DE102004023007A1

DE102004023007A1 - Elektrohydraulisches Bremssystem für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004023007A1
Application number: DE200410023007
Authority: DE
Inventors: Cuadro Diogenes Perez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-12-01

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremsanlage vom Typ "Brake-by-Wire" für Kraftfahrzeuge, mit einer elektrohydraulischen Fremdkraft-Bremsanlage zum Bremsen der Kraftfahrzeuge, getrennt von der direkten Bremswirkung des Fahrers und in Abhängigkeit vom Fahrzustand und Fahrerwunsch, wobei die Fremdkraft-Bremsanlage zur Einstellung des Bremsdruckes in der Radbremse mindestens eine Förderpumpe als hydraulische Druckquelle und einen zwischen der Druck- und Saugseite der Förderpumpe geschalteten, zumindest während der Zeitdauer eines hydraulisch bewirkten Druckaufbaues oder -abbaues der Radbremse verengten bis geschlossenen Strömungsquerschnitt aufweist. DOLLAR A Zur Verbesserung der Bremsanlage hinsichtlich Energieverbrauch, Bauraumbedarf, Herstellungskosten, Bremskomfort und Regelbarkeit ist die Förderpumpe als Regelpumpe für einen mit hoher Frequenz intermittierend arbeitenden Förderbetrieb ausgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs mit einer Fremdkraft-Bremsanlage und einer Muskelkraft-Hilfsbremsanlage, die beim Ausfall der Fremdkraftbremsanlage die erfindungsgemäße Bremsanlage per Muskelkraft betätigt und/oder im Normalbetrieb (Fremdkraftbremsung) mittels einer elektrisch steuerbaren Einrichtung eine Nachgiebigkeit des Bremspedals durch eine aktive Pedalweg-Simulation ermöglicht.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Bremsanlage im Normalbetrieb ("Brake-by-Wire"-Betrieb) getrennt von der direkten Bremswirkung des Fahrers und in Abhängigkeit von Fahrzustand und Fahrerwunsch anzusteuern und sie im Fehlerfall und/oder beim Systemausfall durch die direkte, hydraulische Bremswirkung des Fahrers zu betätigen bzw. durch eine entsprechende Redundanz an Sensorik und Elektronik funktionsfähig zu halten.

Ein derartiges Bremssystem mit einer hydraulischen Bremswirkung des Fahrers im Fehlerfall ist Gegenstand der DE 19701070 A1 . Bei diesem bekannten System wird der Druck an den Radbremszylindern im Normalbetrieb durch eine hydrostatische Stelleinrichtung bestehend aus einer Konstantpumpe, einem Hochdruckspeicher, einem Niederdruckspeicher und einer steuerbaren Regelventilanordnung (regelbares Bremsdruckaufbau- und regelbares Bremsdruckabbauventil) moduliert. Bei einer solchen Bremsanlage ist zwar diese Druckmodulation grundsätzlich möglich, erfordert aber auf der einen Seite aufgrund der großen Komponentenzahl (Elektropumpe, Hochdruck (HD)-, Niederdruck (ND)-Speicher und Regelventile) einen sehr hohen Aufwand bzgl. des Raumplatzbedarfs und der Kosten. Auf der anderen Seite ist die Regelgüte und damit der Bremskomfort, beispielsweise bei radselektiven Bremseingriffen, begrenzt, da die feine, durch die exakte Steuerung bzw. Regelung der Bremsdruckventile erzielte Dosierung der immer maximal vorhandenen, durch die Pumpe und/oder den Hochdruckspeicher zur Verfügung gestellten Druckenergie Regelinstabilitäten und Geräusche verursachen kann. Darüber hinaus ist die Realisierung der aktiven Pedalwegsimulation bei dieser Bremsanlage sehr aufwändig (ND-Speicher, Elektropumpe, HD-Speicher und zwei regelbare Pedalwegventile) und kann aufgrund der Anwendung des selben ND-Speichers für die Pedalwegsimulation und die Pumpenversorgung dazu führen, dass während einer ABS-Regelung beispielsweise der Bremsdruckabbau auf einen niedrigen Wert verhindert wird. Mögliche Gegenmaßnahmen dazu wären u. a. die Überdimensionierung der Pumpe und der Speicher und gegebenenfalls auch der Dauerbetrieb der Pumpe während einer Bremsung.

Gegenüber dem eingangs beschriebenen gattungsbildenden Stand der Technik besteht aufgrund der Anwendung einer schnell ansprechbaren, hoch präzisen und regelbaren Förderpumpe ein Vorteil der Erfindung darin, zum einen ohne einen Hochdruckspeicher und Regelventile auszukommen und zum anderen darüber hinaus darin, auf eine einfache und sichere Weise eine exakte Druckmodulation an den Radbremszylindern und dadurch ein feines Bremsen der Fahrzeugräder erzielen zu können. Des Weiteren arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung mit einer sehr einfachen Pedalwegsimulation mittels einer Pedalweg-Stellanordnung ohne einen negativen Einfluss auf den Druckaufbau und/oder Druckabbau an den Radbremszylindern und gewährleistet einen guten Lösevorgang des Bremspedals, da die Pedalwegsimulation die Integration eines federbelasteten ND-Pedalwegspeichers und eines Rückschlagventils vorsieht.

