DE102017114556A1 - Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem, wobei bei der Vorrichtung die folgenden Komponenten zu einem Hauptmodul (MO) zusammengefasst sind, insbesondere in einem Gehäuse angeordnet sind:
- mindestens eine von einem elektromotorischen Antrieb (M) angetriebene Druckversorgungseinrichtung (11) in Form einer Kolben- oder einer Doppelhubkolbenpumpe zur Druckänderung in mindestens einem hydraulischen Kreis, wobei der Antrieb (M) über ein Übersetzungsgetriebe den Kolben der Kolben- bzw. Doppelhubkolbenpumpe verstellt, sowie
- eine Ventilanordnung (HCU) mit mindestens einem Magnetventil, das bzw. die zum individuellen Einstellen von Hydraulikdrücken in den hydraulischen Kreisen und/oder zum Trennen bzw. Verbinden der hydraulischen Kreise mit bzw. von der Druckversorgungseinrichtung (11) und/oder der Kolben-Zylinder-Einheit (10) dient
- hydraulische Anschlüsse (AL1-4) für mindestens zwei hydraulische Verbraucher des hydraulischen Betätigungssystems, insbesondere Radbremsen (RB) einer Achse eines Fahrzeugs,
- eine ECU (S-ECU), Ventilendstufen und Sensoren, zur Ansteuerung des mindestens einen Magnetventils und des elektromotorischen Antriebs (M), um im hydraulischen Betätigungssystems einen Druck einzuregeln,wobei das Hauptmodul (MO) entweder in elektrischer Verbindung oder in elektrischer und hydraulischer Verbindung mit mindestens einer weiteren Systemkomponente bzw. Betätigungseinheit (BE) ist.

Description

  • Bezeichnung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem, insbesondere einer Kraftfahrzeugbremse oder Kupplung.
  • Stand der Technik
  • Der Einbau von Aggregaten, insbesondere im Motor- oder Aggregateraum, steht in Anbetracht der vielen neuen Systeme der Automobilbauer (OEM) vor immer größeren Problemen wegen der knappen Einbauräume. Teilweise wird z. B. das ABS-Aggregat, insbesondere bei Fronttrieb und Quermotor, hinter dem Motor angeordnet, was zur Folge hat, dass beim Tausch des ABS-Aggregats der Motor ausgebaut werden muss.
  • Daher besteht die Forderung vom OEM, die bestehenden Aggregate zu verkleinern oder neue Aggregate für Bremssysteme und Kupplungen/Gangsteller möglichst kompakt zu gestalten. Hinzu kommt, dass es Rechts- und Linkslenker gibt, was bei Bremsaggregaten zur Folge hat, dass das sogenannte Packaging gleich sein soll.
  • Viele Aggregate haben elektrische Funktionen und Sensoren, welche oft mehrere Stecker erfordern, was insbesondere montageaufwändig ist.
  • Weiterhin werden die Forderungen an die Crashsicherheit immer höher, was zur Folge hat, dass die Einbaulängen der Systeme im Aggregateraum möglichst kurz und schmal sein sollen, insbesondere, wenn diese an der Stirnwand befestigt sind und benachbarte Aggregate oder Steuergeräte zu dieser Einbaueinheit angebracht sind. Idealer Wunsch der Automobilhersteller (OEM) ist, dass keine Aggregate an der Spritzwand zum Fahrer angebracht sind, was nur bei selbstfahrenden Fahrzeugen ohne Fahrer möglich ist, da auf Betätungsvorrichtungen (Bremse, Gaspedal) verzichtet werden kann. Zudem kommen zunehmend automatisierte Getriebeschaltungen (Doppelkupplungen, Automatisierte Handschaltungen) zum Einsatz, so dass auf Kupplungsbetätigungsvorrichtungen verzichtet werden kann und es verbleiben Bremsbetätigung und Gaspedal als zwingende Vorrichtungen bei Fahrzeugen mit Fahrer.
  • Bekanntlich besteht ein starker Trend bei Bremssystemen von den heute üblichen sogenannten „3-Box-Lösungen“, bei denen Bremskraftverstärker, ABS/ESP-Aggregat und Vakuumpumpe unterschiedliche Baueinheiten bilden, die insbesondere auch räumlich getrennt sein können, auf integrierte „1-Box-Lösungen“ zu wechseln, bei denen alle Komponenten wie Druckversorgung, hydraulische (Ventil-)Einheit (HCU), Regeleinheit (ECU) und Hauptzylinder in einer Baueinheit integriert sind. In der DE 10 2012 213 216 ist z. B. ein solches kompaktes „1-Box-Bremssystem“ beschrieben. Das Hauptmerkmal ist hier, dass die Achse des Elektromotors senkrecht zur Längsachse der ersten Zylinderkolbeneinheit steht.
  • Mitte der 1980er Jahre produzierte Teves mit Mark 2 eine teilintegrierte Lösung mit diesem Merkmal, aber auch als Variante, dass die Achse des E-Motors mit Pumpe parallel zur Betätigungsachse angeordnet war. Bemerkenswert und Unterscheidung von der vorgestellten Erfindung ist keine Integration von Motor und Druckversorgung und ECU in einer Gehäuseeinheit. Hier war der Motor mit Pumpe angebaut und mit Schlauchleitungen mit dem Gehäuse aus Ventilblock (HCU) und Zylinderkolbeneinheit verbunden. Die Zielsetzung einer sehr schmalen und kurzen Baueinheit wurde noch nicht erreicht.
  • Als Sensor für den elektrischen Antriebsmotor wird in der DE 10 2011 017 436 ein Zahnradantrieb des Motortargets beschrieben. Das Sensorelement ist hier in einem Sensormodul angeordnet, das über Steckverbindung mit der Systemleiterplatte verbunden ist. Zusätzlich werden redundante Pedalwegsensoren und ein Sensor zur Überwachung des Füllstandes im Bremsflüssigkeitsbehälter benötigt.
  • Bei einer in der DE 10 2012 213 216 beschriebenen Bremsanlage ist eine erste, durch den Fahrzeugführer betätigte Zylinder-Kolben-Anordnung, eine Druckbereitstellungseinrichtung und eine Ventilanordnung in demselben Gehäuse angeordnet, wobei die Achse des Elektromotors der Druckbereitstellungseinrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der ersten Zylinder-Kolben-Anordnung angeordnet ist. Mit dieser Lösung ist bereits eine bestimmte Kompaktheit angestrebt, die jedoch noch weiter verbessert werden kann, insbesondere ist die DE 10 2012 213 216 auf die räumlichen Randbedingungen einer runden Kontur vom konventionellen Vakuumverstärker ausgelegt und berücksichtigt nicht die gesamtheitliche Packaging-Optimierung im Fahrzeug. Für ein optimales Packaging ist eine rechteckige Bauform opportuner als eine runde Kontur. Auch lässt insbesondere die Anpassungsfähigkeit an verschiedene Montagesituationen zu wünschen übrig, wie z.B. die Montage im Motorraum (sogenanntes „front bolted“), insbesondere für elektrische Bremskraftverstärker und elektrische Bremskraftversträker mit integriertem ABS, welche an der Spritzwand montiert sind.
  • Der Trend geht zudem immer mehr zu elektrischen Fahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen mit zunehmend lautlosem Fahrbetrieb. Daher ist auch ein an der Spritzwand angeordnetes integriertes 1-Box Bremssystem, welches Geräusche durch Elektromotor, Getriebe, Hydraulik und Ventilschalten erzeugt, zunehmend auffällig, da der Antriebsmotor (insbesondere bei E-Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen) zunehmend nicht mehr zu hören ist. Daher besteht auch Lösungsbedarf für Bremssystem für E-Fahrzeuge, damit diese möglichst geräuschlos arbeiten und die geräuscherzeugen Komponenten anders zu positionieren und eine Körperschallübertragung möglichst zu minimieren.
  • Mehrere Hersteller wie z.B. Apple, UBER oder Google arbeiten an komplett autonom fahrenden Fahrzeugen ohne Fahrer, die in der letzten Ausbaustufe kein Bremspedal mehr haben sollen. Hierzu gibt es die EMB oder Keilbremse als bekannten Lösungsansatz. Diese Systeme haben sich in der Vergangenheit aufgrund von Sicherheitsbedenken und hohen Kosten nicht durchgesetzt. Die hohen Kosten sind insbesondere darin begründet, dass je Radbremse ein E-Motor sowie ein aufwändiger elektromechanischer Mechanismus erforderlich ist.
  • Die Anforderungen für neuartige zukünftige Bremssysteme, insbesondere mit zunehmend stärkeren elektrischen Antriebsmotoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:
    • - kurze und schmale Bauform
    • - gute Zugänglichkeit für Montage der hydraulischen Leitungen, insbesondere der Bremsleitungen zu den Radbremsen
    • - gute Zugänglichkeit für Stecker insbesondere des Hauptleitungssatzes und kurze Kabellänge zur Kfz-Verteilerbox (Zentralelektrik)
    • - gute Entlüftbarkeit nicht nur in Endmontage (mit Vakuum), sondern auch im Service (Entlüftung durch Pedalbetätigung)
    • - kurze Leitungswege der Powerleitungen vom Stecker zum Leistungsteil der Motorsteuerung
    • - gute Kühlung und Wärmeabfuhr des Leistungsteils (Endstufen, MOSFET und Treiber)
    • - Geräuschreduktion von Antrieb und Magnetventilen, Körperschallübertragung zum Spritzwand
    • - kurze Bohrungen vom THZ, Druckverzögerung zur HCU;
  • Speziell für reine Elektrofahrzeuge (E-FZGe) und zukünftige Fahrzeuge mit autonomen Fahrbetrieb bzw. Fahrbetrieb ohne Fahrer, gelten folgende weitere Anforderungen:
    • - absolut geräuschloser Betrieb, d.h. keine störenden Geräusche von Aggregaten an der Spritzwand,
    • - noch kürzere Bauweise als bei konventionellen PKWs aufgrund neuer Fahrzeug-Plattformkonzepten,
    • - Radindividueller oder achsindividueller Bremseingriff insbesondere durch Antriebsmotoren im Generatorbetrieb, wobei Traktionsmotoren an einer oder 2 Achsen positioniert werden bzw. direkt an den Rädern,
    • - Verstärkte Sicherheit durch Redundanz der Systeme, Signalübertragungen und Stromversorgung
    • - Neue Anforderungen an die Regelgenauigkeit zur weiteren Bremswegverkürzung.
  • Aufgrund der Vielzahl an Fahrzeugantriebskonzepten, insbesondere in einer Koexistenz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren und reinen E-Fahrzeugen (Verbrennungsmotoren, Hybridmotoren, reine E-Fahrzeuge, fahrerlose Fahrzeuge), kommt der Modularität der Systeme, d.h. der Verwendung von gleichen Teilen/Modulen, insbesondere bei der Druckversorgung, eine enorme Bedeutung zu.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die wesentlichen Komponenten für ein hydraulisches Betätigungssystem für Fahrzeuge mit Anforderungen an extrem kurze Baulänge an der Spritzwand, geräuschlosen Betrieb, sehr hoher Sicherheit/Systemverfügbarkeit und hohe Regelgenauigkeitsanforderungen, insbesondere für E-Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge mit elektrischen Traktionsmotoren (TM) und Fahrzeuge im autonomen Fahrbetrieb bzw. fahrerlose Fahrzeuge konzipiert sind.
