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Die
vorliegende Erfindung betrifft Steuerungssysteme für Fahrzeugbremsen,
die einen Hauptzylinder und einen Differenzdruck-Kraftverstärker aufweisen.
Das Dokument
GB 1423109 wird
als nächster
Stand der Technik betrachtet und zeigt ein solches Bremssteuerungssystem.
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Mit
einem derartigen Steuerungssystem benötigt die Durchführung eines
Bremsvorgangs eine gewisse Zeit. Wenn der Fahrer beispielsweise
den Fuß auf
dem Gaspedal hat und plötzlich
eine Notbremsung durchführen
muss, erfordert es:
- – einige Millisekunden, um
zu entscheiden, den Fuß vom
Gaspedal zu nehmen,
- – einige
hundert Millisekunden, um den Fuß tatsächlich vom Gaspedal zu nehmen
und das Bremspedal zu drücken,
- – eine
gewisse Zeit, um die Trägheitskräfte und Rückstellkräfte zu überwinden,
die in dem Kraftverstärker
auftreten, um diesen mittels eines mit dem Bremspedal gekoppelten
Steuerungsschaftes zu aktivieren, und eine gewisse Zeit, um den Hauptkolben
im Hauptzylinder bis zu dem Punkt zu verschieben, wo tatsächlich ein
Hydraulikdruck in dem Hauptzylinder erzeugt wird, was wiederum einige
zehn Millisekunden ausmacht. Damit sich ein Hydraulikdrucks in der
oder den Bremsflüssigkeitskammern
des Hauptzylinders aufbaut, ist es erforderlich die Ausgleichsleitungen
oder -ventile schließt,
die gewährleisten
sollen, dass die Kammer(n) im Ruhezustand wieder auf Umgebungsdruck
zurückkehrt
(zurückkehren).
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Steuerungssystem der oben
genannten Art bereitzustellen, welches die zur Durchführung eines
Bremsvorgangs erforderliche Zeit, insbesondere in Notfällen und
insbesondere dann, wenn das Fahrzeug mit einer hohen Ausgangsgeschwindigkeit
und gedrücktem
Gaspedal (oder, unabhängig
vom genauen Typ, mit aktiviertem Gassteuerungsmittel) fährt, zu
reduzieren.
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Dazu
stellt die Erfindung ein Steuerungssystem für Fahrzeugbremsen bereit, mit:
einem Hauptzylinderkörper,
der eine Bohrung aufweist, in welcher wenigstens ein beweglicher
Primärkolben
angeordnet ist, der wenigstens eine Kammer mit variablem Volumen
begrenzt, welche zur Aufnahme einer Bremsflüssigkeit dient, und einem Differenzdruck-Kraftverstärker, der
eine Einfassung, deren eine Endwand mit dem Hauptzylinderkörper verbunden
ist, eine bewegliche Trennwand, welche in der Einfassung eine erste
Kammer, die sich auf der zu dem Hauptzylinderkörper gerichteten Seite befindet und
mit einer außerhalb
der Einfassung befindlichen Quelle von Luft mit niedrigem Druck
verbunden werden kann, von einer zweiten Kammer trennt, die auf der
dem Hauptzylinder gegenüberliegenden
Seite angeordnet ist, ein Drei-Wege-Ventil zur selektiven Verbindung
der zweiten Kammer mit der ersten Kammer oder einer außerhalb
der Einfassung befindlichen Quelle von Luft mit hohem Druck umfasst,
wobei das Drei-Wege-Ventil
einen Ventilkörper
aufweist, der mit der Trennwand verbunden und mit dem Primärkolben
gekoppelt ist, um auf diesen eine Antriebskraft zu übertragen,
die aus einem Druckunterschied resultiert, der auf die Trennwand
ausgeübt wird,
wenn die zweite Kammer mit der Hochdruckquelle verbunden ist, und
ein pneumatisches Stellglied aufweist, welches eine Arbeitskammer
aufweist, die mit einer Eingangsleitung und einem elektrischen Kommutationsmittel
versehen ist, um die Arbeitskammer selektiv mit der Niederdruckquelle
oder der Hochdruckquelle zu verbinden, sowie einem Stellkolben,
der von dem Ventilkörper
unabhängig
ist und mit einem der Elemente der den Hauptzylinderkörper und
den Primärkolben
bildenden Gruppe gekoppelt ist, damit dann, wenn das Kommutationsmittel
eine kommunizierende Verbindung zwischen der Arbeitskammer und der
Hochdruckquelle herstellt, ein Druckunterschied den Stellkolben
und das Element bezüglich
der anderen Elemente in eine Richtung verschiebt, die der Erzeugung
eines Flüssigkeitsdrucks
in der wenigstens einen Kammer mit variablem Volumen entspricht.
