-
Technischer Bereich
-
Ein
Bremsaggregat für ein Landfahrzeug ist in einem hydraulischen,
ein- oder mehrkreisigen Bremssystem zur Steuerung der Bremsanlage
von Fahrzeugen vorgesehen, die ausschließlich, oder zusätzlich
zu einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Maschine im
Antriebsstrang ausgestattet sind. Außerdem wird ein hydraulisches
Bremssystem für derartige Kraftfahrzeuge beschrieben. Dabei
werden zunehmend auch Bremssysteme und deren Bremsaggregate mit
regenerativer Bremsfunktionalität ausgestattet, wobei die
bisher üblichen Sicherheits- und Komfortfunktionen der
Bremssysteme und deren Bremsaggregate wie fahrerunabhängiges Bremsen
(Blockierschutz, Traktionskontrolle, Elektronisches Stabilitätskontrolle,
etc.) beibehalten werden sollen.
-
Technischer Hintergrund
-
In
der Vergangenheit wurde die in Kraftfahrzeugen benötigte
elektrische Energie praktisch vollständig aus Kraftstoff
(Benzin oder Diesel) erzeugt. Allerdings gibt es zum Beispiel bei
elektrisch betriebenen Schienenfahrzeugen das Konzept, die beim Bremsen
freiwerdende kinetische Energie – anstatt sie in Reibungswärme
umzusetzen – wieder in elektrische (potentielle) Energie
zurückzuwandeln. Durch entsprechende Regeleinrichtungen
soll nun auch in Kraftfahrzeugen bei Bremsphasen zumindest ein Teil der
Bremsenergie wieder zur Aufladung der Fahrzeugbatterie (genauer
gesagt des Akkumulators) verwendet werden.
-
Aus
der
EP-A 595 961 ist
eine Bremsanlage für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb
bekannt, welches ein herkömmliches, mit hydraulisch betätigten
Reibungsbremsen versehenen Bremssystem und ein elektro-regeneratives
Bremssystem umfasst. Das elektro-regenerative Bremssystem nutzt
dabei die elektrische(n) Antriebsmaschine(n) des Kraftfahrzeugs
zur Abbremsung und zur Energierückgewinnung während
eines Bremsvorgangs aus. Der Bremskraftanteil der hydraulischen
Reibungsbremse wird in dieser Anordnung während eines Bremsvorgangs
dem Verhalten der regenerativen Bremse im Hinblick auf eine optimale
Energierückgewinnung angepasst. Dazu wird aus dem Betätigungsgrad
des Bremspedals die einzustellende Bremskraft an den Antriebsrädern
bestimmt, während die nicht angetriebenen Räder
in herkömmlicher Weise direkt abhängig von der
Pedalbetätigung über die Hydraulik gebremst werden.
Für die Antriebsräder wird aus Betriebsgrößen
der im aktuellen Betriebszustand maximal nutzbare Bremskraftanteil
der regenerativen Bremse ermittelt und die vorgegebene Bremskraft durch
entsprechende Ansteuerung des Antriebsmotors eingestellt.
-
Überschreitet
die geforderte Bremskraft den maximal nutzbaren Bremskraftanteil,
so wird der übersteigende Bremskraftanteil durch die Reibungsbremse
eingestellt.
-
Für
die Antriebsräder ist eine Entkopplung der Hydraulik von
der Pedalbetätigung vorgesehen, während für
die nicht angetriebenen Räder die herkömmlich
direkte hydraulische Steuerung besteht. Dies ist eine sehr aufwendige,
in ihrem Verhalten wenig komfort-orientierte Bremsanlage.
-
Zugrunde liegendes Problem
-
Von
Fahrzeugherstellern wird zunehmend die Bereitstellung von rekuperationsfähigen
Bremsanlagen gefordert, die auch eine elektronisches Stabilitätskontrolle
erlauben (sog. ESC-R Bremssysteme). Ausgehend hiervon besteht ein
Problem darin, Maßnahmen zur Gestaltung und funktionellen
Ausgestaltung der Bremsanlage eines mit einer elektrischen Maschine
im oder am Antriebsstrang versehenen Fahrzeugs anzugeben, welche
den Komfort des Bremsvorgangs für den Fahrer steigern,
die Regelgüte und die Geräuschentwicklung während
der Druckregelung im rekuperativen elektronischen Stabilitätskontrollbetrieb
(= ESC-R Modus) positiv beeinflussen können, und/oder kostengünstig
und Bauraum sparend realisierbar sind.
-
Vorgeschlagene Lösung
-
Als
Lösung dieses Problems wird ein Bremsaggregat angegeben
für ein hydraulisches, ein- oder mehrkreisiges Bremssystem
eines Landfahrzeuges mit elektrischem Antrieb, um eine regenerative
Abbremsung über wenigstens eine elektrische Maschine im
oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs sowie eine Abbremsung über
wenigstens eine Reibungsbremse auszuführen. Ein Bremspedal
und wenigstens ein Sensor dienen zur Erfassung eines Bremswunsches
des Fahrers. Ein Hauptbremszylinder dient zum Einspeisen von unter
Druck stehendem Hydraulikfluid in wenigstens einen Bremskreis entsprechend
dem Bremswunsch. In dem Bremssystem ist ein Trennzylinder vorgesehen
ist, der eine erste Hydraulikkammer und eine von dieser durch einen Trennkolben
getrennte zweite Hydraulikkammer hat. Die erste Hydraulikkammer
hat einen ersten, mit dem Hauptbremszylinder verbunden Anschluss
und einen zweiten, über ein Simulationsschaltventil mit
einer zu den Radbremsen führenden Leitung verbundenen Anschluss.