  • Lösung der Aufgabe
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere vorteilhaft dadurch aus, dass die wesentlichen Komponenten wie die Druckversorgungseinrichtung in Form einer Kolben- oder einer Doppelhubkolbenpumpe mit einer oder zwei Arbeitsräumen zur Druckänderung in mindestens einem hydraulischen Kreis, sowie deren elektromotorischer Antrieb und ein zwischengeschaltetes Übersetzungsgetriebe, insbesondere ein Kugelumlaufgetriebe oder Trapezspindelgetriebe, sowie eine Ventilanordnung mit mindestens einem Magnetventil, hydraulische Anschlüsse für mindestens zwei hydraulische Verbraucher des hydraulischen Betätigungssystems sowie eine elektrische Steuerungseinheit ECU zur Ansteuerung der Magnetventile und des elektromotorischen Antriebs in einem Modul zusammengefasst sind (im weiteren Hauptmodul bezeichnet), und dass das Hauptmodul entweder in elektrischer Verbindung zu mindestens einer weiteren Systemkomponente ist oder sowohl in elektrischer als auch in hydraulischer Verbindung mit mindestens einer weiteren Systemkomponente (im weiteren Bestätigungsmodul oder Systemkomponente bezeichnet) ist, wobei die weitere Systemkomponente ein elektrisch oder hydraulisch arbeitender Wegsimulator mit Betätigungspedal und/oder ein Zentralrechner sein kann.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit vorteilhaft für die reine Druckversorgung, Druckregelung und Aggregatediagnose verwendet werden, wobei
    • - entweder gar kein Bremspedal verwendet wird, wie dies bei einem autonom fahrenden Fahrzeug der Fall ist,
    • - oder ein Bremspedal bzw. Bremshebel verwendet wird, welches rein elektrisch an das Modul angekoppelt ist, wie dies z.B. bei einem Brake-By-Wire Elektrofahrzeug der Fall sein kann,
    • - oder ein Bremspedal bzw. Bremshebel Verwendung findet, welches hydraulisch und elektrisch an das Modul angekoppelt ist,
    wobei bei den letzten beiden Varianten jeweils auch noch ein Wegsimulator vorgesehen werden kann.
  • Sofern eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptmodul und dem Betätigungsmodul mit z.B. dem Bremspedal besteht, so ist eine hydraulische Rückfallebene gegeben, wodurch z.B. bei Ausfall des Motors des Hauptmoduls mittels des Bremspedals noch ein Bremsdruck in mindestens einer Radbremse aufgebaut werden kann. Je nach Ausführungsvariante, Fahrzeugart (Zweirad, PKW, PKW mit elektrischen Antriebsmotor) und Sicherheitsanforderungen kann das Betätigungsmodul als einkreisiger oder zweikreisiger Hauptbremszylinder (HZ oderTHZ) ausgeführt werden und bei Systemausfall (Rückfallebene) Hydraulikvolumen zur Erzeugung einer manuellen Notbremsfunktion in einen oder zwei Bremskreise, bzw. zwei oder vier Radbremsen geführt werden Zusätzlich kann das Hauptmodul auch noch über vorteilhafterweise redundanten Datenleitungen, insbesondere einen Daten- und/oder Steuerungsbus mit einer übergeordneten Steuerungseinrichtung in Verbindung sein.
  • Das Bremspedal als Betätigungseinrichtung kann ebenfalls in einem zusätzlichen Modul angeordnet werden, wobei optional auch noch ein Wegsimulator in dem zusätzlichen Modul angeordnet werden kann. Das zusätzliche Modul ist dann je nach Ausbildung der Betätigungseinrichtung entweder über eine reine elektrische oder über eine elektrisch/hydraulische Verbindung mit dem Hauptmodul verbunden.
  • Das erfindungsgemäße Hauptmodul kann in einem Fahrzeug einmal oder mehrfach vorgesehen werden. So kann ein Hauptmodul wahlweise in zwei Radbremsen vorzugsweise einer Achse oder vier Radbremsen des Fahrzeugs eine Druckregelung vornehmen.
  • In einer ersten Ausführungsform ist vorgehen, dass ein Hauptmodul zwei hydraulische Ausgangsleitungen aufweist, über die die Druckregelung, z.B. Bremskraftverstärkung sowie Blending-Regelung bei Rekuperation, in zwei getrennten Radbremsen oder zwei Hydraulikreisen erfolgt.
  • Die Ausführungsform 1 ist für ein Zweirad oder ein Fahrzeug vorgesehen, bei dem in einer Achse Bremskraftverstärkung oder Blending eingesetzt wird, z.B. im Rennsport mit starkem elektrischem Antriebsmotor. Blending ist dann erforderlich, wenn an einer Achse ein elektrischer Antriebsmotor vorgesehen ist, mit dem im Generatorbetrieb rekuperiert wird. Die Rekuperation wird dabei durch das Hauptmodul geregelt, wobei ein konstantes Fahrergefühl in der Betätigungseinheit eingeregelt wird, d.h. die Betätigungseinheit wird durch die Druckregelung nicht beeinflusst und ist entkoppelt. Die Betätigungseinheit ist in diesem Fall über ein stromlos offenes Magnetventil, das vorzugsweise im Hauptmodul angeordnet ist, im Normalbetrieb entkoppelt. Sofern in dem Betätigungsmodul für andere Funktionen (Diagnose, Wegsimulator) Magnetventile erforderlich sind (wie z.B. in PCT/ EP2015/068693 der Anmelderin ausgeführt), kann es auch Sinn machen, dass stromlos offene Magnetventil in der Betätigungseinheit anzuordnen. Nur bei Ausfall des Hauptmoduls wird es geöffnet und über die mittels der Betätigungseinheit aufgebaute hydraulische Leistung kann Bremsdruck in den Radbremsen aufgebaut werden.
  • Die ABS/ESP-Funktionen sind in diesem Fall bei Einsatz im 2-Rad uneingeschränkt möglich. Beim Einsatz der Ausführungsform 1 in einem Fahrzeug mit 2 Achsen können durch die Druckregelung nur eingeschränkt Fahrstabilitätsfunktionen realisiert werden, wie z.B. ideale Verteilung des Bremsdrucks in den Achsen in Abhängigkeit von der Gewichtsverlagerung bei Verzögerung und Beschleunigung. Letztere Funktion ist für einfache Fahrzeuge, wie z.B. urbane Stadtfahrzeuge, kostengünstige Fahrzeuge in Emerging Countries < 1 Tonne Fahrzeuggewicht, durchaus ausreichend.
  • In einer weiteren möglichen zweiten und dritten Ausführungsform, sind zur Erzielung einer höheren Dynamik oder Redundanz zwei Hauptmodule im Fahrzeug angeordnet, welche jeweils eine Druckversorgungseinheit, Magnetventile und eine Steuerungseinheit aufweisen, wobei das System zwei Hydraulikkreise mit 4 hydraulischen Verbrauchern, z.B. vier Radbremsen, aufweist und jedes Hauptmodul für die Druckregelung von nur einem Hydraulikkreis mit mehreren Verbrauchern, wie z.B. zwei Radbremsen, eingesetzt wird,.
  • Mit diesem System kann mit zwei Hauptmodulen eine ideale Regelung der Radbremsen durchgeführt werden, wie z.B. Bremskraftverstärkung, Blending, ABS/ESP und Fahrerassistenzfunktionen (z.B. Notbremsfunktion, Abstandskontrolle, etc.). Das System ist dabei vergleichbar mit der Leistungseigenschaft von reinen Brake-by-Wire Systemen (EMB, Keilbremse). Insbesondere kann es bei dieser Ausführungsvariante sinnvoll sein, die Multiplexregelung einzusetzen, wie sie in der Patentschrift EP 1 874602 der Anmelderin ausgeführt ist. Dafür ist je ein Magnetschaltventil je Bremskreis in den Hauptmodulen vorzusehen. Für mindestens ein Hauptmodul kann neben den Schaltventilen noch ein Auslassventil vorgesehen sein, wie in PCT/ EP2015/081402 der Anmelder ausgeführt. Damit können insbesondere die hochdynamischen Regelanforderungen für die Vorderachse des Fahrzeugs erfüllt werden. Auch kann es vorteilhaft sein, die Ventilschaltung und Steuerung, wie sie in PCT/ EP2015/081403 ausgeführt ist, einzusetzen, um einen geräuscharmen Druckaufbau mit Vordrucksteuerung über den Kolben zu realisieren und Druck über Auslassventile abzulassen.
  • Zusätzlich hat das System eine sehr hohe Redundanz vergleichbar mit gängigen 2-Box-Systemen (e-Booster + ESP), da es zwei völlig separate Hauptmodule mit je eigenständiger Elektronik und E-Motor aufweist, die bei Ausfall eines Moduls immer noch 2 Radbremsen bedienen können. Damit ist eine ausreichende Sicherheit für autonomes Fahren gegeben.
  • Die Ausführungsform 2 weist noch eine hydraulische Verbindung der Betätigungseinheit mit einem Hauptmodul auf. Dafür ist ein stromlos offenes Magnetventil in einem Hauptmodul vorgesehen. Damit wird bei Ausfall eines Systems über die Betätigungskraft des Fahrers noch Druck in einem Bremskreis aufgebaut und die Sicherheit des Systems neben der bereits vorgesehenen Redundanz durch 2 Hauptmodule zusätzlich erhöht.
  • Bei der dritten Ausführungsform erfolgt die Steuerung rein elektrisch über eine M-ECU und das Hauptmodul führt vorzugsweise nur noch Druckstellfunktionen aus. Die Fahrdynamikregelung findet dann in einer M-ECU statt, die vorzugsweise ebenfalls redundant (z.B. Quad-Core) ausgeführt ist. Auf die Betätigungseinheit kann bei dieser Ausführungsform verzichtet werden. In dieser Ausführungsform kann vorteilhaft die elektrische Verbindung zwischen den Hauptmodulen einerseits und zwischen dem Hauptmodul und der Steuereinheit andererseits, redundant ausgeführt sein und die Hauptmodule werden redundant an zwei Spannungsquellen, wie z.B. 12V Batterie, zweites Spannungsnetz 48V oder Hochspannung, 12V-Batterie und DC/DC-Wandler eines zweiten Spannungsnetzes, angeschlossen. Zudem wird die Signalübertragung zwischen Hauptmodul und Steuereinheit vorzugsweise redundant mit 2 Signalleitungen erfolgt, wobei die Leitung ein Kabel oder Funkübertragung sein kann. So ist die Kombination von Kabelgebundener Übertragung und Funkübertragung auch eine Möglichkeit der Redundanz. Mit diesen erweiterten Redudanzmaßnahmen ist die dritte Ausführungsform auch für autonomes Fahren bzw. Fahrzeuge ohne Fahrer ausreichend mit Redundanzen und Sicherheitsfunktionen ausgestattet und bei den Kosten und der Zuverlässigkeit einem rein elektrischen Bremssystem mit vier Aktuatoren für je eine Radbremse (Keilsbremse, EMB), überlegen.
