DE102011081601A1

DE102011081601A1 - Betätigungsmodul für eine Bremsanlage

Info

Publication number: DE102011081601A1
Application number: DE102011081601A
Authority: DE
Inventors: Stefan A. Drumm; Steffen Linkenbach; Marco Besier; Johann Jungbecker; Lothar Schiel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2012-07-12
Also published as: WO2012028568A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer ”Brake-by-Wire”-Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, vorzugsweise in der ”Brake-by-Wire”-Betriebsart betrieben wird und in mindestens einer Rückfallbetriebsart betrieben werden kann, in der nur der Betrieb durch den Fahrzeugführer möglich ist. Die Bremsanlage weist u. a. einen hydraulisch betätigbaren Wegsimulator (3) auf, der durch zwei bewegliche Wände (37, 38) begrenzte hydraulische (Simulator-)Kammern (39, 41) aufweist. Um die Betriebssicherheit eines derartigen Betätigungsmoduls zu erhöhen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die beweglichen Wände (37, 38) starr mechanisch gekoppelt sind, vorzugsweise durch Flächen des Simulatorkolbens (40) gebildet sind, der als ein Stufenkolben ausgeführt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betätigungsmodul für eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer ”Brake-by-Wire”-Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, vorzugsweise in der ”Brake-by-Wire”-Betriebsart betrieben wird und in mindestens einer Rückfallbetriebsart betrieben werden kann, in der nur der Betrieb durch den Fahrzeugführer möglich ist, mit

a) einem Bremspedal zum Betätigen eines Hauptbremszylinders mit zwei hintereinander angeordneten Kolben, die zwei Druckräume begrenzen,
b) einem den Druckräumen zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter,
c) einer Wegerfassungseinrichtung, die den Betätigungsweg des Bremspedals erfasst,
d) einem Wegsimulator, der in der „Brake-by-wire”-Betriebsart dem Fahrzeugführer das gewohnte Bremspedalgefühl vermittelt und dessen Wirkung in der Rückfallbetriebsart abschaltbar ist, mit zwei von beweglichen Wänden begrenzten hydraulischen Kammern, von denen die erste hydraulische Kammer mit dem ersten Druckraum und die zweite hydraulische Kammer mit dem zweiten Druckraum in Verbindung steht, einer Simulatorfeder, die in einem Simulatorfederraum angeordnet ist, sowie mit mindestens einem Simulatorfreigabeventil,
e) einer Hydraulikeinheit, die in der „Brake-by-wire”-Betriebsart einen Bremssystemdruck bereitstellt,
f) einer Druckmodulationseinheit zum Modulieren von radindividuellen Bremsdrücken, die pro Radbremse ein Einlassventil sowie ein Auslassventil zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke aufweist, die aus dem Bremssystemdruck abgeleitet werden, wobei die Einlassventile im nicht angesteuerten Zustand den Bremssystemdruck unverändert zu den Radbremsen weiterleiten,
g) Trennventilen zum Trennen der Druckräume von der Druckmodulationseinheit, sowie
h) einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit.

Ein derartiges Betätigungsmodul ist beispielsweise aus der WO 2008/074448 A1 bekannt. Der bei dem vorbekannten Betätigungsmodul vorgesehene Wegsimulator weist zwei unabhängig voneinander bewegbare Kolben auf, die die beweglichen Wände bilden. Die Simulatorfeder ist zwischen den beiden Kolben angeordnet, wobei die auf sie wirkende Kraft abgesehen von Massenträgheits- und Reibungseffekten gleich dem Maximum der auf die Kolben wirkenden hydraulischen Kräfte ist. Als Nachteil des vorbekannten Betätigungsmoduls wird die Tatsache empfunden, dass bei einer gleichzeitig auftretenden Leckage eines Bremskreises und defekter Simulatorabsperrung nur noch sehr wenig Druck aufgebaut werden kann, weil ein großer Teil des aus dem Hauptbremszylinder verdrängten Druckmittels nutzlos in den Wegsimulator strömt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betätigungsmodul der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine Erhöhung dessen Betriebssicherheit gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen technischen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden schematischen Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt 1 der Zeichnung ein hydraulisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels und 2 ein hydraulisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bremsanlage.
