DE19511811A1

DE19511811A1 - Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE19511811A1
Application number: DE19511811A
Authority: DE
Inventors: Kurt Mohr; Ulrich Dr Seuser
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2015-03-31
Also published as: DE59602984D1; EP0734927A1; JPH08277862A; DE19511811B4; EP0734927B1; US5645143A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge mit einer Zylinder-Kolbenanord nung, mit der in ein Reibungselement, das mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist, durch Beaufschlagen einer Hydraulikkammer der Zylinder-Kolbenanordnung mit Hydraulikfluid Reibungskräfte ein leitbar sind.

Diese Bremsanlage soll so weiter entwickelt werden, daß die Bremskraftverstärkung, also die vom Fahrer in das Bremspedal eingeleitete Kraft elektromechanisch erfolgt, wobei die Kraft direkt bei der jeweiligen Radbremse verstärkt und über ein Hy draulikfluid auf den Bremskolben übertragen werden soll.

Üblicherweise ist bei einem Kraftfahrzeug jedes Fahrzeugrad mit einer Bremseinheit versehen, die aus einer Scheiben- oder Trom melbremse sowie einem Bremskolben gebildet ist. Der Bremskolben wirkt hydraulisch oder pneumatisch auf die Scheiben- oder Trom melbremse. Entweder ist jedem Bremskolben ein einzelner Ver stärker zugeordnet oder alle Bremskolben werden von einem ge meinsamen Bremskraftverstärker gesteuert. Über eine elektroni sche Steuerung wird das Verhalten eines oder mehrerer Fahrzeug räder in Bezug auf dessen Verzögerung bzw. Beschleunigung über wacht. Darüber hinaus werden weitere Parameter des Bremsvorgan ges, z. B. der Bremspedalbetätigungsweg, die Bremspedalbetäti gungsgeschwindigkeit, die Bremspedalbetätigungskraft erfaßt und ausgewertet. Die elektronische Steuerung bestimmt aus diesen (und ggf. weiteren) Daten eine notwendige Bremskraftunter stützung und aktiviert den Bremskraftverstärker der jeweiligen Bremse oder moduliert die für alle Bremseinheiten zur Verfügung stehende Bremskraft des gemeinsamen Bremskraftverstärkers, wo rauf der durch die Pedalbetätigungskraft allein aufgebrachte hydraulische Bremszylinderdruck entsprechend verstärkt wird.

Alle derartigen bekannten Bremsanlagen haben aus Sicherheits gründen neben einer elektronischen Betätigung eine direkte hy draulische Verbindung des pedalbetätigten Hauptbremszylinders zu den Bremskolben, um bei einem Ausfall der Elektronik nach wie vor die Bremse betätigen zu können.

Aus der DE 35 45 800 A1 ist eine Steuervorrichtung für Fahr zeugbremsen bekannt, bei der in dem Bremssattel eines jeden Ra des eines Kraftfahrzeuges ein Radzylinder und ein Bremszylinder angeordnet sind. Eine piezoelektrische Betätigungsvorrichtung ist in dem Bremssattel derart angeordnet, daß sie mit dem Rad zylinder in Verbindung steht. Wenn die piezoelektrische Betäti gungsvorrichtung unter elektrische Spannung gesetzt wird, ver schiebt sich ein Stempel in einer Buchse und verändert das Vo lumen des Hydraulikfluids in dem Radzylinder. Von einem Hauptzylinder wird Bremsflüssigkeit über einen Fluidkanal in dem Bremssattel dem Radzylinder zugeführt, wobei dieser Fluid kanal mit Hilfe eines Steuerventils geöffnet und geschlossen werden kann. Bei hohem Druck in dem Bremszylinder dehnt sich die piezoelektrische Betätigungsvorrichtung aus und das Steuer ventil schließt. Anschließend wird die elektrische Spannung an der piezoelektrischen Betätigungsvorrichtung gesenkt, wodurch der Druck in dem Radzylinder gesenkt wird. Der in der Buchse geführte Stempel muß fluiddicht und reibungsarm gelagert sein, um eine verzögerungsarme Betätigung des Bremskolbens zu ermög lichen. Dies verursacht hohe Kosten bei der Herstellung und be deutet eine aufwendige Montage.

