DE4239386A1

DE4239386A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb

Info

Publication number: DE4239386A1
Application number: DE4239386A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Kircher; Peter E Dipl Ing Dr Rieth; Karlheinz Dipl Ing Dr Bill; Juergen Dipl Ing Balz; Lothar Kunze; Georg Ing Grad Halasy-Wimmer
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-05-26
Also published as: FR2698331B1; FR2698331A1; US5421643A; US5551764A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die mittels eines Betätigungspedals betätigbar ist, mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor sowie hydraulischen Reibungsbremsen, die an einen Hauptbremszylinder angeschlossen sind, mit Mitteln zur Erfassung eines im Hauptbremszylinder herrschenden Druckes, mit einem elektronischen Regler, dem das Ausgangssignal eines den Betätigungszustand des Betätigungspedals erfassenden Sensors zugeführt wird, sowie einem den bzw. die elektrischen Antriebsmotoren steuernden Steuergerät.

Eine derartige Bremsanlage ist im Artikel "Design of a Lightweight Braking System für Electric Cars" (SAE-Paper 920649 vom Januar 1992) beschrieben. Die hydraulischen Reibungsbremsen sind dabei an die entsprechenden Druckräume des Hauptbremszylinders unter Zwischenschaltung von Ventilanordnungen angeschlossen, die durch je ein elektromagnetisch betätigbares Bypaßventil sowie ein durch den im hydraulischen Druckraum des Hauptzylinders herrschenden Druck betätigbares Differenzdruckregelventil gebildet sind, die vorzugsweise parallel geschaltet sind. Die die Bypaßventile betätigenden Elektromagneten werden durch die die elektrischen Antriebsmotoren steuernden Steuergeräte angesteuert.

Als nachteilig wird bei der vorbekannten Bremsanlage ihre Pedalcharakteristik empfunden, die nur sehr unvollkommen der Pedalcharakteristik eines Standard-Pkw′s entspricht und die eine breite Hysterese sowie zwei Abschnitte unterschiedlicher Steigung aufweist, die ein diskontinuierliches Pedalgefühl zur Folge haben. Außerdem ist die bekannte Bremsanlage nicht in der Lage, das wechselnde Bremsvermögen der elektrischen Antriebsmotoren zu berücksichtigen. Weniger vorteilhaft ist auch der getrennte Einbau des Hauptbremszylinders und der Ventilanordnungen anzusehen, der mit einem erheblichen Platzbedarf zusammenhängt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, deren Pedalcharakteristik weitgehend der eines Standard-Pkw′s entspricht. Gleichzeitig soll die gewünschte Pedalcharakteristik eine schmale Hysterese sowie einen kontinuierlichen Verlauf aufweisen, so daß dem Fahrer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt wird. Schließlich soll die Bremsanlage jederzeit in der Lage sein, auf wechselndes Bremsvermögen der elektrischen Antriebsmotoren einzugehen. Außerdem soll sie platzsparend unter Verwendung von kostengünstig herstellbaren Einzelteilen aufgebaut werden können.

Eine erste Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß das Betätigungspedal mit einer eine vorbestimmbare Kennlinie aufweisenden Feder in kraft-/wegübertragender Verbindung steht und daß der Hauptbremszylinder, vom Betätigungspedal abgekoppelt, durch einen vom Regler ansteuerbaren Elektromagneten betätigbar ist.

Eine besonders kostengünstig herstellbare Ausführung des Erfindungsgegenstandes, bei der am Betätigungspedal eine Betätigungsstange angelenkt ist, besteht darin, daß die Betätigungsstange eine Platte trägt, an der die Feder abgestützt ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Feder wirkungsmäßig vom Betätigungspedal abkoppelbar angeordnet, wobei die Betätigungsstange eine Platte trägt, die mit einem bei Betätigung ansteuerbaren, zweiten Elektromagneten zusammenwirkt, an dem die Feder abgestützt ist. Durch diese Maßnahmen wird eine vorteilhafte Verringerung der Betätigungskraft bei einer Fehlererkennung bzw. einem Stromausfall erreicht. Der zweite Elektromagnet kann dabei entweder vom Regler oder einem mit dem Betätigungspedal zusammenwirkenden Bremslichtschalter angesteuert werden.

Um bei einem Stromausfall eine ausreichende Bremswirkung zu erreichen ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Platte mit einer den Hauptzylinderkolben betätigenden Kolbenstange in Eingriff bringbar ist.

Bei einer besonders kompakten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit ist der Elektromagnet koaxial zum Hauptbremszylinder so angeordnet, daß dessen Anker die Kolbenstange radial umgreift und an einem daran ausgebildeten Bund größeren Durchmessers axial anliegt.

Eine sichere Anlage der mit dem Betätigungspedal verbundenen Platte am zweiten Elektromagneten wird nach einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, daß zwischen dem Anker des Elektromagneten (Hubmagnet) und der Platte eine zweite Feder angeordnet ist.

