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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit Lüftspielkompensation, umfassend ein Eingangselement zur Einleitung einer Fahrerfußkraft, einen Aktuator zur Bereitstellung einer Unterstützungskraft, ein Ausgangselement zur Übertragung der Fahrerfußkraft von dem Eingangselement sowie der Unterstützungskraft des Aktuators an einen Hauptbremszylinder und eine Einrichtung zur Ansteuerung des Aktuators derart, dass bei einer anfänglichen Betätigung des Eingangselements zur Kompensation eines Lüftspiels der Kraftfahrzeugbremsanlage das Ausgangselement dem Eingangselement in Richtung des Hauptbremszylinders vorauseilt.
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Hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen mit einem elektrischen Bremskraftverstärker sind allgemein bekannt. Sie weisen in der Regel einen Hauptbremszylinder auf, an den ein oder mehrere Radbremszylinder der Radbremsen angeschlossen sind. Die Betätigung erfolgt vom Fahrer per Fuß mittels eines Bremspedals. Eine Verstärkung der fahrerseitig aufgebrachten Betätigungskraft, im Folgenden auch Fahrerfußkraft, für den Tandem-Hauptbremszylinder wird durch einen Aktuator bewerkstelligt, der am Hauptbremszylinder eine Unterstützungskraft bereitstellt und in Abhängigkeit eines Bremswunschs des Fahrers sowie weiterer Fahrzeugparameter angesteuert wird. Zudem kann ein solcher Aktuator auch zu einer automatischen Bremsbetätigung eingesetzt werden.
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An einer Radbremse wird zwischen einem Bremsbelag und einer Bremsscheibe derselben im nicht gebremsten Zustand ein Lüftspiel vorgesehen. Das Lüftspiel ist bei herkömmlichen Bremsanlagen meist so gewählt, dass ein minimaler Bremsweg, d.h. ein möglichst schneller Aufbau der Bremskraft an der Radbremse erzielt werden kann. Dies führt jedoch zu einem ständigen geringen Kontakt zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe, woraus wiederum entsprechende Reibungsverluste und letztlich ein erhöhter CO2-Ausstoß resultieren.
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Zur Vermeidung der Reibung ist es bekannt, das Lüftspiel zu erhöhen. Aus
DE 10 2010 043 203 A1 ist in diesem Zusammenhang eine Kraftfahrzeugbremsanlage der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein solches Lüftspiel durch eine entsprechende Ansteuerung eines Aktuators eines Bremskraftverstärkers derart kompensiert wird, dass die Verzögerung des Fahrzeugs den herkömmlichen Werten nicht nachsteht und der Weg des Bremspedals sich nicht durch ein erhöhtes Lüftspiel erhöht. Hierzu wird die Verbindung zwischen dem Bremspedal und dem Hauptbremszylinder temporär mechanisch entkoppelt, so dass ein vom Aktuator angetriebenes Element einem vom Fahrer betätigten Element in der Anfangsphase einer Bremspedalbetätigung etwas vorauseilt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses technische Konzept im Hinblick auf die Serientauglichkeit weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Eingangselement und das Ausgangselement piel derart miteinander gekoppelt sind, dass in einer Ruhestellung, in welcher die Fahrerfußkraft Null beträgt, ein maximaler relativer Verschiebeweg zwischen dem Ausgangselement und dem Eingangselement in beide Richtungen durch Anschläge begrenzt wird.
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Hierdurch werden Systemtoleranzen aufgefangen. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass das Gesamtsystem stets in eine definierte Nulllage zurückkehren kann.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
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So kann beispielsweise derjenige relative Verschiebeweg l, welcher in Betätigungsrichtung des Eingangselements zu überwinden ist, einen Totweg des Hauptbremszylinders unterschreiten. Hierdurch wird in der Serie sichergestellt, dass der Hauptbremszylinder stets in einen unbelasteten Zustand zurückkehren kann, da eine statische Überbestimmtheit in der Ruhelage vermieden wird.
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Weiterhin kann an dem Eingangselement ein Federteller ausgebildet oder befestigt sein, gegen den sich eine Rückstellfeder abstützt, welche das Eingangselement in die Ruhestellung drängt. Hierdurch lässt sich die Rückstellfeder platzsparend unterbringen. Über diese kann zudem das Antrittsverhalten des Bremspedals eingestellt werden.
