DE10255198B4

DE10255198B4 - Elektronisch regelbares Bremssystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10255198B4
Application number: DE10255198A
Authority: DE
Inventors: Georg Halasy-Wimmer; Lothar Schiel; Peter Schack; Johann Jungbecker; Stefan Johannes Schmitt; Jürgen Völkel; Andreas Pohlmann; Johannes Görlach; Martin Haferkamp; Norman Muth
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: DE10255198A1

Abstract

Elektronisch regelbares Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit einem mittels eines Bremspedals (8) betätigbaren hydraulischen ersten Bremsdruckgeber (1) und einem zweiten hydraulischen Bremsdruckgeber (2), die den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse, zugeordnet sind, mit Bremseinrichtungen (5, 6), die der Fahrzeughinterachse zugeordnet und mittels elektrischer Aktuatoren betätigbar sind, mit einer hydraulischen Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) (7), die den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse zugeordnete Druckregelventile (10, 11, 12, 13) enthält, sowie mit einer elektronischen Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) (9), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hydraulische Bremsdruckgeber (2) als eine mittels eines Elektromotors (19) kontinuierlich verstellbare Kolben-Zylindereinheit (18) ausgebildet ist, die einen mit dem ersten Bremsdruckgeber (1) in Verbindung stehenden ersten Druckraum (14) sowie einen mit den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse in Verbindung stehenden zweiten Druckraum (15) aufweist, die in einem Gehäuse (16) der Kolben-Zylindereinheit (18) durch einen Stufenkolben (17) begrenzt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisch regelbares Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit einem mittels eines Bremspedals betätigbaren hydraulischen ersten Bremsdruckgeber und einem zweiten hydraulischen Bremsdruckgeber, die den Bremseinrichtungen der Fahrzeugvorderachse zugeordnet sind, mit Bremseinrichtungen, die der Fahrzeughinterachse zugeordnet und mittels elektrischer Aktuatoren betätigbar sind, mit einer hydraulischen Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU), die den Bremseinrichtungen der Fahrzeugvorderachse zugeordnete Druckregelventile enthält, sowie mit einer elektronischen Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU).
Ein derartiges Bremssystem ist z. B. aus der DE 100 10 735 A1 bekannt. Der der Fahrzeugvorderachse zugeordnete erste Bremsdruckgeber ist bei dem vorbekannten Bremssystem als ein einkreisiger Hauptbremszylinder ausgebildet, während der zweite Bremsdruckgeber durch ein hydraulisches Aggregat gebildet wird, das im wesentlichen aus einem Hochdruckspeicher sowie einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Pumpe besteht, die den Hochdruckspeicher auf- bzw. nachlädt. Außerdem ist zwischen dem Hauptbremszylinder und den der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Bremseinrichtungen ein Trennventil vorgesehen, das im störungsfreien Zustand des Bremssystems die hydraulische Verbindung zwischen den genannten Komponenten absperrt, so dass der Druckaufbau ausschließlich durch den Hochdruckspeicher in einem sog. „Brake-by-wire”-Modus erfolgt.
In der DE 43 35 769 C1 wird eine hydraulische Mehrkreis-Bremsanlage beschrieben, bei welcher zur Bremsdruckerzeugung als hydraulische Stellzylinder ausgebildete Bremsdruck-Stellglieder mit elektromotorisch angetriebenen Kolben für jede Radbremse vorgesehen sind.
Weitere Bremssysteme mit elektrohydraulischer Bremskraftverstärkung sind in der DE 199 47 750 C1 und der DE 43 35 676 A1 offenbart.
Als weniger vorteilhaft ist bei dem vorbekannten Bremssystem der DE 100 10 735 A1 die ungünstige Energiebilanz anzusehen, die insbesondere auf hohe Druckverluste bei geringer Druckmodulation an den Bremseinrichtungen zurückzuführen ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektronisch regelbares Bremssystem für Kraftfahrzeuge der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei dem eine Verbesserung der Energiebilanz erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zweite hydraulische Bremsdruckgeber als eine mittels eines Elektromotors kontinuierlich verstellbare Kolben-Zylindereinheit ausgebildet ist, die einen mit dem ersten Bremsdruckgeber in Verbindung stehenden ersten Druckraum sowie einen mit den Bremseinrichtungen der Fahrzeugvorderachse in Verbindung stehenden zweiten Druckraum aufweist, die in einem Gehäuse der Kolben-Zylindereinheit durch einen Stufenkolben begrenzt sind. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des zweiten Bremsdruckgebers wird erreicht, dass die Bereitstellung des Bremsdruckes nur dann erfolgt, wenn ein Bedarf zur Bremsbetätigung besteht. Findet kein Bremsvorgang statt, so befindet sich der Elektromotor zum Antrieb der Kolben-Zylindereinheit in der Ruhephase und wird nicht mit Strom beaufschlagt. Außerdem weist ein derartiges System mit der erwähnten bedarfsgerechten Kraftentfaltung einen hohen Wirkungsgrad auf.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen 2 bis 12 aufgeführt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung hervor, wobei für die gleichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. In der Zeichnung zeigen:
1 den Aufbau des erfindungsgemäßen Bremssystems im inaktiven bzw. stromlosen Zustand;
2 den ersten Bremsdruckgeber in axialer Schnittdarstellung;
3 den zweiten Bremsdruckgeber in axialer Schnittdarstellung; und
4 bei der Endmontage der der Fahrzeugvorderachse zugeordneten elektrohydraulischen Regel- und Verstärkereinheit durchzuführende Montageschritte.