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Bremsanlage (Brake-by-Wire-System) so zu schaffen, dass durch den Ersatz der Konstantpumpe und des Hochdruckspeichers durch eine hochfrequent und präzise arbeitende Förderpumpe und durch das Weglassen bzw. den Ersatz der Regelventile durch einfache Schaltventile eine Reduzierung des Platzbedarfs und der Kosten sowie eine bessere und sicherere Regelbarkeit der Bremsanlage zu erzielen ist. Wichtig für die Realisierung dieser erfindungsgemäßen Lehre ist, dass eine hochfrequent arbeitende, exakt steuer- bzw. regelbare Förderpumpe eingesetzt wird. Erfindungsgemäße Förderpumpen dieser Art sind insbesondere solche mit piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen Aktoren als Förderelemente.

Ein derartiges Bremssystem mit einer Piezopumpe ist Gegenstand der DE 19950160 A1 . So ein bekanntes Bremssystem stellt aufgrund des niedrigen Druckniveaus an der Saugseite (dem drucklosen Vorratsbehälter) und damit des schlechten Ansaugverhaltens der Pumpe keine optimale Lösung für eine aktive Bremsung (ASR- und ESP-Modus) dar. Schnellarbeitende Förderpumpen erfordern für ein gutes Befüllen ihres Kompressionsraums sowohl eine sehr gute Eigendynamik des Saug- und Druckventils als auch ein relativ hohes Druckniveau an der Saugseite. Darüber hinaus kann dieses System auch nicht als "Brake-by-Wire" charakterisiert werden, da es im Normalbetrieb keine hydraulische Trennung und keine über Draht realisierte, elektronische Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremszylindern vorsieht, so dass beispielsweise aufgrund des Rückförderns der Pumpe in den Hauptbremszylinder während eines Druckabbaus im ABS-Modus negative Einflüsse (z. B. Druckpulsationen) auf das Bremspedal übertragen werden können.

Eine grundsätzliche Lösung dieses Problems zeigt eine gattungsgemäße Bremsanlage mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 21.

Gegenüber der zuletzt genannten Erfindung sieht die erfindungsgemäße Ausführung zur optimalen Erfüllung der ersten Aufgabe der Erfindung noch folgende Maßnahmen vor:

– hydraulische Trennung im Normalbetrieb (Brake-by-Wire-Betrieb) zwischen dem Hauptbremszylinder und den Radbremszylindern
– Optimierung des Saugverhaltens der Förderpumpe durch die Integration eines mit einem minimal erforderlichen Druck beaufschlagten Niederdruckspeichers (ND-Speichers) an der Saugseite der Pumpe (Vorladung der Förderpumpe)
– Druckabbau in den Radbremszylindern beispielsweise im ABS-Modus nicht über ein Rückfördern der Pumpe in den Hauptbremszylinder, sondern durch die Druckentlastung in den ND-Speicher der Pumpe mittels Bremsabbauventile
– Optimierung der radselektiven Bremseingriffe durch die Anwendung von mehr als einer Förderpumpe

Zusätzlich hat die Erfindung die Aufgabe der aktiven Pedalwegsimulation, mit der trotz der Trennung im Normalbetrieb (Brake-by-Wire) zwischen dem Fahrer und den Radbremszylindern ein Pedalweg erzielt wird und damit dem Fahrer ein Pedalgefühl vermittelt wird, das dem Pedalgefühl einer konventionellen Bremsanlage entspricht. Ebenso soll mit dieser Pedalwegsimulationsanordnung ein guter Lösevorgang des Bremspedals erreicht werden, ohne beispielsweise dem Bremssystem zusätzliche Energie zuzuführen.

Ein derartiges Bremssystem mit einer hydraulischen Pedalwegsimulation ist auch Gegenstand der DE 197 01 070 A1 . Ein solches bekanntes Bremssystem gewährleistet zwar sowohl ein gutes Pedalgefühl als auch ein gutes Löseverhalten des Bremspedals, es zeigt aber einen sehr aufwändigen Aufbau der Pedalwegsimulation (ND-Speicher, Elektropumpe, HD-Speicher und zwei regelbare Pedalwegventile) und kann beispielsweise negativ auf den Bremsdruckabbau im ABS-Modus Einfluss nehmen, da der Pedalwegsimulations- und der Brake-by-Wire-Bremskreis den gleichen ND-Speicher haben. Dadurch ist ein Bremsdruckabbau an den Rad- bremszylindern auf einen niedrigen Wert nicht immer bzw. nur mit einem großen Energieaufwand sicher.

Eine grundsätzliche Lösung dieses Problems zeigt eine gattungsgemäße Stellvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 19 und 20 auf.

Gegenüber der DE 197 01 070 A1 beruht die erfindungsgemäße Ausführung der Pedalwegsimulationsanordnung neben der Erzeugung einer Pedalreaktionskraft für den Fahrer während einer Normalbremsung durch die Einstellung eines hydraulischen Widerstandes mittels einer Regelventilanordnung auch auf folgenden konstruktiven Gedanken:

– hydraulische Trennung zwischen dem Pedalwegsimulations- und dem Brake-by-Wire-Bremskreis
– Integration in die Pedalwegsimulationsanordnung eines federbelasteten ND-Pedalwegspeichers, der unabhängig vom ND-Speicher der Förderpumpe ist und im Normalbetrieb (bei geöffnetem Pedalwegventil) einen minimal erforderlichen Druck in seinem Inneren aufbauen lässt. Dieser Druck soll die Befüllung des Hauptbremszylinders während eines Lösevorgangs unterstützen
– der Einbau in die Pedalwegsimulationsanordnung eines Rückschlagventils soll ebenfalls zu einer besseren Befüllung des Hauptbremszylinders während eines Lösevorgangs beitragen

Sollte das Bremspedal keine hydraulische Verbindung zu den Radbremszylindern vorsehen und seine mechanische Ausführung nur zur Erfassung des Fahrerwunsches mittels entsprechender Sensorik dienen, ist eine Pedalwegsimulation für den Fahrer auch mit "trockenen" Stellvorrichtungen möglich. Zu diesen Systemen zählen u.a. elektromagnetische, piezoelektrische und elektrorheologische Bremsen und Dämpfer.