Eine besonders wirksame Kopplung bzw. Verriegelung zwischen der Feder und dem Betätigungspedal wird bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Elektromagnet begrenzt axial verschiebbar angeordnet ist und mit einem hydraulischen Kolben zusammenwirkt, der einen hydraulischen Raum begrenzt, dessen Verbindung mit dem Druckmittelvorratsbehälter bei Betätigung absperrbar ist, und daß die Feder am Elektromagneten abgestützt ist. Der Kolben ist dabei vorzugsweise als Ringkolben ausgeführt und begrenzt in einem vorzugsweise an einer Karosseriewand des Kraftfahrzeuges anbringbaren Flansch den als Ringraum ausgebildeten Raum, in dem ein den Ringraum absperrendes, vorzugsweise stromlos offenes Ventil angeordnet ist, das vom Regler oder von einem mit dem Betätigungspedal zusammenwirkenden Bremslichtschalter ansteuerbar ist. Eine derart aufgebaute Bremsanlage kann den Fahrerverzögerungswunsch beliebig auf die im Bremsmodus arbeitenden elektrischen Antriebsmotoren sowie die hydraulischen Reibungsbremsen aufteilen, und zwar ohne Rückwirkung auf das Pedalgefühl.

Bei einer gewichtsoptimierten Betätigungseinheit der erfindungsgemäßen Bremsanlage besteht das Hauptzylindergehäuse aus Kunststoff und ist mit dem Druckmittelvorratsbehälter einstückig ausgebildet.

Eine Minimierung der Anzahl der möglichen Leckstellen wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht, daß die Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Druckmittelvorratsbehälter durch zwei im Flansch ausgebildete Bohrungen, sowie einen am Druckmittelvorratsbehälter angeformten, an eine der Bohrungen anschließenden rohrförmigen Druckmittelkanal gebildet ist.

Ein andere Ausführungsform, die vor allem in dem Vorderbau des Kraftfahrzeuges nur kurz baut, in dem üblicherweise der Batteriepack untergebracht ist, sieht vor, daß der Hauptbremszylinder unter Zwischenschaltung der Karosseriewand mit dem Flansch verbunden ist. Dabei ist es sinnvoll, wenn der Flansch mit dem Elektromagneten eine Baugruppe bilden, die den Regler trägt.

Eine kostengünstig herstellbare Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Hauptzylinderkolben als Tauchkolben ausgeführt ist und in einer im Hauptzylindergehäuse angeordneten Gleitführung verschiebbar geführt ist.

Durch diese Maßnahmen wird eine Verwendung von Kunststoffkolben ermöglicht, durch deren Formgebung teuere Ausgleichsbohrungen (sog. Schnüffellöcher) vermieden werden können.

Weitere Kostenvorteile ergeben sich bei einer weiteren Ausführung des Erfindungsgegenstandes, bei der die Gleitführung einerseits als axialer Anschlag für den Hauptzylinderkolben und andererseits als Anlagefläche für eine den Hauptzylinderkolben vorspannende Rückstellfeder dient.

Die Gleitführung ist dabei als eine mit einem Außengewinde versehene Hülse ausgebildet, die im Hauptzylindergehäuse eingeschraubt ist. Durch diese Maßnahmen werden erhebliche Fertigungsvorteile erreicht.

Ein mechanischer Durchgriff bei einem Bruch der mit dem Betätigungspedal zusammenwirkenden Feder wird bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch sichergestellt, daß die Betätigungsstange mit einer den Hauptzylinderkolben betätigenden Kolbenstange in Eingriff bringbar ist.

Um die Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen Bremsanlage zu erhöhen sieht schließlich eine weitere Ausführung vor, daß eine Einrichtung zur Erfassung des Schaltzustands des Ventils vorgesehen ist. Das Ventil ist dabei vorzugsweise als Elektromagnetventil ausgebildet, wobei die Einrichtung Änderungen der Induktivität seiner Spule sensiert, die durch Änderungen des Schaltzustandes des Ventils hervorgerufen werden.

Bei zweikreisig wirkenden Bremsanlagen ist es dabei vorteilhaft, wenn der Hauptbremszylinder als Tandemhauptzylinder ausgeführt ist.

Bei weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind die Mittel zur Erfassung des im Hauptbremszylinder herrschenden Druckes durch einen Drucksensor bzw. einen das Magnetfeld des den Hauptbremszylinder betätigenden Elektromagneten erfassenden Magnetfeldsensor gebildet. Die zuletzt genannte Lösung ist als besonders vorteilhaft anzusehen, da kein Eingriff in die Hydraulik erforderlich ist.

Eine zweite Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, bei der der Hauptbremszylinder einen ersten Druckraum sowie einen zweiten Druckraum aufweist, wobei an den ersten Druckraum ein Druckgeber angeschlossen ist, der einer Erfassung der Betätigungskraft bzw. einer Ansteuerung des den bzw. die elektrischen Antriebsmotoren steuernden Steuergerätes dient, während an den zweiten Druckraum eine aus einem Bypaß - sowie einem Differenzdruckregel ventil bestehende Ventilanordnung angeschlossen ist, deren Ausgang mit den hydraulischen Reibungsbremsen verbunden ist, besteht darin, daß die Ventilanordnung im Hauptzylindergehäuse angeordnet ist und aus einem einzigen Ventil besteht. Durch diese Maßnahme wird ein besonders kompakter Aufbau der Betätigungseinheit erreicht, bei der eine Einsparung von Verbindungsleitungen bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl von möglichen Leckstellen ermöglicht wird.