Wie bereits erwähnt wurde, besteht das in 1 dargestellte Bremssystem im wesentlichen aus einem mittels eines Bremspedals 8 betätigbaren ersten Bremsdruckgeber 1, einem zweiten Bremsdruckgeber 2, einer hydraulischen Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) 7, einer elektronischen Steuer- und Regeleinheit (ECU) 9, der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Bremseinrichtungen 3, 4 sowie der Fahrzeughinterachse zugeordneten Bremseinrichtungen 5, 6. Während die der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Bremseinrichtungen 3, 4 als bekannte hydraulische Scheibenbremsen ausgebildet sein können, sind die der Fahrzeughinterachse zugeordneten Bremseinrichtungen 5, 6 als elektromechanisch, vorzugsweise mittels Elektromotoren betätigbare Scheibenbremsen ausgeführt. Die hydraulische Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) 7 umfasst Druckregelventile bzw. Einlassventile 10, 12 und Auslassventile 11, 13, die den der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Bremseinrichtungen 3, 4 vorgeschaltet sind, eine mittels eines Elektromotors 32 angetriebene Rückforderpumpe 21 sowie einen Niederdruckspeicher 20. Außerdem ist in der hydraulischen Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) 7 eine Kolben-Zylindereinheit 18 integriert, die zusammen mit einem Elektromotor 19 den zweiten Druckgeber 2 bildet. Nicht näher bezeichnete Nachlaufräume der beiden Druckgeber 1, 2 sind an einen gemeinsamen Druckmittelvorratsbehälter 24 angeschlossen, während zwischen dem Druckraum 33 des ersten Bremsdruckgebers 1 und einem ersten Druckraum 14 der Kolben-Zylindereinheit 18 eine hydraulische Verbindung 34 vorgesehen ist. An einen zweiten Druckraum 15 der Kolben-Zylindereinheit 18 sind unter Zwischenschaltung der vorhin genannten Einlassventile 10, 12 die der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Radbremseinrichtungen 3, 4 angeschlossen, die andererseits unter Zwischenschaltung der vorhin genannten Auslassventile 11, 13 mit dem Niederdruckspeicher 20 verbindbar sind. Das vom Niederdruckspeicher 20 aufgenommene Druckmittel wird von der Rückförderpumpe 21 über die Kolben-Zylindereinheit 18 in den Druckmittelvorratsbehälter 24 zurück gefördert. Drucksensoren 35, 36 dienen der Ermittlung der in den Druckräumen 15, 14 der Kolben-Zylindereinheit 18 eingesteuerten Drücke, während ein lediglich schematisch angedeuteter Positionssensor 40 die Betätigungsstellung des Bremspedals 8 erfasst.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist der vorhin erwähnte Druckraum 33 des ersten Bremsdruckgebers bzw. einkreisigen Hauptbremszylinders 1 von einem Kolben 37 begrenzt, der mittels einer Kolbenstange 38 mit dem Bremspedal 8 in kraftübertragender Verbindung steht. Der an den Druckmittelvorratsbehälter 24 angeschlossene Nachlaufraum, der in 2 mit dem Bezugszeichen 23 versehen ist, ist über ein im Kolben 37 angeordnetes Zentralventil 39 mit dem Druckraum 33 verbindbar.
Der Aufbau des zweiten Druckgebers 2 erhellt schließlich aus der in 3 gezeigten Schnittdarstellung. Daraus ist ersichtlich, dass die bereits erwähnten Druckräume 14, 15, sowie der mit dem Bezugszeichen 22 versehene Nachlaufraum in einem Gehäuse 16 der Kolben-Zylindereinheit 18 von einem Stufenkolben 17 begrenzt sind, der im Gehäuse 16 abgedichtet verschiebbar geführt wird. Während der erste Druckraum 14 mittels der in 1 dargestellten Verbindung 34 an den Druckraum 33 des ersten Druckgebers 1 angeschlossen ist, ist der zweite Druckraum 15 über ein vorzugsweise am vorderen Ende des Stufenkolbens 17 ausgebildetes Zentralventil 41 mit dem Nachlaufraum 22 verbindbar.