Die zweite Hydraulikkammer ist durch ein Absperrschaltventil mit
der Niederdruck-Speicherkammer zu verbinden und von dieser zu trennen.
In einer Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil
und der Niederdruck-Speicherkammer ist eine Blende angeordnet.
-
Die
Blende kann in der Verbindungsleitung zwischen dem Simulationsschaltventil
und einem der Niederdruck-Speicherkammer vorgeschalteten Absperrschaltventil
angeordnet sein.
-
Dem
Simulationsschaltventil kann ein Druckbegrenzungsventil zugeordnet
sein, das so orientiert ist, dass es bei gesperrtem Simulationsschaltventil Hydraulikfluid
aus dem Bremskreis zum Hauptbremszylinder hin abströmen
lässt.
-
Das
Simulationsschaltventil kann eine federbetätigte Durchlassstellung
und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung haben. Der
Trennkolben des Trennzylinders kann mit einer Federanordnung belastet
sein, um gegen aus dem Hauptbremszylinder kommendes Hydraulikfluid
eine nachgebende Gegenkraft auszuüben.
-
Das
Simulationsschaltventil kann dazu eingerichtet sein, bei einer Regenerativbremsung
elektromagnetisch betätigt in seine Sperrstellung zu gehen,
so dass aus dem Hauptbremszylinder kommendes Hydraulikfluid in die
erste Hydraulikkammer des Trennzylinders strömt und kein
Hydraulikfluid in die Radbremsen strömt.
-
Der
Trennzylinder kann zusammen mit dem Absperrschaltventil zwischen
dem Hauptbremszylinder und den Radbremsen sowie der Speicherkammer
eine freigeb- oder sperrbare Trennkammer bilden, mit der das dem
Bremswunsch des Fahrers entsprechende Volumen an Hydraulikfluid
bei einem Regenerativbremsvorgang nicht in die Radbremsen, sondern
in die Speicherkammer fließt.
-
Die
Federanordnung kann durch mehrere, mit unterschiedlichen Federeigenschaften
ausgestattete Federn gebildet sein.
-
Von
einer Verbindungsleitung von dem Durchlassventil zu einem Absperrschaltventil
kann ein Fluidpfad in Richtung zu der Niederdruck-Speicherkammer
hin vorgesehen sein, in dem die Drosselblende angeordnet sein kann.
-
Eine
Verbindungsleitung kann von dem Durchlassventil zu einem Absperrschaltventil
vorgesehen sein, wobei die Drosselblende in einem Fluidpfad von
dieser Verbindungsleitung in Richtung zu der zweiten Hydraulikkammer
des Trennzylinders hin angeordnet sein kann.
-
Die
Drosselblende kann bei aus dem Bremskreis in Richtung Hauptbremszylinder
oder Niederdruckspeicher strömendem Hydraulikfluid hinter
dem Absperrschaltventil einen Staudruck verursachen, der den Abströmdruck
hinter dem Absperrschaltventil aus den Radbremsen erhöht.
-
Durch
die Niederdruckspeicherkammer wird das Hydraulikfluid zeitlich und örtlich
unmittelbar der Ansaugseite der Pumpe zur Verfügung gestellt,
so dass ein – auch schleichender, im Gegensatz zu einem
abrupten – Wechsel von einem Regenerativbremsvorgang zu
einem hydraulischen Reibungsbremsvorgang oder umgekehrt, sehr schnell
ausgeführt werden kann.
-
Sobald
der Bremswunsch abnimmt, erfolgt der Druckabbau in der Trennkammer über
die weiterhin geöffneten Schaltventile oder über
die Rückschlagventile. Falls während eines Regenerativbremsvorgangs
der Bremswunsch das durch die elektrischen Maschinen des Fahrzeuges
aufnehmbare Bremsmoment übersteigt – zum Beispiel
bei einer Panikbremsung, oder wenn der Niederdruckspeicher vollständig
gefüllt ist – werden die Absperrventile geöffnet,
so dass die Reibungsbremsen an den Rädern des Fahrzeuges
mit Druck beaufschlagt werden.
-
Durch
diese Lösung wird bei Einsatz einer nur geringfügig
veränderten herkömmlichen Bremsanlage mit Reibungsbremsen
das Potential der regenerativen Bremsung bei Elektro-Landfahrzeugen,
bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb, oder bei Kraftfahrzeugen mit einem
ausreichend dimensionierten Startergenerator im oder am Antriebsstrang
optimal ausgenützt.
-
Die
elektrischen Maschinen gewinnen beim Abbremsen möglichst
viel Energie zurück. Über die regenerative Abbremsung
hinausgehende Bremsanforderungen werden durch die Reibungsbremse
abgedeckt.
-
Im
Normalbetrieb können sich die Ventile in ihrer nicht angesteuerten
Grundstellung befinden, so dass die Einlassventile geöffnet
sind und die Auslassventile geschlossen sind.