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Somit
kann das pneumatische Stellglied den Primärkolben und den Hauptzylinderkörper um
eine gewisse Strecke gegeneinander verschieben, um beispielsweise
die Ausgleichsleitung oder das Ausgleichsventil der Kammer mit variablem
Volumen wenigstens der Primärkammer
im Fall eines Tandem-Hauptzylinders zu schließen und einen geringen Hydraulikdruck
in dieser Kammer zu erzeugen, beispielsweise in der Größenordnung
von 4 bar. Somit wird wenigstens ein Teil der unwirksamen Verschiebung
des Primärkolbens
und folglich ein Teil der unwirksamen Arbeit des Kraftverstärkers von
dem pneumatischen Stellglied übernommen.
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Ein
derartiges pneumatisches Stellglied weist außerdem den Vorteil auf, dass
es mit dem gleichen Druckquellen wie der Differenzdruck-Kraftverstärker arbeitet,
was die Installation und den Anschluss des Stellgliedes in unmittelbarer
Nähe des Kraftverstärkers unter
Berücksichtigung
der im allgemeinen einzuhaltenden Einschränkungen hinsichtlich des Platzbedarfes,
denen man sich bei Kraftfahrzeugen gegenübersieht, vereinfacht. Das
elektrische Kommutationsmittel ermöglicht eine automatische und
schnelle Aktivierung des pneumatischen Stellgliedes zu dem Zeitpunkt,
an welchem eine Verzögerung
benötigt
wird, was es ermöglicht,
die Zeit zur Erzeugung des hydraulischen Bremsdruckes und folglich
den Halteweg des Fahrzeugs beträchtlich
zu verringern.
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Bevorzugt
wird das elektrische Kommutationsmittel von einer Steuereinheit
gesteuert, die mit einem Sensor verbunden ist, der die Position
oder die Verschiebung eines Gassteuerungsmittels des Fahrzeugs,
beispielsweise eines Gaspedals, registrieren kann, so dass standardmäßig eine
kommunizierende Verbindung der Arbeitskammer mit der Niederdruckquelle
und, wenn eine Freigabe des Gassteuerungsmittels detektiert wird,
eine kommunizierende Verbindung der Arbeitskammer mit der Hochdruckquelle hergestellt
werden kann. Aufgrund dieser Steuerungsweise des Kommutationsmittels
wird die Aktivierung des pneumatischen Stellgliedes auf antizipierende
Weise realisiert, beispielsweise sobald der Fahrer den Fuß vom Gaspedal
nimmt. Das elektrische Kommutationsmittel ist beispielsweise ein
Magnetventil.
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Bevorzugt
weist der Stellkolben eine zweite bewegliche Wand auf, welche die
Arbeitskammer in Form einer dritten Kammer in der Einfassung begrenzt.
Somit ist das pneumatische Stellglied in der Einfassung des Kraftverstärkers integriert,
was den Platzbedarf des Systems reduziert.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform
ist der Stellkolben mit dem Körper
des Hauptzylinders gekoppelt. In diesem Fall trennt die zweite Trennwand
die erste Kammer hermetisch von der dritten Kammer, die sich auf
der zum Hauptzylinderkörper gerichteten
Seite befindet, wobei der Hauptzylilnderkörper bezüglich der Einfassung verschiebbar
und mit der zweiten Trennwand verbunden ist.
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Vorteilhaft
ist die zweite Trennwand an einem Endabschnitt des Hauptzylinderkörpers fixiert, der
durch die Endwand der Einfassung hindurch verschiebbar angeordnet
ist.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform weist
der Hauptzylinder ein Anschlagteil auf, das außerhalb der Einfassung angeordnet
ist und gegen die Endwand der Einfassung in Anschlag kommen kann, um
den Hub des Hauptzylinders ins Innere der Einfassung hinein zu begrenzen.
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Vorteilhaft
weist die Einfassung eine zylindrische Wand auf, die sich ausgehend
von der Endfassung der Einwand parallel zum Hauptzylinderkörper erstreckt,
wobei sich die zweite Trennwand hermetisch im Inneren der zylindrischen
Wand verschieben lässt.
