DE102021203334A1

DE102021203334A1 - Bremssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021203334A1
Application number: DE102021203334.2A
Authority: DE
Inventors: Kristijan Tarandek; Hans-Jörg Feigel
Original assignee: Mando Corp
Current assignee: HL Mando Corp
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US20210309198A1; US11891029B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bremssystem für ein Fahrzeug. Das vorgeschlagene Bremssystem (1) umfasst eine Betätigungseinheit zur Betätigung von Radbremsen des Fahrzeugs in einem normalen Betriebsmodus des Bremssystems (1). Außerdem umfasst das System (1) einen Bremszylinder (2) zur Druckbeaufschlagung der Radbremsen des Fahrzeugs in einem Notbetriebsmodus des Bremssystems (1). Der Bremszylinder (2) umfasst ein Bremszylindergehäuse (4) und eine Schubstange (3), die innerhalb des Bremszylindergehäuses (4) durch Betätigung eines Bremspedals (5) verschiebbar ist. Der Bremszylinder (2) umfasst ferner einen im Bremszylindergehäuse (4) beweglich angeordneten Kolben (14). Der Kolben (14) hat eine erste Fläche und eine der ersten Fläche gegenüberliegende zweite Fläche. Eine Hydraulikkammer (11) ist innerhalb des Bremszylindergehäuses (4) zwischen der ersten Fläche des Kolbens (14) und einer inneren Fläche des Bremszylindergehäuses (4) ausgebildet. Die Hydraulikkammer (11) ist so konfiguriert, dass sie selektiv fluidisch mit den Radbremsen verbunden ist. Der Bremszylinder (2) umfasst ferner ein elastisches Simulatorelement (13), das zur Pedalgefühlsimulation zwischen der zweiten Fläche des Kolbens (14) und der Schubstange (3) angeordnet ist. Der Bremszylinder (2) umfasst ferner ein Verriegelungselement (22), das so konfiguriert ist, dass es die Schubstange (3) selektiv mechanisch mit dem Kolben (14) koppelt, um eine starre Verbindung zwischen der Schubstange (3) und dem Kolben (14) während des Notbetriebsmodus bereitzustellen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Bremssystem für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Bremssystem mit einer Betätigungseinheit zur Betätigung von Radbremsen des Fahrzeugs in einem normalen Betriebsmodus des Bremssystems und einem Bremszylinder zur Druckbeaufschlagung der Radbremsen des Fahrzeugs in einem Notbetriebsmodus der Bremsanlage.
In einem herkömmlichen elektrischen Bremssystem kann ein Pedalwegsensor mit einem Bremspedal gekoppelt sein und einen Weg des Bremspedals erfassen, so dass ein entsprechendes Signal an eine Steuerung gesendet werden kann. Die Steuerung interpretiert das Signal und gibt ein weiteres Signal an einen Bremskraftlieferanten mit Aktuator. Der Aktor kann als Reaktion auf das Signal z. B. Bremsflüssigkeit unter Druck setzen, um hydraulische Radbremsen des Fahrzeugs zu betätigen. Darüber hinaus kann ein separater Pedalgefühlsimulator vorgesehen werden, um das Gefühl und den Weg eines herkömmlichen Bremssystems zu imitieren, das Flüssigkeit direkt von einem Hauptzylinder zu Radzylindern liefert. Der Aufbau solch konventioneller Leistungsbremssysteme kann jedoch aufgrund einer relativ großen Anzahl von Teilen recht kompliziert und platzraubend sein. Andere Reibungsbremssysteme können einen Elektromotor zur Betätigung der Radbremsen im normalen Betriebsmodus basierend auf den Signalen des Pedalwegsensors umfassen. Diese Systeme können über eine Getriebeeinheit zur Umwandlung einer vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung in eine Bremsbewegung verfügen, bei der ein Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
Darüber hinaus können Bremssysteme über einen hydraulischen Rückfallmodus oder einen Notbetriebsmodus verfügen, der bei einer Systemstörung aktiviert wird. Im Notbetriebsmodus wird eine direkte hydraulische Verbindung zwischen einem Bremszylinder und den Radbremsen hergestellt, so dass die Radbremsen durch Betätigen des Bremspedals hydraulisch betätigt werden können. Es ist erwünscht, dass das Bremssystem sicherstellt, dass die beim Notbetrieb auf das Bremspedal ausgeübte Kraft und der Hub ohne wesentliche Verluste in eine Bremskraft und Bremsbewegung umgesetzt wird.