  • Für die dritte Ausführungsform ist insbesondere der Einsatz einer Trapezspindel, wie in Hauptmodulkonstruktionskonzept 2 näher ausgeführt eine weitere Möglichkeit, Kosten zu reduzieren. Dies ist dadurch möglich, weil kleinere Leistungen erforderlich sind und das System durch keine Bauraumeinschränkungen Freiheitsgrade in der Gestaltung des Kolbens der Druckversorgung des Hauptmoduls ausweist. So kann das System auf kleine Axialkraftbelastungen der Trapezspindel und geringe Drehmomente des Antriebsmotors ausgelegt werden und sehr kostengünstig ausgeführt werden, so dass die Mehrkosten von 2 Modulen relativ gering sind.
  • In den weiteren Varianten (Ausführungsformen 4 bis 7) ist nur ein Hauptmodul vorgesehen. Dieses Das Hauptmodul weist vier hydraulische Ausgangsleitungen auf, wobei über jede Ausgangsleitung die Druckregelung in einer von vier Radbremsen erfolgt. Bei einem derartigen System kann das Hauptmodul alle Funktionen übernehmen, wie z.B. Bremskraftverstärkung, Blending, ABS/ESP und Fahrerassistenzfunktionen, und hat gegenüber der zweiten und dritten Ausführungsform Kostenvorteile bei gleichzeitig nur geringen Einschränkungen bei der Leistungsfähigkeit und ist daher als Zielsystemkonzept für Serienanwendungen in PKWs vorgesehen. Als Druckversorgung wird dabei eine Doppelhubkolbenpumpe mit 2 Arbeitsräumen vorteilhaft eingesetzt, um eine hydraulische Redundanz zu erzeugen. Die Gestaltung der Druckversorgung mit Elektromotor, Spindeltrieb und Kolben ist in 3 näher ausgeführt. Zudem ist vorteilhaft eine 2 × 3 Phasen Kontaktierung des Antriebsmotors und eine redundante Stromversorgung, wie in 7 ausgeführt, zur Erhöhung der Verfügbarkeit sinnvoll. Neben der Redundanz der 2 × 3 Phasenkontaktierung ist auch eine galvanisch getrennte Ausführung der Elektronikplatine, insbesondere der B6-Brücke des Motors vorteilhaft. Dies gilt auch für die weiteren Ausführungsformen, wo eine 2 × 3 Phasenkontaktierung eingesetzt wird.
  • Zusätzlich zum Hauptmodul ist bei der vierten bis sechsten Ausführungsform ein Betätigungsmodul vorgesehen, wobei dies bei der vierten Ausführungsform über eine vorzugsweise redundante elektrische Verbindung und eine oder zwei hydraulische Verbindungen zum Hauptmodul aufweist, bei der fünften und sechsten Ausführung hingegen nur eine rein elektrische vorzugsweise redundante Verbindung aufweist. Bei der vierten Ausführungsform ist ein oder zwei stromlos offenes Ventil(e) vorgesehen, dass vorzugsweise im Hauptmodul integriert ist. Ein stromlos offenes Ventil ist erforderlich für ein Betätigungsmodul mit einem Kreis, zwei stromlos offene Ventile bei einem Betätigungsmodul mit zwei hydraulischen Kreisen (z.B. PCT/ EP2015/068693 ) Durch die hydraulische Verbindung ist eine Rückfallebene bei Ausfall des Hauptmoduls gegeben, indem das Betätigungsmodul mindestens einen Bremskreis, vorzugsweise zwei Bremskreise, bei Ausfall des Hauptmoduls mit Druckmittel versorgt bzw. in dem mindestens einen Bremskreis einen Druck aufbaut. Zur Erhöhung der Redundanz können statt einer auch zwei hydraulische Leitungen zwischen Hauptmodul und Betätigungsmodul vorgesehen werden.
  • Bei Wegfall der hydraulischen Verbindung bzw. des Betätigungsmoduls bei der fünften Ausführungsform, sind zusätzliche Sicherheitsmassnahmen, die auch bei vierten Ausführungsform empfehlenswert ist, zwingend erforderlich, wie z.B. redundanter Anschluss des Hauptmoduls an zwei Bordnetze, Redundanz der Signalleitungen, Ausführung des Motors in Form von 2 × 3 Phasen, Gestaltung des Systems zur hydraulischen Redundanz, z.B. durch Doppelhubkolbenpumpe mit 2 Arbeitsräumen.
  • Bei der sechsten Ausführungsform sind zwei Elektromotoren und 2 redundante Druckversorgungen vorgesehen, wobei je eine Druckversorgung einen Hydraulikkreis bzw. 2 Radbremsen mit Druck versorgt. Die Druckversorgung ist dabei vorzugsweise als Einfachkolbenpumpe mit Trapezspindel ausgeführt (vgl. 4 mit Trapezspindel). Auf gewisse Redundanz (2 × 3-Phasen Kontaktierung des E-Motors) und Doppelhubkolbenpumpe mit 2 Arbeitsräumen kann hier verzichtet werden. Auch kann das System eine höhere Regelperformance erreichen, wenn je Druckversorgung des Hauptmoduls parallel unabhängig voneinander einen Hydraulikkreis mit Druckmittel versorgen kann. In diesem Fall in Ausführungsform 6 in der Performance vergleichbar mit Ausführungsform 2 und 3, d.h. je ein Motor bedient einen Hydraulikkreis bzw. 2 Radbremsen, somit kann auch im Multiplexverfahren (ohne Auslassventile) parallel Druck in einem Bremskreis aufgebaut werden, während der Druck in dem anderen Bremskreis abgebaut wird. Dies hat insbesondere Vorteile bei hochdynamischen Eingriffen (z.B. Bremsung auf hohem Reibwert, spezielle ESP-Eingriffe) und führt zu Fahrstabilisierung bei sehr leistungsstarken Fahrzeugen und Bremswegverkürzungen. Damit eine vergleichbare Zuverlässigkeit wie bei der zweiten und dritten Ausführungsform gegeben ist, ist die Elektronik redudant mit separaten Treibern für jeden Motor ausgebildet, z.B. 2 × B6-Brücke, galvanisch getrennte Elektronikplatinen, und die Stromversorgung und Signalübertragung des Hauptmoduls ebenfalls redundant ausgestaltet.
  • Die siebte Ausführungsform ist für Fahrzeuge ohne Fahrer gedacht, wodurch kein Betätigungsmodul benötigt wird und dieses daher wegfällt.
  • Durch die Aufteilung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in mehrere Module, kann das Hauptmodul entfernt von der Spritzwand im Motorraum angeordnet werden, wodurch vorteilhaft weniger durch das Hauptmodul erzeugter Schall, der durch die hochdynamische Regelung im ABS/ESP-Betrieb durch hydraulische Schwingungen und Magnetventilschaltgeräusche durch Druckdifferenzen erzeugt wird, in die Fahrgastzelle gelangen. Das Hauptmodul kann quasi an beliebiger Stelle im Motorraum angeordnet werden.
  • Sofern das Fahrzeug einen Traktionsmotor aufweist, so kann dieser ebenfalls bremsunterstützend verwendet werden. Hierfür ist es notwendig, diesen entsprechend anzusteuern und die Funktionen der Komponenten miteinander zu koordinieren. Somit ist eine elektrische Verbindung über einen Daten- und/oder Steuerbus zwischen dem Hauptmodul, einer übergeordneten Steuerung sowie dem Traktionsmotor notwendig und somit entsprechend vorzusehen.
  • Das Hauptmodul kann sowohl horizontal als auch vertikal im Motorraum angeordnet werden. Es ist ebenso möglich, entsprechende Dämpfungselemente zur Geräuschminimierung vorzusehen.
  • Die Steckergestaltung des Hauptmoduls ist zudem vorteilhaft in Sinne eines minimalen Boxvolumens und guter Zugänglichkeit gestaltet. Dies kann in der Form realisiert werden, dass der Stecker mit der Elektronikplatine des Hauptmoduls direkt verbunden und in einem 90° Winkel zur Elektronikplatine steht. Zudem ist der Stecker in möglichen Weiterbildungen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen unterhalb des Vorratbehälters angebracht, und kann insbesondere horizontal parallel zum Motor abgezogen werden. Dadurch wird kein Bauraum, der ansonsten für die Montage des Steckers erforderlich ist, verschenkt.
  • Zudem kann das Hauptmodul, wie nachfolgend näher ausgeführt, vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass alle Sensoren und Ventilkörper der Magnetventile direkt auf der ECU-Platine positioniert sind, die Phasenkontakte des E-Motors direkt zur Elektronik führen und die Elektronik sehr einfach montiert werden kann. Dabei ist der Spulenkörper der Magnetventile mit der Platine verbunden, die Sensorauswertelemente werden durch Stecken in Abstand zu den Sensortargets gebracht und die 3 (6) Phasenkontakte des Stanzgitters des E-Motors werden entweder auf die Platine gesteckt (z.B. Radsok-Kontakte) oder die Phasenkontakte mit Kupferelementen auf der Platine verschweißt.
  • Zudem kann das Hautmodul eine sehr einfache Lagerung sowie einen Radialkraftausgleich über ein Biegestabkonzept aufweisen, wobei der Biegestab mit einer rotierenden Spindel vorzugsweise über eine Schweißverbindung verbunden ist. Die Spindel ist aus einem metallischen, hochfesten Werkstoff ausgeführt, der vorzugsweise eine Trapezspindel aus Kunststoff antreibt. Die Trapezspindel wird insbesondere bei Systemen mit geringen Maximaldrücken und Systemen bestehend mit mehreren Hauptmodulen eingesetzt. Dies ist insbesondere bei der ersten, zweiten, dritten und sechsten Ausführungsform von Vorteil, kann jedoch auch bei Systemen mit mindestens einem starken Antriebsmotor, der die Bremsung unterstützt und somit den Volumenhaushalt bzw. die Maximaldruckanforderungen positiv beeinflusst, eingesetzt werden. Auch bei Systemen mit einem Motor, wie dies bei der vierten, fünften und siebten Ausführungsform der Fall ist, kann die Trapezspindel eingesetzt werden, in dem besondere Werkstoffe in der Trapzespindel eingesetzt werden bzw. das Hauptmodul dort positioniert wird, wo geringe Umgebungstemperaturen mit aktiver Luftzufuhr, z.B. im Frontbereich des Fahrzeuges, auftreten. Insbesondere bei E-Fahrzeugen ist die Temperatur signifikant niedriger als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und begünstigt weiter den Einsatz der Trapzespindel.
  • Als Alternative zur Trapezspindel kann ein Kugelgewindetrieb (KGT) eingesetzt werden. Ein Kugelgewindetrieb hat die Vorteile eines höheren Wirkungsgrades sowie höhere Belastbarkeit durch Axialkräfte, insbesondere bei großen und schweren Fahrzeugen mit einem Gesamtgewicht von mehr als zwei Tonnen. Zudem erleichtert der Kugelgewindetrieb die Regelung, da das System eine geringere Hysterese aufweist. Denkbar ist auch eine Kombination von Trapezspindel in einem Modul, z.B. KGT an Vorderachse, Trapezspindel an Hinterachse.