Das Bypaßventil sowie das Differenzdruckregelventil sind dabei vorzugsweise durch einen mittels eines Schließkörpers (Kugel) verschließbaren Dichtsitz gebildet, der in einem mit dem im zweiten Druckraum herrschenden hydraulischen Druck beaufschlagbaren, begrenzt verschiebbaren Kolben ausgebildet ist, wobei der Schließkörper mit einem elektromagnetisch verschiebbaren Stößel zusammenwirkt, dessen Position die Lage des Kolbens und damit den Wirkeinsatzpunkt der Druckregelphase bestimmt.

Eine einfache Bearbeitung des Hauptzylindergehäuses wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch ermöglicht, daß die Ventilanordnung rotationssymmetrisch ausgebildet und am Ende des Hauptzylindergehäuses so angeordnet ist, daß ihre Symmetrieachse mit der Hauptzylinder-Längsachse übereinstimmt.

Um eine Verkürzung der axialen Baulänge der Betätigungseinheit zu erreichen ist die Ventilanordnung rotationssymmetrisch ausgebildet und am Ende des Hauptzylindergehäuses so angeordnet, daß ihre Symmetrieachse mit der Hauptzylinder-Längsachse einen Winkel von 0° bis 90° einschließt.

Eine sogenannte Fail-Safe-Stellung der Ventilanordnung, in der bei einem Stromausfall eine Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum des Hauptbremszylinders und den hydraulischen Reibungsbremsen und somit eine Möglichkeit eines Druckaufbaus gewährleistet sind, wird bei einer weiteren Ausführung der Erfindung dadurch erreicht, daß der Stößel in Öffnungsrichtung der Ventilanordnung mittels einer Druckfeder vorgespannt ist.

Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn der Stößel mittels einer kraftübertragenden Verbindung mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist und in einer im Gehäuse des Elektromagneten ausgebildeten Sackbohrung geführt ist, deren Länge geringfügig größer bemessen ist als der Betätigungshub des Stößels. Dadurch wird sichergestellt, daß bei fehlerhafter Befestigung des Ankers am Stößel ein Notanschlag für den Stößel zur Verfügung steht.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Elektromagnet als Proportionalmagnet ausgeführt ist. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, den Wirkeinsatzpunkt der Druckregelphase individuell zu variieren.

Für die Funktion der erfindungsgemäßen Bremsanlage ist es besonders wichtig, daß der den zweiten Druckraum begrenzende Hauptzylinderkolben in kraftübertragenden Eingriff mit dem Kolben bringbar ist. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß bei einem hydraulischen Ausfall des zweiten Druckraums ein fußkraftproportionaler verwertbarer Pedalweg entfällt. Die Kraftübertragung erfolgt dabei vorzugsweise mittels einer am zweiten Hauptzylinderkolben axial anliegenden zylindrischen Hülse.

Eine Wegsimulatorfunktion wird bei einem Ausfall des zweiten Druckraumes dadurch verwirklicht, daß der Kolben einerseits an einem sich am Gehäuse des Elektromagnets abstützenden Tellerfederpaket und andererseits an einem hauptzylindergehäusefesten Anschlag anliegt. Das Gehäuse des Elektromagneten ist dabei als axialer Anschlag für den Kolben ausgebildet.

Eine Erhöhung der Betriebssicherheit der erfindungsgemäßen Bremsanlage wird schließlich dadurch erreicht, daß der im ersten Druckraum herrschende hydraulische Druck ausschließlich der Betätigung des Drucksensors dient, so daß die Bremswirkung der elektrischen Antriebsmotoren ohne Einfluß der hydraulischen Reibungsbremsen gewährleistet ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung hervor, in der für einander entsprechende Einzelteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsanlage in einer vereinfachten schematischen Darstellung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bremsanlage in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung;

Fig. 3 die Betätigungseinheit der in Fig. 1 gezeigten Bremsanlage im Teilschnitt und größerem Maßstab;

Fig. 4 eine zweite Ausführung der Betätigungseinheit für die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Bremsanlage; und

Fig. 5 die Betätigungseinheit der in Fig. 2 gezeigten Bremsanlage im Schnitt und größerem Maßstab.