In Anbetracht der obigen Aspekte ist es ein Ziel der vorliegenden Anmeldung, ein verbessertes Bremssystem für ein Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere ist es ein Ziel, ein vergleichsweise einfach aufgebautes Bremssystem bereitzustellen, das sowohl im Notbetriebsmodus als auch im normalen Betriebsmodus einen zuverlässigen und effizienten Betrieb gewährleistet.
Dieses Ziel wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 erreicht. Optionale weitere Merkmale und Weiterentwicklungen werden deutlich anhand der abhängigen Ansprüche und der speziellen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen.
Das vorgeschlagene Bremssystem für ein Fahrzeug umfasst eine Betätigungseinheit zur Betätigung von Radbremsen des Fahrzeugs in einem normalen Betriebsmodus des Bremssystems. Außerdem umfasst das Bremssystem einen Bremszylinder zur Druckbeaufschlagung der Radbremsen des Fahrzeugs in einem Notbetriebsmodus des Bremssystems. Der Bremszylinder umfasst ein Bremszylindergehäuse und eine Schubstange, die innerhalb des Bremszylindergehäuses durch Betätigung eines Bremspedals verschiebbar ist. Die Schubstange kann zumindest teilweise innerhalb des Bremszylindergehäuses angeordnet sein. Der Bremszylinder umfasst ferner einen im Bremszylindergehäuse beweglich angeordneten Kolben. Der Kolben hat eine erste Fläche und eine der ersten Fläche gegenüberliegende zweite Fläche. Eine Hydraulikkammer ist innerhalb des Bremszylindergehäuses zwischen der ersten Fläche des Kolbens und einer inneren Fläche des Bremszylindergehäuses ausgebildet. Die Hydraulikkammer ist so konfiguriert, dass sie selektiv fluidisch mit den Radbremsen verbunden ist. Der Bremszylinder umfasst ferner ein elastisches Simulatorelement, das zur Pedalgefühlsimulation zwischen der zweiten Fläche des Kolbens und der Schubstange angeordnet ist. Der Bremszylinder umfasst ferner ein Verriegelungselement, das so konfiguriert ist, dass es die Schubstange selektiv mechanisch mit dem Kolben koppelt, um eine starre Verbindung zwischen der Schubstange und dem Kolben während des Notbetriebsmodus bereitzustellen.
Durch das elastische Simulatorelement ermöglicht das vorgeschlagene Bremssystem bei vergleichbar einfachem Aufbau mit wenigen Teilen ein Bremspedalgefühl, das im normalen Betriebsmodus des vorgeschlagenen Bremssystems dem Gefühl und dem Hub eines konventionellen hydraulischen Bremssystems nahe kommt. Da das elastische Simulatorelement als Teil des Bremszylinders ausgebildet ist, werden kein separater Pedalsimulator und keine zusätzlichen Schalt- oder Sperrventile benötigt. Daher kann im Vergleich mit herkömmlichen Bremssystemen ein kompaktes Bremssystem mit einer verringerten Anzahl von Teilen bereitgestellt werden. Wenn das Bremssystem im Notbetriebsmodus betrieben wird, in dem die Hydraulikkammer bei Betätigung des Bremspedals mit Druck beaufschlagt werden kann, um die Bremsen hydraulisch zu betätigen, kann sich das Verriegelungselement zwischen der Schubstange und dem Kolben erstrecken, um eine steifere und steife mechanische Verbindung zwischen der Schubstange und dem Kolben zu bilden. Zu diesem Zweck kann das Verriegelungselement starrer oder steifer sein als das elastische Simulatorelement. Auf diese Weise ermöglicht das Verriegelungselement einen verbesserten Betrieb im Notbetriebsmodus, indem der durch das Betätigen des Bremspedals ausgeübte Weg und die Kraft zuverlässiger in eine Bremskraft und Bremsbewegung übertragen wird. Das vorgeschlagene Bremssystem ist daher vergleichsweise einfach aufgebaut und gewährleistet einen zuverlässigen und effizienten Betrieb sowohl im Notbetriebsmodus als auch im normalen Betriebsmodus.