-
Im
ABS-Fall können die entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet
oder geschlossen und die Pumpe angesteuert werden, um Druck in der
oder den betroffenen Radbremsen auf- oder abzubauen, oder zu halten.
-
Im
Blockier- oder Traktionssteuerfall wird die elektrohydraulisch gesteuerte
Bremsung dem Rekuperationsbetrieb überlagert, wobei die
für den ABS-/TC-Betrieb zuständigen Teile wie
Schaltventile, Pumpe, Niederdruckspeicher des Bremssystems durch
die geschlossenen Schaltventile und den Simulations-Trennzylinder
vom Hauptbremszylinder und dem Bremspedal zumindest nahezu abgekoppelt
sind.
-
Weitere
Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen
werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich,
in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.
-
Kurzbeschreibung der Figuren
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Hydraulikbremssystems in einer
hydraulischen Bremsanlage mit ABS/ASR-Funktion.
-
Detaillierte Beschreibung derzeit bevorzugter
Ausführungsbeispiele
-
Ziel
der vorgestellten Lösung ist, bei Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen
möglichst viel der Energie zurück zu gewinnen,
die beim Abbremsen freigesetzt wird. Da die regenerative Abbremsung über
die Antriebsmaschine des Fahrzeugs nicht ausreichend ist, um alle
Bremsanforderungen des Fahrzeugs abzudecken, ist das Fahrzeug zusätzlich
mit einer Reibungsbremse ausgerüstet. Die regenerative
Abbremsung und die Reibungsbremse sind so aufeinander abzustimmen,
dass möglichst viel Energie zurück gewonnen werden
kann während gleichzeitig die sonstigen Funktionen einer
Bremsanlage (ABS, VSC, TC, ESC, etc.) ebenfalls zur Verfügung
stehen.
-
Dazu
ist 1 ist ein zeigt eine schematische Darstellung
eines Bremssystems mit X-Bremskraftaufteilung, in einer hydraulischen
Bremsanlage mit ABS/TC/ESC-R-Funktionalität. Ein von einem Fahrer
zu betätigendes Bremspedal 10 betätigt
ein Eingangsglied eines Hauptbremszylinders 14. Der Hauptbremszylinder 14 hat
eine erste Zylinderkammer 16 und eine zweite Zylinderkammer 18,
die beide mit einem Fluidreservoir 20 kommunizieren. Die
beiden Zylinderkammern 16, 18 sind durch einen
Zwischenkolben 22 voneinander getrennt und speisen beide
jeweils einen Bremskreis I, II. Dem Hauptbremszylinder kann auch
zum Beispiel ein pneumatischer oder hydraulischer Bremskraftverstärker
vorgeschaltet sein, um die am Bremspedal eingespeiste und auf den
Hauptbremszylinder 14 wirkende Pedalkraft zu verstärken.
-
Am
Bremspedal 10 ist zur regenerativen Abbremsung wenigstens
eine Messeinrichtung 10a vorgesehen, die ein Maß für
den Betätigungsweg und/oder die Betätigungskraft
des Bremspedals 10 durch den Fahrer (= Bremswunsch) abgibt.
Die Messeinrichtung 10a liefert ein Ansteuersignal an die Steuerung
der elekrtischen Maschine im/am Antriebsstrang zur Regenerativbremsung.
Nachstehend ist nur der eine – in 1 linke – Bremskreis
I beschrieben, während der andere Bremskreis II wegen seiner
mit dem Bremskreis I identischen Funktionalität und Struktur
unerörtert bleiben kann.
-
Eine
vom Hauptbremszylinder 14 ausgehende Bremsleitung 30 verzweigt
sich in zwei Bremsleitungen 32 und 34, die zu
den Radbremsen 36 bzw. 38 führen. Je
nach dem, welche Radbremsen des Fahrzeuges von welchen Bremskreis
versorgt werden, ergibt sich eine andere Vorder-/Hinterachsaufteilung,
das heißt, der eine Bremskreis versorgt die Radbremsen
der Vorderachse und der andere Bremskreis versorgt die Radbremsen
der Hinterachse, oder eine diagonale Aufteilung, das heißt,
der jeder Bremskreis versorgt eine Radbremse der Vorderachse und
die diagonal gegenüberliegende Radbremse der Hinterachse.
-
In
den Bremsleitungen 32 und 34 sind jeweils 2/2
Wegeventile als Einlassventile 40 bzw. 42 vorgesehen,
welche eine federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch
einstellbare Sperrstellung aufweisen. Zwischen den Einlassventilen 40 bzw. 42 und
den zugehörigen Radbremsen 36 bzw. 38 geht
je eine Rückführleitung 44 bzw. 46 aus.
In diesen Rückführleitungen 44 und 46 ist
jeweils ein 2/2 Wegeventil als Auslassventil 48 bzw. 50 angeordnet.
Die Auslassventile 48 und 50 haben eine federbetätigte
Sperrstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Durchlassstellung.
Die Rückführleitungen 44 und 46 sind
an den Auslassseiten der Auslassventile 40 und 50 in
einer gemeinsamen Rückführleitung 52 vereinigt,
an welcher ein als Niederdruck-Speicherkammer wirkende Fluidfluid-Druckspeicher 54 angeschlossen
ist. Außerdem weist der Bremskreis eine Hochdruck erzeugende
Pumpe 56 auf. Diese Pumpe 56 ist an ihrer Ansaugseite
mit der Rückführleitung 52 und der Niederdruck-Speicherkammer 54 verbunden.
