DE102006006604A1

DE102006006604A1 - Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102006006604A1
Application number: DE102006006604A
Authority: DE
Inventors: Stefan A. Drumm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2005-02-18
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2006-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage mit einem Hauptzylinder (1) mit einem Hauptzylindergehäuse (20), welche an den Radbremszylinder anschließbar sind, einem ersten Kolben (2), der über eine Betätigungskräfte übertragende Druckstange (34) mit einem Bremspedal (3) gekoppelt ist, einem zweiten Kolben (4), über den der Hauptzylinder (1) betätigt wird, einem dritten Kolben (5), der vom ersten Kolben (2) hydraulisch betätigbar ist, mit mindestens einem elastischen Element (6, 7), das einen Pedalwegsimulator bildet, der in der Betriebsart "Brake-by-wire" dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt, Mitteln zum Koppeln der Bewegungen des ersten (2) und des dritten Kolbens (5), mit einem mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Zwischenraum (11), dessen Druckbeaufschlagung eine hydraulische Kraftwirkung auf den zweiten (4) und den dritten Kolben (5) verursacht, sowie mit einem elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmodul (13), das sowohl ein Befüllen des Zwischenraums (11) mit Druckmittel als auch dessen Entleeren ermöglicht. DOLLAR A Um eine Unterstützung der Betätigungskraft auch bei einem Ausfall der Steuerelektronik oder der elektrischen Energieversorgung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass ein vierter Kolben (8) vorgesehen ist, der eingangsseitig über das elastische Element (6, 7) und ausgangsseitig durch den hydraulischen Druck im Zwischenraum (11) mit zwei entgegengesetzt gerichteten Kräften beaufschlagt werden kann, und Mittel (14, 19, 15) ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit:
einem Hauptzylinder mit einem Hauptzylindergehäuse, an den Radbremszylinder anschließbar sind,
einem ersten Kolben, der über eine Betätigungkräfte übertragende Druckstange mit einem Bremspedal gekoppelt ist, einem zweiten Kolben, über den der Hauptzylinder betätigt wird,
einem dritten Kolben, der vom ersten Kolben hydraulisch betätigbar ist,
mit mindestens einem elastischen Element, das einen Pedalwegsimulator bildet, der in der Betriebsart „brake-by-wire" dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt, Mitteln zum Koppeln der Bewegungen des ersten und des dritten Kolbens,
mit einem mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Zwischenraum, dessen Druckbeaufschlagung eine hydraulische Kraftwirkung auf den zweiten und den dritten Kolben verursacht,
sowie mit einem elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmodul, das sowohl ein Befüllen des Zwischenraums mit Druckmittel als auch dessen Entleeren ermöglicht.

In der Kraftfahrzeugtechnik finden „brake-by-wire"-Bremssysteme eine immer größere Verbreitung. Bei diesen Bremssystemen kann die Bremse auch ohne aktives Zutun des Fahrers aufgrund elektronischer Signale "fremd-" betätigt werden. Diese elektronischen Signale können beispielsweise von einem elektronischen Stabilitätsprogramm ESP oder einem Abstandsregelsystem ACC ausgegeben werden. Kommt es zu einer Überlagerung einer derartigen Fremdbetätigung mit einer Fahrerbetätigung, so spürt der Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Rückwirkung im Bremspedal. Dieser Rückwirkungseffekt auf das Bremspedal kann für den Fahrer überraschend und un angenehm sein, so dass der Fahrer in einer kritischen Situation des Straßenverkehrs das Bremspedal nicht in einem dieser Situation angepassten Maße betätigt, da er durch die von der Fremdbetätigung der Bremse verursachte Rückwirkung auf das Bremspedal irritiert wird.

Eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung ist aus der DE 10 2004 025 638 A1 bekannt. Eine „Fremdbetätigung" der vorbekannten Bremsanlage bzw. eine Druckbeaufschlagung des Zwischenraums erfolgt in der Betriebsart „brake-by-wire" durch das elektrisch steuerbare Druckbereitstellungsmodul mittels einer ebenfalls elektrisch ansteuerbaren Ventileinrichtung, die eine hydraulische Verbindung zwischen dem Zwischenraum und dem Druckbereitstellungsmodul freigibt bzw. absperrt. Als nachteilig wird bei der vorbekannten Bremsanlage die Tatsache empfunden, dass eine Unterstützung der vom Fahrzeugführer aufgebrachten Betätigungskraft nur bei intakter Elektronik und der im Fahrzeug vorhandenen Energieversorgung (Batterie und elektrisches Bordnetz) möglich ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bremsanlage der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei der eine Unterstützung der Betätigungskraft bei einem Ausfall der Steuerelektronik oder der elektrischen Energieversorgung noch so lange möglich ist, bis der Energievorrat eines bremssysteminternen Energiespeichers erschöpft ist. Mit der vorgeschlagenen Bremsanlage kann der Fahrer sein Fahrzeug auch in diesem Betriebszustand mit der gewohnten Pedalkraft sicher abbremsen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein vierter Kolben vorgesehen ist, der eingangsseitig über das elastische Element und ausgangsseitig durch den hydraulischen Druck im Zwischenraum mit zwei entgegengesetzt gerichteten Kräften beaufschlagbar ist und dass Mittel vorge sehen sind, um das Druckbereitstellungsmodul zusätzlich zur elektrischen Steuerbarkeit auch in Abhängigkeit von der sich aus der Kräftebeaufschlagung ergebenden Position des vierten Kolbens steuerbar zu gestalten.

Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Mittel zur Steuerung des Druckbereitstellungsmoduls in Abhängigkeit von der Position des vierten Kolbens ein sowohl mechanisch als auch elektrisch steuerbares Steuerventil sowie mechanische Elemente zur Übertragung der Position des vierten Kolbens auf das Steuerventil enthalten.

Die mechanischen Elemente zur Übertragung der Kolbenposition umfassen vorzugsweise eine Scheibe und eine Steuerhülse.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Verbindung der mechanischen Elemente als einseitig wirkender mechanischer Anschlag ausgebildet.

Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht vor, dass ein vierter Kolben vorgesehen ist, der als Hohlkolben ausgebildet ist und sowohl den ersten als auch den dritten Kolben derart aufnimmt, dass zwischen dem ersten und dem dritten Kolben eine hydraulische Kammer begrenzt wird, die durch eine Relativbewegung des vierten Kolbens gegenüber dem Hauptzylindergehäuse absperrbar ist und die Mittel zum Koppeln der Bewegung des ersten und des dritten Kolbens bildet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen dem zweiten und dem dritten Kolben eine in axialer Richtung wirksame mechanische Kraftübertragungsverbindung vorgesehen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsge genstandes besteht darin, dass das Druckbereitstellungsmodul als eine mittels eines pneumatischen Aktuators betätigbare Kolben-Zylinderanordnung ausgebildet ist und dass der pneumatische Aktuator mittels eines Steuerventils sowohl durch das Bremspedal als auch unabhängig vom Bremspedal fremdbetätigbar ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist das elastische Element wirkungsmäßig zwischen der Druckstange und dem vierten Kolben angeordnet.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung sieht vor, dass die hydraulische Kammer in unbetätigtem Zustand des Bremspedals mit einem Druckmittelvorratsbehälter in Verbindung steht.

Bei einer anderen Ausführungsvariante weist der pneumatische Aktuator ein Gehäuse auf, dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand in eine Unterdruckkammer sowie eine Arbeitskammer unterteilt ist, die mittels des Steuerventils mit einem Unterdruck oder dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist die Unterdruckkammer an eine Luftabsaugvorrichtung, z. B. eine Vakuumpumpe anschließbar.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist das Steuerventil im Eingangsbereich des Hauptzylindergehäuses angeordnet und besteht aus einem Unterdruckdichtsitz, einem Atmosphärendichtsitz sowie einem Ventilkörper, wobei der Unterdruckdichtsitz an einem auf dem Hauptzylindergehäuse geführten, axial beweglichen ersten Ring und der Atmosphärendichtsitz an einem ebenfalls im Hauptzylindergehäuse geführten, koaxial zum ersten Ring axial beweglichen zweiten Ring ausgebildet sind.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Fremdbetätigung des Steuerventils mittels eines elektromechanischen Aktuators, vorzugsweise eines Elektromagneten, dessen Anker mit dem ersten Ring verbunden bzw. durch den ersten Ring gebildet ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, dass wirkungsmäßig zwischen dem ersten und dem vierten Kolben eine Ansprechfeder angeordnet ist.