Aus der DE 36 00 733 A1 ist eine ähnliche Steuervorrichtung für Fahrzeugbremsen bekannt, bei der innerhalb des Radzylinders ein Bremskolben angeordnet ist, in dessen Innerem eine piezoelek trische Kolbenvorrichtung vorgesehen ist. Hierbei wird der Bremskolben (zusammen mit der piezoelektrischen Kolbenvorrich tung) durch Hydraulikfluid durch einen Hauptbremszylinder zu einer Zustellbewegung der Bremse veranlaßt. Dabei wandert der Bremskolben zusammen mit der piezoelektrischen Kolbenvorrich tung unter der Einwirkung des Hydraulikfluids in dem Radzylin der. Zusätzlich zu der hydraulisch verursachten Zustellbewegung kann die piezoelektrische Kolbenvorrichtung aktiviert werden, die direkt auf einen Bremsbelag wirkt. Auch bei dieser Anord nung ist die Führung und Lagerung der piezoelektrischen Kolben vorrichtung in dem Bremskolben hinsichtlich der fluiddichten Abdichtung und der verschleißarmen und trägheitsarmen Führung und Lagerung kritisch.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die vorstehend be schriebenen Anordnungen in ihrer Lebensdauer und Sicherheit zu verbessern und für eine kostengünstige und effiziente Serien fertigung geeignet zu konzipieren.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß in die Hy draulikkammer der Zylinder-Kolbenanordnung ein elektrisch betä tigbares Verdrängungselement ragt, das in Abhängigkeit von Steuersignalen einer elektronischen Steuerung zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hydraulikkammer befind lichen Hydraulikfluids betätigbar ist, um bei einem Bremsvor gang die in das Reibungselement eingeleiteten Reibungskräfte zu erhöhen bzw. zu verringern.

Das Reibungselement kann sowohl die Scheibe eine Scheibenbremse als auch die Trommel einer Trommelbremse sein.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verdrängungselement durch einen mit den Steuersignalen der elektronischen Steuerung ansteuerbaren Aktuator betätigbar. Vorzugsweise ist dieser Aktuator durch einen Linearmotor in Form einer piezoelektrischen Stelleinheit zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hydraulikkammer befind lichen Hydraulikfluids gebildet. Es sind auch andere Ausfüh rungsformen des Aktuators möglich. Wesentliche Gesichtspunkte bei der Auswahl des Aktuators sind ein verzögerungsarmes An sprechverhalten, hohe Betriebssicherheit, hohe Stellkräfte und ein relativ geringer Stromverbrauch. Der geringe Stellweg, wie er bei einer piezoelektrischen Stelleinheit erreichbar ist, spielt deshalb keine negative Rolle, weil im Rahmen einer hy draulischen Übersetzung dies ohnehin auf die tatsächlichen Ge gebenheiten anzupassen ist.

Das Verdrängungselement ist bei einer derzeit bevorzugten Aus führungsform durch eine vorzugsweise metallische Membran gebil det, die in Abhängigkeit von den Steuersignalen durch den Ak tuator verformbar und/oder verschiebbar ist und dabei den Druck auf zumindest einen Teil von in der Hydraulikkammer befind lichem Hydraulikfluid erhöht oder verringert. Diese (metalli sche) Membran kann mit dem Aktuator starr gekoppelt sein oder der Aktuator bzw. ein mit diesem gekoppeltes Betätigungselement kann erst einen Leerweg überwinden müssen, bevor die Membran betätigt wird. Je nach der Form und dem Steifigkeitsprofil der Membran kann diese verformt und/oder verschoben werden, wenn der Aktuator die Membran betätigt.

Das Verdrängungselement ist bei einer weiteren derzeit bevor zugten Ausführungsform durch einen vorzugsweise metallischen Faltenbalg gebildet, der in Abhängigkeit von den Steuersignalen durch den Aktuator verformbar und/ oder verschiebbar ist und dabei den Druck auf in der Hydraulikkammer befindliches Hydrau likfluid erhöht oder verringert. Dieser Faltenbalg erlaubt ebenso wie die Membran eine nennenswerte Volumen- bzw. entspre chende Druckänderung, die durch einen kleinen Hub des Aktuators in das Hydraulikfluid eingeleitet werden kann.

Je nach den Flächen bzw. Volumenverhältnissen zwischen dem Fal tenbalg bzw. der Membran und der Hydraulikkammer kann die Bremseinrichtung sehr direkt und verzögerungsarm betätigt wer den.

Um eine Rückwirkung auf den Bremszylinder bzw. das diesen betä tigende Bremspedal zu vermeiden, kann vorteilhaft eine Venti lanordnung vorgesehen sein, die während einer Betätigung des Verdrängungselementes im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulikfluid ein Abfließen des Hydraulikfluids aus zumindest einem Bereich der Hydraulikkammer verhindert. Die Druckerhöhung bewirkt damit (ausschließlich) eine Erhöhung der in das Rei bungselement eingeleiteten Reibungskräfte und drängt nicht das Bremspedal gegen den Fuß des Fahrers.

Vorzugsweise ist die Hydraulikkammer durch das Verdrängungs element in einen ersten und einen zweiten Bereich getrennt, wo bei die beiden Bereiche durch die Ventilanordnung miteinander verbunden sind. Einer der beiden Bereich wird bei einem Schlie ßen der Ventilanordnung abgeschlossen, wobei das Schließen der Ventilanordnung vorzugsweise bei einer Betätigung des Aktuators im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulikfluid durch den Aktuator bewirkt wird. Dies erlaubt eine besonders einfache Festlegung der Eigenschaften der Bremsanlage, da so die zu be wegenden Volumina festgelegt werden können. Damit kann auch der für eine bestimmte Reibungskraft erforderliche Stellweg einfach definiert werden.