Das Bremssystem kann einen Pedalsensor zur Erfassung einer Betätigung des Bremspedals umfassen. Der Pedalsensor kann z. B. so konfiguriert sein, dass er eine Position oder eine Hublänge des Bremspedals erfasst. Das Bremssystem kann ferner eine Steuereinheit zur Steuerung der Betätigungseinheit im normalen Betriebsmodus in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Pedalsensors umfassen. Die Betätigungseinheit kann z. B. aus eine hydraulische Druckversorgung aufweisen. Die Betätigungseinheit kann so konfiguriert sein, dass die Radbremsen im normalen Betriebsmodus mit Druck beaufschlagt werden. In einigen Ausführungsformen können die Radbremsen mit einem Elektromotor betätigt werden, der im normalen Betriebsmodus mit der Steuereinheit verbunden ist.
Typischerweise umfasst das Bremssystem ein Absperrventil. Das Absperrventil kann zwischen der Hydraulikkammer und den Radbremsen angeordnet sein zum Unterbrechen einer Fluidverbindung zwischen der Hydraulikkammer und den Radbremsen im normalen Betriebsmodus und zum Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Hydraulikkammer und den Radbremsen im Notbetriebsmodus. Da das Absperrventil im normalen Betriebsmodus geschlossen ist, kann der Kolben im Wesentlichen bewegungslos sein, wenn das Bremspedal betätigt wird, weil die Flüssigkeit in der Hydraulikkammer auf den Kolben wirkt. Mit anderen Worten kann eine Bewegung des Kolbens im normalen Betriebsmodus im Vergleich zum Notbetriebsmodus erheblich reduziert sein. Wenn das Bremspedal betätigt wird, drückt die Schubstange gegen das elastische Simulatorelement. Das elastische Simulatorelement kann dann gestaucht werden und/oder sich elastisch verformen. Ein Fahrer erfährt somit eine Gegenkraft, wenn das Bremspedal betätigt wird. In dem vorgeschlagenen Bremssystem kann das elastische Pedalgefühlelement die Pedalkraft eines herkömmlichen Bremssystems während einer Bremsaktion nachahmen. Das elastische Simulatorelement kann in Kontakt, insbesondere in direktem Kontakt, mit der zweiten Fläche des Kolbens und/oder mit der Schubstange sein. In typischen Ausführungsformen ist das elastische Simulatorelement zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Bremszylindergehäuses angeordnet. Das elastische Simulatorelement kann ein Gummielement sein. In den meisten Ausführungsformen ist das elastische Simulatorelement ein fester, einteiliger Körper aus einem elastisch verformbaren Material.
Der Notbetriebsmodus kann als Reservemodus oder hydraulischer Rückfallmodus verwendet werden, z. B. bei einem Stromausfall oder wenn die hydraulische Druckversorgung oder ein oder mehrere elektrisch betätigte Ventile nicht ordnungsgemäß funktionieren. In dem Notbetriebsmodus kann Bremsflüssigkeit direkt vom Bremszylinder in die Hydraulikkreise eingespeist werden. So bietet das Bremssystem nicht nur im normalen Betriebsmodus einen Bremszylinder mit integriertem Pedalsimulator, sondern kann im Notfall auch die Betätigung der hydraulischen Radbremsen ermöglichen. Um die Sicherheit des Systems zu verbessern, kann das Absperrventil stromlos offen sein. Auf diese Weise kann das Absperrventil im stromlosen Zustand geöffnet sein, um den Notbremsbetrieb bei Stromausfall zu ermöglichen. Im Allgemeinen kann nach dem Betätigen der Bremsen und dem Lösen der hydraulischen Radbremsen der Druck in den hydraulischen Radbremsen durch Ablassen von Bremsflüssigkeit in einen Vorratsbehälter entlastet werden.