Um die vom Fahrer gewünschte Bremskraft genau zu dosieren sieht eine weitere Variante vor, dass wenigstens ein Sensor zum Erfassen von Bremspedalposition und -bewegung vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal beispielsweise ein Pedaldrehwinkel und/oder ein Pedalbetätigungsweg einer elektronischen Steuereinheit zugeführt wird und der Ansteuerung des Steuerventils dient.

Weiterhin können am Hauptzylinder wenigstens ein Drucksensor und wenigstens ein Kolbenwegsensor angebracht sein, die den im Hauptzylinder eingesteuerten Druck sowie den Weg des zweiten Kolbens erfassen und diese Informationen an die elektronische Steuereinheit weiterleiten.

Bei einer anderen Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sind in der elektronischen Steuereinheit elektrische Steuerungs- und Überwachungsmittel vorgesehen, um die Vakuumpumpe zu steuern und zu überwachen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindung sieht vor, dass die elektronische Steuereinheit ein Bremslichtsignal generiert und über eine elektronische Wirkverbindung an das Kraftfahrzeug weitergibt. Die elektronische Wirkverbindung wird entweder durch einen Datenbus gebildet oder ist als direkte Leitungsverbindung ausgebildet.

Bei einer anderen Ausführungsvariante sind in der elektronischen Steuereinheit Kommunikationsmittel zum Austausch von Daten mit anderen Fahrzeugkomponenten vorgesehen.

Schließlich besteht eine andere vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes darin, dass die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet ist, von anderen Fahrzeugkomponenten Bremsdruckanforderungen zu erhalten und diese durch Ansteuerung des elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmoduls in eine vom Druck- und Kolbenwegsensor überwachte Hauptzylinderbetätigung umzusetzen.