Da Gas oder Luft die Wirkung der Bremsanlage herabsetzen und damit zu einem Totalausfall der Bremsanlage führen können, ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine gezielte Entfernung von Verunreinigungen, insbesondere von Gas- oder Lufteinträgen aus der Bremsanlage mittels eines Druckmittelspülvorgangs vorzusehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, anhand der die beanspruchten Ausführungsformen noch im Einzelnen näher erläutert werden, sind in der Zeichnung dargestellt. In dieser zeigen in jeweils schematischer Darstellung
1 eine mit einer hydraulischen Zwangskoppelung mittels Trennventilen ausgebildete Bremsanlage mit einer intermittierend arbeitenden, hochfrequenten Förderpumpe, einem Bremsabbauventil in 2/2-Schaltventil-Ausführung je Radbremszylinder und einer regelbaren, hydraulischen Pedalwegsimulationsanordnung,
2 eine Bremsanlage nach 1 mit einem Trennkolben je Radbremszylinder und einem ND-Pumpenspeicher,
3 eine Bremsanlage nach 2 mit einer als Piezopumpe ausgebildete Förderpumpe, die eine hydraulische Steuerungseinheit (HCU) und eine zentrale Elektronik (ECU) aufweist,
4 eine Bremsanlage nach 3 mit Druckregel- bzw. Volumenstromregelventilen für den Bremsdruckabbau und für die Pedalwegsimulation,
5 eine ohne hydraulische Zwangskoppelung ausgebildete Bremsanlage mit einer als Fertigteil montierten Bremsdruckmodulations-Einheit, bestehend aus mindestens einer intermittierend arbeitenden, hochfrequenten Piezopumpe, einem Bremsdruckabbauventil in 2/2-Schaltventil-Ausführung, einem ND-Pumpenspeicher mit integriertem Reser voir und einem Trennkolben sowie einer regelbaren, elektrischen Pedalwegsimulationsanordnung und einer zentralen Elektronik (ECU),
6 eine Bremsanlage nach 5 mit Bremsdruckmodulations-Einheit mit integrierter Elektronik (ECU),
7 eine Bremsanlage nach 5 mit Bremsdruckmodulations-Einheit mit integrierter ND-Speicherbefüllung und
8 eine Bremsanlage nach 5 mit Bremsdruckmodulations-Einheit mit integrierter Feststellbremsfunktion.
Die in 1 lediglich schematisch dargestellte hydraulische Fahrzeugbremsanlage 1 des Typs "Brake-by-Wire" weist eine mittels Bremspedal 2 betätigbare Betätigungseinheit 3 als Hilfskraft-Bremsanlage auf, die im Wesentlichen aus einem Zweikreis-Druckgeber bzw. Tandem-Hauptbremszylinder 4 und einem Druckmittelvorratsbehälter 5 besteht. Der Hauptbremszylinder 4 weist seinerseits zwei voneinander getrennte, mit dem Vorratsbehälter 5 in Verbindung stehende Druckräume 6, 7 auf, an die zwei voneinander unabhängige Bremskreise I, II angeschlossen sind. Die Druckräume 6, 7 sind über eine anhand eines elektromagnetisch betätigbaren, in seiner Grundstellung offenen Trennventils 8, 9 absperrbare hydraulische Leitung 10, 11 mit Radbremsen 12 einer Vorderachse (VA) und einer Hinterachse (HA) verbunden. In der hydraulischen Verbindung 13, 14 zwischen den Radbremsen 12 einer Achse ist jeweils ein elektromagnetisch betätigbares, in seiner Grundstellung offenes Druckausgleichsventil 15, 16 (Balanceventil) eingefügt, das im Brake-by-Wire-Modus im geöffneten Zustand einen Druckausgleich an den Radbremsen einer Achse und im geschlossenen Zustand eine radindividuelle Bremsdruckregelung ermöglicht.
Zur Gewährleistung eines guten Pedalgefühls für den Fahrer und eines guten Lösevorgangs des Bremspedals während der Normalbremsung (Brake-by-Wire-Betrieb) ist erfindungsgemäß eine Pedalwegsimulationsanordnung 22 an den Bremskreis I zwischen dem Tandem-Bremszylinder 4 und dem Trennventil 8 angeschlossen, die ein regelbares Pedalwegventil 23 in 2/2-Wegeventil-Ausführung, einen federbelasteten ND-Speicher 24 und ein Rückschlagventil 25 vorweist.
Des Weiteren weist die in 1 dargestellte, erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage 1 als Fremdkraft-Bremsanlage je Radbremse 12 eine regelbare Förderpumpe 17 als Fremddruckquelle mit einem Elektroantrieb 18 und einem elektromagnetisch betätigbaren, in seiner Grundstellung offenen Bremsdruckabbauventil 19 in 2/2-Wegeventil-Ausführung auf, deren Saugseite unter Zwischenschaltung eines ersten Rückschlagventils 20 (Saugventil) an den Vorratsbehälter 5 und deren Druckseite unter Zwischenschaltung eines zweiten Rückschlagventils 21 (Druckventil) an die entsprechende Radbremse 12 angeschlossen ist.
Die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage weist auch Raddrucksensoren 26 an jeder Radbremse 12, einen Drucksensor 27 für jede Verdrängungskammer des Hauptbremszylinders 4 und mindestens einen Pedalwegsensor 28 für das Bremspedal 2 auf, mit dem der Hauptbremszylinder 4 betätigbar ist. Des Weiteren sind Raddrehsensoren 29 an jedem Fahrzeugrad vorgesehen.
Die Steuerung der Elektroventile 8, 9, 15, 16, 19, 23 und des Pumpenantriebs 18 erfolgt mittels eines elektronischen Steuergeräts 30, das Signale von den Drucksensoren 26, 27, dem Pedalwegsensor 28 und den Raddrehsensoren 29 erhält.
Die in 1 beschriebene Bremsanlage arbeitet wie folgt:
Fremdkraftbremsung (Brake by Wire)