Ausgangsseitig ist die Pumpe 56 durch eine Förderleitung 60 mit
der Einlassseite der Einlassventile 40 bzw. 42 verbunden.
-
Ferner
ist in der Rückführleitung 52 zwischen der
Niederdruck-Speicherkammer 54 und der Pumpe 56 ein
Rückschlagventil 62 angeordnet, welches bei geöffnetem
Auslassventil 48 oder 50 das Entstehen von Unterdruck
in den Radbremszylindern 36 bzw. 38 verhindert.
Saugseitig führt zu der Pumpe 54 neben der Rückführleitung 52 eine
Ansaugleitung 68, in welcher sich ein 2/2 Wegeventil als
Ansaugsteuerventil 70 mit einer federbetätigten
Sperrstellung und einer elektromagnetisch einstellbaren Durchlassstellung befindet.
Einlassseitig ist dieses Ansaugsteuerventil 70 mit der
Bremsleitung 30 verbunden.
-
Im
Fluidpfad zwischen der Förderleitung 60 und der
vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 32 ist
ein 2/2 Wegeventil als Absperrschaltventil 78 vorgesehen,
welches durch ein Druckbegrenzungsventil 80 überbrückt
ist. Das Absperrschaltventil 78 weist eine federbetätigte
Durchlassstellung und eine elektromagnetisch einstellbare Sperrstellung
auf. Das Druckbegrenzungsventil 80 lässt bei einer
bremswunschunabhängigen Bremssituation, zum Beispiel in
einem Schlupfregelfall von den Radbremsen kommendes Bremsfluid auch
bei einer elektromagnetisch eingeschalteten Sperrstellung des Absperrschaltventils 78 in
Richtung Hauptbremszylinder 14 strömen.
-
In
der vom Hauptbremszylinder 14 ausgehenden Bremsleitung 32 ist
vor dem Absperrschaltventil 78 ein als Simulator wirkender
Trennzylinder 100 angeordnet. Der Trennzylinder 100 hat
einen Trennkolben 100a, um zwei Hydraulikkammern 100b und 100c von
einander zu trennen. Die erste Hydraulikkammer 100b ist
einlassseitig über die Bremsleitung 30 mit dem
Hauptbremszylinder 14 verbunden und auslassseitig über
ein Simulationsschaltventil 102, welches durch ein Druckbegrenzungsventil 106 überbrückt
ist, mit dem Absperrschaltventil 80 verbunden. Dieses Simulationsschaltventil 102 weist eine
federbetätigte Durchlassstellung und eine elektromagnetisch
einstellbare Sperrstellung auf. Die zweite Hydraulikkammer 100c des
Trennzylinders 100 hat für einen Anschluss und
ist durch ein Absperrschaltventil 104 über die
Rückführleitung 52 und der Niederdruck-Speicherkammer 54 verbunden. Dieses
Absperrschaltventil 104 ist durch ein zur Hydraulikkammer 100c des
Trennzylinders 100 hin öffnendes Druckbegrenzungsventil überbrückt
und weist eine federbetätigte Sperrstellung und eine elektromagnetisch
einstellbare Durchlassstellung auf.
-
Das
zu dem Simulationsschaltventil 102 gehörige Druckbegrenzungsventil 106 ist
so orientiert, dass es während einer regenerativen Bremsung, also
bei gesperrtem Simulationsschaltventil 102, zum Beispiel
in einem plötzlich auftretenden Schlupfregelungsfall, Hydraulikfluid
aus dem Bremskreis zum Hauptbremszylinder 14 und dessen
Hydraulikreservoir 20 hin abströmen lässt.
-
Der
Trennkolben 100a des Trennzylinders 100 ist mit
einer Federanordnung 100d belastet, um – im Fall
der Regenerativbremsung – gegen aus dem Hauptbremszylinder 14 kommendes
Hydraulikfluid eine nachgebende Gegenkraft auszuüben. Bei
einer Regenerativbremsung wird das Simulationsschaltventil 102 elektromagnetisch
gesperrt um das aus dem Hauptbremszylinder 14 kommende
Hydraulikfluid in der ersten Hydraulikkammer 100b aufzunehmen
und zu verhindern, dass das Hydraulikfluid in die Radbremsen strömt.
-
Der
Trennzylinder 100 bewirkt zusammen mit dem Absperrschaltventil 104,
dass zwischen dem Hauptbremszylinder 14 und den Radbremsen
sowie der Speicherkammer 54 eine freigeb- oder sperrbare Trennkammer
gebildet ist, mit der das dem Bremswunsch des Fahrers entsprechende
Volumen an Hydraulikfluid bei einem Regenerativbremsvorgang nicht
in die Radbremsen eingespeist wird, sondern in die Speicherkammer 54 fließen
kann. Von dort kann es im Rahmen eines hydraulischen Reibungsbremsvorganges
praktisch ohne zeitliche Verzögerung unmittelbar abgerufen
werden, sollte der Regenerativbremsvorgang nicht ausreichen, um
das erforderliche Bremsmoment „auf die Straße” zu
bringen. Die Federanordnung 100d kann durch mehrere, mit
unterschiedlichen Federeigenschaften (Federkonstanten) ausgestattete
Federn gebildet sein, die auch das dem Fahrer dargebotene Pedalverhalten
mitbestimmen.