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Vorteilhaft
weist die zylindrische Wand einen ins Innere der zylindrischen Wand
orientierten Rand auf. Bevorzugt ist eine Rückstellfeder in Anlage zwischen
dem Rand und der zweiten Trennwand angeordnet, um den Hauptzylinderkörper Richtung Äußeres der
Einfassung zurückzustellen.
Ein solcher Rand kann auch als Anschlagteil dienen, um den Hub der
zweiten Trennwand ins Innere der Einfassung zu begrenzen.
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Gemäß einer
weiteren speziellen Ausführungsform
ist der Stellkolben mit dem Primärkolben gekoppelt.
In diesem Fall wird eine vierte Kammer, die mit der Niederdruckquelle
verbunden werden kann, zwischen der zweiten Trennwand und der in Richtung
Hauptzylinderkörper
orientierten Endwand der Einfassung definiert, wobei die dritte
Kammer auf der anderen Seite der zweiten Trennwand zwischen der
zweiten Trennwand und einer feststehenden Zwischenwand, welche die
dritte Kammer von der ersten Kammer trennt, definiert ist, wobei
die Zwischenwand eine Öffnung
aufweist, in welcher ein Kraftausleitungselement, beispielsweise
ein Schaft, hermetisch dicht verschiebbar ist, wobei der Stellkolben
einen mit der zweiten Trennwand verbundenen Stößel aufweist, der parallel
zu dem Kraftausleitungselement zwischen der zweiten Trennwand und
dem Primärkolben
angeordnet ist.
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Vorzugsweise
ist der Stößel hohl
und um das Kraftausleitungselement herum verschiebbar ausgebildet.
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Vorzugsweise
trägt der
Stößel ein
Anschlagteil, das gegen die Einfassung in Anschlag kommen kann,
um den Hub des Stößels ins
Innere des Hauptzylinderkörpers
hinein zu begrenzen.
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Gemäß einer
speziellen Ausführungsform
ist eine Rückstellfeder
in der vierten Kammer in Anlage zwischen der Endwand der Einfassung
und der zweiten Trennwand angeordnet, um die zweite Trennwand in
Richtung ihrer Ruheposition zurückzustellen.
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Vorzugsweise
weist das Kraftausleitungselement auf Höhe des dem Primärkolben
gegenüberliegenden
Endes einen vergrößerten Kopf
auf, der mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer elastomeren Reaktionsscheibe
versehen ist, die zwischen einer Bodenwand der Ausnehmung und entsprechenden in
die Ausnehmung eingreifenden Endabschnitten des Ventilkörpers bzw.
eines Ventilkolbens angeordnet ist. Vorteilhaft ist der Kopf durch
die Öffnung
der Zwischenwand hindurchgreifend angeordnet. Auf diese Weise wird
das Volumen der Einfassung optimal ausgenutzt.
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Ein
beliebiges Paar einer Niederdruckquelle und einer Hochdruckquelle
kann verwendet werden. Vorzugsweise wird die Hochdruckquelle von
der umgebenden Atmosphäre
gebildet, während
der niedere Druck geringer als der Atmosphärendruck ist. Bevorzugt wird
die Niederdruckquelle von einem Luftansaugkreislauf eines Verbrennungsmotors
des Fahrzeugs gebildet.
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Die
Erfindung wird besser verständlich
und weitere ihrer Ziele, Details, Eigenschaften und Vorteile werden
im Verlaufe der folgenden Beschreibung mehrerer spezieller Ausführungsformen
der Erfindung deutlicher werden, die rein illustrativ und nicht einschränkend unter
Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen
erfolgt. In den Zeichnungen zeigt:
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1 einen
schematischen Längsschnitt
eines Steuerungssystems gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, wobei sich das pneumatische Stellglied in einem inaktiven
Zustand befindet,
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2 einen
schematischen Längsschnitt
eines Steuerungssystems gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wobei sich das pneumatische Stellglied in einem aktiven
Zustand befindet,
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3 eine
vergrößerte Ansicht
des Bereichs III der 1.
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Bezugnehmend
auf 1 wird im Folgenden eine erste Ausführungsform
des hydraulischen Steuerungssystems für Fahrzeugbremsen beschrieben.
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Dieses
System weist einen Unterdruckkraftverstärker auf, welcher eine Einfassung 1 aufweist, welche
insgesamt die Form eines Rotationskörpers um die Achse A aufweist
und die aus drei Teilen 1a, 1b und 1c besteht,
die, beispielsweise durch Festknipsen, miteinander verbunden sind.