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Ferner kann an dem Eingangselement ein Mitnehmer vorgesehen sein, der axial an dem Ausgangselement geführt ist. Hierdurch wird eine stabile Ausrichtung des Eingangs- und Ausgangselements gewährleistet. Diese können jeweils im Wesentlichen stabförmig ausgebildet und damit schlank ausgeführt werden. Der Mitnehmer kann sich dabei in das Ausgangselement hinein erstrecken.
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An dem Mitnehmer kann ein Anschlag ausgebildet sein, welcher eine Relativbewegung des Ausgangselements von dem Eingangselement weg begrenzt. Zudem kann der Anschlag an dem Mitnehmer eine Anschlagfläche mit Anschlagdämpfung aufweisen. Die Anschlagfläche kann dazu beispielsweise aus einem Elastomermaterial bestehen.
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Weiterhin kann ein Einstellelement vorgesehen sein, über welches der in Betätigungsrichtung zu überwindende relative Verschiebeweg verstellbar ist. Hierdurch ist beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche systembedingte Totwege von verschiedenen Hauptzylindern möglich.
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Das Einstellelement kann beispielsweise eine Hülse sein, in die sich das Eingangselement erstreckt und die ein Widerlager in Rückstellrichtung für das Einstellelement aufweist, über welches der in Betätigungsrichtung zu überwindende relative Verschiebeweg einstellbar ist.
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Das Widerlager an dem Einstellelement kann ebenfalls eine Anschlagfläche mit Anschlagdämpfung aufweisen. Die Anschlagfläche kann dazu beispielsweise aus einem Elastomermaterial bestehen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Ansteuerung des Aktuators derart konfiguriert, um das Vorauseilen des Ausgangselements im Laufe einer Bewegung des Eingangselements in Richtung des Hauptbremszylinders so zu beenden, dass über das Ausgangselement sowohl die Fahrerfußkraft als auch die Unterstützungskraft des Aktuators gemeinsam an dem Hauptbremszylinders zur Wirkung gebracht werden. Die mechanische Entkopplung in Betätigungsrichtung zu Beginn einer Bremspedalbetätigung wird somit im weiteren Verlauf, d.h. einer stärkeren Bremspedalbetätigung durch den Fahrer, aufgehoben.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Weg, welcher durch das Vorauseilen des Ausgangselements entsteht, auch temporär fixiert werden. Dazu kann zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen werden, welche beim Aufbauen von Bremskraft verriegelt und beim Reduzieren von Bremskraft wieder entriegelt.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines möglichen Ausführungsbeispiels einer Kraftfahrzeugbremsanlage in Ruhestellung, und in
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2 eine Detailansicht des Verbindungsbereichs zwischen dem Eingangselement und Ausgangselement.
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Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem Bremspedal 1, einem Bremskraftverstärker 2, einem Hauptbremszylinder 3 sowie an diesem angeschlossenen Radbremsen 4.
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Die Radbremsen 4 sind vorzugsweise als Scheibenbremsen mit einer nicht näher dargestellten Bremsscheibe und einem nicht näher dargestellten Bremsbelag ausgebildet. In unbetätigtem Zustand der Kraftfahrzeugbremsanlage sind die Bremsbeläge und Bremsscheiben der Radbremsen 4 durch einen Spalt, im Folgenden auch als Luftspiel bezeichnet, voneinander beabstandet. Das Lüftspiel ist dabei so bemessen, dass im unbetätigten Zustand der Kraftfahrzeugbremsanlage zwischen den Bremsbelägen und den Bremsscheiben kein Kontakt besteht, somit keine Reibung auftreten kann. Wird fahrzeugseitig darauf geschlossen, dass eine Bremsung bevorsteht, werden die Bremsbeläge, durch den Bremskraftverstärker 2 veranlasst, vorauseilend in Richtung der Bremsscheiben verlagert, das heißt das Lüftspiel reduziert oder aufgehoben, beispielsweise in dem diese bereits sehr leicht in Anlage gegen die Bremsscheiben gebracht werden, um ein schnelles Ansprechen der Kraftfahrzeugbremsanlage während eines tatsächlichen Bremsvorgangs zu ermöglichen.