In den meisten Ausführungsformen ist das Verriegelungselement so konfiguriert, dass es die Schubstange bei Bewegung des Kolbens mechanisch mit dem Kolben koppelt. Das Verriegelungselement kann so ausgebildet sein, dass eine Bewegung des Kolbens eine Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements auslöst, um die starre Verbindung zwischen der Schubstange und dem Kolben während des Notbetriebsmodus herzustellen. Durch die Verriegelungsbewegung kann es zu der Kopplung der Schubstange mit dem Kolben kommen. Die Auslösung der Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements ist also mit dem Übergang des Systems vom normalen Betriebsmodus in den Notbetriebsmodus verbunden, während der Aufbau nach dieser Ausführungsform vergleichsweise einfach ist. Um eine einfache und effiziente Kopplung zu ermöglichen, ist das Verriegelungselement typischerweise mechanisch mit dem Kolben verbunden. Das Verriegelungselement kann z. B. beweglich am Kolben angebracht sein. Auf diese Weise kann auf einfache Weise eine Umsetzung der Bewegung des Kolbens in die Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements erreicht werden. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Verriegelungselement schwenkbar mit dem Kolben verbunden. In diesem Fall kann eine Bewegung eines ersten Abschnitts des Verriegelungselements in eine erste Drehrichtung, die durch die Bewegung des Kolbens ausgelöst werden kann, in eine Drehbewegung eines zweiten Abschnitts des Verriegelungselements in eine entgegengesetzte Drehrichtung umgesetzt werden. Beispielsweise kann die Bewegung des Kolbens eine Bewegung des ersten Abschnitts des Verriegelungselements nach außen, d. h. weg von einer Zylinderhauptachse, auslösen, was zu einer Bewegung des zweiten Abschnitts des Verriegelungselements nach innen, d. h. in Richtung einer Zylinderhauptachse, führt. Der zweite Abschnitt des Verriegelungselements kann dann in Kontakt mit der Schubstange kommen, um die starre Verbindung zwischen der Schubstange und dem Kolben herzustellen. Typischerweise ist das Verriegelungselement so konfiguriert, dass es mit der Schubstange, insbesondere nur mit der Schubstange, in Kontakt gebracht wird, um in einer strukturell einfachen Ausführungsform die Schubstange mechanisch mit dem Kolben zu koppeln. In anderen Ausführungsformen kann das Verriegelungselement jedoch so konfiguriert sein, dass es nur mit dem Kolben oder sowohl mit dem Kolben als auch mit der Schubstange in Kontakt gebracht wird, um die Schubstange mechanisch mit dem Kolben zu koppeln.
Die Bewegung des Verriegelungselements wird typischerweise durch Betätigung des Bremspedals im Notbetriebsmodus ausgelöst, so dass die Schubstange gegen das elastische Simulatorelement drückt. Das Simulatorelement kann wiederum gegen den Kolben drücken, so dass Hydraulikflüssigkeit aus der Hydraulikkammer in Richtung der Radbremsen austritt, wobei das Absperrventil in dieser Situation typischerweise geöffnet ist.
In typischen Ausführungsformen ist das Verriegelungselement so konfiguriert, dass es die Schubstange durch ein mechanisches Mittel selektiv mit dem Kolben koppelt. Das mechanische Mittel kann ein rein mechanisches Mittel sein. Das mechanische Mittel kann so konfiguriert sein, dass es eine Kraft aus der Betätigung des Bremspedals in eine Bewegung des Verriegelungselements, die die Schubstange mechanisch mit dem Kolben koppelt, umwandelt. Dadurch können weitere Betätigungskräfte, die die Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements auslösen, entfallen. In anderen Ausführungsformen ist jedoch auch eine elektromechanische Betätigung des Verriegelungselements möglich.
In den meisten Ausführungsformen umfasst das Bremszylindergehäuse eine Simulatorkammer. In der Simulatorkammer kann das Verriegelungselement mit dem Kolben verbunden sein. Das Verriegelungselement kann so konfiguriert sein, dass die Schubstange durch eine Bewegung des Verriegelungselements mechanisch mit dem Kolben gekoppelt wird. Diese Bewegung des Verriegelungselements kann durch eine mechanische Wechselwirkung zwischen dem Verriegelungselement und einer Innenwand der Simulatorkammer ausgelöst werden. Beispielsweise kann die Form der Innenwand der Simulatorkammer so beschaffen sein, dass das Verriegelungselement die Verriegelungsbewegung aufgrund einer Relativbewegung des Verriegelungselements in Bezug auf die Innenwand der Simulatorkammer ausführt. Das Verriegelungselement kann an der Innenwand der Simulatorkammer zwangsgeführt werden.
In einer besonders einfachen, robusten und zuverlässigen Ausführungsform umfasst das Bremszylindergehäuse die Simulatorkammer, in der das Verriegelungselement mit dem Kolben verbunden ist. Die Simulatorkammer kann einen Abschnitt mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser aufweisen. Das Verriegelungselement kann mit dem Kolben verbunden sein. Außerdem kann das Verriegelungselement in Kontakt mit der Innenwand der Simulatorkammer sein. Das Verriegelungselement kann so konfiguriert sein, dass ein Übergang von dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser zu dem Abschnitt mit größerem Durchmesser bei einer Bewegung des Kolbens das Verriegelungselement in Kontakt mit der Schubstange bringt, um die Schubstange mechanisch mit dem Kolben zu koppeln.