Wenn das Hydraulikfluid bei einem Bremsvorgang von einem durch ein Bremspedal betätigbaren Bremszylinder in den zweiten Be reich der Hydraulikkammer gefördert wird, von dort in den er sten Bereich gelangt und auf das Reibungselement wirkt, wird sichergestellt, daß zu jeder Zeit ausreichend Hydraulikfluid in der Bremseinheit zur Verfügung steht. Außerdem wird eine beson ders hohe Sicherheit bei einem relativ geringen konstruktiven Aufwand erreicht, da auch beim Ausfall des Aktuator das für Verdrängungselement ein rein mechanisches Betätigen der Bremse noch möglich ist.

Vorzugsweise ist das Schließen der Ventilanordnung beendet, wenn der Aktuator das Verdrängungselement im Sinne einer Erhö hung des Drucks in dem Hydraulikfluid verformt und/oder ver schiebt. Damit wird sichergestellt, daß kein Hydraulikfluid durch die Ventilanordnung zurückströmt. Vielmehr steht die ge samte Druckänderung/Volumenveränderung für die Erhöhung der Reibungskraft zur Verfügung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Membran eine konvexe Wölbung auf, die entlang ihres Umfangs in dem Zylinder eingespannt ist und mit ihrer konvexen Wölbung einem Betätigungselement des Aktuators zugewandt ist.

Damit kann eine sehr feinfühlige Einstellung der Bremscharakte ristik über eine entsprechende Wahl der Festigkeit, der Ver formbarkeit und der Gestalt erreicht werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Verdrängungselement in seinem Zentrum eine Öffnung aufweist, die zusammen mit einem mit dem Aktuator verbundenen Schließglied die Ventilanordnung bildet, wobei das Schließglied so dimensioniert und zu der Öffnung angeordnet ist, daß es in der unbetätigten Stellung des Aktuators das Verdrängungselement nicht berührt und die Öffnung freigibt, und in der betätigten Stellung des Aktuators die Öffnung verschließt und das Verdrän gungselement im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydrau likfluid in dem abgeschlossenen Bereich verformt und/oder ver schiebt. Damit haben einzelne Bauteile mehrere Funktionen. Dies ist insbesondere für eine einfache Montage, für die Fehleran fälligkeit und für die Wartung vorteilhaft.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Ventilanordnung au ßerhalb der Hydraulikkammer angeordnet.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer elektronisch steuerbaren Bremsanlage für Landfahrzeuge, wobei für einen Bremsvorgang eine Hydraulikkammer einer Zylinder-Kol benanordnung mit Hydraulikfluid von einem durch ein Bremspedal betätigten Bremszylinder derart beaufschlagt wird, daß in ein Reibungselement, das mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist, Rei bungskräfte eingeleitet werden, mittels einer elektronischen Steuereinrichtung und mit dieser verbundenen Sensoren Parameter des Bremsvorganges erfaßt werden, aus den Parametern des momen tanen Bremsvorganges für den Bremsvorgang optimale Reibungs kräfte bestimmt werden, die als optimal bestimmten Reibungs kräfte mit den in das Reibungselement eingeleiteten Reibungs kräften verglichen werden, und Steuersignale für einen Aktuator erzeugt werden, wenn sich aus den erfaßten Parametern ergibt, daß die in das Reibungselement eingeleiteten Reibungskräfte nicht mit den als optimal bestimmten Reibungskräften überein stimmen, wobei der Aktuator auf ein Verdrängungselement wirkt, das zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hy draulikkammer befindliches Hydraulikfluid bewegbar ist, um die in das Reibungselement eingeleiteten Reibungskräfte so zu er höhen bzw. zu verringern, daß die als optimal bestimmten Rei bungskräfte in das Reibungselement eingeleitet werden.

Diese Betriebsweise hat sich als besonders vorteilhaft erwie sen, da sie sowohl eine elektronisch nicht unterstützte Be triebsweise erlaubt, als auch eine Modulation des Bremsdrucks in positiver und/oder negativer Richtung, so daß ein Einsatz in Cruise-Control-Regelungen, ABS-, ASR-, und Fahrdynamikregelun gen möglich ist.

Vorzugsweise beinhalten die erfaßten Parameter eine oder mehre re der Größen: In das Reibungselement eingeleitete Reibungs kräfte, Bremspedalbetätigungskraft, Bremspedalbetätigungsweg, Bremspedalbetätigungsgeschwindigkeit, Fahrzeugradgeschwindig keit, Fahrzeugradverzögerung, und Druck in der Hydraulikkammer.