Die in 1 dargestellte Bremsanlage besteht im Wesentlichen aus einer mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 2, einer mit der hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 2 zusammen wirkenden Wegsimulationseinrichtung 3, einem der hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 2 zugeordneten Druckmittelvorratsbehälter 4, einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5, elektrisch steuerbaren Druckmodulations- bzw. Einlass- und Auslassventilen 6a–6d, 7a–7d, an deren Ausgangsanschlüsse Radbremsen 8, 9, 10, 11 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges angeschlossen sind, sowie einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit 12, die der Ansteuerung der elektrisch steuerbaren Komponenten dient. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a–6d werden mittels Systemdruckleitungen 13a, 13b mit Drücken versorgt, die als Systemdrücke bezeichnet werden, wobei Drucksensoren 34, 35 zum Erfassen dieser in den Systemdruckleitungen 13a, 13b herrschenden Drücke vorgesehen sind. Rücklaufleitungen 14a, 14b, verbinden die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a–7d mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4.
Wie der 1 weiterhin zu entnehmen ist, weist die hydraulische Kolben-Zylinderanordnung 2, die als eine Betätigungseinheit der erfindungsgemäßen Bremsanlage angesehen werden kann, in einem schematisch angedeuteten Gehäuse 21 zwei hintereinander angeordnete hydraulische Kolben 15, 16 auf, die hydraulische Kammern bzw. Druckräume 17, 18 begrenzen, die zusammen mit den Kolben 15, 16 einen zweikreisigen Hauptbremszylinder bzw. einen Tandemhauptzylinder bilden. Die Druckräume 17, 18 stehen einerseits über in den Kolben 15, 16 ausgebildete radiale Bohrungen 19, 20 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei diese, dem Druckausgleich im unbetätigten Zustand dienende Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 17, 18 im Gehäuse 21 absperrbar sind, und andererseits mit hydraulischen Leitungsabschnitten 47, 48, die den Druck der Hauptzylinderkammern zu Trennventilen 22a, 22b weiterleiten, die mit den vorhin erwähnten Systemdruckleitungen 13a, 13b, in Verbindung stehen, an die Eingangsanschlüsse der vorhin erwähnten Druckmodulations- bzw. Einlassventile 6a– 6d angeschlossen sind. Die zwischen die hydraulischen Verbindungen 47, 48 und die hydraulischen Systemdruckleitungen 13a, 13b geschalteten Trennventile 22a, 22b sind als elektrisch betätigbare, vorzugsweise stromlos offene (SO-)2/2-Wegeventile ausgebildet. Ein an den Druckraum 18 angeschlossener, vorzugsweise redundant ausgeführter Drucksensor 23 erfasst den im Druckraum 18 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 16 aufgebauten Druck. Außerdem nehmen die Druckräume 17, 18 nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 15, 16 entgegen der Betätigungsrichtung vorspannen. Eine sowohl am Bremspedal 1 als auch am ersten (Hauptzylinder-)Kolben 15 angekoppelte Kolbenstange 24 koppelt die Betätigungswege von Bremspedal 1 und (Hauptzylinder-)Kolben 15, so dass der Pedalbetätigungsweg entweder von einem ebenfalls redundant ausgeführten Wegsensor 25 oder alternativ bzw. zusätzlich von einem (nicht dargestellten) Pedalweg- oder Pedalwinkelsensor erfasst wird.