Die Teile 1a, 1b und 1c der Einfassung
können
aus Buckelblech hergestellt werden. Eine von einer Trennwand 3 getragene
Membran 2 trennt im Inneren der Einfassung 1 eine
mit einer Quelle von Luft niederen Drucks (üblicherweise einem geringeren
Druck als dem Atmosphärendruck)
verbundene Kammer 4 hermetisch dicht von einer Kammer 6,
die selektiv mit der Kammer 4 oder einer Quelle von Luft
mit relativ hohen Druck (üblicherweise
Atmosphärendruck)
mittels eines Drei-Wege-Ventils verbunden werden kann. Das Teil 1b der
Einfassung 1 ist mit einem Anschlussstück 5 versehen, mit
welchem die Kammer 4 über
einen geeigneten, nicht dargestellten Schlauch, mit einem Luftansaugkreislauf
des Motors des Fahrzeugs verbunden werden kann, welcher eine Unterdruckquelle darstellt.
Das Teil 1a der Einfassung 1 ist üblicherweise
durch nicht dargestellte Mittel an einer Trennwand 7 befestigt,
welche den Fahrgastraum 8 des Fahrzeugs vom Motorraum 9 trennt.
Das hintere Teil 1a der Einfassung 1 weist ein röhrenförmiges Ende 10 auf,
welches eine Öffnung 11 der
Trennwand 7 durchquert und in dem Fahrgastraum 8 mündet.
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In
der Einfassung 1 befindet sich ein Ventilkörper 12 mit
zylindrischer Allgemeinform, der einstückig mit der Trennwand 3 ausgebildet
ist, an der die Membran 2 befestigt ist, und der mit dieser
axial in der Einfassung 1 beweglich ist. Der Ventilkörper 2 ist hermetisch
dicht in den röhrenförmigen Teil 10 der Einfassung 1 verschiebbar.
Das oben erwähnte Drei-Wege-Ventil wird mittels
eines Ventilkolbens 13 realisiert, der in einer Axialbohrung 14 des
Ventilkörpers 12 verschiebbar
ist und in der Bohrung über
einen mit dem Bremspedal 16 des Fahrzeugs verbundenen Betätigungsschaft
bewegt werden kann. Der Betätigungsschaft 15 und
der Ventilkolben 13 weisen eine in 1 dargestellte
stabile Ruheposition und, in 1 nach links
verschoben, instabile Arbeitsposition auf.
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Der
Kraftverstärker
weist außerdem
ein Gummiventil 17 auf, das in dem Ventilkörper 12 angeordnet
ist und mit Dichtungssitzen 18 und 19 zusammenwirken
kann, die jeweils auf dem Ventilkörper 12 und dem Ventilkolben 13 vorgesehen
sind. Wenn sich der Ventilkolben 13 in Ruheposition befindet,
d. h., wenn das Bremspedal 16 nicht gedrückt ist, liegt
das Ventil 17 auf den Dichtungssitzen 18 und 19 auf
und die beiden Kammern 4 und 6 sind voneinander
isoliert. Wenn der Motor des Fahrzeugs läuft und sich der Ventilkolben 13 immer
noch in der Ruheposition befindet, herrscht in der Kammer 4 der
Einfassung 1 ein Unterdruck, was eine leichte Verschiebung
des Ventilkörpers 12 gegen
die Wirkung der Rückstellfeder 20 nach
links bewirkt. Infolgedessen entfernt sich der Dichtungssitz 18 leicht
von dem Ventil 17 und zwischen den beiden Kammern 5 und 6 der
Einfassung 1 wird eine kommunizierende Verbindung durch
Durchlässe 21 und 22 hergestellt,
die in dem Ventilkörper 12 ausgebildet
sind.
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Wenn
das Bremspedal 16 gedrückt
wird, stößt der Betätigungsschaft 15 den
Ventilkolben 13 nach vorn in die Bohrung 14 des
Ventilkörpers 12 hinein.
Unter diesen Bedingungen kommt das Ventil 17 zunächst in
Kontakt mit dem Dichtungssitz 18, um die kommunizierende
Verbindung zwischen den Kammern 4 und 6 der Einfassung 1 zu
unterbrechen, und anschließend,
während
der Ventilkolben 13 seinen Weg nach vorn in der Bohrung 14 unter
dem Druck des Betätigungsschaftes 15 fortsetzt,
entfernt sich der Dichtungssitz 19 von dem Ventil 17 und
stellt so über
den Durchlass 22 eine kommunizierende Verbindung zwischen
der Kammer 6 der Einfassung 1 und dem Fahrgastraum 8 her,
wo Atmosphärendruck herrscht.