Wie bereits oben erwähnt wurde, dient der Betätigung des Stufenkolbens 17 der Elektromotor 19, dessen Stator mit dem Bezugszeichen 31 versehen ist. Die Kraftübertragung vom Rotor 30 auf den Stufenkolben 17 erfolgt dabei vorzugsweise über ein Untersetzungsgetriebe 25, das die Rotationsbewegung des Rotors 30 in eine translatorische Bewegung eines sich am Stufenkolben 17 abstützenden Betätigungselementes 26 umwandelt. Das Untersetzungsgetriebe 25 wird im dargestellten Beispiel durch einen Kugelgewindetrieb gebildet. Der im wesentlichen aus einer Gewindespindel 27, mehreren Kugeln 42 sowie einer Gewindemutter 28 bestehende Kugelgewindetrieb ist in einem vom Rotor 30 radial umgriffenen Getriebegehäuse 29 untergebracht. Das dem Stufenkolben 17 abgewandte Ende der Gewindespindel 27 steht über ein Kardangelenk mit dem Rotor 30 in drehmomentübertragender Verbindung und wird von diesem angetrieben. Die dabei stattfindende translatorische Bewegung der Gewindemutter 28, mit der das Betätigungselement 26 kraftschlüssig verbunden ist, wird somit auf den Stufenkolben 17 übertragen. Das Betätigungselement 26 bildet dabei vorzugsweise eine Verdrehsicherung der Gewindemutter 28 im Getriebegehäuse 29. Der Kugelgewindetrieb 27, 28, 29, 42 bildet eine eigenständige Baugruppe und kann mit dem Gehäuse 16 der Kolben-Zylindereinheit 18 verstemmt oder verschraubt werden.
Der 4 sind schließlich die wesentlichen, bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Systems durchzuführenden Montageschritte angedeutet. Der Darstellung ist eindeutig zu entnehmen, dass der zweite Druckgeber 2, die hydraulische Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) 7, die elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) 9 sowie der Druckmittelvorratsbehälter 24 als eigenständig herstell- und prüfbare Module ausgebildet sind, die bei der Endmontage miteinander verschraubt, gesteckt, verriegelt und kontaktiert werden. Die genannte Modulaufteilung erhöht somit die Adaptierbarkeit und Anpassung an fahrzeugbezogene hydraulische Auslegungen der Vorderachse.
Die Fahrzeughinterachse kann vorzugsweise mit dem elektromechanischen Bremssystem 5, 6 eine vormontierte Baugruppe bilden und ist über eine elektrische Schnittstelle mit der vorhin genannten ECU 9 verbunden, die über entsprechende Ansteuermittel verfügt. Über die ECU 9 erfolgt auch die Ansteuerung einer in den Radbremsen 5, 6 integrierten elektromechanischen Parkbremse, die mittels eines im Fahrgastraum angeordneten Schalters aktivierbar ist. Durch die Integration der Ansteuerung der der Fahrzeughinterachse zugeordneten Bremsen 5, 6 in die ECU 9 kann der Datenaustausch z. B. mit Raddrehzahlsensoren, fahrdynamischen Dateneingängen (z. B. elektronisches Stabilitätssystem ESP, elektronische Bremskraftverteilung EBV) oder auch mit Daten für die aktive Sicherheit (Bremsassistentfunktion, ACC u. ä.) lokal erfolgen. Die Energieversorgung der Bremsen 5, 6 kann vorzusweise lokal erfolgen, so dass die elektrische Schnittstelle nur als Datenleitung benutzt wird.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bremssystems ergibt sich für den Fachmann aus den vorhergehenden ausführlichen Beschreibung und muss nicht näher erläutert werden. Durch die mechanische Entkopplung des ersten Druckgebers 1 von der HCU 7 ergeben sich neue Freiheitsgrade bezüglich der Gestaltung des ersten Druckgebers 1 im Fahrgastraum (Verstellung der Bremspedalposition, Optimierung der Crashsicherheit, Verkürzung des Pedalweges, Bauraumgewinn im Motorraum).
Erfolgt ein ABS-Regeleingriff, so werden die entsprechenden Raddrücke durch die vorgeschalteten Ein- und Auslassventile 10, 12 bzw. 11, 13 nach den Schlupfvorgaben der ECU 9 in ihrem Niveau eingeregelt. Analog erfolgt die Spannkraftregelung der elektromechanischen Bremsen 5, 6 auf der Hinterachse.
Im Falle von erforderlichen Fremdeingriffen (ESP, ACC u. ä.) können das elektrohydraulische Bremssystem sowie das elektromechanische Bremssystem ohne das Betätigen des ersten Bremsdruckgebers 1 durch nicht dargestellte externe Sensoren aktiviert werden. Die entsprechenden Sollwertvorgaben für die Raddrücke sowie die Spannkräfte erfolgen durch die ECU 9.