Im nachfolgenden Text wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende schematische Darstellung in der Zeichnung näher erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Bremsanlage weist ein Bremspedal 3 auf, das über eine Betätigungsstange 34 mit einem ersten Kolben 2 wirkungsmäßig verbunden ist. Der Bremspedalweg kann über einen Drehwinkelsensor 31 erfasst werden. Weiterhin ist ein zweiter Kolben 4 vorgesehen, der einen Betätigungskolben eines Hauptbremszylinders 1 darstellt. Im gezeigten Beispiel ist der Hauptbremszylinder 1 als Tandemhauptzylinder ausgeführt, in dessen Hauptzylindergehäuse 20 dem zweiten Kolben 4 ein weiterer Kolben 21 nachgeschaltet ist. An den Hauptbremszylinder 1 können über ein nicht dargestelltes, steuerbares Radbremsdruckmodulationsmodul die Radbremsen des Fahrzeugs angeschlossen sein, wobei dem Radbremsdruckmodulationsmodul eine ebenfalls nicht gezeigte elektronische Steuer- und Regeleinheit zugeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich zum dargestellten Drehwinkelsensor kann ein Wegsensor vorgesehen werden, der den Betätigungsweg der Druckstange (34) oder des ersten Kolbens (2) erfasst.
Der erste Kolben 2 ist zusammen mit einem dritten Kolben 5 in einem vierten Kolben 8 verschiebbar geführt, wobei der erste (2) und der dritte Kolben 5 eine hydraulische Kammer 12 begrenzen, die ein Mittel zum Koppeln der Bewegungen des ersten (2) und des dritten Kolbens 5 bildet. Die hydraulische Kammer 12 steht einerseits über eine Öffnung bzw. einen Durchgang 46 im vierten Kolben 8 mit einer ansonsten geschlossenen hydraulischen Kammer 45 und andererseits über einen hydraulischen Durchgang 35 im vierten Kolben 8 mit einem dem Hauptbremszylinder 1 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 32 in Verbindung. Ein im Hauptzylindergehäuse 20 angebrachtes Dichtelement 36 bewirkt, dass der Durchgang 35 bei einer Relativbewegung des vierten Kolbens 8 gegenüber dem Hauptzylindergehäuse 20 von der Verbindung zum Druckmittelvorratsbehälter 32 getrennt und bei weiterer Verschiebung mit der geschlossenen hydraulischen Kammer 45 verbunden wird. Zur Druckentlastung dieser Kammer im unbetätigten Zustand ist es sinnvoll, das hier lediglich schematisch dargestellte Dichtelement 36 als wegabhängig überströmbare Kolbendichtung auszubilden.
Außerdem ist wirkungsmäßig zwischen dem Betätigungspedal 3 bzw. dem ersten Kolben 2 und dem vierten Kolben 8 eine Druckfeder 6 angeordnet, die bei unbetätigtem Betätigungspedal 3 den ersten Kolben 2 über eine Scheibe 14 zur Anlage an einem vierten Kolben 8 ausgebildeten Anschlag 44 bringt. Ein elastisches Element 7, beispielsweise eine Elastomerfeder, ist ebenfalls wirkungsmäßig zwischen der Betätigungsstange 28 und dem vierten Kolben 8, vorzugsweise koaxial bzw. parallel zur Druckfeder 6, angeordnet und bildet zusammen mit der Druckfeder 6 einen Pedalwegsimulator, der dem Fahrzeugführer bei der Betätigung der Bremsanlage das gewohnte Pedalgefühl vermittelt, das einer üblichen Bremspedalcharakteristik entspricht. Dies bedeutet, dass bei ge ringem Bremspedalweg der Widerstand langsam ansteigt und bei größerem Bremspedalweg überproportional zunimmt. Außerdem wirkt zwischen der Scheibe 14 und dem vierten Kolben 8 eine Ansprechfeder 29.
