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Die Erfindung betrifft ein Bremssystem eines nicht spurgebundenen zweiachsigen zweispurigen Kraftfahrzeugs. Bekanntlich kann ein solches bewegtes Kraftfahrzeug vom Fahrer des Fahrzeugs durch Betätigen eines Bremspedals oder dergleichen, mit welchem der Fahrer also einen negativen Vortriebs-Wunsch vorgibt, mittels der sog. Betriebsbremse bis zum Stillstand abgebremst werden. Dabei wirkt diese Betriebsbremse auf sämtliche vier Räder eines zweiachsigen zweispurigen Kraftfahrzeugs, um möglichst hohe Verzögerungswerte erzielen zu können.
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Zukünftige Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen kleinerer Bauart, werden vermehrt elektromotorisch angetrieben werden, d. h. der positive Vortrieb des Fahrzeugs kann von einem Elektromotor erzeugt werden. Die derzeit noch aufwändige Technologie der elektrischen Energiespeicherung macht es erforderlich, insbesondere bei solchen Kraftfahrzeugen extremen Leichtbau zu betreiben. In diesem Sinne sollte jedes System des Fahrzeugs so leicht als möglich gestaltet sein. Bei den grundsätzlich bekannten Fahrzeug-Bremssystemen sind jedoch weitere Kriterien zu berücksichtigen, so insbesondere hohe Sicherheitsanforderungen, da es auch bei einem Teil-Ausfall eines Systems möglich sein muss, das Fahrzeug sicher abbremsen und zum Stillstand bringen zu können. in diesem Sinne sind bekanntlich zwei voneinander unabhängige Bremskreise gesetzlich vorgeschrieben.
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Vorliegend soll nun aufgezeigt werden, wie das Bremssystem eines insbesondere elektrifizierten Kraftfahrzeugs unter Berücksichtigung der genannten Anforderungen hinsichtlich Leichtbau verbessert werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Bremssystem eines nicht spurgebundenen zweiachsigen zweispurigen Kraftfahrzeugs mit einer ersten einer der beiden Achsen zugeordneten hydraulischen Betriebsbremse, über die an den Rädern dieser Achse vorgesehene Reibungsbremsen vom Fahrer des Kraftfahrzeugs durch Betätigen eines Bremspedals oder dgl. (im Sinne einer Vorgabe eines negativen Vortriebs) ohne Zwischenschaltung eines Bremskraftverstärkers hydraulisch betätigbar sind, sowie mit einer zweiten der anderen Achse zugeordneten elektromotorischen Betriebsbremse, mit der vom Fahrer mit Betätigen des gleichen Bremspedals unter Zwischenschaltung eines Anti-Blockier-Systems die Räder dieser anderen Achse durch zumindest einen Elektromotor, der solchermaßen angesteuert wird, dass kein kritischer Bremsschlupf an den Rädern dieser Achse auftritt, abgebremst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß besitzt das Fahrzeug ein hydraulisches Betriebsbremssystem und ein elektromotorisches Betriebsbremssystem, wobei jeweils eines dieser Systeme einer der beiden Fahrzeug-Achsen zugeordnet ist. Die (gesetzlichen) Sicherheitsvorschriften sind aufgrund der beiden grundsätzlich voneinander unabhängigen Bremssysteme, die jedoch beide parallel zueinander betätigt werden, und zwar durch Vorgabe eines negativen Vortriebs-Wunsches durch den Fahrer mit seinem Bremspedal oder dgl., erfüllt. Um das hydraulische Bremssystem, bei dem in bekannter Weise ein vom Fahrer mittels seines Bremspedals verlagerter sog. Verdrängerkolben ein Hydraulikmedium verdrängt, welches hierdurch einen sog. Bremskolben solchermaßen verlagert, dass hierdurch Reibbeläge einer Reibungsbremse gegen eine mit dem jeweiligen Fahrzeug-Rad rotierenden Bremsscheibe oder Bremstrommel gepresst werden, möglichst leicht (= gewichtsreduziert) zu gestalten, wird erfindungsgemäß auf einen bislang an hydraulischen Bremssystemen üblichen Bremskraftverstärker verzichtet. Es wurde nämlich erkannt, dass der Fahrer ein solches hydraulisches Bremssystem ohne Bremskraftverstärker ebenso komfortabel und einfach und mit relativ geringem Kraftaufwand wie die heute üblichen hydraulischen Bremssysteme mit Bremskraftverstärker betätigen kann, da im Unterschied zu den heute üblichen hydraulischen Bremssystemen nur eine der beiden Achsen des Kraftfahrzeugs auf diesem hydraulischen Wege abgebremst werden muss.