Insbesondere für ABS- oder ASR-Regelungen können die als opti mal bestimmten Reibungskräfte für einen Bremsvorgang durch eine Folge unterschiedlich großer Reibungskraftwerte gleicher oder unterschiedlicher Zeitdauer gebildet sein.

Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung wer den auch aus der nachstehenden Beschreibung dreier erfindungs gemäßer Ausführungsformen deutlich.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer elektro nisch gesteuerten Bremsanlage, wobei nur eine Bremseinheit in einer schematischen seitlichen Schnittansicht veranschaulicht ist,

Fig. 1a zeigt eine vergrößerte schematische seitliche Detailschnittansicht eines Verdrängungselementes der Bremseinheit nach Fig. 1,

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer elektro nisch gesteuerten Bremsanlage, wobei nur eine Bremseinheit in einer schematischen seitlichen Schnittansicht veranschaulicht ist,

Fig. 2a zeigt eine vergrößerte schematische seitliche Detailschnittansicht eines Verdrängungselementes der Bremseinheit nach Fig. 2,

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform einer elektro nisch gesteuerten Bremsanlage, wobei nur eine Bremseinheit in einer schematischen seitlichen Schnittansicht veranschaulicht ist, und

Fig. 3a zeigt eine vergrößerte schematische seitliche Detailschnittansicht eines Verdrängungselementes der Bremseinheit nach Fig. 3.

Die Fig. 1, 1a zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Bremsanlage, bei der ein durch ein Bremspedal 1 betätigbarer Hauptbremszylinder 2 über eine Hydraulik-Leitung 3 mit einer Hydraulikkammer 4 einer Zylinderkolbenanordnung 6 verbunden ist. Die Zylinderkolbenanordnung 6 ist durch einen Bremszylinder 6a gebildet, in dem axial gleitend und durch eine umlaufende Dichtung 5 fluiddicht abgedichtet ein Bremskolben 6b aufgenommen ist. Der Bremskolben 6b trägt an seinem freien Ende einen Bremsbelag 7a, der zusammen mit einem zweiten Bremsbelag 7b auf zwei gegenüberliegende Flächen einer als Reibungselement ausgebildeten Bremsscheibe 8 einwirkt. Eine Radbremszange 9 ist mit dem Bremszylinder 6a einstückig verbunden, übergreift die Bremsscheibe 8 und haltert den zweiten Bremsbelag 7b.

Durch den von der Bremsscheibe 8 abgewandten Boden 11 des Bremszylinders 6a reicht ein als Faltenbalg ausgebildetes Ver drängungselement 12, das eine im wesentlichen zylindrische Ge stalt hat und an seinem in die Hydraulikkammer 4 ragenden Ende 12a extrahierbar und kontrahierbar ist. Das Verdrängungselement 12 ist in dem Boden 11 des Bremszylinders 12a starr und fluid dicht (durch einen umlaufenden Dichtring 13) aufgenommen. An der Außenseite des Bodens 11 des Bremskolbens 6a ist ein Aktua tor 14 angeflanscht, der als Linearmotor in Form einer piezo elektrischen Stelleinheit ausgebildet ist. Der Aufbau und die Funktionsweise einer derartigen piezoelektrischen Stelleinheit ist beispielsweise aus der DE 36 00 7331 A1 oder der DE 35 45 800 A1 an sich bekannt.

An dem zum Boden 11 des Bremskolbens 6a hin gewandten Ende des Aktuators 14 weist die piezoelektrische Stelleinheit ein Betä tigungselement 15 auf, das durch den Boden 11 hindurch in das Innere des Verdrängungselementes 12 ragt und mit diesem an des sen freiem Ende 12a starr verbunden ist. Wenn der Aktuator 14 über die beiden Leitungen 18 und 19 mit Steuersignalen aus ei ner elektronischen Steuereinrichtung 22 beaufschlagt wird, ver schiebt sich das Betätigungselement 15 längs der gemeinsamen Mittelachse A des Aktuators 14 und der Zylinderkolbenanordnung 6 und bewirkt eine Expansion oder Kontraktion des Verdrängung selementes 12 in der Hydraulikkammer 4.

Um zu verhindern, daß in der Hydraulikkammer 4 befindliches Hy draulikfluid durch die Hydraulikleitung 3 zurück in den Haupt bremszylinder 2 gedrängt wird, wenn das Verdrängungselement 12 expandiert, ist in der Hydraulikleitung 3 ein Zweiwege-Magnet ventil 23 angeordnet, das von der elektronischen Steuereinheit 22 gesteuert die Hydraulikleitung 3 gegenüber dem Hauptbremszy linder 2 sperren kann. Die elektronische Steuereinrichtung 22 ist mit einem Sensor 25 zum Erfassen der Fahrzeugradgeschwin digkeit bzw. der Fahrzeugradverzögerung (an der Bremsscheibe 8) und mit einem Sensor 27 zum Erfassen der Bremspedalbetätigungs kraft, dem Bremspedalbetätigungsweg bzw. der Bremspedalbetäti gungsgeschwindigkeit verbunden.