Die vorhin erwähnten Kolben 4, 5, 8, 21 sind im Hauptzylindergehäuse 20 untergebracht, wobei zwischen dem zweiten Kolben 4 und dem dritten Kolben 5 ein Zwischenraum 11 begrenzt wird, der mittels einer hydraulischen Verbindung 37 mit einem elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmodul 9 verbunden ist, das eine Druckbeaufschlagung des Zwischenraums 11 ermöglicht.
Das Druckbereitstellungsmodul 9 wird im wesentlichen durch eine mittels eines pneumatischen Aktuators 10 betätigbare Kolben-Zylinderanordnung 13 gebildet, an deren Druckraum 38 die vorhin erwähnte hydraulische Verbindung 37 angeschlossen ist. Die Kolben-Zylinderanordnung 13 ist mit einem Druckmittelvorratsbehälter 39 versehen. Anstelle des dargestellten, der Kolben-Zylinderanordnung 13 zugeordneten Druckmittelvorratsbehälters 39 kann auch eine Schlauchverbindung zum vorhin genannten Druckmittelvorratsbehälter 32 eingesetzt werden. Der pneumatische Aktuator 10 weist ein Aktuatorgehäuse 16 auf, in dem eine an eine Vakuumpumpe 18 oder eine äquivalente Luftabsaugvorrichtung angeschlossene Unterdruckkammer 22 sowie eine belüftbare Arbeitskammer 23 durch eine bewegliche Wand 17 voneinander getrennt sind. Die bewegliche Wand 17 steht in einer kraftübertragenden Verbindung mit dem lediglich schematisch angedeuteten Kolben 40 der Kolben-Zylinderanordnung 13, der den vorhin erwähnten Druckraum 38 begrenzt.
Der Ansteuerung des pneumatischen Aktuators 10 dient ein am Hauptzylindergehäuse 20 befestigtes Steuerventil, das mit dem Bezugszeichen 15 versehen ist und sowohl mechanisch als auch elektromechanisch angesteuert werden kann. Das Steuer ventil 15 besteht aus einem ersten bzw. einem Unterdruckdichtsitz 24, einem zweiten bzw. einem Atmosphärendichtsitz 25 sowie einem mit den Dichtsitzen 24, 25 zusammen wirkenden ringförmigen Ventilkörper 26. Der Unterdruckdichtsitz 24 ist vorzugsweise an einem auf dem Hauptzylindergehäuse 20 geführten ersten Ring 27 ausgebildet, dessen Position mit elektromechanischen Mitteln kontrollierbar ist, während der Atmosphärendichtsitz 25 an einem ebenfalls im Hauptzylindergehäuse 20 geführten zweiten Ring 28 ausgebildet ist, dessen Position mit mechanischen Mitteln kontrollierbar ist. Zur Positionierung des ersten Rings 27 ist ein elektrischer Aktuator – beispielsweise ein Elektromagnet 30 vorgesehen, dessen Anker mit dem ersten Ring 27 einteilig ausgeführt ist, und der eine vom Betätigungspedal 3 unabhängige Fremdbetätigung des Steuerventils 15 ermöglicht. Zur Positionierung des zweiten Rings 28 ist eine Steuerhülse 19 vorgesehen, die auf einer Seite mit der oben erwähnten Scheibe 14 und auf der anderen Seite mit dem zweiten Ring 28 verbunden ist, wobei wenigstens eine dieser Verbindungen als einseitig wirkender Anschlag ausgebildet ist, so dass die Steuerhülse 19 nur Zugkräfte zu übertragen hat. Um einen ungehinderten Durchtritt von Luft unter Atmosphärendruck zum Steuerventil 15 zu ermöglichen ist die Steuerhülse 19 mit radialen Durchbrüchen ausgestattet.
Bei einer Bremspedalbetätigung verschiebt sich infolge einer geeigneten Befederung zunächst der erste Kolben 2 zusammen mit der Scheibe 14, der Steuerhülse 19, dem zweiten Ring 28 und dem Ventilkörper 26 gegenüber dem Hauptzylindergehäuse 20. Durch ein Aufsetzen des Ventilkörpers 26 auf den Unterdruckdichtsitz 24 wird dieser geschlossen und der Atmosphärendichtsitz 25 geöffnet, wodurch die Arbeitskammer 23 des pneumatischen Aktuators 10 im Druckbereitstellungsmodul 9 belüftet wird und die daraus resultierende Kraft wirkung auf die bewegliche Wand 17 den Kolben 40 der Kolben-Zylinderanordnung 13 betätigt. Der so erzeugte hydraulische Druck im Druckraum 38 wird über die hydraulische Verbindung 37 dem Zwischenraum 11 im Hauptzylindergehäuse 20 zugeführt.