Aufgrund des nun zwischen den Kammern 4 und 6 der
Einfassung 1 herrschenden Druckunterschieds werden die
Trennwand 3 und der Ventilkörper 12 nach vorn
verschoben, d. h. den 1 nach links. Es sei darauf
hingewiesen, dass der Ausdruck „nach vorn" in üblicher
Weise verwendet wird, um die linke Seite der 1 zu bezeichnen
und dass diese Richtung bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, derjenigen
entspricht, die man im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug als „vorn" bezeichnet.
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Der
Kraftverstärker,
dessen bisher beschriebene Funktion allgemein üblich ist, weist einen Kraftausleitungsschaft 23 auf,
der im Betrieb mit einem Primärkolben 25 gekoppelt
ist, der in dem Körper
des Hauptzylinders 30 angeordnet ist. Bei Betätigung, wenn
das Bremspedal 16 gedrückt
und der Ventilkörper 12 unter
der Wirkung des Druckunterschieds zwischen den Kammern 4 und 6 nach
vorn verschoben wird, wirken der Ventilkörper 12 und der Ventilkolben 13 über eine
Reaktionsscheibe 26 aus einem Elastomermaterial, die in
einem röhrenförmigen Kopf 24 des
Austrittsschaftes 23 angeordnet ist, gemeinsam auf den
Austrittsschaft 23. Infolgedessen überträgt der Austrittsschaft 23 eine
Austrittskraft auf den Primärkolben 25,
der dann einen hydraulischen Betätigungsdruck
in der Bremsflüssigkeitskammer 27 erzeugt.
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Es
ist anzumerken, dass der in 1 dargestellte
Hauptzylinder einen Einzelkolben aufweist, man jedoch vorzugsweise
in der Praxis einen Hauptzylinder mit Tandemkolben verwendet. In
den Zeichnungen wurden die üblichen
Bauelemente von Hauptzylindern weggelassen, wie beispielsweise das am
Eingang der Bohrung montierte Dichtlager.
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Das
Teil 1c der Einfassung 1 bildet eine Endwand,
an welcher der Hauptzylinderkörper 30 dicht befestigt
ist. Das Teil 1b bildet eine Zwischenwand 31 in
der Einfassung 1. So wird ein Zusatzvolumen der Einfassung 1 zwischen
der Trennwand 1c und der Zwischenwand 31 gebildet.
An ihrem radial inneren Ende endet die Zwischenwand 31 in
einem röhrenförmigen Abschnitt 32 der
eine, in 3 besser erkennbare, Dichtungsschale 33 trägt, in welcher
der Kopf 24 des Austrittsschaftes 23 hermetisch
dicht beweglich ist. Das Zusatzvolumen der Einfassung 1 wird durch
einen Stellkolben 35, der einen hohlzylindrischen Stößel 36 aufweist,
der Dank eines Dichtungsrings 49 hermetisch dicht um den
Austrittsschaft 23 herum verschiebbar ist, hermetisch in
zwei Zusatzkammern unterteilt, wobei eine Trennwand 37 radial nach
außen
gerichtet um den Stößel 36 und
eine abgewickelte ringförmige
Gummimembran 38 herum verläuft, deren Innenrand hermetisch
dicht mit der Trennwand 37 und deren Außenrand hermetisch dicht mit
dem Teil 1c der Einfassung 1 verbunden ist. Die
von dem Teil 1c der Einfassung 1 und der Trennwand 37 begrenzte
Kammer 39 ist in Betrieb mit einem Luftansaugkreislauf
des Fahrzeugs mittels eines Anschlusses 40 und nicht dargestellter
Leitungen verbunden. Die von der Trennwand 37 und der Zwischenwand 31 begrenzte
Arbeitskammer 41, d. h. hinter dem Stellkolben 35,
weist eine aus der Einfassung 1 austretende Versorgungsleitung 42 auf,
die mit einem Magnetventil 43 versehen ist, das eine selektive
Verbindung der Arbeitskammer 41 mit einer Niederdruckwelle 44,
die beispielsweise von dem Luftansaugkreislauf des Motors gebildet
wird, und einer Hochdruckwelle 45 erlaubt, die beispielsweise von
der umgebenden Atmosphäre
gebildet wird. Das Magnetventil 43 wird über eine
Steuerleitung 41 von einer Steuereinheit 50, beispielsweise
der ABS-Steuerung des Fahrzeugs oder einem zusätzlichen Rechner, gesteuert.