-
Um
bei Regenerativ-Bremsphasen ein möglichst realitätsnahes „Bremsgefühl” zu
vermitteln sind eine oder mehrere zusätzliche Blenden 110 mit
entsprechend dimensioniertem Durchlassquerschnitt im Hydraulikpfad
zwischen der Verbindung von dem Durchlassventil 102 und
dem Absperrschaltventil 78 und der zweiten Hydraulikkammer 100c des
Trennzylinders 100 angeordnet. Genauer gesagt ist die Drosselblende 110 im
Abströmpfad von dem Absperrschaltventil 78 durch
das Absperrschaltventil 104 in Richtung zu der Niederdruck-Speicherkammer 54 hin
vorgesehen um die Regelgüte und die Geräuschentwicklung
während der Druckregelung im ESC-R Modus positiv zu beeinflussen.
Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass mittels einer solchen Blende
durch Regelsprünge hervorgerufene Pedalrückwirkungen
wirkungsvoll vermindert werden können.
-
Diese
Drosselblende 110 befindet sich nicht im Hauptpfad zwischen
dem Hauptbremszylinder 14 und den Radbremsen, sondern im
Nebenpfad in Richtung zu der zweiten Hydraulikkammer 100c des Trennzylinders 100 und
Niederdruck-Speicherkammer 54. Daher behindert diese Drosselblende 110 nicht
den Abfluss von Hydraulikfluid bei einem hydraulischen Reibungsbremsvorgang
aus den Radbremsen. Bei der Druckregelung erzeugt diese Drosselblende 110 hinter
dem den Druck in den Radbremsen regelnden Absperrschaltventil 78 einen
Staudruck, der den Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil 78 aus
den Radbremsen erhöht und damit Kavitationseffekte am Ventilsitz
verhindert oder zumindest reduziert und so die Regelgüte
erhöht und die Geräuschentwicklung vermindert.
Dabei ist der Durchflussquerschnitt dieser Drosselblende 110 im Hinblick
auf den Staudruck/Abströmdruck hinter dem Absperrschaltventil 78 so
dimensioniert, dass auch bei tiefen Temperaturen einen schneller
geregelter Druckabbau nicht behindert ist.
-
Im
Normalbetrieb sind die Ventile in ihrer nicht angesteuerten Grundstellung.
Dies bedeutet, dass die Einlassventile 40 und 42 geöffnet
sind und die Auslassventile 48 und 50 geschlossen
sind. Dadurch werden die entsprechenden Radbremsen mit dem vom Fahrer
durch Betätigen des Pedals eingesteuerten Druck beaufschlagt.
Im ABS-Fall werden die entsprechenden Ventile gesteuert geöffnet
oder geschlossen und die Pumpe 56 angesteuert, um Druck
in der oder den betroffenen Radbremse(n) auf- oder abzubauen, oder
zu halten.
-
Weist
eines oder mehrere der Antriebsräder des Fahrzeugs einen
zu hohen Antriebsschlupf auf, liegt also ein Fall für die
Schlupfregelung vor, wird das dem schlupfbehafteten Rad zugeordnete
Auslassventil in seine Sperrstellung und das Ansaugventil in seine
Durchlassstellung geschaltet. Durch Aktivieren der Pumpe wird ohne
Pedalbetätigung Hydraulikfluid aus dem Hydraulikreservoir
angesaugt und über das jeweilige geöffnete Einlassventil
in den oder die betroffenen Radbremszylinder eingesteuert. Dadurch
kann unabhängig von der Bremspedalbetätigung Druck
in den Radbremsen aufgebaut werden. Der Druckabbau erfolgt durch Öffnen
der Auslassventile, Schließen der Ansaugventile und Öffnen
der Einlassventile.
-
Neben
der vorstehend erläuterten und in den Fig. dargestellten,
hydraulisch betätigten Reibungsbremsen ist im Rahmen des
Elektro- bzw. Hybridfahrzeugs eine regenerative Abbremsung über
eine oder mehrere für den Antrieb des Kraftfahrzeuges verwendete
elektrische Maschinen möglich. Dabei wird/werden die als
Generator geschaltete(n) elektrische(n) Maschine(n) zur Ladung des/der
Akkumulators/en angesteuert. Zur Steuerung des/der elektrische(n) Maschine(n)
ist dabei in der Regel eine eigene Steuereinheit 10a vorgesehen.
Diese steht mit der die hydraulische Bremsanlage steuernden Steuereinheit
in Datenkommunikationsverbindung.
-
Diese
Steuereinheit für die elektrohydraulische Bremsanlage empfängt
ein Maß für die Bremspedalbetätigung,
Größen für die Radgeschwindigkeiten der
Fahrzeugräder und den Druck in den einzelnen Fahrzeugbremsen
sowie den Druck am Ausgang des Hauptbremszylinders. Ferner dient
ein beispielsweise serieller Bus als Verbindung zur Motorsteuereinheit
dazu, eine das von der regenerativen Bremse eingestellte Bremsmoment
repräsentierende Größe zu empfangen und
eine das einzustellende Bremsmoment repräsentierende Größe
abzugeben. Ferner sind Ausgangssteuerleitungen zur Steuerung der
diversen Ventile sowie der Pumpe vorgesehen.
