganges dar. Dabei soll dann auch die gewünschte ”Springer-Funktion” wirken, das heißt der Luftspalt 21 sollte in dieser Betriebssituation exakt das gewünschte Maß haben. Um dieses zu realisieren, ist der Luftspalt 21 im Ruhezustand kleiner einzustellen als der gewünschte Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorgangs. Die zur Kompensation von unerwünschten Leer- oder Todwegen dienende Unterstützungskraft F_sup im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches wird somit dazu genutzt, den Luftspalt 21 auf das gewünschte Maß zu bringen.
Bei anderer Auslegung der einzelnen Komponenten des Bremssystems kann die Unterstützungskraft F_sup im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches im Gegensatz zur dargestellten Variante auch zu einer Verkleinerung des Luftspaltes 21 führen. In einem solchen Fall ist der Luftspalt 21 im Ruhezustand entsprechend größer einzustellen als der gewünschte Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges.
Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann das Eingangelement 2 auch zweiteilig ausgeführt sein und ein vom Fahrer betätigbares erstes Teilelement zum Erzeugen der Eingangskraft und ein davon getrenntes zweites Teilelement zur Übertragung der Eingangskraft auf die Kraftübertragungseinheit aufweisen. In diesem Fall kann der Luftspalt 21 ohne Auswirkung auf die Verwendbarkeit der Erfindung auch zwischen dem ersten Teilelement und dem zweiten Teilelement des Eingangselements vorgesehen sein.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Eingangselement 2 zweiteilig ausgeführt und weist ein vom Fahrer betätigbares erstes Teilelement 30 zum Erzeugen der Eingangskraft F_in und ein davon getrenntes zweites Teilelement 31 zur Übertragung der Eingangskraft F_in auf die als Reaktionsscheibe 20 ausgestaltete Kraftübertragungseinheit 5 auf. In einer Ruhephase des Bremssystems, welche im oberen Teil von 3 dargestellt ist, stützt sich die Rückholfeder 8 des Bremskraftverstärkers 1, welche in diesem Fall als Krafterzeugungseinheit dient, über die Reaktionsscheibe 20 an dem zweiten Teilelement 31 des Eingangselements 2 ab. Dieses wiederum stützt sich auf seiner der Reaktionsscheibe 20 abgewandten Seite an einem Anschlag 32 ab, welcher bei dieser Ausführungsform als Teil einer Reaktionseinheit dient. Die Reaktionsscheibe 20 wird damit einerseits über die vorgespannte Rückholfeder 8 aktiv mit einer ersten Kraft beaufschlagt. Diese erste Kraft führt über das zweite Teilelement 31 und den Anschlag 32 zu einer in entgegengesetzter Richtung wirkenden Reaktionskraft, welche ebenfalls auf die Reaktionsscheibe 20 einwirkt. Die Reaktionsscheibe 20 wird auf diese Weise in der Ruhelage mit einem Kräftepaar beaufschlagt, welches zur dargestellten Deformation der Reaktionsscheibe 20 führt. Die Krafterzeugungseinheit bildet damit zusammen mit der Reaktionseinheit eine Vorspanneinheit, welche derart auf die Kraftübertragungseinheit 5 einwirkt, dass diese im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers 1 mit einem Kräftepaar beaufschlagt wird. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann die erste Kraft des Kräftepaares auch durch ein anderes Federelement, wie z. B. eine Feder des Hauptbremszylinders, erzeugt werden. Die erste Kraft kann auch anderweitig, z. B. mit Hilfe eines Elektromotors, erzeugt werden. Ebenso ist es denkbar, dass die zweite Kraft des Kräftepaares nicht als Reaktionskraft, sondern ebenfalls als aktive Kraft, z. B. mit Hilfe eines Elektromotors, erzeugt wird.
Zwischen dem ersten Teilelement 30 und dem zweiten Teilelement 31 des Eingangselements 2 ist ein Luftspalt 21' vorgesehen, welcher analog zu der Ausführungsform gemäß 2 der Realisierung einer „Springer”-Funktion dient.