So wird zum einen der Hauptbremszylinder 1 betätigt und zum anderen wird der Hohlkolben 8 entgegen der Betätigungsrichtung zurückgedrückt. Dies schließt den Atmosphärendichtsitz 25, und stoppt einen weiteren Druckaufbau im Zwischenraum 11, indem der Hohlkolben 8 in einer Gleichgewichtslage verharrt, in der sich die Betätigungskraft mit einem durch die Flächenverhältnisse im Zwischenraum 11 festgelegten Anteil der Aktuatorkraft aufhebt. Bei einer Veränderung der Pedalkraft stellt sich durch ein entsprechendes Öffnen und Schließen von Ventilsitzen 24 und 25 eine neue Gleichgewichtslage ein. Diese Annordnung könnte man auch als pneumatischen Lageregler für den Hohlkolben 8 bezeichnen, der unterschiedliche Pedalbetätigungskräfte durch automatisch angepasste Aktuatorkräfte kompensiert. Dadurch, dass der Hohlkolben 8 stets an der gleichen Position gehalten wird, ist die Pedalkraft nur durch die Kräfte der Federn 6 und 7 bestimmt, nicht jedoch durch den Betätigungszustand des Hauptzylinders 1.
Bei ungenügendem oder fehlendem Verstärkerdruck im Zwischenraum 11 verschiebt sich der Hohlkolben 8 infolge der von der Betätigungsstange 34 über die Federn 6 und 7 ausgeübten Kräfte in den Zwischenraum 11. Dadurch überfährt der in der Wand des vierten bzw. Hohlkolbens 8 vorgesehene Durchgang 35 die Dichtung 27, wodurch die Verbindung der hydraulischen Kammer 12 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 32 unterbrochen wird. Das dadurch in der hydraulischen Kam mer 12 eingeschlossene Druckmittelvolumen koppelt die Bewegung des ersten 2 und des dritten Kolbens 5. Da der erste Kolben 2 über die Betätigungsstange 34 mit dem Pedal 3 und der dritte Kolben 5 in Betätigungsrichtung mit dem Hauptzylinderkolben 4 gekoppelt ist, wird bei Vorliegen eines ungenügenden oder fehlenden Verstärkerdrucks im Zwischenraum 11 automatisch ein direkter Durchgriff vom Bremspedal 3 zum Hauptzylinder hergestellt. Diese hydraulische Kopplung wird ausschließlich durch eine Relativbewegung des vierten Kolbens 8 gegenüber dem Hauptzylindergehäuse 20 gesteuert und ist daher unabhängig vom Betätigungszustand des Hauptzylinders 1. Zur Aktivierung der Kopplung ist nur der kleine Verfahrweg des Hohlkolbens 8 relativ zum Gehäuse 20 zum Verschließen des Durchgangs 35 notwendig. Dadurch wird ein Pedalwegverlust vermieden, der bei einem direkten Durchgriff vom Pedal zum Hauptzylinderkolben (4) über einen mechanischen Kontakt des ersten 2 und mit dem dritten Kolben 5 unvermeidbar wäre. Ein solcher mechanischer Durchgriff ist auch in der erfindungsgemäßen Bremsanlage möglich und stellt hier eine unterste Rückfallebene dar, die beim Versagen der hydraulischen Kopplung – beispielsweise infolge einer Leckage – eine obgleich pedalwegverlustbehaftete Hauptzylinderbetätigung ermöglicht.
Die erfindungsgemäße Bremsanlage kann in verschiedenen Betriebsarten arbeiten. In einem unbetätigten Zustand liegt in beiden Kammern 22, 23 des pneumatischen Aktuators 10 der gleiche Druck vor, da der Unterdruckdichtsitz 24 offen ist.