Für eine Bremsung betätigt der Fahrer das Bremspedal 1 und ver schiebt mit seiner Fußkraft den Kolben des Hauptbremszylinders 2, wodurch das verdrängte Hydraulikfluid über die Hydrauliklei tung 3 durch das geöffnete Zweiwege-Magnetventil 23 in die Hy draulikkammer 4 der Zylinderkolbenanordnung 6 gedrückt wird. Der sich aufbauende Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 4 verschiebt den Bremskolben 6b und drückt den Bremsbelag 7a ge gen die Bremsscheibe 8. Über die Bremszange 9 wird bei dieser Bewegung auch der andere Bremsbelag 7b gegen die gegenüberlie gende Seite der Bremsscheibe 8 gedrückt. Die dabei in die Bremsscheibe 8 eingeleiteten Reibungskräfte F_akt bewirken eine bestimmte, durch den Sensor 25 erfaßbare Fahrzeugradverzöge rung. Aus den gleichzeitig fortlaufend gemessenen Werten der Bremspedalbetätigungskraft, und/oder der Bremspedalbetätigungs geschwindigkeit ermittelt die elektronische Steuereinrichtung 22 eine vom Fahrer gewollte Höhe der Brems-Reibungskraft, die in entsprechende Steuersignale für den Aktuator 14 umgesetzt wird.

Der Aktuator 14 verschiebt daraufhin das Betätigungselement 15 entlang der Achse A in Richtung auf die Hydraulikkammer 4, so daß der Verdrängungselementes 12 auseinandergeschoben wird. Dies bedeutet eine Volumenerhöhung des Verdrängungselementes 12 und somit eine Erhöhung des Drucks in der Hydraulik 4. Demzu folge wird der Bremskolben 6b weiter auf die Bremsscheibe 8 hin gedrängt. Während der Beaufschlagung des Aktuators 14 mit Steu ersignalen im Sinne einer Druckerhöhung wird das Zweiwege-Ma gnetventil 23 durch die elektronische Steuereinrichtung 22 ge sperrt. Die Ermittlung der vom Fahrer gewünschten Brems-Rei bungskraft in der elektronischen Steuereinrichtung 22 kann ent weder über Kennfelder oder jeweils durch fortlaufend durchge führte Berechnungen erfolgen. Da das Verdrängungselement 12 ei nen relativ großen Anteil der Querschnittsfläche der Hydraulik kammer 4 einnimmt, können relativ kleine und schnell ausführ bare Stellhübe eine hohe Drucksteigerungs- bzw. Druckreduzier rate in der Hydraulikkammer 4 bewirken, was wiederum zu sehr schnellen Reibungskraftänderungen an der Bremsscheibe 8 führt.

Falls die vom Fahrer gewünschte Brems-Reibungskraft dazu führen würde, daß eine zu starke Fahrzeugradverzögerung aufträte, die das Fahrzeugrad nicht mehr auf die Fahrbahn übertragen kann, d. h., daß das Fahrzeugrad blockiert, ist es notwendig, den in der Hydraulikkammer 4 auftretenden Druck entweder auf einen un gefährlichen Wert zu begrenzen. Wenn das Fahrzeugrad aufgrund einer Änderung der Fahrbahnbeschaffenheit plötzlich blockiert, ist es in entsprechender Weise notwendig, den vorhandenen Druck zu reduzieren.

Dazu wird in der elektronischen Steuereinrichtung 22 aus den durch die Sensoren 25 bis 27 erfaßten Parametern eine optimale Bremskraft F_opt ermittelt und in entsprechende Steuersignale an dem Aktuator 14 umgesetzt. Da das Betätigungselement 15 des Ak tuators 14 mit dem freien Ende des Faltenbalges 12 starr ver bunden ist, kann der Aktuator 14 sowohl die bereits beschrie bene Druckerhöhung in der Hydraulikkammer 4 bewirken, als auch durch axiale Bewegung in der entgegengesetzten Richtung ge zielte Druckverringerungen hervorrufen. Bei einer Bewegung des Betätigungselementes 15 im Sinne einer Druckverringerung in der Hydraulikkammer 4 kann durch die elektronische Steuereinrich tung 22 auch das Zweiwege-Magnetventil 23 geöffnet werden, so daß das Hydraulikfluid durch die Hydraulikleitung 3 in den Hauptbremszylinder 2 bzw. dessen Ausgleichsgefäß fließen kann. Bei einer Bewegung des Betätigungselementes 15 im Sinne einer Druckverringerung in der Hydraulikkammer 4 werden die Falten 12b (siehe Fig. 1a) des Faltenbalges 12 zusammengezogen, so daß sich das Volumen des Verdrängungselementes 12 und damit der Druck in der Hydraulikkammer 4 entsprechend verringert.