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Die Funktion dieser Lüftspielkompensation ist in den Bremskraftverstärker 2 integriert und erfolgt im Zusammenspiel zwischen Mechanik, Elektronik und Software. Der Bremskraftverstärker 2 kann beispielsweise ein elektromechanischer Bremskraftverstärker sein. Jedoch können auch andere Konzepte zur Bereitstellung einer Unterstützungskraft zum Zug kommen.
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Für die Umsetzung der Lüftspielkompensation erfolgt eine zeitweilige mechanische Entkopplung im Antriebstrang des Bremskraftverstärkers 2, welcher das Bremspedal 1 mit dem Hauptbremszylinder 3 koppelt. Der Antriebsstrang ist hier beschrieben durch ein Eingangselement 5 und ein Ausgangselement 6. Beide können jeweils als Druckstange ausgeführt werden.
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Das Eingangselement 5 dient lediglich zur Einleitung der Fahrerfußkraft F1 vom Bremspedal 1. Das Ausgangselement 6 ist in Betätigungsrichtung zwischen dem Eingangselement 5 und dem Hauptbremszylinder 3 angeordnet. Es dient zur Übertragung der Fahrerfußkraft F1 von dem Eingangselement 5 an den Hauptbremszylinder 3 sowie weiterhin sowie zur Übertragung einer Unterstützungskraft F2 eines Aktuators 7 des Bremskraftverstärkers 2 an den Hauptbremszylinder 3.
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Wie insbesondere 2 entnommen werden kann, sind das Eingangselement 5 und das Ausgangselement 6 derart miteinander gekoppelt, dass in einer Ruhestellung, in welcher die Fahrerfußkraft Null beträgt, der maximale relative Verschiebeweg zwischen dem Ausgangselement 6 und dem Eingangselement 5 in beide Richtungen durch Anschläge begrenzt wird. Der relative Verschiebeweg kann beispielsweise durch ein definiertes Axialspiel bereitgestellt werden, wie dies in 2 beispielhaft gezeigt ist, wobei in der Ruhestellung in jede Richtung Axialspiel besteht. Gegebenenfalls kann das Axialspiel in eine oder beide Richtungen jedoch auch durch eine Feder aufgehoben sein, welche den Verschiebeweg gewährleistet und dazu vorzugsweise sehr weich ausgeführt wird.
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An dem Eingangselement 5 ist ein Mitnehmer 8 vorgesehen, welcher sich mit einem Endabschnitt in das Ausgangselement 6 hinein erstreckt. Über diesen Mitnehmer 8 ist das Eingangselement 5 axial gleitbewegbar an dem Ausgangselement 6 geführt. Dazu erstreckt sich der Mitnehmer 8 durch eine Durchgangsöffnung 9 an dem Ausgangselement 6 hindurch. In der Durchgangsöffnung kann dazu eine Gleitbuchse 24 angeordnet sein. Der Mitnehmer 8 weist an seinem freien Ende einen Bund 10 auf, welcher als Anschlag 11 in Axialrichtung dient und eine Relativbewegung des Eingangselements 5 in Rückstellrichtung, d.h. in Richtung der Ruhestellung, gegenüber dem Ausgangselement 6 beschränkt. Das Herausziehen des Eingangselements 5 aus dem Ausgangselement 6 wird durch den Anschlag 11 begrenzt. Der Anschlag 11 an dem Mitnehmer 8 kann gegebenenfalls eine Anschlagfläche mit Anschlagdämpfung aufweisen, welche aus beispielsweise aus einem Elastomermaterial bestehen kann, um eine Geräuschdämpfung zu bewirken.
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An dem Eingangselement 5 ist weiterhin ein Federteller 12 ausgebildet oder, wie in 2 beispielhaft dargestellt, befestigt. Die Festlegung des Federtellers 12 an dem Eingangselement 5 kann beispielsweise mithilfe des Mitnehmer 8 vorgenommen sein. In 2 ist der Federteller 12 mittels des Mitnehmers 8 gegen ein Gelenkstück eines Kugelgelenks 20 verschraubt, dessen Gegenstück an einem Ende des Eingangselements 5 ausgebildet oder befestigt ist. Es ist jedoch auch möglich, den Federteller 12 unmittelbar an einem Ende des vorliegend als Druckstange ausgebildeten Eingangselements 5 zu befestigen. Zudem können der Mitnehmer 8 und der Federteller 12 gegebenenfalls auch in ein einziges, einstückiges Bauteil integriert werden.