Zur Fremdkraftbremsung werden die Trennventile 8, 9 geschlossen, d. h. der Hauptbremszylinder 4 wird hydraulisch von den Radbremsen 12 getrennt. Bei einer Fremdkraftbremsung wird zwischen zwei Fällen unterschieden.
a) Fremdkraftbremsung mit Fahrerwirkung (Normalbetrieb)
Der Fahrer tritt auf das Bremspedal 2 und sein Bremswunsch wird beispielsweise über den Pedalwegsensor 28 und/oder den Drucksensor 27 sensiert. Zur aktiven Einleitung einer Druckaufbauphase werden neben den Trennventilen 8, 9 die einzelnen Bremsdruckabbauventile 19 geschlossen und die regelbare Förderpumpe 17 eingeschaltet und zur aktiven Pedalwegsimulation das Pedalwegventil 23 entsprechend dem Fahrerwunsch geregelt geöffnet.
Der Fahrer spürt dabei eine pedalwegabhängige, mit dem Drucksensor 27 messbare Gegenkraft, d. h. eine vorgewählte Nachgiebigkeit des Bremspedals 2, die dem Fahrer das gewohnte Bremspedalgefühl vermittelt und durch die definierte Charakteristik der Pedalwegsimulationsanordnung 22 gebildet wird. Auf diese Weise lässt sich jede gewünschte Pedalkraft-/Pedalweg-Kennlinie einstellen und durch Modifikation des Regelalgorithmus, mit dem das elektronische Steuergerät 30 das Pedalwegventil 23 steuert, ändern. Dadurch wird ein vordefinierter Volumenstrom über das geregelte Pedalwegventil 23 in den ND-Pedalspeicher 24 abgelassen.
Bei einer Fremdkraftbremsung mit Fahrerwirkung dient der Hauptbremszylinder 4 als Bremskraft-Sollwertgeber. In den Druckräumen 6,7 des Hauptzylinders 4 baut sich ein Druck auf, der aus der Pedalkraft resultiert und mit den Drucksensoren 27 gemessen wird. Aus den Steuersignalen des Pedalwegsensors 28 und/oder der Drucksensoren 27 wird der Bremsdruck des Fahrers beispielsweise als Sollverzögerung oder Sollbremskraft errechnet. Aus diesem Fahrerwunsch werden die einzelnen Soll-Radbremsdrücke gebildet. Mit dieser Information baut die Förderpumpe 17 durch das Verdrängen der aus dem Vorratsbehälter 5 gesaugten Bremsflüssigkeit in die Radbremse 12 die Ist-Radbremsdrücke auf, die mit den Drucksensoren 26 gemessen werden. Eine Druckhaltephase wird durch das Ausschalten der Förderpumpe 17 eingeleitet.
Bei einem Druckabbau (z. B. im ABS-Modus) werden die Bremsdruckabbauventile 19 bei ausgeschalteten Förderpumpen pulsierend geöffnet, so dass das von den Radbremsen 12 aufgenommene Druckmittelvolumen über die Leitung 31 in den Vorratsbehälter 5 abgelassen werden kann. Bei einem Pedallösevorgang werden die Bremsdruckabbauventile 19 und das Pedalwegventil 23 ganz geöffnet, so dass das von den Radbremsen 12 aufgenommene Druckmittelvolumen weiter in den Vorratsbehälter 5 und das von dem ND-Pedalspeicher 24 aufgenommene Druckmittelvolumen über das Rückschlagventil 25 und das Pedalwegventil 23 wieder in den Druckraum 6 des Hauptbremszylinders 4 strömt.
b) Fremdkraftbremsung ohne Fahrerwirkung (Aktivbremsung: Z.B. ASR-/ESP-Modus)
In diesem Fall tritt der Fahrer nicht auf das Bremspedal 2, so dass sein Bremswunsch über den Pedalwegsensor 28 und/oder den Drucksensor 27 nicht sensiert zu werden und das Bremspedalgefühl durch das Regeln des Pedalwegventils 23 der Pedalwegsimulations-Anordnung 22 nicht simuliert zu werden brauchen.
Die aktive Einleitung einer Druckaufbauphase und einer Druckabbauphase findet ähnlich wie bei einer Fremdkraftbremsung mit Fahrerwirkung statt. Der einzige Unterschied ist, dass bei einer Fremdkraftbremsung ohne Fahrerwirkung das Druckausgleichsventil 15, 16 zur radindividuellen Bremsdruckregelung in seine geschlossene Stellung geschaltet wird.
Die regelbare Förderpumpe 17 der in 1 dargestellten Fahrzeugbremsanlage 1 kann entweder durch den hier nicht dargestellten Einbau zwischen der Druckseite der Förderpumpe 17 und der entsprechenden Radbremse 12 von einem zusätzlichen 2/2-Wegeventil oder durch den Ersatz des einzelnen 2/2-Wegeventils (19) durch ein hier nicht dargestelltes Mehrwegeventil mehrere Radbremsen 12 bedienen. Darüber hinaus kann die Fähigkeit, Schnelligkeit und Sicherheit der Fremdkraftbremsung der in 1 dargestellten Fahrzeugbremsanlage 1 durch den hier nicht dargestellten Einbau von mehreren regelbaren Förderpumpen 17 erhöht werden.
Bei der regelbaren Förderpumpe 17 handelt es sich erfindungsgemäß um eine hochfrequente, verzögerungsfrei in kürzesten Zeitintervallen schaltbare Pumpe. Insbesondere geeignet hierfür sind Förderpumpen mit piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen Aktoren als Elektroantriebe 18. Mit der erfindungsgemäßen Bremsanlage nach 1 lassen sich beliebige Bremsdrücke bei den Radbremsen 12 durch unterschiedliche Fördervolumina erreichen, die durch unterschiedliche Förderzeiten, Fördermengenströme und/oder Förderfrequenzen der Regelpumpe 17 realisierbar sind. Beim Bremssystem nach 1 wird im Vergleich zu den bekannten elektrohydraulischen Bremssystemen deutlich, dass sich durch die Verwendung einer hoch präzise und intermittierend arbeitenden Förderpumpe 17 zumindest folgende Vorteile ergeben:

– Verzicht auf einen Hochdruckspeicher im gesamten Bremssystem
– Verzicht auf Bremsaufbauventile
– hohe Genauigkeit und Variabilität der Fremdkraftbremsung aufgrund der sehr guten Regelbarkeit der Förderpumpe 17 vor allem im Vergleich zu der einer Konstantpumpe mit nachgeschaltetem Regel- bzw. Schaltventil als Bremsaufbauventil
– niedriger Energieverbrauch, da die Förderpumpe 17 in der Regel nur bei einem Bremsaufbau arbeitet

Hilfskraftbremsung (Notbremsung)
Im Fehlerfall bzw. bei einem Ausfall der Fremdkraftbremsanlage 50, der beispielsweise durch einen Batteriedefekt, einen Kurzschluss oder durch Ausschalten der Zündung verursacht wird, lässt sich die erfindungsgemäße Fahrzeugbremsanlage 1 als Hilfskraft-Bremsanlage 40 per Muskelkraft betätigen. Dabei werden sowohl die Trennventile 8, 9 als auch das Pedalwegventil 23 und die Druckausgleichsventile 15, 16 in die in der 1 gezeigte inaktive Schaltstellung umgeschaltet, so dass eine hydraulische Verbindung zwischen dem Hauptbremszylinder 4 und den Radbremsen 12 freigegeben wird, über die ein Druckaufbau erfolgen kann. Die Realisierung des bei der Hilfskraftbremsung nicht aktiven Pedalwegsimulators mittels des Pedalwegventils 23 hat den Vorteil, dass er bei der Hilfskraftbremsung keine aus dem Hauptbremszylinder 4 verdrängte Bremsflüssigkeit aufnimmt, so dass kein Pedalweg verloren geht. Um weiter sicher zu stellen, dass der Pedalweg während einer Notbremsung voll genutzt wird, ist entweder die Realisierung der Bremsdruckabbauventile 19 in einer hier nicht dargestellten, geschlossenen Grundstellung oder der Einbau zwischen der Saugseite der Förderpumpen 17 und dem Druckmittelvorratsbehälter 5 eines hier nicht dargestellten, in seiner Grundstellung geschlossenen Sperrventils erforderlich.
Im Allgemeinen ist die in 1 dargestellte Bremsanlage auch für die Diagonalaufteilung der Bremskreise bei gleichem Komfort sowie gleichem Kosten- und Energieaufwand realisierbar.
Die Ausführungsform nach 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 1 vor allem dadurch, dass zur Verbesserung des Saugverhaltens der regelnden Förderpumpe 17 die Saugseite der Förderpumpe 17 nicht mit dem Druckmittelvorratsbehälter 5, sondern mit dem mit einem minimal erforderlichen Druck beaufschlagten ND-Pumpenspeicher 32 verbunden ist. Da beim Nichtbremsen eine Druckbelastung der Radbremsen 12 durch diese durch den ND-Pumpenspeicher 32 verursachte Vorladung der Förderpumpe 17 auf jeden Fall zu vermeiden ist, ist zwischen der Förderpumpe 17 und der entsprechenden Radbremse 12 der Einbau eines federbelasteten Trennkolbens 33 vorzusehen. Der Trennkolben 33 trennt damit beim Nichtbremsen die Fremdkraft-Bremsanlage 50 hydraulisch von der Muskelkraft-Hilfsbremsanlage 40, d.h. das Druckniveau des ND-Pumpenspeichers 32 von dem des Druckmittelvorratsspeichers 5.
Ein nach dem schematischen Aufbau in 2 arbeitendes Bremssystem ist in 3 mit Bezug auf eine Piezopumpe als Regelpumpe dargestellt.
Die Piezopumpe 17 besteht aus einem Gehäuse 34, in dem einige geschichtet aufeinander liegende, zur Erzeugung einer Längenausdehnung elektrisch beaufschlagbare Piezoelemente 35 gelagert sind. In Ausdehnungsrichtung wirken diese Piezoelemente 35 auf ein kolbenförmig ausgebildetes Verdrängerelement 36, das den Förderraum 37 der Piezopumpe 17 beaufschlagt und zur Volumenänderung innerhalb des Förderraumes 37, von den Piezoelementen 35 angetrieben, verschiebbar ist. Der Förderraum 37 ist gegenüber dem Raum 38 der Piezoelemente 35 über das Verdrängerelement 36 gedichtet. Zur Vermeidung von Zugspannungen sind die zu einem Stapel geschichteten Piezoelemente 35 durch eine sich an dem Gehäuse 34 der Piezopumpe 17 abstützende Feder 39 vorgespannt. Weitere Vorspannungsmaßnahmen sind möglich.
Weitere Bauelemente der Piezopumpe 17 sind die hydraulisch-mechanisch betätigten Rücklaufsperrventile oder Einwegeventile 40, 41 an der Saug- und Druckseite der Piezopumpe 17. Zur Optimierung der Förderfunktion der Piezopumpe 17 sind diese Einwegeventile 40, 41 mit der entsprechenden Federsteifigkeit (c) und Masse (m) so auszulegen, dass durch das so definierte Verhältnis c/m eine günstige Förderdynamik der Piezopumpe 17 entsteht. Mögliche Ausführungsmöglichkeiten für diese Einwegeventile 40, 41 sind u. a. Kugel und Platten aus Kunststoff oder Keramik mit Spiral-, Teller- und/oder Biegefeder.
Diese Einwegeventile 40, 41 können durch folgende, alternative Ausführungen (hier nicht dargestellt) ersetzt werden:

– elektromagnetische bzw. piezoelektrische Schaltventile, die in Übereinstimmung mit der Arbeitsfrequenz der Piezoelemente 35 angesteuert werden sollen und
– konstante Drosselstellen, die durch geometrische Maßnahmen in ihre zwei Durchflussrichtungen unterschiedliche Durchflusskoeffizienten aufweisen, so dass ein Pumpeffekt der Piezopumpe 17 auf einfache Weise ermöglicht wird

Zur Fremdkraft-Bremsung mit/ohne Fahrerwirkung funktioniert die vorstehend beschriebene Piezopumpe bei dem Bremssystem nach 3 wie folgt: Die Piezopumpe 17 wirkt unter elektrischer Beaufschlagung der einzelnen Piezoelemente 35 als eine hochfrequente Pumpe, die durch die oszillierende Bewegung des Verdrängerelementes 36 Hydraulikflüssigkeit aus dem ND-Pumpenspeicher 32 über das Einwegeventil 40 sowie den Förderraum 37 und anschließend das Einwegeventil 41 in die Kammer 42 des Trennkolbens 33 transportiert. Der dadurch aufgebaute Hydraulikdruck verschiebt den Trennkolben 33 gegen die Kraft der Kolbenfeder 43. Diese Bewegung des Trennkolbens 33 verdrängt Bremsflüssigkeit aus der die Kolbenfeder 43 aufweisenden Kammer 44 in die Radbremse 12, die dadurch betätigt wird. Voraussetzung für einen Druckausbau durch die Piezopumpe 17 während einer Fremdkraft-Bremsung ist das Schalten des Bremsdruckabbauventils 19 in die geschlossene Stellung. Da das Trennventil 8, 9 während der Fremdkraft-Bremsung geschlossen ist, ist der Hauptbremszylinder 4 vom Trennkolben 33 getrennt und wird nicht beaufschlagt.
Beim Erreichen des vom Fahrer gewünschten Bremsdruckes an der Radbremse 12 wird die Piezopumpe 17 elektrisch inaktiv geschaltet und bei einem Bremsdruckabbau auch das Bremsdruckabbauventil 19 in seine offene Grundstellung zurückgeschaltet, so dass die in der Kammer 42 unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit in den ND-Pumpenspeicher 32 abfließen kann.
Wie in 3 dargestellt ist, ist es möglich alle elektrohydraulischen Komponenten (z. B. Elektroventile, Piezopumpen, Niederdruckspeicher, Trennkolben und Drucksensoren) der Bremsanlage in eine zentrale Hydraulikeinheit (HCU) 46 zu integrieren, die in direkter Verbindung mit der elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 30 steht.
Die Ausführungsform nach 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 3 dadurch, dass erfindungsgemäß

– das geregelte Pedalwegventil in 2/2-Wegeventil-Ausführung entweder durch ein Druckregelventil 23a oder durch ein Volumenstromregelventil 23b ersetzt werden kann und
– das Bremsdruckabbauventil 19 in 2/2-Wegeventil-Ausführung durch ein Regelventil 19a mit integrierter Druckbegrenzungsfunktion (DBV-Regelfunktion) ersetzt werden kann.