Außerdem ist aus der zeichnerischen Darstellung der erfindungsgemäßen Bremsanlage ersichtlich, dass die Druckbereitstellungseinrichtung 5 als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet ist, dessen Kolben 26 von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 27 unter Zwischenschaltung eines nicht dargestellten Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 27 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 36 bezeichnet. Optional erfassen weitere Sensoren zusätzliche Motorparameter, wie die Motorströme oder die Wicklungstemperatur ϑ. Der Kolben 26 begrenzt einen Druckraum 28. Anders als bei dem oben beschriebenen Hauptbremszylinder 2 besitzt der Aktuatorkolben 26 keine, den radialen Bohrungen 19, 20 der Hauptzylinderkolben 15, 16 entsprechenden Ausgleichsverbindungen. Zum Abdichten des Spalts zwischen Druckraum 28 und Kolben 26 ist ein den hydraulischen Druck tragender Primärdichtring und ein einseitig benetzter, nicht druckbelasteter Sekundärdichtring vorgesehen, wobei der Raum zwischen den beiden Dichtringen an einen mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbundenen Leitungsabschnitt 29 angeschlossen ist. Außerdem ist zwischen dem Leitungsabschnitt 29 und dem Druckraum 28 ein Rückschlagventil 56 angeordnet, das ein Durchströmen vom Druckmittelvorratsbehälter 4 zum Druckraum 28 und somit ein Nachsaugen von Druckmittel ermöglicht. Weiterhin ist der Druckraum 28 an Eingangsanschlüsse elektrisch betätigbarer, stromlos geschlossener Zuschaltventile 30, 31 angeschlossen, die mit ihren Ausgangsanschlüssen an die vorhin erwähnten Systemdruckleitungen 13a, 13b angeschlossen sind und somit mit den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a–6d verbindbar sind. Dabei ist den Zuschaltventilen 30, 31 je ein zum Druckraum 28 schließendes Rückschlagventil 32, 33 parallel geschaltet, was einen vom Aktuator 5 gesteuerten Druckaufbau in den Systemdruckleitungen 13a und 13b unabhängig vom Schaltzustand der Zuschaltventile 30, 31 erlaubt. Zum Abbau von Radbremsdrücken wird entweder bei geöffneten Zuschaltventilen 30, 31 der Aktuatorkolben 26 zurückgefahren, wodurch die Zuschaltventile in Richtung des Druckraums 28 durchströmt werden oder es werden – beispielsweise wenn ein in der elektronischen Steuer- und Regeleinheit 12 implementierter ABS- und/oder ESC-Regelalgorithmus radindividuell unterschiedliche Druckabbauvorgänge benötigt – die entsprechenden Auslassventile 7a–7d mittels separat gesteuerter Bestromungen geöffnet, wodurch das Druckmittelvolumen über die erwähnten Rücklaufleitungen 14a, 14b in den Druckmittelvorratsbehälter 4 abströmt. Über den bereits erwähnten Nachsaugvorgang wird der mit Abströmen verbundene Volumenverlust wieder ausgeglichen.
Schließlich ist in der 1 erkennbar, dass die Wegsimulatoreinrichtung 3 im vorhin genannten Gehäuse 21 hydraulisch ausgeführt ist und zwei von beweglichen Wänden 37, 38 begrenzte hydraulische Kammern 39, 41, einen die beiden Kammern 39, 41 voneinander trennenden Simulatorkolben 40 sowie eine den Simulatorkolben 40 vorspannende Simulatorfeder 42 aufweist. Dabei steht die erste hydraulische Kammer 39 mit dem ersten Druckraum 17 und die zweite hydraulische Kammer 41 mit dem zweiten Druckraum 18 des Hauptbremszylinders in Verbindung, wobei die die hydraulischen Kammern 39, 41 mit den Druckräumen 17, 18 verbindenden Leitungen mit den Bezugszeichen 47, 48 versehen sind. Dabei sind die oben erwähnten beweglichen Wände 38, 38 vorzugsweise durch Flächen des Simulatorkolbens 40 gebildet, der als Stufenkolben ausgebildet ist und eine starre mechanische Kopplung der beweglichen Wände 38, 39 darstellt. Die Simulatorfeder 42 ist in einem Simulatorfederraum 43 angeordnet. Simulatorfederraum 43 ist unter Zwischenschaltung eines elektrisch betätigbaren Simulatorfreigabeventils 46, beispielsweise über die oben genannte Rücklaufleitung 14b, mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Dem Simulatorfreigabeventil 46 ist ein weiteres, zum Simulatorfederraum 43 hin öffnendes Rückschlagventil 45 parallel geschaltet, das unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorfreigabeventils 46 und unabhängig von einer Drosselwirkung der hydraulischen Simulator-Abströmverbindungen ein weitgehend ungedrosseltes Einströmen des Druckmittels in die Simulatorfederkammer 28 ermöglicht.