Bei der erfindungsgemäßen Bremsanlage ist es möglich, mit einer Bremspedalbetätigung soviel Hydraulikfluid aus dem Haupt bremszylinder 2 in die Hydraulikkammer 4 zu pressen, daß der Bremskolben 6b das Bremslüftspiel überwindet und die beiden Bremsbeläge 7a, 7b an der Bremsscheibe 8 zur Anlage (und ggf. zum Reibungseingriff) kommen. Die Beaufschlagung der Bremsbelä ge 7a, 7b mit zusätzlicher Anpreßkraft an der Bremsscheibe 8, um eine Reibungskraft hervorzurufen, erfolgt dann durch von der elektronischen Steuereinrichtung 22 hervorgerufene Aktivierung des Aktivators 14, der eine Expansion oder Kontraktion des Ver drängungselementes 12 in dem Hydraulikfluid in der Hydraulik kammer 4 hervorruft.

Die Fig. 2, 2a zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer er findungsgemäßen Bremsanlage. Gleiche bzw. gleichwirkende Teile wie in den Fig. 1, 1a haben gleiche Bezugszeichen und sind nachstehend nicht nochmals erläutert. Der Hauptunterschied ge genüber dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1, 1a besteht darin, daß das Zweiwege-Magnetventil 23 aus Fig. 1 in das Inne re der Hydraulikkammer 4 gelegt ist. Außerdem ist die Hydrau likkammer 4 durch das Verdrängungselement 12 in einen ersten und einen zweiten Bereich 4a, 4b getrennt. Die beiden Bereiche 4a, 4b sind durch die Ventilanordnung 23 miteinander verbunden. Wie insbesondere in Fig. 2a zu sehen ist, wird die Ventilanord nung 23 durch eine Öffnung 23a gebildet, die in einer das freie Ende 12a des Verdrängungselementes 12 bildenden Stirnplatte mittig vorgesehen ist. Diese Öffnung 23a fluchtet mit dem Betä tigungselement 15 des Aktuators 14. Das Betätigungselement 15 verjüngt sich an seinem der Öffnung 23a zugewandten Ende 23b konisch. Dieses konische Ende 23b bildet ein Schließglied für die Öffnung 23a und ist so dimensioniert und zu der Öffnung 23a angeordnet, daß es in der unbetätigten Stellung des Aktuators das Verdrängungselement nicht berührt und die Öffnung 23a frei gibt, während es in der betätigten Stellung des Aktuators die Öffnung 23a verschließt und das Verdrängungselement in seine expandierte Stellung gedrängt ist.

Das zylindrische Verdrängungselement 12 ist an seinem dem Boden 11 der Hydraulikkammer 4 zugewandten Ende starr und fluiddicht mit der Wandung des Bremszylinders 6a verbunden. Dies ermög licht das Weglassen der Dichtung 13 aus Fig. 1. Statt dessen ist ein Dichtungsring 29 in dem Boden 11 des Bremszylinders 6a vorgesehen, der die Durchtrittsöffnung für das Betätigungsele ment 15 des Aktuators 14 abdichtet. Die Hydraulikleitung 3 mün det in den Boden 11 des Bremszylinders 6a und hat eine Öffnung 3a, die das Innere des Verdrängungselementes 12 und damit den ersten Bereich 4a mit der Hydraulikleitung 3 verbindet.

Bei einer Ansteuerung des Aktuators 14 durch die elektronische Steuereinrichtung 22 wird die Ventilanordnung 23 (zwangsläufig) verschlossen, so daß der zweite Bereich 4b in der Hydraulikkam mer 4 in dem Moment gegenüber der Verbindungsleitung 3 abge schlossen ist, in dem das Verdrängungselement 12 durch das Be tätigungselement 15 des Aktuators 14 expandiert wird. Eine ei gene Ansteuerung der Ventilanordnung 23 durch die elektronische Steuereinrichtung 22 entfällt damit. Sobald der Aktuator 14 das Betätigungselement 15 in seine unbetätigte Stellung zurück zieht, wird die Öffnung 23a von dem Schließelement 23b freige geben und Hydraulikfluid kann aus dem zweiten Bereich 4b der Hydraulikkammer 4 durch die Verbindungsleitung 3 in Richtung Hauptbremszylinder 2 (bzw. dessen Ausgleichsgefäß) strömen, so daß sich der Druck auf die Bremsbeläge 7b verringert.

Im übrigen stimmen Funktion und Betriebsweise mit der der Aus führungsform nach den Fig. 1, 1a überein. In den Fig. 3, 3a ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Teile, die in ihrer Gestalt und/oder Funktion mit denen aus den Fig. 1, 1a bzw. 2, 2a übereinstimmen, sind mit den gleichen Be zugszeichen versehen und nicht nochmals im Detail erläutert.