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Wie 2 weiter entnommen werden kann, weist das Ausgangselement 6 in der dargestellten Ruhestellung sowohl gegenüber dem Anschlag 11 des Mitnehmers 8 als auch gegenüber dem Federteller 12 in Axialrichtung einen Zwischenraum 13 bzw. 14 auf. Diese Zwischenräume 13 und 14 stehen in der Ruhestellung als relativer Verschiebeweg bzw. Axialspiel für eine beidseitige Relativverschiebung zwischen dem Eingangselement 5 und dem Ausgangselement 6 zur Verfügung. Wie oben bereits angedeutet, können einer oder beide Zwischenräume auch durch jeweils eine weiche Feder überbrückt werden, deren Steifigkeit so abgestimmt ist, dass die nachfolgend erläuterten Funktionen nicht beeinträchtigt werden.
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An dem Federteller 12 stützt sich eine Rückstellfeder 15 ab, wodurch das Eingangselement 5 in die Ruhestellung gedrängt wird. Die Ruhestellung kann über ein Einstellelement 16 eingestellt werden, welches ein Widerlager 17 für den Federteller 12 aufweist. Durch Verstellung der Position des Widerlagers 17 kann somit der in Betätigungsrichtung zu überwindende relative Verschiebeweg, welcher durch den Zwischenraum 14 bereitgestellt wird, verstellt werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einstellelement 16 beispielhaft als Hülse 18 ausgebildet, die in einen Gehäuseabschnitt 19 des Bremskraftverstärkers 2 eingeschraubt ist. Das Eingangselement 5 erstreckt sich in die Hülse 18 hinein. Das Widerlager 17 kann dabei als radial einwärts gerichteter Vorsprung ausgebildet sein, um einen Anschlag in Rückstellrichtung für das Eingangselement 5 bereitzustellen. Auch dieser Anschlag kann vor allem zur Verminderung von Anschlaggeräuschen eine Anschlagfläche mit Anschlagdämpfung aufweisen, welche beispielsweise aus einem Elastomermaterial bestehen kann.
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Das Eingangselement wird im nicht gebremsten Zustand durch eine Haltekraft von etwa 100 bis 250N in der Ruhestellung gehalten. Die Aufbringung der Haltekraft erfolgt durch die beispielsweise als Spiralfeder ausgebildete Rückstellfeder 15, die in ihrer Funktion gleichzeitig die Rückstellfeder des Bremskraftverstärkers 2 darstellt. Zum positionsgenauen Erreichen der Ruhestellung des Eingangselements 5 dient der durch das Widerlager 17 gebildete zweite Anschlag. Für die Vermeidung einer statischen Überbestimmtheit in der Ruhestellung des Eingangselements 5 und des Ausgangselements 6 ist als Funktionsspiel zwischen diesen der oben genannte Zwischenraum 14 vorgesehen. Die Größe dieses Funktionsspiels unterschreitet in jeder Toleranzlage den Totweg des Hauptbremszylinders 3. Damit ist für jede Situation gewährleistet, dass die Rückstellfeder 15 das Gesamtsystem in die Ruhestellung zurückstellt. Die Größe des Funktionsspiels kann je nach gefordertem Totweg des Hauptbremszylinders 2 über das Widerlager 17 einstellbar gestaltet werden.
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Bei Generierung eines Bremswunschs, beispielsweise durch eine fahrerseitige Krafteinleitung in das Eingangselement 5, wird die Größe der Fahrerfußkraft durch einen geeigneten Kraftsensor 21 direkt oder rechnerisch indirekt ermittelt und an ein Steuergerät 22 übertragen. Bei Überschreiten einer festgelegten Fahrerfußkraft F1, der sogenannten Antrittskraft, wird bestimmt, dass die Lüftspielkompensation und damit ein Vorauseilen des Ausgangselements 6 gegenüber dem Eingangselement 5 erfolgen soll. Dazu wird der Aktuator 7 des Bremskraftverstärker 2 entsprechend angesteuert. Hierdurch wird das Lüftspiel an den Radbremsen 4 reduziert.