Wird im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements 2 eine Unterstützungskraft F_sup durch den nicht dargestellten Aktuator erzeugt, wird zum einen das Ausgangselement 6 in Richtung des Hauptbremszylinders verschoben. Zum anderen wird auch die Reaktionsscheibe 20, wie im mittleren Teil der 3 dargestellt, deformiert. Dies führt dazu, dass zwar ein Ausgangsweg s_out des Ausgangselements 6 überwunden wird, die beiden Teilelemente 30 und 31 des Eingangselements 2 aber exakt in ihrer Position verbleiben bis eine Kontaktkraft zwischen dem Eingangselement 2 und der Reaktionsscheibe 20 (bei loser Ankopplung des zweiten Teilelements 31 an die Reaktionsscheibe 20) oder dem Eingangselement 2 und dem Anschlag 32 (bei fester Ankopplung des zweiten Teilelements 31 an die Reaktionsscheibe 20) gleich ”0” ist. Wird die Unterstützungskraft F_sup weiter erhöht, so vergrößert sich bei fester Ankopplung des zweiten Teilelements 31 an die Reaktionsscheibe 20 der Luftspalt 21' zwischen dem ersten Teilelement 30 und dem zweiten Teilelement 31 des Eingangselements 2 (vgl. 3 unten). Bei einer nicht dargestellten losen Ankopplung des zweiten Teilelements 31 des Eingangselements 2 an die Reaktionsscheibe 20 ergibt sich bei weiterer Erhöhung der Unterstützungskraft F_s ein zusätzlicher Luftspalt zwischen der Reaktionsscheibe 20 und dem zweiten Teilelement 31 des Eingangselements 2 und/oder eine Vergrößerung des Luftspalts 21'. Sowohl die Vergrößerung des Luftspalts 21' als auch die Ausbildung eines zusätzlichen Luftspalts zwischen der Reaktionsscheibe 20 und dem zweiten Teilelement 31 des Eingangselements 2 würden aber ohne weitere Maßnahmen dazu führen, dass der Gesamtluftspalt zur Realisierung der gewünschten ”Springer”-Funktion zu groß werden würde. Dieser Effekt wird analog zur Ausführungsform gemäß 2 dadurch kompensiert, dass der Luftspalt 21' im Ruhezustand, welcher z. B. im Rahmen der Fertigung des Bremskraftverstärkers 1 eingestellt wird, kleiner ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges. Auch bei dieser Ausführungsform kann es in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Verformungseigenschaften (Steifigkeit) der Kraftübertragungseinheit 5 und des Hauptbremszylinders, auf dessen Kolben das Ausgangselement 6 wirkt, in Verbindung mit dem Bremssystem bei einer weiteren Erhöhung der Unterstützungskraft F_sup auch zu einer Verringerung des ursprünglich eingestellten Luftspalts 21' kommen. In diesem Fall ist zur Kompensation dieses Effektes der Luftspalt 21' im Ruhezustand analog zur Ausführungsform gemäß 2 entsprechend größer einzustellen als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges
Der Bremskraftverstärker 1 ist somit in der Lage, im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches einen Ausgangsweg s_out ohne jegliche Rückwirkung auf das erste Teilelement 30 des Eingangselements 2 und damit unbemerkt für einen Fahrer zu überwinden. Dieses kann ausgenutzt werden, um unerwünschte Tod- oder Leerwege im Bereich des Bremssystems zu kompensieren. Die sich dabei ergebende Veränderung des Ausmaßes des Luftspalts 21' wird durch entsprechende Verkleinerung oder Vergrößerung des Luftspalts 21' in der Ruhelage kompensiert.
Wie bereits erwähnt wird erfindungsgemäß eine Unterstützungskraft F_sup im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements 2 erzeugt. Der genaue Zeitpunkt kann dabei auf vielfältige Weise festgelegt werden. So können beispielsweise ein Loslassen eines Gaspedals oder ein Ansprechen eines Bremslichtschalters oder auch ein Erkennen eines Schleppmomentes als Indizien für eine in Kürze zu erwartende Betätigung des Eingangselements 2 des Bremskraftverstärkers interpretiert werden und damit als Trigger zur sukzessiven Erhöhung der Unterstützungskraft F_sup dienen.
Alternativ zu der in 3 dargstellten Ausführungsform kann das Eingangselement 2 auch beweglich in einem Rohr angeordnet sein, welches in Ruhelage des Bremskraftverstärkers 1 an der Kraftübertragungseinheit 5 anliegt und sich mit seiner der Kraftübertragungseinheit 5 abgewandten Seite an dem Anschlag 32 abstützt. In diesem Fall wird die Reaktionskraft über das Rohr in Zusammenwirkung mit dem Anschlag 32 erzeugt. Selbstverständlich kann sich die Kraftübertragungseinheit 5, also z. B. die Reaktionsscheibe 20, durch entsprechende konstruktive Auslegung des Bremskraftverstärkers 1 ohne Auswirkung auf die Anwendbarkeit der Erfindung auch unmittelbar an dem Anschlag 32 abstützen.