Die Ausführungsform nach 4 zeigt auch eine beliebige Druckquelle 45, um die Hydraulikflüssigkeit im ND-Pumpenspeicher 32 unter Druck zu halten. Diese Druckquelle 45 kann beispielsweise entweder eine bei einem Kraftfahrzeug aus anderen Gründen bereits vorhandene Hydraulikpumpe oder eine auch piezoelektrisch realisierte Förderpumpe sein. Durch eine Druckbeaufschlagung der Hydraulikflüssigkeit im ND-Pumpenspeicher 32 lässt sich das Saugverhalten der Piezopumpe 17 optimieren, das vor allem durch die Temperatur beeinflusst werden kann.
Die Ausführungsform nach 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 3 und 4 vor allem dadurch, dass die Fremdkraft-Bremsanlage – bestehend aus Piezopumpe 17, Bremsdruckabbauventil 19, Trennkolben 33, mit integriertem Bremsflüssigkeitvorratsbehälter 47 eingebautem ND-Pumpenspeicher 32 und evtl. Drucksensor 26 – als Fertigteil in eine Bremsdruckmodulations-Einheit 50a zusammen mit der Radbremse 12 bzw. in ihre Nähe montiert ist und dass keine hydraulische Verbindung zwischen der Fremdkraft-Bremsanlage 50a und der Betätigungseinheit 3 vorliegt. Die Kommunikation zwischen der Bremsdruckmodulationseinheit 50a und der Betätigungseinheit 3 findet rein elektronisch über die ECU 30 statt.
Darüber hinaus zeigt die Ausführungsform nach 5 auch eine „trockene" Pedalwegsimulationsanordnung 49, die elektrisch mittels elektromagnetischer, piezoelektrischer oder elektrorheologischer Bremsen und Dämpfer 52 einen vorzugsweise progressiven Bremsrückwirkungskraftverlauf mit zunehmendem Pedalweg einstellt, indem die ECU 30 die Signale des Weg- 28 und/oder des Kraftsensors 51 erfasst und die Pedalbremse 52 entsprechend ansteuert.
Das Rückschlagventil 49 der Bremsdruckmodulations-Einheit 50a dient dem Druckausgleich zwischen der Radbremse 12 und dem Bremsflüssigkeitsvorratsbehälter 47 beim Nichtbremsen, der vor allem aufgrund von Temperatureinflüssen und Leckverlusten erforderlich sein kann.
Die Ausführungsform nach 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach 5 dadurch, dass die gesamte Bremsanlage auf eine zentrale ECU 30 verzichtet und dass stattdessen die einzelnen Bremsdruckmodulations-Einheiten 50a und die Pedalbremse 52 mit eigener ECU 30a, 30b, 30c, 30d und 30e ausgerüstet sind.
Im Vergleich zu der Ausführungsform nach 5 zeigen die Bremsdruckmodulations-Einheiten 50a der Ausführungsform nach 7 die Möglichkeit, die Hydraulikflüssigkeit im ND-Pumpenspeicher 32 mit Hilfe der eigenen Piezopumpe 17 unter Druck zu halten, indem vorzugsweise beim Nichtbremsen und beim Detektieren eines Druckverlustes im ND-Pumpenspeicher 32 mittels eines hier nicht dargestellten Druck- bzw. Wegsensors die Piezopumpe 17 bei geschlossenen 2/2-Wegeventil 53 Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 47 durch das Rückschlagventil 54 saugt und durch das Bremsdruckabbauventil 19 in den ND-Pumpenspeicher 32 fördert, bis der minimal erforderliche Druck wieder erreicht wird.
Im Vergleich zu der Ausführungsform nach 5 zeigen die Bremsdruckmodulations-Einheiten 50a der Ausführungsform nach 8 die Integration einer Feststellbremsfunktion für die Radbremse 12, indem die Piezopumpe 17 beim Schließen des Bremsdruckabbauventils 19 und beim Öffnen des 2/2-Wegeventils 55 direkt in die Radbremse 12 Druck aufbaut. Wird das 2/2-Wegeventil 55 wieder geschlossen, so wird der Druck in die Radbremse 12 gehalten und das Bremsdruckabbauventil 19 kann wieder ausgeschaltet werden. Zum Deaktivieren der Feststellbremse wird das 2/2-Wegeventil 56 geöffnet, so dass ein Druckausgleich zwischen der Radbremse 12 und dem Vorratsbehälter 47 stattfindet.