In einem rein elektrisch gesteuerten Betriebsmodus wird über den elektromechanischen Aktuator 30 das Steuerventil 15 im Sinne der Belüftung der Arbeitskammer 23 des pneumatischen Aktuators 10 betätigt. Dabei wird der vorhin erwähnte Unterdruckdichtsitz 24 geschlossen und der Atmosphärendichtsitz 25 geöffnet. Durch die Kraftwirkung der eingeströmten Luft an der beweglichen Wand 17 wird im Druckraum 38 der Kolben-Zylinderanordnung 13 ein hydraulischer Druck aufgebaut, der über die Leitung 37 dem Zwischenraum 11 zugeführt wird. Durch diesen Druck werden der zweite (4) sowie der weitere Kolben 21 des Hauptzylinders 1 in der Zeichnung nach rechts verschoben, so dass Druckmittel in beide lediglich angedeutete Bremskreise strömt.
In einem ersten pedalgesteuerten Betriebsmodus bewirkt eine Betätigung des Bremspedals 3 eine mechanische Ansteuerung des Steuerventils 15, die den oben erläuterten Effekt zur Folge hat. Selbstverständlich ist auch ein kombinierter Betriebsmodus mit gleichzeitiger pedalgesteuerter und elektrischer Ansteuerung des Steuerventils 15 möglich. Dieser Modus wird beispielsweise verwendet, um die in Fachkreisen der der Bremsentechnik wohlbekannte Funktion des Bremsassistenten zu erfüllen, die darin besteht, dass bestimmte bremspedalgesteuerte Bremsvorgänge beschleunigt und intensiviert werden.
In einem weiteren pedalgesteuerten Betriebsmodus, der einer ersten Rückfallebene entspricht, kann im Zwischenraum 11 aufgrund einer Störung der oben beschriebenen Abläufe kein hydraulischer Druck aufgebaut werden, wodurch einer Verschiebung des Hohlkolbens 8 keine rücktreibende Druckkraft entgegengesetzt werden kann und der oben beschriebene Zustand einer hydraulischen Kopplung von erstem und drittem Kolben eine unverstärkte Kraftübertragung von der Betätigungsstange über den ersten Kolben 2, das in der hydraulischen Kammer 12 eingeschlossene Druckmittel, den dritten Kolben 5 und den mit letzterem gekoppelten zweiten Kolben 4 zum Hauptbremszylinder 1 bewirkt. Dabei entsteht aufgrund der Nutzung der hydraulischen Verriegelung mit Hilfe der Kammer 12 kein Pedalwegverlust, es sei denn, dass aufgrund einer weiteren Störung in dieser Kammer kein Druck aufgebaut werden kann. In diesem Fall erfolgt in einer weiteren Rückfallebene eine rein mechanische Kraftübertragung vom ersten Kolben 2 auf den dritten Kolben 5 durch direkten mechanischen Kontakt. In den Rückfallbetriebsarten erfolgt die Betätigung des Hauptbremszylinders 1 ausschließlich mit Muskelkraft.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine einfach aufgebaute Bremsanlage erreicht, bei der die Bremspedalcharakteristik nicht vom Betätigungszustand der restlichen Bremsanlage abhängt, wodurch das Pedalgefühl bei einer Fahrerbremsung weder durch das gleichzeitige Vorliegen einer Fremdbremsung noch durch andere Regelungsaktivitäten des Bremssystems wie Antiblockierregelung, Traktionskontrolle oder Fahrstabilitätsregelung gestört werden kann.
Die Bremsanlage hat weiterhin den Vorteil, dass sie einfacher aufgebaut ist als herkömmliche Bremsanlagen. Fahrzeuge mit einer elektronischen Stabilitätsregelfunktion (ESP) benötigen beispielsweise eine spezielle ESP-Hydraulik, die komplizierter ist als eine normale ABS-Hydraulik, da sie im Gegensatz zur ABS-Hydraulik auch die Fähigkeit zum Aufbau von Radbremsdrücken oberhalb des Hauptzylinderdrucks besitzen muss. Die vorgeschlagene Bremsanlage kommt dagegen auf der dem Hauptzylinder nachgeschalteten Seite mit einem einfachen, lediglich acht Elektromagnetventile enthaltenden „ABS"-Hydraulikmodul aus.