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Der Wert des vorauseilenden Wegs des Ausgangselements 6 kann durch eine Regelung softwaretechnisch und/oder durch den Anschlag 11 am Mitnehmer 8 eingestellt werden. Dieser sogenannte Kompensationsweg entspricht praktisch dem Zwischenraum 13 zwischen dem Anschlag 11 des Mitnehmers 8 und dem Ausgangselement 6. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein Kompensationsweg von 0,7 bis 1,5 mm vorgesehen. Dieser Kompensationsweg (entsprechend Zwischenraum 13) ist vorzugsweise geringer als der Totweg, nach welchem ein statischer Druckaufbau im Hauptbremszylinder 3 erfolgt.
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Solange die Antrittskraft nicht überschritten wird, erfolgt keine Bewegung des Eingangselement 5. Das Eingangselement 5 wird durch eine einstellbare Vorspannkraft der Rückstellfeder 15 in der Ruhestellung gehalten. Erst nach Überschreitung der Antrittskraft, welche durch die Rückstellfeder 15 und das Widerlager 17 einstellbar ist, erfolgt auch die Bewegung des Eingangselements 5, jedoch immer noch axial entkoppelt und relativ zum Ausgangselement 6. Bei Erreichen der Antrittskraft kann das Ausgangselement 6 das Eingangselement 5 über den Anschlag 11 am Mitnehmer 8 auch mitnehmen.
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Das Ausgangselement 6 bleibt in Abhängigkeit der Fahrerfußkraft F1 infolge der entsprechend erzeugten Unterstützungskraft F2 des Aktuators 7 weiter in Bewegung und führt zum Schließen der Nachlaufbohrungen 23 im Hauptbremszylinder 3, worauf ein statischer Druckaufbau erfolgt und die Lüftspielkompensation an der Radbremse 4 erfolgen kann.
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Bei weiterer Betätigung des Eingangselements
5 und der damit verbunden Erhöhung der Fahrerfußkraft F
1 erfolgt eine weitere Erhöhung der Unterstützungskraft F
2 des Aktuators
7. Ab einem durch die Regelung festlegbaren Betriebspunkt wird das Ausgangselement
6 von dem Eingangselement
5 eingeholt, so dass dann eine maximale Bremskraft anteilig bestehend aus Unterstützungskraft F
2 und Fahrerfußkraft F
1 am Hauptbremszylinder
3 aufgebacht wird. Das Einholen und Aufeinandertreffen des Eingangselements
5 und des Ausgangselements
6 kann gegebenenfalls auch mit einer Anschlagdämpfung umgesetzt werden, wie dies in
DE 10 2010 043 203 A1 beschrieben ist.
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Zwischen dem Eingangselement 5 und/oder Federteller 12 einerseits und dem Ausgangselement 6 andererseits kann in einer Ausführungsvariante eine definierte Steifigkeit, beispielsweise in Form einer Feder, eingegliedert werden, welche während eines Schließens des Axialspiels des Zwischenraums 14 wirksam wird, um das Betätigungsgefühl zu beeinflussen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiteren Abwandlungen näher erläutert. Das Ausführungsbeispiel und die Abwandlungen dienen dazu, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Technische Einzelmerkmale, welche oben im Kontext weiterer Einzelmerkmale erläutert wurden, können auch unabhängig von diesen sowie in Kombination mit weiteren Einzelmerkmalen verwirklicht werden, selbst wenn dies nicht ausdrücklich beschrieben ist, solange dies technisch möglich ist. Die Erfindung ist daher ausdrücklich nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bremspedal
- 2
- Bremskraftverstärker
- 3
- Hauptbremszylinder
- 4
- Radbremse
- 5
- Eingangselement
- 6
- Ausgangselement
- 7
- Aktuator
- 8
- Mitnehmer
- 9
- Durchgangsöffnung
- 10
- Bund
- 11
- Anschlag am Mitnehmer
- 12
- Federteller
- 13
- Zwischenraum (Verschiebeweg/Axialspiel – Kompensationsweg)
- 14
- Zwischenraum (Verschiebeweg/Axialspiel – Funktionsspiel, in Betätigungsrichtung zu überwinden)
- 15
- Rückstellfeder
- 16
- Einstellelement
- 17
- Widerlager
- 18
- Hülse
- 19
- Gehäuseabschnitt des Bremskraftverstärkers
- 20
- Kugelgelenk
- 21
- Kraftsensor
- 22
- Steuergerät
- 23
- Nachlaufbohrungen im Hauptbremszylinder
- 24
- Gleitbuchse
- F1
- Fahrerfußkraft
- F2
- Unterstützungskraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010043203 A1 [0004, 0037]