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Die andere Achse des Kraftfahrzeugs wird erfindungsgemäß elektromotorisch abgebremst, was insbesondere dann unter besonders geringem Aufwand realisierbar ist, wenn das Kraftfahrzeug auch elektromotorisch angetrieben werden kann. Dann kann nämlich der gleiche zumindest eine Elektromotor, der das Rad oder die Räder einer Achse antreibt, das Rad oder die Räder dieser Achse vorzugsweise rekuperativ abbremsen. Eine solche an einer der beiden Achsen vorgesehene elektromotorische Betriebsbremse kann in Zusammenwirken mit der an der anderen Achse vorgesehenen hydraulischen Betriebsbremse einen leichteren Personenkraftwagen mit ausreichender Verzögerung bis zum Stillstand abbremsen, da der Elektromotor im Hinblick auf seine (einen positiven Vortrieb erzeugenden) Antriebs-Funktion auch für die Bremsfunktion, die vorzugsweise im Rekuperationsbetrieb des Elektromotors durchgeführt wird, hierfür ein ausreichend hohes Moment erzeugen kann.
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Alternativ oder zusätzlich ist ein elektromotorisches Abbremsen einer Achse des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs aber auch dadurch möglich, dass dieser Achse und vorzugsweise jedem Rad dieser mittels der elektromotorischen Betriebsbremse abbremsbaren Achse ein Elektromotor zugeordnet ist, der eine dieser Achse und vorzugsweise eine dem jeweiligen Rad zugeordnete Reibungsbremse betätigt.
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Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal ist, dass eine zumindest dem Fachmann bekannte sog. Anti-Blockier-Funktion in der Ansteuerung des Elektromotors der elektromotorischen Betriebsbremse integriert ist. Bekannt ist es, die über die Räder auf die Fahrbahn wirkenden Fahrzeug-Bremsen solchermaßen anzusteuern, dass kein kritischer Bremsschlupf zwischen den Rädern und der Fahrbahn auftritt. Eine solche Ansteuerung wird nun auch in die Steuerkette zwischen dem Bremspedal und dem die Abbremsung ausführenden Elektromotor integriert, d. h. unter Zugrundelegung eines vom Fahrer mit seinem Bremspedal oder dgl. vorgegebenen negativen Vortriebs-Wunsches wird der besagte Elektromotor der elektromotorischen Betriebsbremse solchermaßen angesteuert, dass kein kritischer Bremsschlupf zwischen dem oder den vom Elektromotor abgebremsten Rad oder Rädern und der Fahrbahn auftritt, insbesondere dass es nicht zu einem Blockieren des Rades oder der Räder kommt. Selbstverständlich empfiehlt es sich, nicht nur für die elektromotorisch abbremsbare Fahrzeug-Achse eine solche Anti-Blockier-Funktion vorzusehen, sonder auch an der anderen mit der hydraulischen Betriebsbremse versehenen Achse eine Anti-Blockier-Funktion vorzusehen, so wie es für hydraulische Fahrzeug-Bremssysteme heute allgemein üblich ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, im mechanischen Übertragungsweg vom Bremspedal oder dgl. zu einem (bereits genannten) Hydraulik-Verdrängerkolben der hydraulischen Betriebsbremse eine mechanische Übersetzungsvorrichtung mit einem über dem Betätigungsweg des Pedals oder dgl. veränderlichem Übersetzungsverhältnis vorzusehen. Bei geeigneter Auslegung dieser mechanischen Übersetzungsvorrichtung, von welcher dem Fachmann die unterschiedlichsten Ausführungsformen (beispielsweise in Form eines Kurvengetriebes) bekannt sind, kann auch ohne Vorsehen eines Bremskraftverstärkers in der hydraulischen Betriebsbremse und bei gleichzeitig einfach realisierbarer geeigneter Ansteuerung des (zumindest einen) Elektromotors der elektromotorischen Betriebsbremse am Bremspedal ein solches für den Fahrer spürbares Pedalgefühl in Abhängigkeit von seiner Pedalbetätigung dargestellt werden, wie es an den bisherigen hydraulischen Bremssystemen mit Bremskraftverstärker üblich ist.