Wie insbesondere den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, besteht die erfindungsgemäße Bremsanlage aus einer mittels eines Betätigungspedals 5 betätigbaren Betätigungseinheit 90, 110, die einen Hauptbremszylinder 11 aufweist, an den über hydraulische Leitungen 58,59 hydraulische Reibungsbremsen 50, 60 angeschlossen sind, die den Rädern 1, 2 einer Fahrzeugachse, beispielsweise der Vorderachse, zugeordnet sind. Die mit den hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 ausgestatteten Räder 1, 2 werden durch elektrische Antriebsmotoren 10, 20, angetrieben, während die Räder 3, 4 der anderen Fahrzeugachse durch weitere elektrische Antriebsmotoren 30, 40 angetrieben werden. Die elektrischen Antriebsmotoren 10, 20, 30, 40, die zum Abbremsen des Fahrzeugs verwendet werden können, sind zu diesem Zweck an ein Steuergerät 80 angeschlossen, dem Steuersignale eines elektronischen Reglers 70 zugeführt werden, der gemäß einem Fahrerverzögerungswusch die Zusammenwirkung der hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 mit den elektrischen Antriebsmotoren 10, 20, 30, 40 in Abhängigkeit von Ausgangssignalen eines vom Betätigungspedal 5 betätigbaren Bremslichtschalters 100 sowie eines einen dem Fahrerwunsch entsprechenden hydraulischen Druck bzw. einen im Hauptbremszylinder 11 herrschenden Druck erfassenden Drucksensors 140 (Fig. 1) bzw. 130 (Fig. 2) steuert.

Die bei der erfindungsgemäßen Bremsanlage nach Fig. 1 verwendete Betätigungseinheit 90 ist in größerem Maßstab in Fig. 3 dargestellt, die vor allem den Hauptzylinder 11 erkennen läßt, dessen Hauptzylinderkolben 54 mittels einer Kolbenstange 15 betätigbar ist. Der als Tauchkolben ausgeführte Hauptzylinderkolben 54 wird dabei vorzugsweise in einer durch eine Kunststoffhülse gebildeten Gleitführung 55 verschiebbar geführt, die, mit einem Außengewinde 57 versehen, in dem ebenfalls aus Kunststoff bestehenden Hauptzylindergehäuse 53 eingeschraubt ist. Für die Abdichtung des Hauptzylinderkolbens 54 gegenüber der Gleitführung 55 sowie einem an dem Hauptzylindergehäuse 53 einteilig angeformten Druckmittelvorratsbehälter 65 sorgen je eine in der Gleitführung 55 bzw. dem Hauptzylindergehäuse 53 angeordnete Dichtmanschette 61 bzw. 62. An der einen axialen Anschlag für den Hauptzylinderkolben 54 bildenden Gleitführung 55 stützt sich eine den Hauptzylinderkolben 54 entgegen der Betätigungsrichtung vorspannende Rückstellfeder 56 ab. Bei einer Befestigung der Betätigungseinheit im Fahrzeug bzw. an einer Karosseriewand 49 wird das Hauptzylindergehäuse 53 mit einem Flansch 51 verschraubt, wobei die Karosseriewand 49 zwischen Hauptzylinder 11 und Flansch 51 eingeklemmt wird. Der Flansch 51 bildet zusammen mit einem vorzugsweise koaxial zum Hauptbremszylinder 11 begrenzt beweglich bzw. verschiebbar angeordneten Elektromagneten 9 eine Baugruppe und dient der Führung eines Ringkolbens 44, der in kraftübertragender Verbindung mit dem Elektromagneten 9 steht. Der Ringkolben 44 begrenzt im Flansch 51 einen hydraulischen Raum 45, dessen Verbindung 46, 47, 48 mit dem Druckmittelsvorratsbehälter 65 mittels eines Ventils 52, beispielsweise eines stromlos offenen Elektromagnetventils, absperrbar ist. Die vorhin erwähnte Verbindung besteht aus zwei im Flansch 51 vorzugsweise senkrecht zueinander ausgebildeten Bohrungen 46, 47, in deren Schnittpunkt der nicht näher bezeichnete Ventilsitz des Ventils 52 angeordnet ist, sowie einem am Druckmittelvorratsbehälter 65 einteilig angeformten rohrförmigen Druckmittelkanal 48, der an die waagerecht verlaufende Bohrung 47 anschließt.

Um eine Betätigung des Hauptbremszylinders 11 durch den Elektromagneten 9 bei von der Kolbenstange 15 abgekoppeltem Betätigungspedal 5 zu ermöglichen, ist die Kolbenstange 15 mit einem Ringbund 16 größeren Durchmessers versehen, an dem der Anker 13 des Elektromagneten 9 axial anliegt.

Wenn der Bedarf an Bremswirkung alleine von den im Bremsmodus arbeitenden elektrischen Antriebsmotoren 10, 20, 30, 40 (Fig. 1, 2) aufgebracht werden kann, muß dem Fahrer des Fahrzeuges ein entsprechendes Pedalgefühl vermittelt werden. Zu diesem Zweck ist eine wirkungsmäßig zwischen dem Betätigungspedal 5 und dem Elektromagneten 9 angeordnete Feder 8 vorgesehen, die eine vorbestimmbare Kennlinie aufweist und die die bei hydraulischen Bremsvorgängen entstehende Reaktionskraft simuliert.

Um bei einem Bruch der Simulatorfeder 8 die am Betätigungspedal 5 eingeleitete Betätigungskraft auf den Hauptzylinderkolben 54 zu übertragen, kann seine Kolbenstange 15 mit einer am Betätigungspedal 5 angelenkten Betätigungsstange 6 in Eingriff gebracht werden. Außerdem ist es sinnvoll, wenn der Regler 70 von der Baugruppe Flansch-Elektromagnet getragen wird, so daß er sich bei der gezeigten Anordnung im Fahrgastraum befindet, wo er von Korrosionseinflüssen, wie z. B. Spritzwasser und Batterieraumatmosphäre, geschützt ist.