Bei einem Ausfall des die Kolben-Zylindereinheit 18 antreibenden Elektromotors 19 kann sich der Stufenkolben 17 durch die nicht kraftschlüssige Verbindung mit dem Betätigungselement 26 von diesem lösen. Durch das Betätigen des Bremspedals 8 und somit des ersten Druckgebers 1 wird die Ringfläche des Stufenkolbens 17 mit hydraulischem Druck beaufschlagt, so dass in den der Fahrzeugvorderachse zugeordneten Bremsen 3, 4 begrenzt Druck aufgebaut wird und die Vorderachse ohne Druckverstärkung in der Notfunktion sicher hydraulisch gebremst werden kann.

Claims

Elektronisch regelbares Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit einem mittels eines Bremspedals (8) betätigbaren hydraulischen ersten Bremsdruckgeber (1) und einem zweiten hydraulischen Bremsdruckgeber (2), die den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse, zugeordnet sind, mit Bremseinrichtungen (5, 6), die der Fahrzeughinterachse zugeordnet und mittels elektrischer Aktuatoren betätigbar sind, mit einer hydraulischen Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) (7), die den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse zugeordnete Druckregelventile (10, 11, 12, 13) enthält, sowie mit einer elektronischen Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) (9), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hydraulische Bremsdruckgeber (2) als eine mittels eines Elektromotors (19) kontinuierlich verstellbare Kolben-Zylindereinheit (18) ausgebildet ist, die einen mit dem ersten Bremsdruckgeber (1) in Verbindung stehenden ersten Druckraum (14) sowie einen mit den Bremseinrichtungen (3, 4) der Fahrzeugvorderachse in Verbindung stehenden zweiten Druckraum (15) aufweist, die in einem Gehäuse (16) der Kolben-Zylindereinheit (18) durch einen Stufenkolben (17) begrenzt sind.
Bremssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass den Bremseinrichtungen (3, 4) der Vorderachse des Kraftfahrzeugs einem Druckaufbau dienende, regelbare Einlassventile (10, 12) sowie einem Druckabbau dienende, regelbare Auslassventile (11, 13) vorgeschaltet sind, wobei die Eingangsanschlüsse der Einlassventile (10, 12) an den zweiten Druckraum (15) der Kolben-Zylindereinheit (18) und die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile (11, 13) an einen Niederdruckspeicher (20) angeschlossen sind.
Bremssystem nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass eine hydraulische Rückförderpumpe (21) vorgesehen ist, deren Saugseite an den Niederdruckspeicher (20) und deren Druckseite an den zweiten Druckraum (15) der Kolben-Zylindereinheit (18) angeschlossen ist.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kolben-Zylinder-Einheit (18) als auch der erste Druckgeber (1) Nachlaufräume (22, 23) aufweisen, die an einen gemeinsamen Druckmittelvorratsbehälter (24) angeschlossen sind.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung des Stufenkolbens (17) durch den Elektromotor (19) mittels eines Untersetzungsgetriebes (25) erfolgt, das die Drehbewegung des Elektromotors (19) in eine translatorische Bewegung eines Betätigungselementes (26) umwandelt, das mit dem Stufenkolben (17) in kraftübertragender Verbindung steht.
Bremssystem nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (25) durch einen Kugelgewindetrieb gebildet ist.
Bremssystem nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (27) des Kugelgewindetriebs vom Elektromotor (19) angetrieben wird, während die Gewindemutter (28) mit dem Betätigungselement (26) kraftschlüssig verbunden ist, das gleichzeitig eine Verdrehsicherung der Gewindemutter (28) bildet.
Bremssystem nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelgewindetrieb in einem zylindrischen Getriebegehäuse (29) angeordnet ist, das vom Rotor (30) des Elektromotors (19) radial umgriffen wird.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Gewindespindel (27) und dem Rotor (30) als ein Kardangelenk ausgebildet ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (19), der Kugelgewindetrieb (25) sowie die Kolben-Zylindereinheit (18) als eigenständig handhabbare und prüfbare Baugruppen ausgebildet sind.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der zweite hydraulische Bremsdruckgeber (2), die hydraulische Steuer- bzw. Regeleinheit (HCU) (7), die elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) (9), die Rückförderpumpe (21) einschließlich eines die Rückförderpumpe (21) antreibenden Elektromotors (32) sowie der Druckmittelvorratsbehälter (24) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuer- bzw. Regeleinheit (ECU) (9) Mittel zur Ansteuerung sowohl der hydraulischen als auch der elektromechanischen Komponenten des Bremssystems enthält.