Claims

Bremskraftverstärker (1) mit – einem durch einen Fahrer betätigbaren Eingangselement (2), – einem Aktuator zum Erzeugen einer Unterstützungskraft (F_sup), – einem Ausgangselement (6), welches durch das Eingangselement (2) und/oder den Aktuator mit einer Eingangskraft (F_in) bzw. der Unterstützungskraft (F_sup) beaufschlagbar ist und durch welches ein Kolben eines Hauptbremszylinders mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, und – einer Kraftübertragungseinheit (5) mit elastischen Eigenschaften, welche zwischen dem Eingangselement (2) und dem Aktuator einerseits und dem Ausgangselement (6) andererseits angeordnet ist und die Eingangskraft (F_in) und/oder die Unterstützungskraft (F_sup) auf das Ausgangselement (6) überträgt, wobei zwischen dem Eingangselement (2) und dem Kraftübertragungselement (5) ein Luftspalt (21) vorgesehen ist, welcher im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges.
Bremskraftverstärker (1) mit – einem durch einen Fahrer betätigbaren Eingangselement (2), – einem Aktuator zum Erzeugen einer Unterstützungskraft (F_sup), – einem Ausgangselement (6), welches durch das Eingangselement (2) und/oder den Aktuator mit einer Eingangskraft (F_in) bzw. der Unterstützungskraft (F_sup) beaufschlagbar ist und durch welches ein Kolben eines Hauptbremszylinders mit einer Betätigungskraft beaufschlagbar ist, und – einer Kraftübertragungseinheit (5) mit elastischen Eigenschaften, welche zwischen dem Eingangselement (2) und dem Aktuator einerseits und dem Ausgangselement (6) andererseits angeordnet ist und die Eingangskraft (F_in) und/oder die Unterstützungskraft (F_sup) auf das Ausgangselement (6) überträgt, wobei das Eingangselement (2) ein durch den Fahrer betätigbares erstes Teilelement (30) zum Erzeugen der Eingangskraft (F_in) und ein davon getrenntes zweites Teilelement (31) zur Übertragung der Eingangskraft (F_in) auf die Kraftübertragungseinheit (5) aufweist und wobei zwischen dem ersten Teilelement (30) und dem zweiten Teilelement (31) des Eingangselements (2) ein Luftspalt (21') vorgesehen ist, welcher im Ruhezustand kleiner oder größer ist als ein gewünschter Luftspalt zu Beginn eines Bremsvorganges.
Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Aktuator als pneumatischer oder hydraulischer oder elektrohydraulischer oder elektromechanischer oder elektrothermischer Aktuator ausgestaltet ist.
Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kraftübertragungseinheit (5) derart ausgestaltet ist, dass eine Abweichung des Verhältnisses der Unterstützungskraft (F_sup) zur Eingangskraft (F_in) von einem vorgegebenen Verhältnis zu einer Auslenkung der Kraftübertragungseinheit (5) führt.
Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kraftübertragungseinheit (5) als eine elastisch deformierbare Reaktionsscheibe (20) oder eine elastische Federkonstruktion ausgebildet ist.
Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bremskraftverstärker (1) eine Vorspanneinheit aufweist, welche derart auf die Kraftübertragungseinheit (5) einwirkt, dass sie die Kraftübertragungseinheit (5) im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers (1) mit einem Kräftepaar beaufschlagt.
Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, wobei die Vorspanneinheit aufweist: – eine Krafterzeugungseinheit, welche die Kraftübertragungseinheit (5) aktiv mit einer ersten Kraft des Kräftepaares beaufschlagt, und – eine Reaktionseinheit, welche eine Reaktionskraft zu der ersten Kraft erzeugt, welche zusammen mit der ersten Kraft das Kräftepaar bildet.
Bremskraftverstärker nach Anspruch 7, wobei die Krafterzeugungseinheit als ein im Ruhezustand des Bremskraftverstärkers vorgespanntes Federelement (8) ausgebildet ist, welches sich einseitig an dem Kraftübertragungselement (5) abstützt.
Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Reaktionseinheit einen Anschlag (32) umfasst, an welchem sich die Kraftübertragungseinheit (5) unmittelbar oder mittelbar abstützt.
Verfahren zum Betrieb eines Bremskraftverstärkers (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im Vorfeld eines zu erwartenden Bremswunsches oder unmittelbar nach Erkennen eines Bremswunsches in einem Zeitbereich vor oder unmittelbar nach Erkennen einer Betätigung des Eingangselements (2) eine Unterstützungskraft (F) durch den Aktuator erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Luftspalt (21; 21') durch die Unterstützungskraft (F_sup) auf das zu Beginn eines Bremsvorganges gewünschte Maß gebracht wird.