  • Die Druckeinheit des Hauptmoduls kann auch derart ausgeführt sein, dass es eine sehr einfache und kostengünstige Drehmomentabstützung aufweist und einfach mit geringen Änderungen von einem Einfachhub- in eine Doppelhubkolbenpumpe umgewandelt werden kann.
  • Zudem ergeben sich vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Vorrichtung und die Module können einfach für verschiedene Systemkonzepte kombiniert werden, so dass mit wenigen Bauteilen ein sehr breites Spektrum von Fahrzeugklassen abgedeckt werden kann.
  • Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen die erfindungsgemäße Vorrichtung und deren Einsatz in einem Zweirad- oder Vierrad-Fahrzeug näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1a: Erste erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem Betätigungssystem mit zwei hydraulischen Verbrauchern, insbesondere für Zweiräder oder Fahrzeuge mit achsweisen Blending ohne ABS/ESP, wobei das Hauptmodul und das zusätzliche Modul über eine elektrische Daten- und/oder Steuerleitung und eine hydraulische Leitung miteinander in Verbindung sind;
    • 1b: zweite mögliche Ausführungsform mit zwei Hauptmodulen für sehr hohe Regelanforderungen und flexible Positionierung, und einem zusätzlichen Modul mit Betätigungseinrichtung;
    • 1c: dritte mögliche Ausführungsform ohne Pedal mit zwei unabhängigen und redundanten Hauptmodulen für ein Brake-By-Wire Bremssystem oder ein autonom fahrendes Fahrzeug ohne Bremspedal;
    • 2a: vierte Ausführungsform für ein PKW-Seriensystemkonzept mit hydraulischer Rückfallebene mit einem Hauptmodul zur Druckregelung in vier Radbremsen und einem zusätzlichen Modul mit Betätigungseinrichtung, wobei das Hauptmodul und das zusätzliche Modul über eine elektrische Daten- und/oder Steuerleitung und eine hydraulische Leitung miteinander in Verbindung sind;
    • 2b: fünfte Ausführungsform für ein PKW-Seriensystemkonzept ohne hydraulische Rückfallebene entsprechend 2a, jedoch ohne hydraulische Verbindung zwischen Hauptmodul und zusätzlichem Modul;
    • 2c: sechste Ausführungsform für PKW-Seriensystemkonzept ohne hydraulische Rückfallebene mit zwei Motoren, wobei in dem Hauptmodul zwei Druckversorgungseinrichtungen mit jeweils gesonderten elektromotorischen Antrieben und Getrieben angeordnet sind;
    • 2d: siebte Ausführungsform für Brake-by-Wire-System ohne mechanisches Betätigungsmodul mit einem Hauptmodul für ein Brake-By-Wire Bremssystem oder ein autonom fahrendes Fahrzeug ohne Bremspedal zur Druckversorgung von vier Radbremsen;
    • 3: Querschnittsdarstellung durch eine erste mögliche Ausführungsform eines Hauptmoduls mit Motor, Sensor, elektr. Anschluss HCU und ECU mit Magnetspule, Druckkolben mit Saugventilen;
    • 4: Querschnittsdarstellung durch eine zweite mögliche Ausführungsform eines Hauptmoduls, wobei in der oberen Zeichnungshälfte eine Trapetzspindel und in der unteren Zeichnungshälfte ein Kugelgewindetrieb dargestellt ist.
    • 5a eine mögliche Ventilschaltung im Hauptmodul für alle Ausführungsformen;
    • 5b: erfindungsgemäßes Einlassventil für Hauptmodul und Ventilschaltung gemäß 5a;
    • 6 bevorzugtes Hydraulikkonzept für die zweite, dritte und sechste Ausführungsform;
    • 7: Gestaltung einer Doppelhubkolbenpumpe mit Magnetventilen zum Druckregelung der beiden Arbeitsräume, die je einem Bremskreis zugeordnet sind.
  • Die 1a zeigt eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Hauptmodul MO zur Druckregelung in zwei Hydraulikkreisen bzw. Bremskreisen BK1 und BK2 und einem zusätzlichen Modul MO1 mit Betätigungseinrichtung, wobei das Hauptmodul MO und das zusätzliche Modul MO1 über eine elektrische Daten- und/oder Steuerleitung DS und eine hydraulische Leitung HL miteinander in Verbindung sind. Das zusätzliche Modul MO1 kann eine Betätigungseinrichtung wie z.B. ein Bremspedal bei einem Fahrzeug oder einem Bremshebel eines Motorrads aufweisen. Zusätzlich kann noch ein Wegsimulator in dem zusätzlichen Modul MO1 angeordnet sein. Sofern noch eine Kolbenzylindereinheit in dem zusätzlichen Modul angeordnet ist, deren Kolben über die Betätigungseinrichtung verstellbar ist, kann über die optionale hydraulische Verbindung eine Rückfallebene realisiert werden, so dass bei Ausfall einer Komponente des Hauptmoduls noch ein Bremsdruck mittels der Betätigungseinrichtung in einem oder beiden Bremskreisen BK1/BK2 aufbaubar ist.
  • In dem zusätzlichen Modul MO1 können zudem ein Weggeber PS und/oder ein Niveaugeber NG angeordnet sein. Der Weggeber PS erfasst dabei die Auslenkung des Betätigungsmittels, z.B. in Form eines Bremspedals oder Bremshebels, wobei dessen Signal über die elektrische Leitung DS an die Steuerungseinrichtungen S-ECU und M-ECU übermittelt wird.
  • Für alle nachfolgenden Ausführungsbeispiele kann zwischen der Steuerung S-ECU des Moduls und dem Motor M mit der Druckversorgungseinrichtung DV die Ventilanordnung HCU angeordnet sein.
  • Ebenso gilt grundsätzlich für alle beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungsformen, dass neben der Steuerung S-ECU auch noch eine zusätzliche übergeordnete Steuerungseinrichtung M-ECU vorgesehen sein kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die übergeordneten Steuerungsfunktionen auch von der im erfindungsgemäßen Modul MO vorgesehenen S-ECU mit übernommen werden, so dass auf eine übergeordnete Steuerung grundsätzlich auch verzichtet werden kann. Die in 1a dargestellte übergeordnete Steuerungseinheit M-ECU kann somit auch in dem Hauptmodul MO integriert sein bzw. diese bilden.
  • Bei heutigen Systemen, wie z.B. der Motor- oder Getriebesteuerung und auch der ESP-Funktion übernimmt die Systemsteuerung S-ECU im Wesentlichen alle Funktionen wie I/O, Berechnung, Ansteuerung der Stellglieder und die Diagnosefunktion. Zukünftig werden Domänen- oder Zentralrechner M-ECU verstärkt eingesetzt, bei denen die ECU am oder in der Nähe des jeweiligen Aggregats angeordnet ist und die insbesondere nur Ansteuerfunktionen sowie Teildiagnosefunktionen erledigt.
  • Das Modul MO ist mittels Halterungen DF, welche auch dämpfende Eigenschaften aufweisen können, im Motorraum befestigt.
  • Das in 1a dargestellte System kann somit zur Druckversorgung eines Systems mit zwei hydraulischen Verbrauchern bzw. Bremskreisen, sowie bei einem aktiven Bremssystem mit einem Traktionsmotor sowie in einem Zweirad (Vorderrad und Hinterradbremse) bzw. für Systeme mit achsweisen Blending und Bremskraftverstärkung/Blending an einer Achse (Rennsport mit Antriebsmotor an einer Achse und hydraulische Bremskraftverstärkung sowie Blending an den Radbremsen einer Achse), einfache Fahrzeuge nur mit unterschiedlicher Bremskraftverteilung an den Achsen ohne ESP/ABS-Funktion, verwendet werden.
  • Die Betätigungseinheit BE kann einen einkreisigen Hauptzylinder HZ oder einen zweikreisigen Tandemhauptzylinder THZ aufweisen, und mindestsens ein Trennventil TV1, TV2 aufweisen, um die hydraulische Verbindung zwischen einer Arbeitskammer des Hauptzylinders bzw. beiden Arbeitskammern des zweikreisigen THZ der Betätigungseinrichtung BE mit einem oder zwei Bremskreisen BK1, BK2 wahlweise herzustellen oder zu verschließen.
  • Die 1b zeigt eine zu der in 1a dargestellten und beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung ähnliche Vorrichtung, bei der zwei Hauptmodule MO und MO' zur Erhöhung der Dynamik, insbesondere für den Rennsport, vorgesehen sind. Zudem ist ein zusätzliches Modul MO1 mit Betätigungseinrichtung vorgesehen, wobei das zusätzliche Modul MO1 über eine elektrische Daten- und/oder Steuerleitung DS mit einer übergeordneten Steuerung M-ECU sowie einem Traktionsmotor und den Hauptmodulen MO und MO' in Verbindung ist. Die beiden Hauptmodule können dabei durch Multiplexerfunktion mit klassischen Schaltventilen und ggfs. Auch noch mit Auslassventilen betrieben werden und können somit als reine Bremskraftverstärker oder als Bremskraftverstärker mit ABS- und/oder ESP-Funktion eingesetzt werden. So kann das Hauptmodul MO zur Druckregelung der Radbremsen der Radachse 1 und das Hauptmodul MO' zur Druckregelung der Radbremsen der Radachse 2 vorgesehen werden. Es ist jedoch ebenso eine diagonale Druckversorgung der Radbremsen mittels der Hauptmodule MO und MO' möglich. Eine hydraulische Rückfallebene für das Hauptmodul MO ist durch die hydraulische Verbindung HL zwischen zusätzlichem Modul MO1 und dem Hauptmodul MO realisiert bzw. möglich. Es ist somit eine achsindividuelle oder radindividuelle Druckregelung mit hoher Dynamik und Regelgenauigkeit möglich. Mit einem derartigen System können mit weniger Komponenten und Kosten im Vergleich zu einer elektrischen Bremse (EMB, Keilbremse) die gleichen Funktionen erreicht werden.
  • Die 1c zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Hauptmodulen MO und MO' für ein Brake-By-Wire Bremssystem oder ein autonom fahrendes Fahrzeug ohne Bremspedal mit zwei Traktionsmotoren TM1 und TM2, wobei das Hauptmodul MO über die Anschlussleitungen AL1 und AL2 die Druckregelung der Radbremsen RB in Achse 1 und das Hauptmodul MO' die Druckregelung in den Radbremsen der Achse 2 vornimmt. Eine übergeordnete Steuereinrichtung M-ECU steuert die Bremsfunktion der Radbremsen RB und der Traktionsmotoren TM1 und TM2.
  • Sinnvoll ist bei den Vorrichtungen gemäß der 1b und 1c die Ventilausführung und hydraulische Schaltung, wie sie in 5 und 6 dargestellt und beschrieben ist.