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Der erfindungsgemäße Verzicht auf einen dem hydraulischen Bremssystem zugeordneten Bremskraftverstärker hat im übrigen den weiteren Vorteil, dass keine zusätzliche Energie zum Betrieb dieses Bremskraftverstärkers benötigt wird. Nochmals in anderen Worten ausgedrückt wird ein erfindungsgemäßes Bremssystem also solchermaßen ausgelegt, dass neben einem ggf. eigenständigen Elektromotor der elektromotorischen Betriebsbremse keine weitere Bremskraftunterstützung benötigt wird. Hinsichtlich des hydraulischen Bremssystems ist dies einfach möglich, da ein geringeres hydraulisches Volumen für die einzige auf hydraulischem Weg abzubremsende Achse benötigt wird, weshalb ein gegenüber bisherigen hydraulischen Bremssystemen kleinerer Hauptbremszylinder ausreichend ist und dieser den gleichen Bremsdruck bei geringerer Betätigungskraft erwirken kann. Diese geringere Bremskraft kann der Fahrer selbst aufbringen, so dass auf einen Bremskraftverstärker verzichtet werden kann. Wird als Elektromotor der elektromotorischen Betriebsbremse ein ohnehin vorhandener elektrischer Antriebsmotor (des Fahrzeugs) verwendet, so ist für das Betriebsbremssystem des Fahrzeugs in der Tat überhaupt keine eigenständige Bremskraftunterstützung erforderlich.
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Ferner sei nochmals darauf hingewiesen, dass das elektromotorische Bremssystem bei ausreichend starkem Elektromotor, der als Antriebsaggregat des Fahrzeugs fungiert, keinen weiteren Elektromotor aufweisen muss, da dieser starke Elektromotor selbst auch im Rekuperationsbetrieb eine ausreichend hohe Bremswirkung erzielen kann. Sollte diese Rekuperations-Bremswirkung nicht ausreichen, ist es möglich, diesen Elektromotor selbst die angetriebene Achse abbremsen zu lassen. Alternativ kann jedoch durchaus ein weiterer Elektromotor vorgesehen sein, der an dieser nicht der hydraulischen Betriebsbremse zugeordneten Achse eine Bremswirkung erzeugt, insbesondere indem dieser Elektromotor eine Reibungsbremse betätigt. Weiterhin alternativ kann auch nur zumindest ein Elektromotor vorgesehen sein, der an der elektromotorisch abzubremsenden Achse zumindest eine Reibungsbremse betätigt. (Letzteres gilt insbesondere für den Fall, dass das Kraftfahrzeug nicht elektromotorisch angetrieben werden kann).
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Was die bereits genannte über dem Pedalweg des Bremspedals variable Pedalübersetzung betrifft, so kann eine entsprechende mechanische Konstruktion die heute üblichen Pedalkraft-Pedalweg-Kennlinien nachbilden und dem Fahrer damit das gewohnte Bremspedalgefühl widerspiegeln. Eine einfache mechanische Lösung kann ein Hebelarm sein, der während der Betätigung eine veränderte Pedalübersetzung über dem Pedalweg hervorruft. Diese hat zu Beginn der Betätigung des Bremspedals oder dgl. einen geringen Anstieg der Betätigungskraft über dem Pedalweg zur Folge, während gegen Ende des möglichen Pedalwegs ein hoher Anstieg der Betätigungskraft über dem Betätigungs-Weg vorgesehen ist.
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Die Vorteile der Kombination aus Wegfall einer hydraulischen Bremsachse, Entfall des Bremskraftverstärkers und einer Betätigungs-Kinematik mit geeignete veränderlichem Übersetzungsverhältnis sind zusammenfassend: Bei gegenüber heutiger Auslegung im wesentlichem gleichem Pedalgefühl bei Betätigung der Betriebsbremse wird ohne zusätzliche Bremskraftunterstützung in der hydraulischen Betriebsbremse keine zusätzliche Energie zum Verzögern benötigt. Auch das geringere Gewicht eines erfindungsgemäßen Bremssystems fördert die Reichweite des Kraftfahrzeugs und reduziert dessen Emissionen. Der Bauraumgewinn bringt zudem erhebliche Vorteile. Zudem muss ein Ausfall eines (nicht vorhandenen) Bremskraftverstärkers nicht berücksichtigt werden und der Ausfall der elektromotorischen Betriebsbremse hat keine Auswirkungen auf die Betätigungskraft bezogen auf den Pedalweg, was einen Sicherheitsgewinn bedeutet. Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.