-
In
der die elektrohydraulische Bremsanlage steuernden Steuereinheit
werden die Abbremsungen aus Reibungsbremse und regenerativer Bremse
koordiniert. Dazu wird der Steuereinheit wenigstens ein, die Bremspedalbetätigung
wiedergebendes Signal zugeführt. Ist die elektrische Anlage
in Betrieb, können die elektrische(n) Maschine(n) das Fahrzeug abbremsen.
Bei Beginn einer normalen Bremsung (also keiner Not- oder Panikbremsung)
werden mit Betätigen des Bremspedals in der hydraulischen Bremsanlage
die Ventile derart angesteuert, dass kein oder nur ein geringer
Bremsdruckaufbau in den Radbremszylindern statt findet, der zu keiner
bzw. zu keiner nennenswerten hydraulischen Bremswirkung führt.
Vielmehr wird ein Regenerativbremsvorgang eingeleitet. Dazu wird
das Simulationsschaltventil 102 in seine elektromagnetisch
eingeschaltete Sperrstellung gebracht. Auch das Ansaugsteuerventil 104 wird
in seine elektromagnetisch eingeschaltete Sperrstellung gebracht.
Außerdem wird das mit dem Trennzylinder 100 in
Reihe geschaltete Schaltventil 102 in seine federbetätigte
Durchlassstellung gebracht.
-
Die
Bremspedalbetätigung durch den Fahrer lässt Hydraulikfluid
in den hauptzylinderseitigen Teil des Trennzylinders 100 einströmen,
während der von dem Hauptbremszylinder 14 abgetrennte
Teil des Trennzylinders 100 komprimiert wird und das darin befindliche
Hydraulikfluid in die Niederdruck-Speicherkammer 54 entweicht
und diese zumindest teilweise füllt. Abhängig
von der Betätigung des Bremspedals und ggf. weiteren Betriebsgrößen
wird der Bremswunsch des Fahrers abgeleitet. Dieser wird in ein
Sollbremsmoment umgesetzt, das dann in der Steuereinheit für
die elektrische Maschine in entsprechende Betriebsparameter für
diese umgesetzt wird. Sobald die Speicherkammer gefüllt
ist ohne dass der Bremswunsch beendet ist oder abnimmt, wird bei
einem darüber hinausgehenden Bremswunsch zusätzlich
zur regenerativen Abbremsung Bremsdruck in den hydraulischen Bremsen
aufgebaut und so eine überlagerte Abbremsung durch die
Reibungsbremse entsprechend dem Bremswunsch erreicht.
-
Sofern
der Bremswunsch abnimmt oder beendet ist, bevor die Speicherkammer
vollständig gefüllt ist, erfolgt der Druckabbau
in dem Simulator bzw. der Speicherkammer derart, dass das Simulationsschaltventil 102 in
seiner Sperrstellung bleibt und das Ansaugsteuerventil 104 seine
Durchlassstellung einnimmt oder in ihr verbleibt. Außerdem
verbleibt das mit dem Trennzylinder 100 in Reihe geschaltete Schaltventil 102 in
seiner Durchlassstellung.
-
Durch
die vorgeschlagene Lösung mit der Drosselblende 110 bleibt
die dem Fahrer bekannte Pedalcharakteristik erhalten, Insbesondere
wird im Bereich der regenerativen Abbremsung trotz des geringen
Bremsdrucks, welcher der Federkraft in dem Simulator (und ggf. dem
Gegendruck der Speicherkammer) entspricht, kein vom erwarteten abweichendes
Pedalverhalten erzeugt.
-
Eine
andere Variante um in einem hydraulischen, ein- oder mehrkreisigen
Bremssystem den Komfort für den Fahrer zu steigern und
das Gewicht und/oder den notwendigen Bauraum in einem Landfahrzeug
zu verringern, wobei das Landfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb
ausgestattet ist, um eine regenerative Abbremsung über
wenigstens eine elektrische Maschi ne im oder am Antriebsstrang des Fahrzeugs
sowie eine Abbremsung über wenigstens eine Reibungsbremse
auszuführen, wird nachstehend erläutert.
-
Herkömmliche
Varianten eines ESC-R Bremssystems haben ein Bremspedal, einen Unterdruck-Bremskraftverstärker,
einen Hauptbremszylinder sowie die elektrohydraulische Steuereinheit,
der die Reibbremsen nachgeschaltet sind.
-
Dabei
enthält die elektrohydraulische Steuereinheit zum Beispiel
eine Pumpe und ein vorgeschaltetes Steuerventil zur Implementierung
der Rekuperationsfähigkeit. Bei zunehmender Verbreitung von
direkt einspritzenden Verbrennungsmotoren und von Start-Stop-Automatiken
sinkt die Verfügbarkeit von Unterdruck im Fahrzeug. Dem
wird durch eine separate Unterdruckpumpe mit den entsprechenden Anforderungen
an Bauraum, Gewicht, etc. begegnet.