  • Die 2a zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Hauptmodul MO zur Druckregelung in vier Radbremsen RB und einem zusätzlichen Modul MO1 mit Betätigungseinrichtung, wobei das Hauptmodul MO und das zusätzliche Modul MO1 über eine elektrische Daten- und/oder Steuerleitung DS und eine hydraulische Leitung HL miteinander in Verbindung sind. Die hydraulische Leitung HL dient, wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, als Rückfallebene. Der Motor M des Hauptmoduls MO für die Druckversorungseinrichtung kann z.B. ein sechsphasiger Motor sein, wodurch durch die zwei mal drei Phasen eine ausreichende Redundanz gegeben ist. Bei Ausfall einer Elektronik kann dann der Elektromotor noch das halbe Drehmoment erzeugen und bei Auslegung des Systems auf 160-200 bar immer noch 80-100 bar erreichen. Da 80-100 bar die Blockierbremse darstellt, kann somit annährend die volle Bremsverzögerung auch bei Ausfall eines Motors erreicht werden. Die Druckversorgungseinrichtung kann zudem einen Doppelhubkolben aufweisen, welcher durch seine zwei Arbeitsräume ebenfalls eine zweifache Redundanz im Hydraulikkreis bietet. Gleichsam kann mittels der Druckversorgungseinrichtung des Hauptmoduls MO neben der Bremskraftverstärkung, Blending und Fahrerassistenzfunktion die ABS- und/oder die ESP-Funktion in den Radbremsen realisiert werden. Bei Ausfall eines Teiles der Elektronik kann mit den verbleibenden drei Phasen durch die reduzierte Leistung nicht die volle ABS-Performance erreicht werden., Jedoch sind noch sicherheitskritische Eingriffe in ESP und eingeschränkte ABS-Performance mit geringerer Performance, die z.B. Bremswegverlängerung bei ABS bewirken, möglich.
  • Das zusätzliche Modul MO1 kann an der Spritzwand des Fahrzeugs angeordnet werden, wohingegen das Hauptmodul MO quasi beliebig im Motorraum, insbesondere zur Geräuschminimierung entfernt von der Spritzwand, angeordnet werden kann. Da sich hydraulische Schwingungen schwer durch Dämpfung des Anbaues der Mechanik dämpfen lassen, da Sie über die Flüssigkeit über Körperschall auf das Bremspedal übertragen werden, ist diese Anordnung im Sinne der Geräuschminimierung sehr wirksam.
  • Die 2b zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß 2a, jedoch ohne hydraulische Verbindung zwischen Hauptmodul MO und zusätzlichem Modul MO1. Dieses System ist z.B. einsetzbar in PKW-Großserien für autonomes Fahren und ist sehr geräuscharm, wobei das Hauptmodul MO über seine vier Ausgangsleitungen AL1-4 mit den jeweiligen Radbremsen RB in Verbindung ist. Es ist ebenso möglich, dass der jeweilige Bremskreis BK1 bzw. BK2 nicht einer Achse 1/2 zugeordnet ist, sondern jeweils zwei diagonal zueinander befindlichen Radbremsen zugeordnet ist. Für ausreichende Redundanz und Sicherheit ist neben der 6-Phasen-Motorkontaktierung (siehe 2a) hier auch eine redundante Signalübertragung und redundanter Anschluss des Hauptmoduls MO an zwei Spannungsbordnetze: (a) Anschluss an 12V sowie (b) Anschluss an DC/DC-Wandler einer zweiten Spannungsebene, möglich.
  • Die 2c zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, wobei in dem Hauptmodul MO zwei Druckversorgungseinrichtungen mit jeweils gesonderten elektromotorischen Antrieben M und Getrieben angeordnet sind. Durch das Vorsehen von zwei Druckversorgungseinrichtungen ist eine zweifache Redundanz gegeben. Zudem kann durch zwei Motoren eine erhöhte Performance vgl. 1c erreicht werden. Sinnvollerweise kann bei diesem System die Ventilschaltung, wie sie den 5 und 6 dargestellt und beschrieben ist, eingesetzt werden.
  • Die 2d zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Hauptmodulen MO für ein Brake-By-Wire Bremssystem oder ein autonom fahrendes Fahrzeug ohne Bremspedal zur Druckversorgung von vier Radbremsen. Hier sind die Redundanzen, wie in 2b ausgeführt (2 × 3 Phasen, redundante Signalübertragung und Spannungsversorgung), sowie eine Doppelhubkolbenpumpe mit zwei Arbeitsräumen zwingend erforderlich.
  • Die 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung des Motors M, Antriebes, der Druckversorgungseinrichtung DK, Ventilanordnung HCU und der Steuer- und Regeleinheit ECU mit deren wesentlichen Komponenten, welche in dem Hauptmodul MO angeordnet sind.
  • Das Motorgehäuse 16 ist über das Zwischenstück 32 aus vorzugsweise Schall dämmendem Material mit dem ersten Gehäuseteil GH1 verbunden, wobei die Zentrierung über Fortsatz 14b erfolgen kann. Motorgehäuse 16 und Zwischenstück 14 und ECU Gehäuse 35 sind abgedichtet, z. B. mit rechteckig schraffierten Flächen, die nicht einzeln beschrieben sind. Im Motorgehäuse 16 ist ein Vier-Punkt-Lager 20 eingepresst, welches die Axialkräfte in beiden Richtungen von der Spindel 25 und Rotor 22 aufnimmt und diese zentriert. Der Rotor 22 ist über eine Axialsicherung 29 gesichert und trägt im Statorbereich die üblichen Rotorbleche 19 mit Magneten 20.
  • Der Rotor 22 ist ferner stirnseitig mit einem Kegelzahnrad 28 verbunden, welches das zweite Kegelzahnrad 29 mit Welle 41 und Target 38 antreibt. Dieses wirkt auf das Sensorelement 37, welches die Rotordrehung auswertet. Hierbei sitzt das Sensorelement auf der Systemleiterplatte PCB und ist besonders kostengünstig und störungssicher. Alternativ zu der mechanischen Lösung kann eine nicht dargestellte Lösung umgesetzt werden, bei der Rotor anstatt der Verbindung mit einem Kegelrad mit einer Hülse verbunden ist, die Magnete beinhaltet und somit das Target 38 für die Auswertung des Drehwinkels des Motors bildet. Das Targetmagnetfeld kann dabei durch einsprechende Anordnung des Sensorelementes in der Nähe des Targets (z.B. durch Steckverbindung mit ECU) erfasst werden bzw. über magnetische Flussleitelemente zum entfernten Sensorelement auf der PCB geführt werden.
  • Das Kegelzahnrad 29 ist in einem Gehäuse 40 gelagert, welches mit dem Motorgehäuse 16 verbunden ist. Das Zahnrad 20 ist im Gehäuse mit radialem Spiel SR gelagert, damit die biegsame Antriebswelle 41 mit entsprechender Verspannung kein Zahnspiel erzeugt. Die Welle ist hierbei in der Lagerbuchse 41, die im Zwischenstück 14 befestigt ist, gelagert. Die Welle 41 ist mit dem Zahnrad 29 verdrehfest verbunden, z. B. über ein entsprechendes Profil mit Verdrehsicherung. Am Rotor 22 ist der Biegestab BS über die Mutter 23 befestigt. Dieser ist mit der Spindel 25 verdrehfest, z.B. mittels einer Verschweißung 30, verbunden. Die Spindel 25 wirkt auf die KGT-Mutter 26, welche über z. B. ein Gewinde 27 verdrehfest mit dem Kolben 11 verbunden ist. Bei der Rotation von Rotor und Spindel bewirken die radialen Toleranzen einen Spindelschlag, welcher am Kolben entsprechend hohe Querkräfte erzeugt, welche kritisch sind für die Laufflächen der Dichtungen DK . Die Biegeelastizität des Biegestabs BS reduziert dies auf kleine Werte. Dieses Prinzip kann auch bei nicht dargestellter feststehender Spindel und umlaufender Mutter angewandt werden. Der Kolben ist hier als Stufenkolben ausgeführt und ergibt bei kleinem Hub eine kurze Baulänge. Wie die Schnittzeichnung verdeutlicht, setzt sich die Baulänge aus Hub H1 + H2 = 2 × H1 + L von KGT-Mutter zusammen. Da diese innerhalb des Motors entsprechend DE 10 2008 063 772 vom Anmelder, einem Hohlwellenmotor, geht die eigentliche Motorbaulänge, die sich aus Stator und Lager zusammensetzt, in die Baulänge nicht ein. Der Freiraum des Hubanteils H1 wird für das Stanzgitter 31 der Wicklung, das mit den Wicklungsdrähten verbunden ist, genutzt. Zusätzlich kann hier noch die Motorsensierung 28-29 untergebracht werden, wie schon ausgeführt wurde.
  • Der Kolben wird über drei Dichtungen DK abgedichtet, um die entsprechenden Druckräume abzudichten, auf die hier nicht näher eingegangen wird, auch nicht die hierfür optimale Gestaltung des Zwischenstücks 14 und GH1.
  • Die KGT-Mutter mit Kolben erfordert eine Verdrehsicherung, welche hier stirnseitig angebracht ist. Ein entsprechendes Teil 33 mit Vier- oder Mehrkantprofil ist mit dem GH1 verdrehfest verbunden und stützt sich auf eine Gleitbuchse 34, die verdrehfest mit dem Kolben verbunden ist. Diese Gleitführung profitiert von der kleinen Schmierwirkung der Bremsflüssigkeit. Der Kolbenantrieb kann auch mit feststehender Spindel und rotierender KGT-Mutter ausgeführt werden. Auf der einen Seite des GH1 sind die Saugventile SV1 und SV2 untergebracht, welche mit entsprechenden Anschlüssen zum VB verbunden sind. Wie strichpunktiert angedeutet, können diese auf der H2-Ebene in einem rohrförmigen Element angeordnet werden. Auf der Gegenseite wird die GH2-HCU angeordnet, welche, wie schon beschrieben, die MV und sonstige Ventile mit Druckgeber aufnimmt. Hierbei sind oben wie auch unten sehr kurze Verbindungsbohrungen von GH1 und GH2 deutlich erkennbar.
  • Mit dem GH2 ist das ECU-Gehäuse verbunden, welches die PCB mit den Bauelementen BE aufnimmt. Hier ist auch die kurze el. Verbindung zum Motor von Stanzgitter 31 zu Motorkontakt KM beschrieben, in dessen Nähe auf der PCB die Powerkontakte des Steckers 1 mit den BE zur Motorsteuerung angeordnet. Die entsprechende Verlustleistung wird von der PCB über einen Wärmeleitkörper zum Ventilblock 56 der HCU abgeführt. Das ECU-Gehäuse 35 kann parallel und seitlich zum Motor ausgeführt werden. Mit dieser Anordnung kann eine vorteilhafte Kompaktlösung kostengünstig realisiert werden, welche viele Anforderungen berücksichtigt.
  • Die 4 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch ein Hauptmodul MO, wobei in der oberen Zeichnungshälfte eine Trapezspindel TS und in der unteren Zeichnungshälfte ein Kugelgewindetrieb KGT dargestellt ist. Das Hauptmodul weist ein Kolbengehäuse 53 und ein Motogehäuse 55 auf. Das Kolbengehäuse 53 und das Motorgehäuse 55 können aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Bei Betriebsdruck im Arbeitsraum über 100 bar sollte zumindest das Kolbengehäuse 53 das Gehäuse nicht mehr aus Kunststoff gefertigt sein. Im Motorgehäuse ist des Außenstator 52 sowie die Statorwicklungen 51 angeordnet.