Wie der 1 außerdem entnommen werden kann, dienen der Abdichtung der (Simulator-)Kammern 39, 41 sowie des Simulatorfederraums 43 Dichtelemente 57, 58, 49, 50. Die Zuordnung der genannten Dichtelemente ist dabei vorzugsweise derart getroffen, dass das erste, die (Simulator-)Kammer 39 abdichtende Dichtelement 57 zusammen mit einem ersten, die (Simulator-)Kammer 40 abdichtenden Dichtelement 58 sowie mit dem Simulatorkolben 40 im Gehäuse 21 einen nicht näher bezeichneten ersten Ringraum begrenzen, der über einen ersten hydraulischen Anschluss 51 an den Druckmittelvorratsbehälter 4 angeschlossen ist. Außerdem ist an den Druckmittelvorratsbehälter 4 – beispielsweise über den bereits erwähnten Leitungsabschnitt 29 – ein zweiter hydraulischer Anschluss 52 angeschlossen, der in einem zweiten, nicht näher bezeichneten Ringraum mündet, der im Gehäuse 21 durch den Simulatorkolben 40 sowie ein zweites, die zweite Kammer 41 abdichtendes Dichtelement 49 und ein weiteres, den Simulatorfederraum 43 abdichtendes Dichtelement 50 begrenzt ist. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die (Hauptzylinder-)Druckräume 17, 18 und die (Simulator-)Kammern 39, 41 vom Volumen her derart ausgelegt sind, dass das Vorratsvolumen der Hauptzylinder-Druckräume 17, 18 und das hydraulische Aufnahmevolumen der beiden hydraulischen Kammern 39, 41 das gleiche Verhältnis aufweisen.
Der Aufbau des in 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Bremsanlage entspricht weitgehend dem der in 1 dargestellten Bremsanlage. Die Funktion der Simulatorfreigabe erfüllen jedoch statt eines einzigen Simulatorfreigabeventils 46 (1) zwei Simulatorfreigabeventile 53, 54, die als stromlos geschlossene (SG-) 2/2-Wegeventile ausgebildet und in den im Zusammenhang mit 1 erwähnten hydraulischen Leitungsabschnitten 47, 48 eingefügt sind. Außerdem ist in einem zwischen dem Simulatorfederraum 43 und der Rücklaufleitung 14b vorgesehenen Leitungsabschnitt 55 eine hydraulische Drossel bzw. Blende 55 geschaltet, die in der „Brake-by-Wire”-Betriebsart eine hydraulische Bedämpfung der Vorwärtsbewegung des Bremspedals bewirkt, sowie das bereits aus 1 bekannte Rückschlagventil 45, das ein Nachsaugen des Druckmittels in den Simulatorfederraum 43 unter Umgehung der Drossel bzw. Blende und damit eine weitgehend unbedämpfte Rückwärtsbewegung des Bremspedals 1 ermöglicht.
Abschließend sollte noch erwähnt werden, dass die in der Zeichnung dargestellte Bremsanlage modular aufgebaut werden kann. Dabei würde ein erstes Modul im Wesentlichen die Hauptbremszylinderanordnung 2, die hydraulische Wegsimulatoreinrichtung 3, den Druckmittelvorratsbehälter 4, Teile der hydraulischen Leitungen, 14a, 14b, sowie die Leitungsabschnitte 29, 47, 48 umfassen. Ein zweites Modul könnte durch den elektrohydraulischen Aktuator 5 gebildet werden, während ein drittes Modul durch die elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 gebildet würde. Schließlich könnten sämtliche elektrisch betätigbaren Ventile 6a–6d, 7a–7d, 22a, 22b, 30, 31, die Rückschlagventile 32, 33, das Simulatorfreigabeventil 46 mit Rückschlagventil 45 sowie sämtliche Drucksensoren 23, 34, 35 zu einem vierten Modul zusammen gefasst werden, wobei alle Module eigenständig montier- und prüfbare Einheiten darstellen. Ansonsten ergibt sich die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Bremsanlage sowohl in der bevorzugten Betriebsart „Brake-by-wire” als auch in der sog. Rückfallbetriebsart für den auf dem einschlägigen technischen Gebiet tätigen Fachmann aus dem Offenbarungsgehalt der vorliegenden Patentanmeldung und braucht deswegen nicht näher erläutert zu werden.