Wird nun ein Bremsvorgang durch Niederdrücken des Betätigungspedals 5 eingeleitet, bei dem beispielsweise nur 30% der Gesamtbremswirkung benötigt werden, die alleine durch die elektrischen Antriebsmotoren 10 bis 40 aufgebracht werden können, so wird der Betätigungszustand des Betätigungspedals 5 sowohl vom Bremslichtschalter 100 als auch dem den hydraulischen Druck im Ringraum 45 sensierenden Drucksensor 140 erkannt und dem Regler 70 mitgeteilt, dessen Steuersignal dem Steuergerät 80 zugeführt wird. Das Steuergerät 80 bewirkt ein Umschalten der elektrischen Antriebsmotoren 10 bis 40 in den Bremsmodus, in dem sie in der Lage sind, eine Abbremsung der Räder 1 bis 4 durchzuführen. Gleichzeitig wird durch ein zweites Steuersignal des Reglers 70 das Ventil 52 umgeschaltet, so daß die Verbindung 46 bis 48 zwischen dem Ringraum 45 und dem Druckmittelsvorratsbehälter 65 unterbrochen und der Ringraum 45 hydraulisch abgesperrt wird. Durch das Absperren des Ringraums 45 wird auch der Elektromagnet 9 in der Ausgangslage blockiert, so daß die Betätigungskraft über die Simulatorfeder 8 und den Elektromagneten 9 auf den Ringkolben 44 übertragen wird und im Ringraum 45 eine Druckerhöhung stattfindet, die mittels eines des Drucksensors 140 sensiert wird. Zeigt der Drucksensor 140 an, daß eine größere Bremswirkung als von den Antriebsmotoren erbracht wird, vom Fahrer gewünscht wird, so erzeugt der Regler 70 Steuersignale, die ein Bestromen des Elektromagneten 9 zur Folge haben, dessen Anker 13 mittels der Kolbenstange 15 ein Verschieben des Hauptzylinderkolbens 54 und somit einen Druckaufbau in den an den Hauptzylinder 11 angeschlossenen hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 bewirkt. Bei einem Stromausfall bleibt dagegen die Verbindung 46 bis 48 offen, so daß das im Ringraum 45 eingeschlossene Druckmittelvolumen durch Verschieben der Teile 6, 8, 9, 13, 44 in den Druckmittelvorratsbehälter 65 verdrängt wird und die hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 durch das Verschieben des Hauptzylinderkolbens 54 betätigt werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Betätigungseinheit trägt die am Betätigungspedal 5 angelenkte Betätigungsstange 6 eine Platte 7, die mit einem zweiten Elektromagneten 19 zusammenwirkt. Die oben erwähnte Simulatorfeder 8 ist zwischen dem Gehäuse des ersten Elektromagneten 9 und dem zweiten, vorzugsweise koaxial zur Betätigungsstange 6 angeordneten zweiten Elektromagneten 19 eingespannt, wobei der Betätigungsweg des Betätigungspedals 5 mittels eines die Bewegung der Platte 7 erfassenden Wegsensors 17 ermittelt wird. Die sichere Anlage der Platte 7 am zweiten Elektromagneten 19 wird durch die Wirkung einer zweiten Druckfeder 18 gewährleistet, die sich am Anker 13 des ersten Elektromagneten 9 abstützt. Wird nun die nicht näher bezeichnete Wicklung des zweiten Elektromagneten 19 bestromt, beispielsweise durch Ansteuerung des Reglers 70 (Fig. 1) durch den Bremslichtschalter 100, so wird die Platte 7 durch die elektromagnetische Anziehungskraft des Elektromagneten 19 an diesem gehalten, so daß bei der Betätigung die Kraft der Feder 8 zu überwinden ist. Der Abstand zwischen der Platte 7 und dem Ende der den Hauptzylinderkolben 14 verschiebenden Kolbenstange 15 ist dabei vorzugsweise so bemessen, daß bei einem Stromausfall oder einer Fehlererkennung, bei der sowohl der erste (9) als auch der zweite Elektromagnet 19 nicht bestromt werden und die Simulatorfeder 8 wirkungsmäßig vom Betätigungspedal 5 abgekoppelt wird, eine mechanische Übertragung der Betätigungskraft auf die Kolbenstange 15 erfolgen kann. Der im Hauptbremszylinder 11 herrschende Druck wird bei Betätigung mittels eines daran angeschlossenen Drucksensors 21 sensiert, wobei auch andere Möglichkeiten der Sensierung des Hauptzylinderdruckes, beispielsweise durch Erfassen des Magnetfeldes des ersten Elektromagneten 9, denkbar sind.