  • Das Kolbengehäuse 53 weist einen Arbeitsraum A auf, der durch das Gehäuse 53 und den Kolben 59 begrenzt ist und einen Auslass 61 für den Anschluss einer nicht dargestellten Ausgangsleitung AL aufweist. Der Kolben 59 ist mittels im Kolbengehäuse 53 einliegenden Dichtungen 50 abgedichtet und wird über eine am topfförmigen Rotor R drehfest angeordnete Spindel SP angetrieben. Der Rotor R ist über Lager 60 verdrehbar im Motorgehäuse 55 gelagert.
  • Eine Verdrehsicherung 54 verhindert das ungewollte Verdrehen des Kolbens 59 um seine Längsachse. Die Spindel kann dabei eine Trapetzspindel TS (obere Zeichnungshälfte) oder Teil eines Kugelgewindetriebs KGT sein. Die Spindel SP kann an einem Biegestab 58 befestigt sein, welcher am Rotor R drehfest verbunden ist, wodurch ein Ausgleich bei einer evtl. Exentrität gegeben ist.
  • In der Steuerung S-ECU sind ein Drehgeber 56 für den Motor sowie elektrische Anschlüsse 57 vorgesehen.
  • Sofern nicht zu hohe Betriebsdrücke herrschen, kann sowohl das Kolbengehäuse 53 als auch der Kolben 59 aus Kunststoff gefertigt werden. Ebenso kann das Motorgehäuse 55 aus Kunststoff gefertigt sein. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann auch der Stator 52 aus Kunststoff gefertigt sein.
  • Es ist zudem möglich, dass auch der Rotor R oder Teile des Rotors R aus Kunststoff gefertigt sind, wobei Magnete mit Magnetflussleitstücken in den Kunststoff eingebracht bzw. von diesem umschlossen sind.
  • Die 5a zeigt eine aus WO 2016/146223 bekannte Ventilschaltung mit Schaltventilen mit geringem Strömungswiderstand, was wichtig für den Multiplexbetrieb ist, wobei die Schaltventile derart angeordnet sind, dass sie durch den Druck in den Radbremsen selbst öffnen. Das Hydraulikmedium strömt dabei vom Bremskreis bzw. der Druckerzeugereinheit über den Ankerraum zum Ventilsitz hin zum Radzylinder. Tritt ein Fehlerfall ein, so öffnet der Raddruck das Schaltventil. Die Magnetkraft muss jedoch auch gegen 130 bar schließen, was aber bei kleinem Ankerluftspalt in der Ventilendstellung erfolgt. Die Rückstellfeder der Schaltventile SV muss deshalb nur geringfügig verstärkt werden, damit das Schaltventil nicht bei entsprechend hohem Volumenstrom „zureißt“. Da konventionelle Einlassventile gegen bis zu 220 bar schließen müssen - bei 5a 130 bar -, kann bei gleicher Magnetdimensionierung die Ventilsitzfläche erhöht werden, was einen kleineren Staudruck bzw. Strömungswiderstand bedeutet und vorteilhaft für den MUX-Betrieb ist. Die in 1e dargestellte Ventilschaltung ist daher vorteilhaft für die erfindungsgemäße Bremsanlage.
  • Die 5b zeigt eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Einlassventils EV und den Anschluss an den Bremskreis BK sowie die Druckversorgung DV und die Randbremsen RBi.
  • Das Einlassventil EV weist einen Magnetanker MA, einen magnetischen Grundkörper MGK sowie eine Erregerspule ES auf. Wird das Magnetventil EV bestromt, verschiebt die Magnetkraft MK den Anker MA aus der Position SA0 in die Position SA2 um den Differenzweg SA . Der Magnetanker MA bewegt einen Stößel MStö um den gleichen Weg, so dass der Stößel MStö am Ventilsitz VS zur Anlage gelangt und den Auslass Ea des Magnetventils schließt. Der Anker MA hat an dieser Stelle noch einen Restluftspalt S0 zum magnetischen Grundkörper MKG, der dafür vorgesehen ist, dass der Anker MA bei Abschalten der Bestromung der Erregerspule ES des Ventils EV durch Ummagnetisierungsverluste des Eisenkreises nicht am Magnetgehäuse MGK haftet. Die Rückstellfeder RF bewegt bei Abschalten des Ventilstroms den Anker MA zurück in die Ausgangsstellung. Die Magnetkraft FM steigt dabei bei kleinerem Luftspalt, d.h. zunehmenden Weg nichtlinear an. Die Rückstellfeder FRF ist derart bemessen, dass die Magnetkraft FM in der Ausgangsstellung SA0 größer ist als die Federkraft, damit ein sicheres Schließen des Ventils gewährleistet ist. Die Federkraft steigt mit zunehmenden Weg SA an und ist in der Endstellung SA2 ebenfalls geringer als die Magnetkraft FM . Vorzugsweise wird eine linear Feder eingesetzt, damit die Magnetkraft FM in der Endstellung bei gegebenen Strom deutlich höhere ist als die Rückstellkraft, so dass das Ventil mit geringem Strom gehalten werden kann bzw. ein sicheres Schließen auch bei hohen Differenzdrücken zwischen Radbremse und Druckversorgung sichergestellt ist. Das Halten ist auch bei hohen Differenzdrücken sichergestellt, da die Magnetkraft bei geschlossener Ventilposition stark nichtlinear zunimmt. Die Rückstellfeder ist aber auch derart zu dimensionieren, dass die Funktion als stromlos offenes Ventil sichergestellt werden kann und das Ventil immer sicher öffnet.
  • Der Ausgang Ea des Ventils in an die Radbremsen RBi (RB1-RB4) angeschlossen, der Eingang Ei an einen Bremskreis BKi bzw. an die Druckversorgereinheit DV (20). Durch einen derartigen Anschluss kann das Einlassventil EV sowohl durch die Rückstellfeder RF als auch durch den Druck in der Radbremse geöffnet werden, was insbesondere im Fehlerfall bzw. Störfall der Bremsanlage (z.B. Ausfall der Spannung am Ventil) sehr wichtig ist. Zudem wirkt auch bei hohen Drücken im Bremskreis und kleinen Drücken in der Radbremse nur die Druckdifferenz zwischen Einlass Ei und Auslass Ea auf den Stößel MStö. Diese Differenzdruck am Ventil ist im Druckaufbau relativ gering, muss jedoch bei der Federauslegung RF berücksichtigt werden, damit die Druckdifferenz nicht dazu führt, dass beim Druckaufbau das Ventil zugedrückt wird, wenn das Volumen von der Druckversorgung DV in die Radbremse gefördert wird. Ventile mit großem Öffnungsquerschnitt ÖQ bzw. geringen Strömungsverlusten reduzieren diesen Effekt
  • Insbesondere bei einem Druckaufbau mit Druckvolumensteuerung bzw. Zeitsteuerung mit niedrigem Differenzdruck zwischen Vordruck und Istdruck in der Radbremse können die zuvor beschriebenen Ventile mit großem Öffnungsquerschnitt eingesetzt werden, da die Regelgenauigkeit sehr hoch ist. Dies hat wiederum Vorteile, dass nur geringe Strömungsverluste, insbesondere beim schnellen Druckaufbau (TTL), auftreten und der Antriebsmotor nur eine geringe Leistung für den schnellen Druckaufbau in kürzester Zeit (TTL=150ms) erfordert.
  • Zudem kann aufgrund der geringen Strömungsverluste der vorteilhaft gestalten Einlassventile ein Druckabbau über die Einlassventile schnell erfolgen. Ein genauer Druckabbau über die Einlassventile EV kann durch entsprechende Steuerung der Kolbenbewegung der Druckversorgereinheit 20 vorgenommen werden. Optional ist es auch möglich das bekannte MUX-Verfahren mit der vorbeschriebenen Ventilschaltung umzusetzen oder mit der Druckabbausteuerung über Auslassventile AV in einem Bremskreis, insbesondere für Verbraucher mit geringem Volumenhaushalt, wie z.B. den Radbremsen der Hinterachse. D.h. es ist auch eine Kombination möglich, dass das MUX-Verfahren in Zusammenhang mit der neuen Ventilbeschaltung nur in zwei Radbremsen (z.B. Vordachse) eingesetzt wird und an zwei weiteren Radbremsen der Druckabbau konventionell erfolgt. Dies würde bedeuten, dass zwei Radbremsen/Aktoren mit Einlass- und Auslassventilen (EV+AV) vorgesehen sind und zwei Radbremsen/Aktoren nur mit Einlass- bzw. Schaltventilen EV. In diesem Fall könnten nur die Radbremsen der Vorderachse mit der erfindungsgemäßen neuen Ventilschaltung gemäß 1a und 1b bestückt werden, an der Hinterachse eine Standardbeschaltung/Standardventile eingesetzt werden.
  • Die 6 zeigt ein Bremssystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bestehend aus zwei Hauptmodulen MO und MO' sowie einem weiteren gesonderten Modul MO1 mit einer Betätigungseinheit BE und einem Bremspedal.
  • Das Hauptmodul MO beinhaltet einen Motor M, eine Steuerungseinheit S-ECU sowie eine Druckerzeugungseinheit DE bestehend aus einem Zylinder, einem darin vom Motor M bewegten Kolben 1. Der Kolben 1 ist wird über eine Spindel S angetrieben und begrenzt mit dem Zylinder den Arbeitsraum 3, welcher über das Rückschlagventil RV mit einem Vorratsbehältnis R in Verbindung ist. Der Arbeitsraum 3 ist zudem über die Ausgangsleitung AL des Moduls MO mit dem ersten Bremskreis BK1 verbunden, an den die beiden Radbremsen RB1 und RB2 über Zwischenschaltung der Schaltventile SV1 und SV2 angeschlossen sind. Der Druckaufbau und Druckabbau in der Radbremse RB2 erfolgt dabei jeweils über das geöffnete Schaltventil SV1 oder SV2 bzw. gleichzeitig, wenn beide Schaltventile geöffnet sind. Bei geschlossenem Schaltventil SV1 wird der Druck in der Radbremse konserviert. Sofern das Auslassventil AV bei der Radbremse RB1 nicht vorhanden ist, erfolgt der Druckaufbau und Druckabbau in der Radbremse über dessen geöffnetes Schaltventil SV1.
  • Sofern das Auslassventil AV vorhanden ist, erfolgt der Druckaufbau stets über das hierfür geöffnete Schaltventils SV1. Der Druckabbau in der Radbremse RB1 kann wahlweise über das Auslassventil AV hin zum Vorratsbehältnis R oder das Schaltventil SV1 in den Bremskreis BK1 erfolgen. Auch der Druckabbau der RB2 kann der Druckabbau über das Auslassventil AV bei geöffneten Schaltventil erfolgen. In diesem Fall wird der Druck in beiden Radbremsen RB1 und RB2 gleichzeitig abgebaut. Selbstverständlich ist es auch möglich, für die Radbremse RB2, RB3 oder RB4 ein entsprechendes Auslassventil vorzusehen. Ist ein Auslassventil bei RB 2 vorgesehen, ist es möglich, gleichzeitig den Druck in einer beliebigen Radbremse des Bremskreises BK1 aufzubauen und gleichzeitig in einer anderen Radbremse abzubauen.