-
Nun
wurde erkannt, dass in einen mit einem ESC-R Bremssystem ausgerüstetes
Hybridfahrzeug im Fall aktiver regenerativer Bremsvorgänge
in Verbindung mit dem Trennzylinder/Simulator lediglich die Aufgabe
dem Fahrer das notwendige Pedalkraftgefühl zu vermitteln.
Das erforderliche Bremsmoment wird mit der elektrischen Maschine
im/am Antriebsstrang und/oder mit Hilfe der Hydraulikeinheit über
die Radbremsen erzeugt.
-
Da
die regenerativen Bremsvorgänge den weitaus größten
Anteil aller Bremsungen eines Hybridfahrzeuges darstellen, und die
hydraulischen Normalbremsungen im Verhältnis dazu nur noch
sehr selten auftreten, ist es bei einem rekuperationsfähigen
ESC-Steuergerät der oben vorgestellten Bauart möglich,
den Unterdruckbremskraftverstärker wegzulassen und das
Bremsgerät für diese Normalbremsungen zum Einhalten
von (gesetzlichen oder fahrzeugherstellerseitigen) Mindestanforderungen
von zum Beispiel 0,65 g bei 500 N Pedalkraft auszulegen.
-
Zur
Minderung oder Beseitigung dieses Problems wird nun vorgeschlagen,
im nicht regenerativen Betriebsfall durch die Steuereinheit für
die elektrohydraulische Bremsanlage das der jeweiligen Radbremse
vorgeschaltete Einlassventil 40 bzw. 42 zu öffnen
und die Hochdruck erzeugende Pumpe 56 zu starten. Damit
ist es möglich, fehlenden Bremsdruck durch von der Pumpe 56 gefördertes
Fluid bereit zu stellen. Letztlich erlaubt dies, den Unterdruckbremskraftverstärker
vollständig wegzulassen oder zumindest gegenüber
der bisherigen Dimensionierung signifikant zu verkleinern. Außerdem
wird die hydraulische Übersetzung in dem Bremszylinder
reduziert und die Federkonstante der Federanordnung in dem Simulator-Trennzylinder
verringert. Da der Kolbenhub des Kolbens in dem Simulator-Trennzylinder
im Verhältnis zum Bremspedalweg durch diese Maßnahmen
unverändert bleiben kann, ist bei einem regenerativen Bremsvorgang
auch stets genügend Bremsfluid in der Niederdruckspeicherkammer,
um bei Bedarf zusätzlich zum von der elektrischen Maschine
im/am Antriebsstrang aufgenommenen Regenerativbremsmoment zusätzliches
Bremsmoment über die Reibungsbremsen aufzubauen. Allerdings würde
bei einer Normalbremsung der Fahrer nun ein deutlich härteres
Bremspedal spüren und für eine bestimmte Abbremsung
wäre eine deutlich höhere Pedalkraft zur Einhaltung
der Mindestanforderung erforderlich.
-
Alternativ
dazu kann auch der Unterdruckbremskraftverstärker verkleinert
werden und die hydraulische Übersetzung in dem Hauptbremszylinder reduziert
sowie der Hauptbremszylinderdurchmesser beibehalten, sodass lediglich
der Aussteuerpunkt entsprechend sinkt.
-
Bis
zu diesem reduzierten Aussteuerpunkt bleibt das Pedalgefühl
unverändert. Bei einer Normalbremsung könnte ab
dem Aussteuerpunkt der hydraulische Bremsbetrieb aktiv werden, um
das Pedalgefühl und die Verzögerung des Fahrzeuges
auf dem gewohnten Niveau zu halten, auch wenn dies für die
(gesetzlichen oder fahrzeugherstellerseitigen) Mindestanforderung
nicht unbedingt notwendig wäre. Bei regenerativer Bremsung
ist das Öffnen des Einlassventils zur hydraulischen Bremsbetrieb-Funktion jedoch
problematisch.
-
Liegt
das Druckniveau in den Bremsen zum Zeitpunkt des hydraulischen Bremsbetrieb-Einsatzes unterhalb
des Hauptbremszylinder-Druckes so wird ein kurzzeitiges Öffnen
des Einlassventils sofort am Bremspedal spürbar sein, ein
längeres Öffnen führt zum Durchfallen
des Bremspedal. Bleibt das Einlassventils geöffnet, wird
der Druck in den Bremsen auf den Hauptbremszylinder-Druck ansteigen
wollen. Das den nun zu hohen Druck korrigierende Absperrventil 78 lässt
den Druck in den Niederdruck-Fluidspeicher 56 ab.
-
Eine
weitere Variante sieht vor, den Unterdruckbremskraftverstärker
zu verkleinern, die Übersetzung reduziert und der Durchmesser
des Hauptbremszylinders wird entsprechend verringert. Damit bleibt
das Pedalgefühl für den Fahrer bei Regenerativ-
und Normalbremsungen unverändert.
-
Für
die regenerative Bremsung müsste die Trennkammer mit einer
erhöhten hydraulischen Übersetzung versehen werden,
damit trotz geringerem Hub bei Bedarf stets genügend Bremsfluid
für den Bremsdruckaufbau in den Niederdruck-Fluidspeicher
verschoben wird. Bei einer Normalbremsung würde der Fahrer
allerdings nun bei einer bestimmten Pedalkraft eine deutlich geringere
Verzögerung spüren und die Hub-Volumenauslegung
zwischen Haupt bremszylinders und Bremse wäre insbesondere
bei Bremsfading oder gar Bremskreisausfall kritisch.