Die Steuereinheit 50 ist mit einem Sensor 52 verbunden,
welcher die Bewegung oder die Position des Gaspedals 53 des
Fahrzeugs misst.
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In
der Kammer 39 kann optional eine Rückstellfeder 46 vorgesehen
sein, die gegen den Abschnitt 1c der Einfassung 1 und
die Trennwand 37 in Anlage ist, um den Stellkolben 35 in
seiner in 1 dargestellte Ruheposition
zurückzustellen.
Außerdem
weist der Stößel 36 einen
Anlagering oder eine Scheibe 47 als Anschlag auf, der in
Kontakt mit der Innenfläche
des Abschnitts 1c der Einfassung 1 kommen kann,
um den Hub des Stößels 36 ins
Innere des Hauptzylinderkörpers 30 nach
einigen Millimetern zu begrenzen, wenn der hohe Luftdruck auf die
Arbeitskammer 41 wirkt.
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Der
Stellkolben 35 und das zusätzliche Volumen der Einfassung 1,
das in die Kammern 39 und 41 unterteilt ist, bilden
einen Pneumatikaktuator der auf den Primärkolben 25 des Hauptzylinderkörpers unabhängig von
dem Austrittsschaft 23 des Unterdruckkraftverstärkers wirken
kann. Die Funktion dieses Aktuators ist wie folgt: Solange keine
Notbremsung erforderlich ist, befindet sich das Magnetventil 43 in
seiner in 1 dargestellten Ausgangsposition
und verbindet so die Arbeitskammer 41 mit einer Niederdruckwelle 44.
In den Kammern 39 und 41 herrscht daher gleicher
Druck und der Stellkolben 35 wird folglich durch die Feder 46,
wenn diese Feder vorgesehen ist, oder, zumindest durch den Primärkolben 25 auf
den eine Rückstellfeder 57 wirkt,
in seiner in 1 dargestellten Ruhestellung
gehalten. Solange sich das Magnetventil 43 in dieser Ausgangsposition befindet,
kann das Steuerungssystem in üblicher Weise
arbeiten, abgesehen von dem Unterschied, dass wenn der Bremskraftverstärker mittels
des Bremspedals 16 aktiviert wird, der Kraftausleitungsschaft 23 den
Stellkolben 35 passiv mitführt. In dieser Betriebsweise
weist das Steuerungssystem eine Antwortzeit auf, die mit den in
der Einleitung dargestellten Mängeln
behaftet ist.
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Zur
Verringerung der Antwortzeiten aktiviert man das Magnetventil 43 mittels
der Steuereinheit 50, um das Magnetventil 43 in
seine in 2 dargestellte aktive Position
umzuschalten, wobei diese Position in der in 1 dargestellten
Ausführungsform identisch
ist. In dieser aktiven Position stellt das Magnetventil 43 eine
kommunizierende Verbindung der Arbeitskammer 41 mit einer
Hochdruckwelle 47 her, so dass eine pneumatische Kraft
auf den Stellkolben 35 wirkt und diesen unabhängig vom
Austrittsschaft 23 nach vorn stößt, um welchen er frei verschiebbar ist.
Die Intensität
des von dem Stellkolben 35 auf den Primärkolben 25 ausgeübten Drucks
kann vom Fachmann durch Variation des Niveaus des Hochdrucks und
des niederen Drucks und des Flächeninhalts
der Trennwand 37 und der Membran 38 reguliert
werden. Vorzugsweise wird die auf den Stellkolben 35 wirkende
pneumatische Kraft so reguliert, dass der Primärkolben 25 soweit
verschoben wird, dass der primäre Ausgleichsdurchlass 56 verschlossen
wird, und in der Bremsfluidkammer 27 ein geringfügiger Hydraulikdruck
erzeugt wird, beispielsweise einige bar. Der Pneumatikaktuator bewirkt
so eine Voraufladung des Primärkolbens 25,
selbst dann, wenn der Fahrer noch keine Zeit hatte, das Bremspedal 16 ausreichend
zu drücken,
damit der Austrittsschaft 23 auf den Kolben 25 wirken
kann. Sobald diese Voraufladung erreicht ist, arbeitet der Bremskraftverstärker wieder
in herkömmlicher
Weise: Die vom Fahrer auf das Bremspedal 16 ausgeübte Einleitungskraft
wird von dem Ventilkolben 13, die Reaktionsscheibe 26 und
den Austrittsschaft 23 auf dem Primärkolben 25 übertragen.