  • Im Hauptmodul MO sind zudem Sensoren 6,7 und 8 zur Bestimmung des Drehwinkels α des Motors, des Motorstroms i und der Temperatur T angeordnet. Der Druck im Bremskreis BK1 kann über den Drucksensor DR ermittelt werden.
  • Mittels der Sensoren kann die Regelung verfeinert werden und die Druckstellung nur über die Positionsregelung des Kolbens und Stromregelung des Motors erfolgen. Der Temperatursensor dient hierzu zum Abgleich der Drehmomentkonstante kt an die Betriebstemperatur. Der Druckgeber wird in diesem System primär zur Kalibierung und Feinregelung an den Zieldruck verwendet, wobei mittels Strom und Position nach Auswertung der Druck-Volumen-Kennlinie eine sehr schnelle Vorsteuerung erfolgt und primär für hochdynamische Druckänderungen eingesetzt wird. Bei genauer Modellierung der Hysterese kann auch auf den Druckgeber komplett verzichtet werden bzw. der Druckgeber wird nur für Kalibrierungszwecke eingesetzt.
  • Die Spannungsversorgung des Hauptmoduls MO ist redundant ausgelegt, indem das Hauptmodul zum einen direkt mit den Polen einer 12V Batterie und zum anderen über einen DC/DC-Wandler mit einer zweiten Versorgungsquelle verbunden ist. Auch die Datenleitungen DS1 und DS2 sind redundant ausgelegt.
  • Das zweite Hauptmodul MO' ist quasi identisch zum ersten Hauptmodul MO ausgebildet und ist mit seiner hydraulischen Ausgangsleitung AL an dem zweiten Bremskreis BK2 angeschlossen, über den der Druckauf- und Druckabbau in den Radbremsen RB3 und RB4 erfolgt. Der einzige Unterschied zum ersten Hauptmodul MO besteht darin, dass die Spannungsversorgung über die 48V-Batterie und einen DC/DC-Wandler erfolgt, wodurch eine größere Redundanz erzielt wird. Für den zweiten Bremskreislauf BK2 kann ebenfalls ein Drucksensor DR vorgesehen werden.
  • Über die Verbindungsleitung VL mit darin angeordnetem Schaltventil BV1 und optional BV2, kann eine hydraulische Verbindung zwischen den beiden Bremskreisen BK1 und BK2 hergestellt werden. Da Leckagen in hydraulischen Systemen kritisch sind, kann zur Erhöhung der Zuverlässigkeit ein zweites BV2 eingesetzt werden.
  • Die Betätigunseinheit BE ist optional hydraulisch über die Hydraulikleitungen HL1 und HL2 mit den beiden Bremskreisen BK1 und BK2 verbunden, wobei schaltbare Absperrventile TV1 und TV2 in den Hydraulikleitungen HL1 und HL2 angeordnet sind. Diese sind bevorzugt stromlos offen, so dass im Fehlerfall die Ventile TV1 und TV2 öffnen und mittels des Bremspedal und der Kolben-Zylinder-Einheit der Betätigungseinheit BE ein Hydraulikdruck in den Bremskreisen BK1 und BK2 aufbaubar ist, womit eine Rückfallebene gegeben ist. Im Normalbetrieb sind die Ventile TV1 und TV2 geschlossen und somit die Betätigunseinheit BE von den Bremskreisen BK1 und BK2 entkoppelt.
  • Über das geöffnete Ventil BV1 kann z.B. mittels der Druckerzeugungseinheit DE des zweiten Hauptmoduls MO' eine Druckänderung in den Radbremsen RB1 und RB2 vorgenommen werden. Umgekehrt kann auch eine Druckänderung im Bremskreis BK2 mittels der Druckerzeugungseinheit DE des ersten Hauptmoduls bei geöffnetem Ventil BV1 vorgenommen werden.
  • Mittels der Druckerzeugungseinrichtungen kann die Druckänderung in den Radbremsen RB1-4 zeitversetzt und/oder zeitgleich erfolgen, was allgemein auch als Multiplexbetrieb MUX bezeichnet wird. Unterstützend kann ein oder mehrere Auslassventile AV vorgesehen werden.
  • Im Gegensatz zu Systemen mit Kugelgewindetrieb kann bei einer Gestaltung der Druckversorgung mit Trapezspindel ist am Ausgang der Druckversorgung auf ein (nicht eingezeichnetes) Trennventil verzichtet werden, da aufgrund der Selbsthemmung der Kolben bei der Rückfallebene bei geöffneten Trennventil TV1 (TV2) nicht verstellt wird und die Pedalbetätigung eine Bremskraft in den Radbremsen erzeugt. Die Trapezspindellösung hat daher besondere Vorteile für den Multiplexbetrieb, da keine Drosselverluste entstehen
  • Alternativ können die Schaltventile SV1-4 zwischen Druckversorgung des Hauptmoduls und Radbremse weggelassen werden, auf radindiviudelle Regelung verzichtet wird, d.h. keine ABS/ESP-Regelung Teil der Funktion ist.
  • Das zuvor schon beschriebene Auslassventil AV kann z.B. für die Vorderachse bzw. einen Bremskreis vorgesehen werden, um eine höhere Dynamik bei der Druckregelung zu erzielen, die insbesondere bei kritischen Situationen (high µ-Bremsung, d.h. Bremsung auf Asphalt) für Bremswegverkürzung dienlich ist.
  • Die Regelung der Kolbenbewegung kann über die Position α, Strom i und Temperatur T erfolgen. Die Druckgeber DR dienen nur zum Abgleich bzw. Kalibrierung. Es ist prinzipiell nur ein Druckgeber DR erforderlich, da über das Ventil BV1 (stromlos geschlossen) die Bremskreise BK1 und BK2 miteinander verbindbar sind.
  • Bei Ausfall einer Druckversorgungseinheit DE kann die Druckversorgungseinheit DE des anderen Hauptmoduls über das geöffnete Verbindungsventil BV1 im Notbetrieb die Druckänderung in beiden Bremskreisen vornehmen. Sofern der Spindelantrieb der Druckversorgungseinheiten DE selbsthemmend ausgebildet sind, wird der Kolben der defekten Druckversorgungseinheit DE nicht verstellt. Wird ein Kugelgewindetrieb eingesetzt ist für diese Funktion ein zusätzliches Trennventil vor der Zuleitung aus dem anderen Bremskreis zwischen DE und Schaltventil SV /Trennventil SV erforderlich.
  • Sofern kein selbsthemmender Kugelgewindetrieb verwendet wird, kann über einen erzeugten bzw. geschalteten Kurzschluss im Motor M eine Selbshemmung erzeugt werden.
  • Aufgrund der temperaturbedingten Hysterese einer Trapezspindel ergeben sich bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Druck-Volumen/Weg-Zuordnungen. Durch Messung der Temperatur ist vorteilhaft nur ein Druckgebermessbereich bis 80 bar zum Abgleich erforderlich.
  • Um eine höhere Dynamik der Druckänderung zu erzielen, kann das Hauptmodul MO mit höheren Dynamikanforderungen im geschlossenen Bremskreis, d.h. ohne AV, z.B. an einer 48V-Batterie oder am 48V-Ausgang eines DC/DC-Wandlers angeschlossen werden.
  • Die 7 zeigt eine Bremsvorrichtung mit einer Druckversorgungseinheit DE, deren Kolben 1 von einem Motor M verstellt wird, wobei der Kolben 1 zwei Arbeitsräume 3a und 3b abdichtend voneinander trennt, wobei jeder Arbeitsraum über eine Hydraulikleitung H3, H4 mit einem Bremskreis BK1 und BK2 verbunden ist. Über zusätzliche Schaltventile PD1 und PD2 können die Arbeitsräume wahlweise mit dem Vorratsbehältnis 5 verbunden werden. Der Druckaufbau und Druckabbau erfolgt über Kolbensteuerung in beide Richtungen und Öffnen/Schließen der PD1/PD2 Ventile. Über das Verbindungsventil BV können die Bremskreise BK1 und BK2 hydraulisch miteinander verbunden werden. Das Hauptmodul wird über das 12V und/oder 48V-Bordnetz versorgt. Zusätzlich erfolgt eine redundante Energieversorgung über entsprechende DC/DC-Wandler. Die Erregerwicklungen des Motors M sind über redundante Zuleitungen EL1 und EL2 angeschlossen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012213216 [0006, 0009]
    • DE 102011017436 [0008]
    • EP 2015/068693 [0023, 0032]
    • EP 1874602 [0026]
    • EP 2015/081402 [0026]
    • EP 2015/081403 [0026]
    • DE 102008063772 [0066]
    • WO 2016/146223 [0076]

Claims (40)

  1. Vorrichtung für ein hydraulisches Betätigungssystem, insbesondere einer Kraftfahrzeugbremse für Hybrid- oder E-Fahrzeuge oder für eine Kupplung und/oder mindestens einen Gangsteller, wobei bei der Vorrichtung die folgenden Komponenten zu einem Hauptmodul (MO) zusammengefasst sind, insbesondere in einem Gehäuse angeordnet sind: - mindestens eine von einem elektromotorischen Antrieb (M) angetriebene Druckversorgungseinrichtung (11) in Form einer Kolben- oder einer Doppelhubkolbenpumpe zur Druckänderung in mindestens einem hydraulischen Kreis, wobei der Antrieb (M) über ein Übersetzungsgetriebe, insbesondere ein Trapez- oder Kugelumlaufgetriebe, den Kolben der Kolben- bzw. Doppelhubkolbenpumpe verstellt, sowie - eine Ventilanordnung (HCU) mit mindestens einem Magnetventil, das bzw. die zum individuellen Einstellen von Hydraulikdrücken in den hydraulischen Kreisen und/oder zum Trennen bzw. Verbinden der hydraulischen Kreise mit bzw. von der Druckversorgungseinrichtung (11) und/oder der Kolben-Zylinder-Einheit (10) dient. - hydraulische Anschlüsse (AL1-4) für mindestens zwei hydraulische Verbraucher des hydraulischen Betätigungssystems, insbesondere Radbremsen (RB) einer Achse eines Fahrzeugs, - eine ECU (S-ECU), insbesondere mit Motorsteuerelektronik für einen BLDC-Motor, Ventilendstufen und Sensoren, zur Ansteuerung des mindestens einen Magnetventils und des elektromotorischen Antriebs (M), um im hydraulischen Betätigungssystems einen Druck einzuregeln, wobei das Hauptmodul (MO) entweder in elektrischer Verbindung oder in elektrischer und hydraulischer Verbindung mit mindestens einer weiterer Systemkomponente bzw. Betätigungseinheit (BE), insbesondere einem elektrisch oder hydraulisch arbeitenden Wegsimulator mit Betätigungspedal und/oder einem Zentralrechner (M-ECU), ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolben-Zylinder-Einheit Bestandteil einer weiteren Systemkomponente ist und in einem weiteren gesonderten Modul (MO1), insbesondere einem Betätigungsmodul (BE), angeordnet ist, welches insbesondere räumlich vom Hauptmodul (MO) getrennt angeordnet ist, und dass mindestens ein Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit mittels einer Betätigungseinrichtung, insbesondere einem Bremspedal, verstellbar ist, wobei die Kolben-Zylinder-Einheit über mindestens eine, insbesondere starre oder flexible, Hydraulikleitung (HL) mit dem Hauptmodul (MO), insbesondere einer Ausgansleitung (AL), einem hydraulischen Kreis und/oder der Ventilanordnung, in Verbindung ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (BE) einen einkreisigen Hauptzylinder (HZ) oder einen zweikreisigen Tandemhauptzylinder (THZ) aufweist, und mindestsens ein Trennventil (TV1, TV2) aufweist, um die hydraulische Verbindung zwischen einer Arbeitskammer des Hauptzylinders bzw. beiden Arbeitskammern des zweikreisigen THZ der Betätigungseinrichtung (BE) mit einem oder zwei Bremskreisen (BK1, BK2) wahlweise herzustellen oder zu verschließen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikleitung (HL) mittels eines stromlos-offenen Ventils im Normalbetrieb abgesperrt ist und/oder im Notfall (Rückfallebene) über die