Der wesentliche Unterschied zu den Ausführungsformen nach den Fig. 1, 1a und 2, 2a besteht darin, daß anstelle des im wesent lichen zylindrischen Verdrängungselementes mit dem Faltenbalg 12 eine etwa tellerförmige Membran 12′ die beiden Bereiche 4a, 4b in der Hydraulikkammer 4 voneinander trennt. Die Membran 12′ hat eine zu dem Boden 11 des Bremszylinders 6 hin konvexe Wöl bung 12′c. Wenn das Betätigungselement 15 des Aktuators 14 sich in Richtung auf die Membran 12′ hin bewegt, verschließt das Schließelement 23b die Öffnung 23a in der Membran 12′. Bei ei ner weiteren Bewegung des Betätigungselementes 15 wird die Mem bran im Sinne einer Druckerhöhung in dem Bereich 4b der Hydrau likkammer 4 verformt bzw. verschoben.

Im übrigen entspricht die Funktion und Betriebsweise dieser Ausführungsform weitgehend der der Ausführungsform gemäß Fig. 2, 2a.

Es versteht sich für einen Fachmann von selbst, daß auch eine Kombination der Ausführungsformen der Fig. 1, 1a und 3, 3a mög lich ist. Das heißt, an Stelle der in der Hydraulikkammer 4 an geordneten Ventilanordnung 23 in der Membran 12′ kann das Betä tigungselement 15 auch starr und fluiddicht mit der Membran 12′ gekoppelt sein und das Zweiwege-Magnetventil 23 aus der Fig. 1 in die Hydraulikleitung 3 der Fig. 3 eingefügt sein.

Der Vorteil der separaten Ventilanordnung besteht darin, daß der Hub des Aktuators 14 vollständig in eine Druckerhöhung in dem Bereich 4b der Hydraulikkammer 4 umgesetzt wird und nicht erst zum Teil ein Ventilschließweg überwunden werden muß.

Es ist jedoch auch möglich den Betätigungshub des Betätigungse lementes 15 dadurch zu erhöhen, daß der Aktuator 14 das Betäti gungselement 15 nicht direkt betätigt, sondern daß dies über eine entsprechende Hydraulik- oder Hebelanordnung geschieht, wodurch der Hubweg des Betätigungselementes 15 vergrößerbar ist.

Claims

1. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge, mit

- einer Zylinder-Kolbenanordnung (6), mit der in ein Reibungse lement (8), das mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist, durch Be aufschlagen einer Hydraulikkammer (4) der Zylinder-Kolbenan ordnung (6) mit Hydraulikfluid Reibungskräfte (F_akt) einleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß
- in die Hydraulikkammer (4) der Zylinder-Kolbenanordnung (6) ein elektrisch betätigbares Verdrängungselement (12) ragt, das in Abhängigkeit von Steuersignalen einer elektronischen Steue rung (22) zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hydraulikkammer (4) befindlichen Hydraulikfluids betätigbar ist, um bei einem Bremsvorgang die in das Reibungselement (8) eingeleiteten Reibungskräfte (F_akt) zu erhöhen bzw. zu verrin gern.

2. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Verdrängungselement (12) durch einen mit den Steuersi gnalen der elektronischen Steuerung (22) ansteuerbaren Aktuator (14), vorzugsweise durch einen Linearmotor in Form einer piezo elektrischen Stelleinheit zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hydraulikkammer (4) befindlichen Hydraulik fluids betätigbar ist.

3. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Verdrängungselement durch eine vorzugsweise metallische Membran (12′) gebildet ist, die in Abhängigkeit von den Steuer signalen durch den Aktuator (14) verformbar und/oder verschieb bar ist und dabei den Druck auf zumindest einen Teil von in der Hydraulikkammer (4) befindlichem Hydraulikfluid erhöht oder verringert.

4. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Verdrängungselement durch einen vorzugsweise metallischen Faltenbalg (12) gebildet ist, der in Abhängigkeit von den Steu ersignalen durch den Aktuator (14) verformbar und/oder ver schiebbar ist und dabei den Druck auf in der Hydraulikkammer (4) befindliches Hydraulikfluid erhöht oder verringert.

5. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Ventilanordnung (23) vorgesehen ist, die während einer Betätigung des Verdrängungselementes (12) im Sinne einer Erhö hung des Drucks in dem Hydraulikfluid ein Abfließen des Hydrau likfluids aus zumindest einem Bereich (4b) der Hydraulikkammer (4) verhindert.

6. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Hydraulikkammer (4) durch das Verdrängungselement (12) in einen ersten und einen zweiten Bereich (4a, 4b) getrennt ist, wobei die beiden Bereiche (4a, 4b) durch die Ventilanordnung (23a, 23b) miteinander verbunden sind, und von denen ein Be reich (4b) bei einem Schließen der Ventilanordnung (23a, 23b) abgeschlossen wird, wobei das Schließen der Ventilanordnung (23a, 23b) vorzugsweise bei einer Betätigung des Aktuators (14) im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulikfluid durch den Aktuator (14) bewirkt wird.

7. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Hydraulikfluid bei einem Bremsvorgang von einem durch ein Bremspedal (1) betätigbaren Haupt-Bremszylinder (2) in den zweiten Bereich (4a) der Hydraulikkammer (4) gefördert wird.

8. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Schließen der Ventilanordnung (23a, 23b) beendet ist, wenn der Aktuator (14) das Verdrängungselement (12) im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulikfluid verformt und/ oder verschiebt.

9. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Membran (12′) eine konvexe Wölbung (12′c) aufweist, ent lang ihres Umfangs in dem Zylinder (6a) eingespannt ist und mit ihrer konvexen Wölbung (12′c) einem Betätigungselement (15) des Aktuators (14) zugewandt ist.

10. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- das Verdrängungselement (12) eine Öffnung (23a) aufweist, die zusammen mit einem mit dem Aktuator (15) verbundenen Schließ glied (23b) die Ventilanordnung (23) bildet, wobei das Schließ glied (23b) so dimensioniert und zu der Öffnung (23a) angeord net ist, daß es in der unbetätigten Stellung des Aktuators (14) das Verdrängungselement (12, 12′) nicht berührt und die Öffnung (23a) freigibt, und in der betätigten Stellung des Aktuators (14) die Öffnung (23a) verschließt und das Verdrängungselement (12, 12′) im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulik fluid in dem abgeschlossenen Bereich (4b) der Hydraulikkammer (4) verformt und/oder verschiebt.

11. Elektronisch steuerbare Bremsanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Ventilanordnung (23) außerhalb der Hydraulikkammer (4) angeordnet ist.

12. Verfahren zum Betrieb einer elektronisch steuerbaren Brem sanlage für Landfahrzeuge vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Bremsvorgang

- eine Hydraulikkammer (4) einer Zylinder-Kolbenanordnung (6a, 6b) mit Hydraulikfluid von einem durch ein Bremspedal (1) betä tigten Bremszylinder (2) derart beaufschlagt wird, daß in ein Reibungselement (8), das mit einem Fahrzeugrad gekoppelt ist, Reibungskräfte (F_akt) eingeleitet werden,
- mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (22) und mit dieser verbundenen Sensoren (25, 27)
- Parameter des Bremsvorganges erfaßt werden,
- aus den Parametern des momentanen Bremsvorganges für den Bremsvorgang optimale Reibungskräfte (F_opt) bestimmt werden,
- die als optimal bestimmten Reibungskräfte (F_opt) mit den in das Reibungselement (8) eingeleiteten Reibungskräften (F_akt) verglichen werden, und
- Steuersignale für einen Aktuator (14) erzeugt werden, wenn sich aus den erfaßten Parametern ergibt, daß die in das Rei bungselement (8) eingeleiteten Reibungskräfte (F_akt) nicht mit den als optimal bestimmten Reibungskräften (F_opt) übereinstim men, wobei
- der Aktuator (14) auf ein Verdrängungselement (12) wirkt, das zur Erhöhung oder Verringerung des Druckes auf in der Hyd raulikkammer (4) befindliches Hydraulikfluid bewegbar ist, um die in das Reibungselement (8) eingeleiteten Reibungskräfte (F_akt) so zu erhöhen bzw. zu verringern, daß die als optimal be stimmten Reibungskräfte (F_opt) in das Reibungselement (8) einge leitet werden.

13. Verfahren zum Betrieb einer elektronisch steuerbaren Brem sanlage für Landfahrzeuge nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß

- die erfaßten Parameter eine oder mehrere der Größen: in das Reibungselement (8) eingeleitete Reibungskräfte (F_akt), Bremspe dalbetätigungskraft, Bremspedalbetätigungsweg, Bremspedalbetä tigungsgeschwindigkeit, Fahrzeugradgeschwindigkeit, Fahrzeug radverzögerung, Druck in der Hydraulikkammer, an den Aktuator anliegende Spannung und/oder durch den Aktuator (14) fließender Strom beinhalten.

14. Verfahren zum Betrieb einer elektronisch steuerbaren Brem sanlage für Landfahrzeuge nach dem vorhergehenden Anspruch, da durch gekennzeichnet, daß

- die als optimal bestimmten Reibungskräfte (F_opt) für einen Bremsvorgang durch eine Folge unterschiedlich großer Reibungs kraftwerte gleicher oder unterschiedlicher Zeitdauer gebildet sind.

15. Verfahren zum Betrieb einer elektronisch steuerbaren Brem sanlage für Landfahrzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine zumindest einen Teil des in der Hydraulikkammer befind lichen Hydraulikfluids von einem Bremszylinder trennende/mit diesem verbindende Ventilanordnung (23) geschlossen wird, bevor der Aktuator (14) das Verdrängungselement (12) im Sinne einer Erhöhung des Drucks in dem Hydraulikfluid in dem abgeschlosse nen Bereich (4b) verformt und/oder verschiebt.