-
Insgesamt
ergibt sich für ESC-R Bremsanlagen, also rekuperationsfähige,
elektrohydraulische Bremsanlagen, die auch eine elektronisches Stabilitätskontrolle
erlauben, durch den Simulations-Trennzylinder die Möglichkeit,
die Bremsvorgänge durch Fluid zu bewirken, das die Fluidpumpe
bereitstellt, wobei das Verhalten und die Charakteristik des Bremspedals
durch die Federanordnung des Simulations-Trennzylinders, die hydraulische Übersetzung des
Hauptbremszylinders, und, so weit vorhanden, durch den Unterdruckbremskraftverstärker
bestimmt wird.
-
Im
Fall einer rekuperativen Normalbremsung erfährt das Bremspedal
eine dem Fahrerwunsch entsprechende Pedalkraft, die dazu führt,
dass Bremsfluid in den Trennzylinder und entsprechend in den Niederdruck-Fluidspeicher
gefördert wird. Die Pumpe entnimmt im Fall einer anschließenden
hydraulischen Normalbremsung, etwa weil der Niederdruck-Fluidspeicher
gefüllt ist oder die rekuperative Bremsung kein ausreichendes
Bremsmoment bereitstellen kann, Fluid aus dem Niederdruck-Fluidspeicher
und fördert dieses in die Radbremsen. In einem Fehlerfall,
in dem die Pumpe nicht fördert, zum Beispiel weil die elektrische
Versorgung ausfällt, gelangen die Sperrventile in ihre
stromlose Stellung. Dabei führt der Bremswunsch des Fahrers
unmittelbar dazu, dass Fluid aus dem Hauptbremszylinder in die Radbremsen
gefördert wird.
-
Das
Problem liegt darin, dass einerseits der erforderliche Einbauraum
für die Bremsanlage reduziert werden soll, andererseits
der Komfort für den Fahrer bleiben oder sogar steigen soll
und in jedem Fall die gesetzlichen oder fahrzeugherstellerseitigen Anforderungen
an die Fahrzeugverzögerung einzuhalten sind.
-
Die
Erkenntnis beruht nun darin, dass mit dem oben vorgestellten ESC-R
Bremssystem durch dessen Simulations-Trennzylinder im Normal(rekuperations)bremsfall
einerseits der Fahrerwunsch erfasst werden kann, ohne das entsprechende
Fluid in die Radbremsen zu fördern und andererseits die
Feder-, Drosselblendenanordnung am Simulations-Trennzylinder sowie
die Übersetzung des Haupbremszylinders so konfiguriert
werden können, dass das gewünschte Bremspedalcharakteristik
erzielt werden kann. Gleichzeitog kann diese Konfiguration des Haupbremszylinders
auch der zwingenden Randbedingung genügen, die fahrzeugherstellerseitigen
und/oder die gesetzlichen Bremsverzögerungs-Mindestanforde rungen
in einem Fehlerfall einzuhalten, bei dem der Simulations-Trennzylinder ausfällt
oder elektrische Komponenten ganz oder teilweise ausfallen.
-
Ein
wesentlicher Komfortgewinn ergibt sich daraus, dass heutige ABS-/TC-ESC-Bremsgeräte
im Blockier- oder Traktionssteuerfall den Rekuperationsbetrieb sofort
ausschalten und auf elektrohydraulischen Betrieb wechseln. Da allerdings
diese Bretriebsarten auch bei normaler Fahrweise relativ oft auftreten,
ist der häufige Wechsel aus dem Rekuperationsbetrieb mit
spürbaren Effizienzverlusten und erhöhtem Kraftstoffverbrauch
und entsprechendem Schadstoffausstoß verbunden.
-
Das
vorliegende ESC-R Bremssystem erlaubt und sieht vor, im Blockier-
oder Traktionssteuerfall die elektrohydraulisch gesteuerte Bremsung
dem Rekuperationsbetrieb zu überlagern. Dies hat zum einen
zur Folge, dass der Fahrer am Bremspedal wegen des gesperrten Simulations-Trennzylinders
das Pulsieren des ABS-/TC-Betriebs nicht oder kaum spürt,
und zum anderen, dass im Blockier- oder Traktionssteuerfall den
Rekuperationsbetrieb nicht sofort ausgeschaltet werden muss, was
die Effizienz des Rekuperationsbetriebes steigert. Dies liegt daran, dass
der für den ABS-/TC-Betrieb zuständige Teil des Bremssystems
durch die geschlossenen Schaltventile und den Simulations-Trennzylinder
vom Hauptbremszylinder und dem Bremspedal praktisch rückwirkungsfrei
abgekoppelt ist.
-
Die
vorhergehende und auch in den Ansprüchen aufgeführte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele gemäß den
vorgeschlagenen Lösungen dient nur zu illustrativen Zwecken
und nicht zum Zwecke der Beschränkung der vorgeschlagenen
Lösungen. Unterschiedlichste Änderungen und Modifikationen sind
möglich, ohne den Umfang der vorgeschlagenen Lösung
sowie ihre Äquivalente zu verlassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-