Diese Kraft vergrößert die
Pneumatikkraft, die auf dem Ventilkörper 12 ausgeübt wird
und die ebenfalls von der Reaktionsscheibe 26 auf den Austrittsschaft 23 übertragen
wird.
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Bezugnehmend
auf 2 wird im Folgenden eine zweite Ausführungsform
des Bremssteuerungssystems beschrieben. In 2 werden
Bauteile, die ähnlich
oder identisch mit denen der ersten Ausführungsform sind, mit den gleichen
aber um 100 erhöhten
Bezugsziffern bezeichnet. Im Folgenden werden nur die von der ersten
Ausführungsform
abweichenden Bauteile beschrieben.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
weist der Hauptzylinder 130 einen Endabschnitt 136 auf,
der durch eine Endwand 101c der Einfassung 101 verschiebbar
in dieser Einfassung des Bremskraftverstärkers angeordnet ist. Ein Dichtungsring 160 ist
um den Hauptzylinderkörper 130 herum
an der Wand 101c befestigt. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform
gibt es hier keine Zwischentrennwand, die hermetisch mit dem Kopf 124 des
Austrittsschaftes zusammenwirkt. Der pneumatische Stellkolben wird in
diesem Fall von einer Trennwand 137 gebildet, die sich
radial nach außen
von einem Endabschnitt 136 ausgehend erstreckt, an welchen
sie mittels einer abgerollten ringförmigen Gummimembran 138 befestigt ist,
die an ihrer Innenwand hermetisch dicht mit der Trennwand 137 und
an ihren Außenrand
mit der Wand der Einfassung 101 verbunden ist, so dass
die zwischen den Trennwänden 103 und 137 befindliche Kammer 104 hermetisch
von einer Arbeitskammer 141 getrennt ist, die zwischen
der Wand 101c der Einfassung 101 und der Trennwand 137 definiert
ist. Ausgehend von der durch den Hauptzylinderkörper 130 durchquerten
Endwand weist das Teil 101c der Einfassung eine Zylind?
und verläuft
parallel zu der Achse A um die Trennwand 137 herum. In
der Verlängerung
dieser zylindrischen Außenwand
der Einfassung bildet das Teil 101b eine zylindrische Innenwand 131 die
vorspringend ins Innere der Einfassung 101 in der Kammer 104 umgebogen
ist. Auf Höhe
ihres hinteren Endes weist die zylindrische Wand 131 einen
senkrecht ins Innere umgebogenen Rand 162 auf. Eine Rückstellfeder 146 kommt
gegen die Vorderseite des Randes 162 und die Rückseite
der Trennwand 137 in Anlage, um den Hauptzylinderkörper in
eine Ruhestellung zurückzubewegen.
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Im
Folgenden wird die Funktion des Steuerungssystems der zweiten Ausführungsform
beschrieben. Die Arbeitskammer 141 wird mittels einer Versorgungsleitung 142 und
eines Magnetventils 143, dessen Funktion identisch mit
derjenigen der ersten Ausführungsform
ist, selektiv mit einer Niederdruckwelle 144 und einer
Hochdruckwelle 145 verbunden. Wenn sich das Magnetventil 143 in
seiner in 1 dargestellten Ausgangsposition
befindet, welche identisch mit derjenigen der zweiten Ausführungsform
ist, herrscht in der Arbeitskammer 141 und in der Kammer 104 der
Einfassung 101 ein gleichgroßer niedriger Druck, so dass
keine pneumatische Kraft auf die Trennwand 137 und die
Membran 138 ausgeübt
wird. Unter diesen Bedingungen hält
die Rückstellfeder 146 den
Hauptzylinderkörper
in seiner nicht dargestellten Ruheposition, in welcher die Trennwand 137 beispielsweise
gegen die Einfassung 101 in Anlage ist. In diesem Fall
arbeitet der Differenzdruckkraftverstärker in herkömmlicher
Weise.