Die in Fig. 5 gezeigte Betätigungseinheit besteht im wesentlichen aus einem Hauptbremszylinder 22, in dessen Hauptzylindergehäuse 23 eine Ventilanordnung 120 angeordnet ist, deren Aufgabe im nachfolgenden Text näher erläutert wird. Der Hauptbremszylinder 22 weist dabei zwei hintereinander angeordnete Hauptbremszylinderkolben 37, 38 auf, die zwei Druckräume 24, 25 begrenzen, die über an sich bekannte, nicht näher bezeichnete Ventile mit einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 43 in Verbindung stehen. Während der im ersten Druckraum 24 herrschende Druck mittels des lediglich schematisch angedeuteten Drucksensors 130 (Fig. 2) erfaßt wird, wird der zweite Druckraum 25 von einem axial begrenzt verschiebbaren hydraulischen Kolben 32 begrenzt, der, an einem hauptzylindergehäusefesten Anschlag 42 anliegend, den zweiten Druckraum 25 von einem weiteren hydraulischen Raum 26 trennt, an den die hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 (Fig. 2) angeschlossen sind. Der Kolben 32, der einen Bestandteil der vorhin erwähnten Ventilanordnung 120 bildet, ist mit einer Stufenbohrung 63 versehen, an deren dem zweiten Druckraum 25 zugewandtem Ende ein Ventilsitz 31 ausgebildet ist, der durch einen Schließkörper verschließbar ist, der durch eine in Ventilschließrichtung federnd vorgespannte Kugel gebildet ist. Mit dem Schließkörper 27 wirkt ein mittels eines Elektromagneten 28 betätigbarer Stößel 33 zusammen, der mit dem Anker 29 des Elektromagneten 28 fest verbunden ist und in Ventilöffnungsrichtung durch eine Feder 34 vorgespannt ist, die sich am Gehäuse 35 des Elektromagneten 28 abstützt. Das Gehäuse 35 des Elektromagneten 28 weist in seinem hinteren Teil eine Sackbohrung 36 auf, dessen Länge nur geringfügig größer bemessen ist als der Betätigungshub des Stößels 33, der bei einem eventuellen Lösen seiner kraftübertragenden Verbindung mit dem Anker 29 zur Anlage am Boden der Sackbohrung 36 kommen kann. Das als axialer Anschlag für den Kolben 32 dienende Gehäuse 35 des Elektromagneten 28 begrenzt gleichzeitig den hydraulischen Raum 26 und nimmt in einer zylindrischen Ausnehmung 64 ein Tellerfederpaket 41 auf, an dem der Kolben 32 in der Ruhestellung kraftlos anliegt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ventilanordnung 120, wie in der Zeichnung gezeigt, rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die nicht näher bezeichnete Bohrung im Hauptzylindergehäuse 23 so verschließt, daß ihre Symmetrieachse mit der des Hauptzylinders 22 zusammenfällt. Eine derartige Anordnung ermöglicht nämlich bei einem Ausfall des zweiten Druckraums 25 eine mechanische Kraftübertragung vom zweiten Hauptzylinderkolben 38 auf den Kolben 32, so daß dadurch verhindert wird, daß ein fußkraftproportionaler verwertbarer Pedalweg verloren geht. Die Kraftübertragung erfolgt dabei vorzugsweise mittels einer am zweiten Hauptzylinderkolben 38 axial anliegenden zylindrischen Hülse 39, an der sich eine den zweiten Hauptzylinderkolben 38 vorspannende Kolbenrückstellfeder 66 abstützt.

Die nachfolgende Funktionsbeschreibung der in Fig. 2 und 5 gezeigten erfindungsgemäßen Bremsanlage geht von einem Ruhezustand aus, der in der Zeichnung dargestellt ist. Im Ruhezustand sind sowohl die beiden Druckräume 24 und 25 als auch der hydraulische Raum 26 drucklos, wobei die Druckräume 24 und 25 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 43 und der Raum 26 mit den zweiten Druckraum 25 über das offene Ventil 31, 27 in Verbindung stehen.

Wird nun durch Betätigen des Betätigungspedals 5 ein Bremsvorgang eingeleitet, so bewirkt ein vom Bremslichtschalter 100 erzeugtes Signal ein Bestromen des Elektromagneten 28 der Ventilanordnung 120, dessen Anker 29 den Stößel 33 in der Zeichnung nach links zieht, so daß die Kugel 27 am Dichtsitz 31 zur Anlage kommt und die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 25 und dem Raum 26 bzw. den hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 unterbrochen wird. Eine weitere Druckerhöhung in den Druckräumen 24 und 25 hat zur Folge, daß der an den ersten Druckraum 24 angeschlossene Drucksensor 130 ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Regler 70 zugeführt wird. Das dem Steuergerät 80 zugeführte Steuersignal des Reglers 70 bewirkt ein Umschalten der elektrischen Antriebsmotoren 10, 20, 30, 40 in den Bremsmodus, in dem eine Abbremsung des Fahrzeugs erfolgt. Durch den Druckaufbau im zweiten Druckraum 25 wird der Kolben 32 gegen die Kraft des Tellerfederpakets 41 verschoben und erzeugt damit einen der erzielten Bremswirkung proportionalen Pedalweg. Durch die Bewegung des Kolbens 32 wird lediglich ein Druckmittelvolumen aus dem Raum 26 verdrängt, das zum Anlegen der Beläge der hydraulischen Reibungsbremsen 50, 60 führt.