Claims

Bremsanlage für Kraf tfahrzeuge mit • einem Hauptzylinder (1) mit einem Hauptzylindergehäuse (20), an den Radbremszylinder anschließbar sind, • einem ersten Kolben (2), der über eine Betätigungkräfte übertragende Druckstange (34) mit einem Bremspedal (3) gekoppelt ist, • einem zweiten Kolben (4), über den der Hauptzylinder (1) betätigt wird, •einem dritten Kolben (5), der vom ersten Kolben (2) hydraulisch betätigbar ist, • mit mindestens einem elastischen Element (6, 7), das einen Pedalwegsimulator bildet, der in der Betriebsart „brake-by-wire" dem Fahrzeugführer ein angenehmes Pedalgefühl vermittelt, • Mitteln zum Koppeln der Bewegungen des ersten (2) und des dritten (5) Kolbens, • mit einem mit hydraulischem Druck beaufschlagbaren Zwischenraum (11), dessen Druckbeaufschlagung eine hydraulische Kraftwirkung auf den zweiten und den dritten Kolben (4, 5) verursacht, • sowie mit einem elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmodul (9), das sowohl ein Befüllen des Zwischenraums (11) mit Druckmittel als auch dessen Entleeren ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter Kolben (8) vorgesehen ist, der eingangsseitig über das elastische Element (6, 7) und ausgangsseitig durch den hydraulischen Druck im Zwischenraum (11) mit zwei entgegengesetzt gerichteten Kräften beaufschlagbar ist und Mittel (14, 19, 15) vorgesehen sind, um das Druckbereitstellungsmodul (9) zusätzlich zur elektrischen Steuer barkeit auch in Abhängigkeit von der sich aus der Kräftebeaufschlagung ergebenden Position des vierten Kolbens (8) steuerbar zu gestalten.
Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Steuerung des Druckbereitstellungsmoduls (9) in Abhängigkeit von der Position des vierten Kolbens (8) ein sowohl mechanisch als auch elektrisch steuerbares Steuerventil (15) sowie mechanische Elemente (14, 19) zur Übertragung der Position des vierten Kolbens (8) auf das Steuerventil (15) enthalten.
Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Elemente zur Übertragung der Kolbenposition eine Scheibe (14) und eine Steuerhülse (19) umfassen.
Bremsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Verbindung der mechanischen Elemente als einseitig wirkender mechanischer Anschlag (47) ausgebildet ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Kolben (8) als Hohlkolben ausgebildet ist und sowohl den ersten (2) als auch den dritten Kolben (5) derart aufnimmt, dass zwischen dem ersten (2) und dem dritten Kolben (5) eine hydraulische Kammer (12) begrenzt wird, die durch eine Relativbewegung des vierten Kolbens (8) gegenüber dem Hauptzylindergehäuse (20) absperrbar ist und die Mittel zum Koppeln der Bewegung des ersten (2) und des dritten Kolbens (5) bildet.
Bremsanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten (4) und dem dritten Kolben (5) eine in axialer Richtung wirksame mechanische Kraftübertragungsverbindung vorgesehen ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbereitstellungsmodul (9) als eine mittels eines pneumatischen Aktuators (10) betätigbare Kolben-Zylinderanordnung (13) ausgebildet ist und dass der pneumatische Aktuator (10) mittels eines Steuerventils (15) sowohl durch das Bremspedal (3) als auch unabhängig vom Bremspedal (3) fremdbetätigbar ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (6) wirkungsmäßig zwischen der Druckstange (34) und dem vierten Kolben (8) angeordnet ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Kammer (12) in unbetätigtem Zustand des Bremspedals (3) mit einem Druckmittelvorratsbehälter (32) in Verbindung steht.
Bremsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der pneumatische Aktuator (10) ein Gehäuse (16) aufweist, dessen Innenraum durch eine bewegliche Wand (17) in eine Unterdruckkammer (22) sowie eine Arbeitskammer (23) unterteilt ist, die mittels des Steuerventils (15) mit einem Unterdruck oder dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.
Bremsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckkammer (22) an eine Luftabsaugvorrichtung, z. B. eine Vakuumpumpe (18) anschließbar ist.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (15) im Eingangsbereich des Hauptzylindergehäuses (20) angeordnet ist und aus einem Unterdruckdichtsitz (24), einem Atmosphärendichtsitz (25) sowie einem Ventilkörper (26) besteht, wobei der Unterdruckdichtsitz (24) an einem auf dem Hauptzylindergehäuse (20) geführten, axial beweglichen ersten Ring (27) und der Atmosphärendichtsitz (25) an einem ebenfalls im Hauptzylindergehäuse (20) geführten, koaxial zum ersten Ring (27) axial beweglichen zweiten Ring (28) ausgebildet sind.
Bremsanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdbetätigung des Steuerventils (15) mittels eines elektromechanischen Aktuators, vorzugsweise eines Elektromagneten (30 erfolgt, dessen Anker mit dem ersten Ring (27) verbunden bzw. durch den ersten Ring (27) gebildet ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch qekennzeichnet, dass wirkungsmäßig zwischen dem ersten (2) und dem vierten Kolben (8) eine Ansprechfeder (29) angeordnet ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkelsensor (31) zum Erfassen von Bremspedalposition und -bewegung vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einer elektronischen Steuereinheit (33) zugeführt wird und der Ansteuerung des Steuerventils (15) dient.
Bremsanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Hauptzylinder (1) wenigstens ein Drucksensor (42, 43) und wenigstens ein Kolbenwegsensor (41) angebracht sind, die den im Hauptzylinder (1) eingesteuerten Druck sowie den Weg des zweiten Kolbens (4) erfassen und diese Informationen an die elektronische Steu ereinheit (33) weiterleiten.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinheit (33) elektrische Steuerungs- und Überwachungsmittel vorgesehen sind, um die Vakuumpumpe (18) zu steuern und zu überwachen.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (33) ein Bremslichtsignal generiert und über eine elektronische Wirkverbindung an das Kraftfahrzeug weitergibt.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch qekennzeichnet, dass in der elektronischen Steuereinheit (33) Kommunikationsmittel zum Austausch von Daten mit anderen Fahrzeugkomponenten vorgesehen sind.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (33) dazu eingerichtet ist, von anderen Fahrzeugkomponenten Bremsdruckanforderungen zu erhalten und diese durch Ansteuerung des elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungsmoduls (9) in eine vom Druck- (42, 43) und Kolbenwegsensor (41) überwachte Hauptzylinderbetätigung umzusetzen.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (33) dem Druckbereitstellungsmodul (9) zugeordnet ist.