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Wenn
eine Notbremsung erforderlich ist schaltet man das Magnetventil 143 in
die in 2 dargestellt aktive Position, was eine kommunizierende
Verbindung der Arbeitskammer 141 mit einer auf atmosphärischen
Druck befindlichen Luftdruckquelle 145 bewirkt. Eine pneumatische
Kraft wirkt auf die Trennwand 137 und die Membran 138,
so dass der Hauptzylinderkörper
in Richtung Innenraum der Einfassung 101 des Kraftverstärkers bewegt
wird. Der Primärkolben 125 wirkt
dann mit dem Austrittsschaft 123 zusammen, selbst wenn
der Fahrer noch nicht Zeit hatte, auf das Bremspedal 116 zu
treten, welches den Primärkolben 125 in
Richtung Inneres der Bremsfluidkammer 127 bewegt und dabei
den Ausgleichsdurchlass 156 verschließt. Entsprechend der ersten
Ausführungsform
wird die Intensität
der pneumatischen Voraufladungskraft, die auf den Hauptzylinderkörper 130 ausgeübt wird
dadurch eingestellt, indem man die Werte des Hochdrucks und des
niederen Drucks reguliert, beispielsweise indem man die Auffüllzeit der
Arbeitskammer kontrolliert oder indem man den Querschnitt des von
der Trennwand 137 und der abgerollten Membran 138 gebildeten Stellkolbens
reguliert. Man kann außerdem
das in dem Zusatzvolumen der Einfassung aufzufüllende Gesamtvolumen beeinflussen.
In 2 hat der Hauptzylinderkörper 130 einen Hub
zurückgelegt, der
ausreicht, um ein Verschließen
des Ausgleichsdurchlasses 146 zu gewährleisten und einen geringfügigen Hydraulikdruck
in der Kammer 127 zu erzeugen. Um die Möglichkeit einer Bewegung des
Hauptzylinderkörpers 130 ins
innere der Einfassung 101 auf einige Millimeter zu begrenzen
ist ein Anschlagring oder eine Scheibe 147 auf den Umfang
des Hauptzylinderkörpers 130 befestigt.
Außerdem
ist eine Gummimanschette 131 um den Hauptzylinderkörper 130 vorgesehen,
wobei ein Ende mit der Endwand 101c der Einfassung 101 verbunden
ist, um das Eindringen von Verunreinigungen in die Einfassung 101 zu
verhindern.
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Bei
diesen beiden Ausführungsformen
dient der Pneumatikaktuator dazu, eine Vorausladungskraft zu erzeugen,
die entweder auf den Primärkolben
bei der ersten Ausführungsform
oder auf den Hauptzylinderkörper
bei der zweiten Ausführungsform
wirkt und die in beiden Fällen
eine Verschiebung dieser Bauteile zueinander bewirkt, damit ein
geringfügiger
Hydraulikdruck in der primären
Fluidkammer 127 oder 27 entsteht. Dieser Inititaldruck
verringert die üblicherweise
vom Fahrer auszuübende
Arbeit ein wenig und verkürzt
die Antwortzeit des Systems beträchtlich.
Es ist besonders nützlich,
diese Voraufladung auszulösen,
wenn eine Notbremsung erforderlich ist. Dazu programmiert man die
Steuereinheit 50 oder 150 so, dass das Magnetventil 43 oder 143 seine
in 2 dargestellte aktive Position ändert, sobald
eine Bewegung des Gaspedals 53 oder 153 im Sinne
einer Verzögerung
des Fahrzeugs detektiert wird, d. h. ein Anheben des Gaspedals.
Jedoch können
auch andere Indikatoren als das Gaspedal verwendet werden, um festzustellen,
dass ein Bremsen erforderlich ist und das Schalten des Magnetventils ausgelöst werden
muss.
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Üblicherweise
liegt die Zeitdauer des Schaltens des Magnetventils 43 oder
143 im Bereich von einigen zehn Millisekunden, jedenfalls für die derzeit kommerziell
erhältlichen
Magnetventile.
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Vorzugsweise
ist der Pneumatikaktuator so dimensioniert, dass das Volumen seiner
Arbeitskammer 41 oder 141 kleiner als das Volumen
der Arbeitskammer 6 oder 106 des Kraftverstärkers ist
und beispielsweise etwa ein Viertel dieses Volumens beträgt. In diesem
Fall kann die Zeitdauer zum Auffüllen der
Arbeitskammer 41 oder 141, d. h. die Antwortzeit des
Aktuators, auf maximal 50 ms geschätzt werden. Man spart schließlich wenigstens
100 bis 150 ms für den
gesamten Bremsvorgang, was einer Verringerung des Haltewegs des
Fahrzeugs von 3 bis 4 m bei einer Ausgangsgeschwindigkeit von 120
km/h (30 m/s) entspricht.