Wenn der im zweiten Druckraum 25 herrschende Druck über einen bestimmten Wert, beispielsweise 40 bar, hinaus ansteigt, erreicht der Kolben 32 den durch den Elektromagneten 28 positionierten Stößel 33, wobei die Kugel 27 aufgestoßen und die Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 25 und dem Raum 26 freigegeben wird. Dadurch wird der im Raum 26 herrschende Druck erhöht, der einerseits die hydraulischen Bremsen 50, 60 betätigt und andererseits mit dem Tellerfederpaket 41 zusammenwirkend, den Kolben 32 zurückführt, bis das Regelventil 31, 27 wieder geschlossen hat. Bei einem Stromausfall öffnet die Federkraft der Druckfeder 34 in jeder Lage den Dichtsitz 31 und stellt somit eine Verbindung zwischen dem zweiten Druckraum 25 und den hydraulischen Raum 26 her.

Claims

1. Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb, die mittels eines mit einer Betätigungsstange zusammenwirkenden Betätigungspedals betätigbar ist, mit mindestens einem elektrischen Antriebsmotor sowie hydraulischen Reibungsbremsen, die an einen Hauptbremszylinder angeschlossen sind, mit Mitteln zur Erfassung eines im Hauptbremszylinder herrschenden Druckes, mit einem elektronischen Regler, dem das Ausgangssignal eines den Betätigungszustand des Betätigungspedals erfassenden Sensors zugeführt wird, sowie einem den bzw. die elektrischen Antriebsmotoren steuernden Steuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungspedal (5) mit einer eine vorbestimmbare Kennlinie aufweisenden Feder (8) in kraft-/wegübertragender Verbindung steht und daß der Hauptbremszylinder (11), vom Betätigungspedal (5) abgekoppelt, durch einen vom Regler (70) ansteuerbaren Elektromagneten (9) betätigbar ist.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (9) koaxial zum Hauptbremszylinder (11) so angeordnet ist, daß dessen Anker (13) eine den Hauptzylinderkolben (14, 54) betätigenden Kolbenstange (15) radial umgreift und an einem daran ausgebildeten Bund (16) größeren Durchmessers axial anliegt.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange eine Platte trägt, an der die Feder abgestützt ist.

4. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) wirkungsmäßig vom Betätigungspedal (5) abkoppelbar angeordnet ist.

5. Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (6) eine Platte (7) trägt, die mit einem bei Betätigung ansteuerbaren, zweiten Elektromagneten (19) zusammenwirkt, an dem die Feder (8) abgestützt ist.

6. Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Elektromagnet (19) vom Regler (70) oder mit einem mit dem Betätigungspedal (5) zusammenwirkenden Bremslichtschalter (100) ansteuerbar ist.

7. Bremsanlage nach Anspruch 3 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (7) mit der Kolbenstange (15) in Eingriff bringbar ist.

8. Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anker (13) des Elektromagneten (9) und der Platte (7) eine zweite Feder (18) angeordnet ist.

9. Bremsanlage nach Anspruch 4, wobei der Hauptbremszylinder mit einem Druckmittelvorrats behälter versehen ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Elektromagnet (9) begrenzt axial verschiebbar angeordnet ist und mit einem hydraulischen Kolben (44) zusammenwirkt, der einen hydraulischen Raum (45) begrenzt, dessen Verbindung (46, 47, 48) mit dem Druckmittelvorratsbehälter (65) bei Betätigung absperrbar ist, und daß die Feder (8) am Elektromagneten (9) abgestützt ist.

10. Bremsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (44) als Ringkolben ausgeführt und den als Ringraum ausgebildeten Raum (45) in einem vorzugsweise an einer Karosseriewand (49) des Kraftfahrzeuges anbringbaren Flansch (51) begrenzt, in dem ein den Ringraum (45) absperrendes, vorzugsweise stromlos offenes Ventil (52) angeordnet ist.

11. Bremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (52) vom Regler (70) oder von einem mit dem Betätigungspedal (5) zusammenwirkenden Bremslichtschalter (100) ansteuerbar ist.

12. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptzylindergehäuse (53) aus Kunststoff besteht und mit dem Druckmittelvorratsbehälter (65) einstückig ausgebildet ist.

13. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung (46, 47, 48) zwischen dem Ringraum (45) und dem Druckmittelvorratsbehälter (65) durch zwei im Flansch (51) ausgebildete Bohrungen (46, 47), sowie einen am Druckmittelvorratsbehälter (65) angeformten, an eine (47) der Bohrungen (47, 48) anschließenden rohrförmigen Druckmittelkanal (48) gebildet ist.

14. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbremszylinder (11) unter Zwischenschaltung der Karosseriewand (49) mit dem Flansch (51) verbunden ist.

15. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (51) mit dem Elektromagneten (9) eine Baugruppe bilden, die den Regler (70) trägt.

16. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptzylinderkolben (54) als Tauchkolben ausgeführt ist und in einer im Hauptzylindergehäuse (53) angeordneten Gleitführung (55) verschiebbar geführt ist.

17. Bremsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitführung (55) einerseits als axialer Anschlag für den Hauptzylinderkolben (54) und andererseits als Anlagefläche für eine den Hauptzylinderkolben (54) vorspannende Rückstellfeder (56) dient.

18. Bremsanlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitführung (55) als eine mit einem Außengewinde (57) versehene Hülse ausgebildet ist, die im Hauptzylindergehäuse (53) eingeschraubt ist.

19. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (6) mit einer den Hauptzylinderkolben (54) betätigenden Kolbenstange (15) in Eingriff bringbar ist.

20. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Erfassung des Schaltzustands des Ventils (52) vorgesehen ist.

21. Bremsanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (52) als Elektromagnetventil ausgebildet ist, wobei die Einrichtung Änderungen der Induktivität seiner Spule sensiert, die durch Änderungen des Schaltzustandes des Ventils (52) hervorgerufen werden.

22. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der den Betätigungszustand des Betätigungspedals (5) erfassende Sensor durch einen Drucksensor (140) gebildet ist, der an den hydraulischen Raum (45) angeschlossen ist.

23. Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptbremszylinder (11) als Tandemhauptzylinder ausgeführt ist.

24. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung des im Hauptbremszylinder (11) herrschenden Druckes durch einen Drucksensor (21) gebildet sind.

25. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erfassung des im Hauptbremszylinder (11) herrschenden Druckes durch einen das Magnetfeld des Elektromagneten (9) erfassenden Magnetfeldsensor gebildet sind.

26. Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, bei der der Hauptbremszylinder einen ersten Druckraum sowie einen zweiten Druckraum aufweist, wobei an den ersten Druckraum ein Drucksensor angeschlossen ist, der einer Erfassung der Betätigungskraft bzw. einer Ansteuerung des den bzw. die elektrischen Antriebsmotoren steuernden Steuergerätes dient, während an den zweiten Druckraum eine aus einem Bypaß - sowie einem Differenzdruckregelventil bestehende Ventilanordnung angeschlossen ist, deren Ausgang mit den hydraulischen Reibungsbremsen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (120) im bzw. am Hauptzylindergehäuse (23) angeordnet ist und aus einem einzigen Ventil (27, 31) besteht.

27. Bremsanlage nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Bypaßventil sowie das Differenzdruckregelventil durch einen mittels eines Schließkörpers (27) verschließbaren Dichtsitz (31) gebildet sind, der in einem mit dem im zweiten Druckraum (25) herrschenden hydraulischen Druck beaufschlagbaren, begrenzt verschiebbaren Kolben (32) ausgebildet ist, wobei der Schließkörper (27) mit einem elektromagnetisch verschiebbaren Stößel (33) zusammenwirkt, dessen Position die Lage des Kolbens (32) und damit den Wirkeinsatzpunkt einer Druckregelphase bestimmt.

28. Bremsanlage nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (120) rotationssymmetrisch ausgebildet und am Ende des Hauptzylindergehäuses (23) so angeordnet ist, daß ihre Symmetrieachse mit der Hauptzylinder-Längsachse übereinstimmt.

29. Bremsanlage nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilanordnung (120) rotationssymmetrisch ausgebildet und am Ende des Hauptzylindergehäuses (23) so angeordnet ist, daß ihre Symmetrieachse mit der Hauptzylinder-Längsachse einen Winkel von 0° bis 90° einschließt.

30. Bremsanlage nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (33) in Öffnungsrichtung der Ventilanordnung (120) mittels einer Druckfeder (34) vorgespannt ist.

31. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Stößel (33) mittels einer kraftübertragenden Verbindung mit dem Anker (29) eines Elektromagneten (28) verbunden ist und in einer im Gehäuse (35) des Elektromagneten (28) ausgebildeten Sackbohrung (36) geführt ist, deren Länge geringfügig größer bemessen ist als der Betätigungshub des Stößels (33).

32. Bremsanlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (28) als Schaltmagnet ausgeführt ist.

33. Bremsanlage nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (28) als Proportionalmagnet ausgeführt ist.

34. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der den zweiten Druckraum (25) begrenzende Hauptzylinderkolben (38) in kraftübertragenden Eingriff mit dem Kolben (32) bringbar ist.

35. Bremsanlage nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragung mittels einer am zweiten Hauptzylinderkolben (38) axial anliegenden zylindrischen Hülse (39) erfolgt.

36. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 26 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (32) einerseits an einem sich am Gehäuse (35) des Elektromagnets (28) abstützenden Tellerfederpaket (41) und andererseits an einem hauptzylindergehäusefesten Anschlag (42) anliegt.

37. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 26 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (35) des Elektromagneten (28) als axialer Anschlag für den Kolben (32) ausgebildet ist.

38. Bremsalage nach einem der Ansprüche 26 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der im ersten Druckraum (24) herrschende hydraulische Druck ausschließlich der Betätigung des Drucksensors (130) dient.

39. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 26 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (70) am Hauptzylindergehäuse (23) angebracht ist.