Hydraulikleitung (HL) mittels der Betätigungseinrichtung ein Druck in einen hydraulischen Kreis (BKi) oder zur Verstellung einer Radbremse (RB), einer Kupplung oder eines Gangstellers, übertragbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch eine elektrische Verbindung zwischen einer übergeordneten Steuereinrichtung (M-ECU) und/oder mindestens einem Traktionsmotor (TM) einerseits und dem Hauptmodul (MO) und/oder dem weiteren Modul (MO1) andererseits besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an einem weiteren Modul (MO2) ein elektronisches Pedal oder Hebel angeordnet ist, auf das mittels eines elektrischen Antriebes oder Aktuators eine Kraft ausübbar ist und das die auf das elektronische Pedal ausgeübte Kraft ermittelt wird und Steuerungssignale über eine Übertragungsstrecke, insbesondere in Form einer elektrischen Verbindungsleitung oder einer Funkübertragung, insbesondere zwischen dem Hauptmodul und dem weiteren Modul (MO2), übertragbar sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptmodul (MO) zwei hydraulische Ausgangsleitungen (AL1, AL2) aufweist, über die die Druckregelung in zwei getrennten Radbremsen oder zwei Hydraulikkreisen, insbesondere eines Zweirades, erfolgt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelung für die Bremskraftverstärkung über die Ausgangsleitungen (AL1, AL2) erfolgt und/oder bei einer Blending-Regelung bei Rekuperation über mindestens einen im Generatorbetrieb betriebenen Elektromotor unterstützend eine Bremswirkung über die Ausgangsleitungen (AL1, AL2) erfolgt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperation und die Blending-Regelung durch die ECU des Hauptmoduls erfolgt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehr als ein Hauptmodul (MO) aufweist, insbesondere zur Erhöhung der Dynamik oder Redundanz zwei Hauptmodule (MO, MO') vorgesehen sind, wobei jedes Hauptmodul (MO, MO') jeweils eine Druckversorgungseinheit, Magnetventile und eine ECU aufweist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Hauptmodul (MO, MO') für die Druckregelung in einem Hydraulikkreis oder zwei Hydraulikkreisen bzw. Bremskreis(en) dient, wobei in jedem Hydraulikkreis jeweils mindestens ein, bevorzugt zwei, Verbraucher, insbesondere Radbremsen, angeordnet sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptmodule (MO, MO') zur Druckregelung für die Bremskraftverstärkung, Blending, ABS/ESP und Fahrerassistenzfunktionen dienen.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hauptmodul im Multiplexbetrieb bei zwei oder mehr Verbrauchern eine Druckregelung gleichzeitig und/oder zweitversetzt vornimmt.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Schaltventilen eines Hauptmoduls (MO) noch mindestens ein Auslassventil, insbesondere im Hauptmodul, vorgesehen ist, über das ein Druckabbau in mindestens einem Verbraucher, insbesondere einer Radbremse, Kupplung oder Gangsteller erfolgen kann.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Vorrichtung durch eine übergeordnete Steuerungseinrichtung (M-ECU) erfolgt und das mindestens eine Hauptmodul (MO) lediglich Druckstellfunktionen ausführt, wobei die Fahrdynamikregelung in der übergeordneten Steuerungseinrichtung (M-ECU) berechnet und ausgeführt wird.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung lediglich ein Hauptmodul (MO) aufweist, welches jeweils vier hydraulische Ausgangsleitungen (AL1-4) hat, und über jede Ausgangsleitung die Druckregelung in einer von vier Radbremsen erfolgt, wobei das Hauptmodul (MO) die Funktionen für die Bremskraftverstärkung, Blending, ABS/ESP und/oder Fahrerassistenz, übernimmt bzw. ausführt.
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ECU, insbesondere deren mindestens eine Platine, neben, insbesondere parallel, zur Druckversorgungseinrichtung angeordnet ist, wobei mindestens eine elektrische Komponente, insbesondere in Form mindestens eines Motorsensors, mindestens eines Ventilkörpers und Phasenkontakten, direkt auf der mindestens einen Platine angeordnet und/oder über elektrische Kontakte, die an der ECU oder deren einer Platine befestigt sind, mit der ECU galvanisch verbunden sind.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Biegestab (BS) vorgesehen ist, über den eine Spindel (25) mit dem Rotor (22) des Antriebes in Verbindung ist.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegestab (BS) sich in axialer Richtung innerhalb der Spindel (25) erstreckt und mit seinem einen Ende an der Bodenwandung des topfförmigen Rotors (22) und mit seinem anderen Ende, insbesondere an einem Ende der Spindel, befestigt ist.
  20. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Druckversorgereinrichtung durch einen E-Motor (M) mit Spindeltrieb, wahlweise einen Kugelgewindetrieb (Doppelhubkolbenpumpe oder Kolbenhubpumpe) oder einen Trapezspindeltrieb ((Kolbenhubpumpe) aufweist.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von eine Spindel angetriebene Mutter (26) drehfest mit dem Kolben (11) der Druckversorgereinrichtung in Verbindung ist.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb, insbesondere in Form einer Trapezspindel, selbsthemmend ausgebildet ist.
  23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil, welches zwischen der Ausgangsleitung (AL) und der Druckversorgungseinrichtung des Hauptmoduls (MO) angeordnet ist, einen geringen Strömungswiderstand aufweist, insbesondere durch die Druckdifferenz zwischen dem höheren Druck in der Radbremse und Druck in der Druckversorgereinheit bzw. Ausgangsleitung (AL) selbstständig öffnet.
  24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei nur einem oder zwei vorhandenen Hauptmodul(en) (MO, MO') dieses bzw. diese über zwei separate Stromkreise, insbesondere direkt von einer Batterie und zudem über einen DC/DC-Konverter, redundant gespeist ist bzw. sind oder das die redundante Energieeinspeisung über zwei Batterien mit unterschiedlicher Spannung erfolgt.
  25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragung zwischen einzelnen Komponenten, insbesondere dem Hauptmodul (MO, MO') und dem Betätigunsmodul (MO1) sowie falls vorhanden einer übergeordneten Steuerungseinrichtung (M-ECU), redundant ausgebildet ist.
  26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung (33) den Kolben (11) an einem Verdrehen um seine Längsachse hindert.
  27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Hauptmoduls (MO) aus Kunststoff gefertigt ist.
  28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbengehäuse (53), das Motorgehäuse (55) und/oder der Rotor (R) aus Kunststoff gefertigt sind.
  29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlusselement, insbesondere Stecker (1) zum Anschluss an ein Bordnetz des Fahrzeuges, seitlich neben der Steuereinheit (ECU) oder stirnseitig an der Steuereinheit (ECU), insbesondere teilweise unter einem Vorsprung der Steuereinheit ECU und/oder dem Vorratsbehältnis (VB), angebracht ist.
  30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement, insbesondere der Stecker (1), in horizontaler Steckrichtung in die Steuereinheit (ECU) eingesteckt bzw. einsteckbar und/oder ein Stecker mit insbesondere rechtwinkligem Kabelabgang ist, wobei insbesondere die Steckrichtung derart ausgewählt bzw. vorgesehen ist, dass diese zur Fahrzeugaußenseite und nicht in Richtung der Fahrzeugmitte, ausgerichtet ist.
  31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor des Antriebes 2 × 3 Phasen aufweist und die Kolben-Zylinder-Einheit der Druckversorgungseinrichtung einen Doppelhubkolben mit zwei Arbeitsräumen aufweist, wobei an jedem Arbeitsraum je ein Bremskreis angeschlossen ist und damit eine elektrische und hydraulische Redundanz gegeben ist.
  32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (DR) für zwei Hydraulikkreise vorgesehen ist, wobei die Hydraulikkreise mittels eines Ventils hydraulisch verbindbar sind.
  33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Hauptmodule (MO, MO') und ein gesondertes Modul (MO1) vorgesehen sind, wobei jedes Hauptmodul (MO) über seine eine hydraulische Ausgangsleitung (AL) mit jeweils einem Bremskreis (BK1, BK2) in Verbindung ist.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskreise (BK1, BK2) über eine mittels mindestens eines Verbindungsventils (BV1, BV2) absperrbare Verbindungsleitung (VL) miteinander wahlweise verbindbar sind.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigunseinheit (BE) des gesonderten Moduls (MO1) über mindestens eine hydraulische Leitung (HL1, HL2) mit einem oder beiden Bremskreisen (BK1, BK2) verbindbar ist, wobei die hydraulische Leitung (HL1, HL2) mittels eines, insbesondere stromlos offenen, Ventils (TV1, TV2) absperrbar ist.
  36. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Kolbenposition über die Messung des Motorstroms und Motorwinkels unter Berücksichtigung eine Kolben-Volumen-Kennlinie bzw. eines Kolben-Volumen-Kennlinienfeldes erfolgt, wobei ein Druckgeber (DR) zur Kalibrierung oder Feinreglung (äußerer Regelkreis der Regelkaskade Druck - Weg - Strom), verwendet wird.
  37. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckversorgungseinheit (DE) eine Kolben-Zylinder-Einheit mit einem Doppelhubkolben aufweist, welcher zwei Arbeitsräume (3a, 3b) voneinander trennt, und dass jeder Arbeitsraum mit jeweils einem Hydraulikkreis bzw. hydraulischer Ausgangsleitung (H3, H4, BK1, BK2) verbunden ist.
  38. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Arbeitsräume (3a, 3b) der Druckversorgungseinheit (DE) über ein schaltbares Ventil (PD1, PD2) mit dem Vorratsbehälter (5, R) verbindbar sind.
  39. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Verbindungsventil (BV, BV1, BV2) in den Bremskreisen BK1 und BK2 getrennte Druckänderungen vornehmbar sind, insbesondere ein Druckabbau in einem Bremskreis und ein gleichzeitig oder zeitversetzter Druckaufbau im anderen Bremskreis erfolgt.
  40. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontaktierung der Erregerspulen des Motors (M) über jeweils 3 Phasen oder 2 × 3 Phasen erfolgt, wobei eine separate Brückenschaltungen die Steuereinrichtung (S-ECU), insbesondere galvanisch getrennt, versorgt, und/oder redundante Signalleitungen (DS1, DS2) zu weiteren Systemmodulen, insbesondere Steuereinheit (M-ECU) und/oder gesondertes Modul (MO1) vorgesehen sind.
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