Claims

Bremsanlage vom Typ „Brake-by-Wire" für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrohydraulischen Fremdkraft-Bremsvorrichtung (50), (50a), mit der mindestens eine Radbremse (12) durch das Zusammenspiel zwischen der Hydraulikflüssigkeit aus einer Niederdruckquelle fördernden Förderpumpe und einem zwischen der Druck- und Saugseite der Förderpumpe geschalteten, zumindest während der Zeitdauer eines hydraulisch bewirkten Druckaufbaues oder -abbaues der Radbremsen (12) verengten bis geschlossenen Strömungsquerschnitt betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) als Regelpumpe für einen mit hoher Frequenz intermittierend arbeitenden Förderbetrieb ausgelegt ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Taktfrequenz der intermittierend arbeitenden Förderpumpe (17) mindestens derjenigen der an der Radbremse (12) während einer ABS-Druckmodulation resultierenden Bremsfrequenz entspricht.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) mit piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder elektrochemischen Aktoren (18) als Antriebselementen ausgebildet ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) zumindest während eines Teils der Zeitdauer, in der ein Druckabbau der Radbremse (12) erfolgt, ausgeschaltet ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vereng- bis verschließbare Strömungsquerschnitt als ein Sperrventil (19) oder eine Drosselstelle ausgebildet ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrventil (19) ein Regelventil (19a) ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (26) zur Bestimmung des Bremsniveaus an der Radbremse (12) vorgesehen ist und dass die Förderpumpe (17) und/oder das Sperrventil (19, 19a) in Abhängigkeit des durch diesen Sensor (26) ermittelten Druckes der Radbremse (12) geregelt wird.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (17) entweder durch den Einbau zwischen ihrer Druckseite und der jeweiligen Radbremse (12) von einem zusätzlichen Sperrventil oder durch den Ersatz des einzelnen Sperrventils (19) durch ein Mehrwege-Sperrventil mehrere Radbremsen betätigen kann.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der elektrohydraulischen Fremdkraft-Bremsvorrichtung (50), 50a) und der jeweiligen Radbremse (12) ein Trennkolben 33 eingebaut ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der Förderpumpe (17) an einen unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit-Vorratsbehälter (32) angeschlossen ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraft-Bremsvorrichtung (50), (50a) – bestehend aus mindestens der Förderpumpe (17), dem Bremsdruckabbauventil (19) und dem Trennkolben (33) – als eine fertig montierte Bremsdruckmodulations-Einheit ausgebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsdruckmodulations-Einheit in die entsprechende Radbremse bzw. in ihre Nähe montiert ist.
Bremsanlage nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdkraft-Bremsvorrichtungen (50) der verschiedenen Radbremsen (12) in eine gemeinsame, hydraulische Steuerungseinheit (46) eingebaut sind.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisch betätigbares, in seiner Grundstellung offenes Balanceventil (15), (16) zwischen den Radbremsen (12) einer Achse eingebaut ist, das im Brake-by-Wire-Modus (Normalbetrieb) im geöffneten Zustand einen Druckausgleich an den Radbremsen einer Achse und im geschlossenen Zustand eine radindividuelle Bremsdruckregelung ermöglicht.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage (1) zum Erfassen des Fahrerwunsches eine Betätigungseinheit (3) mit einem mittels Bremspedals (2) betätigbaren Bremszylinder (4), (4a) sowie mindestens einem Wegsensor (28) und/oder Kraftsensor (51) aufweist.
Bremsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (3) eine elektrisch steuerbare Pedalwegsimulationsanordnung (22), (49) zur aktiven Einstellung der Nachgiebigkeit des Bremspedals (2) aufweist.
Bremsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalwegsimulationsanordnung (49) durch eine Pedalbremse und/oder einen Pedaldämpfer (52) gebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalbremse und/oder der Pedaldämpfer (52) mit elektromagnetischen, piezoelektrischen oder elektrorheologischen Aktoren als Antriebselementen ausgebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Pedalwegsimulationsanordnung (22) elektrohydraulisch mittels des regelbaren Pedalwegventils (23) ausgebildet ist.
Bremsanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrohydraulische Pedalwegsimulationsanordnung (22) zur Gewährleistung eines guten Lösevorgangs des Bremspedals (2) auch einen federbelasteten, unabhängig vom Vorratsbehälter (32) der Förderpumpe (17) abgebildeten Niederdruckspeicher (24) und ein Rückschlagventil (25) vorweist.
Bremsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (3) mit dem Bremszylinder (4), (4a) mit mindestens einem beim Nichtbremsen mit dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter (5) in Verbindung stehenden Druckraum (6) oder (7) als Hilfsbremsanlage (40) ausgebildet ist, die im Fehlerfall oder beim Ausfall der Fremdkraft-Bremsanlage (50), (50a) per Muskelkraft mindestens die Radbremsen (12) eines der Bremskreise (I), (II) hydraulisch über die Leitung (10), (11) betätigt kann und im Normalfall (Brake-by-Wire-Bremsung) mittels des Trennventils (8), (9) von der Fremdkraft-Bremsanlage (50), (50a) getrennt wird.
Bremsanlage nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfskraftbremsanlage (40) zur redundanten Erfassung des Fahrerwunsches durch den Druck an dem Druckraum (6), (7) mindestens einen Drucksensor (27) aufweist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Bremspedal (2) betätigten, zum Erfassen des Fahrerwunsch-Sollwertes verwendeten Sensoren (28), (51) und die zum Erfassen des Fahrerwunsch-Istwertes verwendeten Drucksensoren (26) zum Regel der Fremdkraft-Bremsanlage (50), (50a) und der Pedalwegsimulationsanordnung (22), (49) sowie zum Trennen der Hilfsbremsanlage (40) von der Fremdkraft-Bremsanlage (50), (50a) mit einer sich ständig auf korrekte Funktion überprüfenden elektronischen Regelanordnung ECU (30) verbunden sind.
Bremsanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektronische Regelanordnung (30) aus mehreren eigenständigen Teilregelanordnungen (30a, 30b, 30c, 30d und 30e) zusammensetzt, die in die entsprechenden Fremdkraft-Bremsanlagen (50), (50a) und Pedalwegsimulationsanordnung (22), (49) integriert sind.