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

WO 2008/074448 A1 [0002]

Claims

Betätigungsmodul für eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, die in einer ”Brake-by-Wire”-Betriebsart sowohl vom Fahrzeugführer als auch unabhängig vom Fahrzeugführer ansteuerbar ist, vorzugsweise in der ”Brake-by-Wire”-Betriebsart betrieben wird und in mindestens einer Rückfallbetriebsart betrieben werden kann, in der nur der Betrieb durch den Fahrzeugführer möglich ist, mit a) einem Bremspedal (1) zum Betätigen eines Hauptbremszylinders (2) mit zwei hintereinander angeordneten Kolben (15, 16), die zwei Druckräume (17, 18) begrenzen, auf die bei der Betätigung der Bremsanlage durch den Fahrzeugführer eine Betätigungskraft (Pedalkraft) ausgeübt wird und die bei unbetätigtem Bremspedal (1) von Rückstellfedern in eine Ausgangsstellung positioniert werden, b) einem den Druckräumen (17, 18) zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (4), c) einer Wegerfassungseinrichtung (25), die den Betätigungsweg des Bremspedals (1) oder eines mit dem Bremspedal (1) verbundenen Kolbens (15) erfasst, d) einem Wegsimulator (3), der in der „Brake-by-wire”-Betriebsart dem Fahrzeugführer das gewohnte Bremspedalgefühl vermittelt und dessen Wirkung in der Rückfallbetriebsart abschaltbar ist, mit zwei von beweglichen Wänden (37, 38) begrenzten hydraulischen Kammern (39, 41), von denen die erste hydraulische Kammer (39) mit dem ersten Druckraum (17) und die zweite hydraulische Kammer (41) mit dem zweiten Druckraum (18) in Verbindung steht, einem die hydraulischen Kammern (39, 41) voneinender trennenden Simulatorkolben (40), einer Simulatorfeder (42), die in einem Simulatorfederraum (43) angeordnet ist, sowie mit mindestens einem Simulatorfreigabeventil (46), e) einer Hydraulikeinheit (5), die in der „Brake-by-wire”-Betriebsart einen Bremssystemdruck bereit stellt, f) einer Druckmodulationseinheit zum Modulieren von radindividuellen Bremsdrücken, die pro Radbremse (8, 9, 10, 11) ein Einlassventil (6a–6d) sowie ein Auslassventil (7a–7d) zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke aufweist, die aus dem Bremssystemdruck abgeleitet werden, wobei die Ein- und Auslassventile (6a–6d, 7a–7d ) im nicht angesteuerten Zustand den Bremssystemdruck weiterleiten bzw. halten, g) mit Trennventilen (22a, 22b) zum Trennen der Druckräume (17, 18) von der Druckmodulationseinheit, sowie h) einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Wände (37, 38) starr mechanisch gekoppelt sind.
Betätigungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beweglichen Wände (37, 38) durch Flächen des Simulatorkolbens (40) gebildet sind, der als ein Stufenkolben ausgeführt ist.
Betätigungsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulatorfeder (42) zwischen dem Stufenkolben (40) und einem den Stufenkolben (40) aufnehmenden Gehäuse (21) angeordnet ist.
Betätigungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Simulatorfreigabeventile (53, 54) vorgesehen sind, die in den hydraulischen Verbindungen (47, 48) zwischen den beiden Hauptbremszylinder-Druckräumen (17, 18) und den hydraulischen Kammern (39, 41) geschaltet sind.
Betätigungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem die erste hydraulische Kammer (39) abdichtenden Dichtelement (57) und einem die zweite hydraulische Kammer (41) abdichtenden ersten Dichtelement (58) ein Anschluss (51) zum Druckmittelvorratsbehälter (4) vorgesehen ist.
Betätigungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem zweiten, die zweite hydraulische Kammer (41) abdichtenden Dichtelement (49) und einem den Simulatorfederraum (43) abdichtenden Dichtelement (50) ein zweiter Anschluss (52) zum Druckmittelvorratsbehälter (4) vorgesehen ist.
Betätigungsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Aufnahmevolumen der beiden hydraulischen Kammern (39, 41) das gleiche Verhältnis aufweist wie das Vorratsvolumen der zugeordneten Hauptbremszylinder-Druckräume (17, 18).