Das Bremssystem umfasst typischerweise einen Federmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er einen Abschnitt des Verriegelungselements beim Übergang von dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser der Simulatorkammer zu dem Abschnitt mit größerem Durchmesser nach außen drückt. Dadurch kann eine Schwenkbewegung des Verriegelungselements bewirkt werden, die das Verriegelungselement in Kontakt mit der Schubstange bringt.
In einer typischen Ausführungsform ist das Verriegelungselement kronenförmig. Das Verriegelungselement kann mehrere Zähne aufweisen. Die Zähne können in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sein, insbesondere äquidistant. Die Zähne können jeweils so konfiguriert sein, dass sie die Schubstange selektiv mechanisch mit dem Kolben koppeln. Jeder Zahn kann so konfiguriert werden, dass er in Kontakt mit der Schubstange gebracht wird. Die Zähne können jeweils schwenkbar mit dem Kolben verbunden sein und können jeweils so konfiguriert sein, dass sie eine wie oben oder unten beschriebene Verriegelungsbewegung ausführen.
Beispielshafte Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit den nachfolgenden Abbildungen beschrieben.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Bremssystems für ein Fahrzeug,
2 zeigt eine schematische Ansicht des Bremszylinders während eines normalen Betriebsmodus und
3(a) und (b) zeigen schematische Ansichten des Bremszylinders während eines Notbetriebsmodus.

1 zeigt ein Bremssystem 1 für ein Fahrzeug. Das Bremssystem 1 weist einen Bremszylinder 2 auf. Der Bremszylinder 2 umfasst eine Schubstange 3 und ein Bremszylindergehäuse 4 und wird im Folgenden näher beschrieben. Die Schubstange 3 ist mit einem Bremspedal 5 verbunden, so dass die Betätigung des Bremspedals 5 die Schubstange 3 in das Bremszylindergehäuse 4 drückt. Das Bremspedal 5 ist ferner mit einem Pedalwegsensor gekoppelt, der mit einer Steuereinheit (nicht dargestellt) des Systems 1 gekoppelt ist. In einem normalen Betriebsmodus kann die Bremsung mit einer Betätigungseinheit durchgeführt werden. Die Betätigungseinheit kann mit der Steuereinheit verbunden sein und umfasst elektromagnetische Bremseinheiten 6, 6'. Die elektromagnetischen Bremseinheiten 6, 6' umfassen jeweils einen Elektromotor und ein Rotations-/Translationsgetriebe zur Umwandlung einer vom Elektromotor erzeugten Drehbewegung in eine lineare Bremsbewegung. Die elektromagnetischen Bremseinheiten 6, 6' sind jeweils an einer Radsattelbaugruppe 7, 7' befestigt oder als Teil von dieser ausgebildet. Die Radsattelbaugruppen 7, 7' umfassen jeweils einen Satz von Bremsbelägen 8, 8', 9, 9', die so konfiguriert sind, dass sie von gegenüberliegenden Seiten gegen Radbremsscheiben (nicht dargestellt) drücken, wenn die Bremsbewegung durch die elektromagnetischen Bremseinheiten 6, 6' ausgeführt wird. Im normalen Betriebsmodus wird ein Hub des Bremspedals 5 mit dem Pedalwegsensor erfasst und ein entsprechendes Signal an die Steuereinheit gesendet. Wenn das Bremspedal 5 von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt wird, sendet die Steuereinheit ein Bremssignal an die elektromagnetischen Bremseinheiten 6, 6', die dann die Bremsbewegung ausführen, um das Fahrzeug anzuhalten oder zu verlangsamen. In dem in der Abbildung gezeigten Beispiel sind zwei Radsattelbaugruppen 7, 7' dargestellt. Es kann jedoch zum Beispiel eine elektromagnetische Bremseinheit an jedem der vier Räder des Fahrzeugs vorgesehen sein.
Das Bremssystem 1 umfasst auch ein hydraulisches System als Notrückfallmodus, wenn die Betätigungseinheit ausfällt. In dem in 1 gezeigten Beispiel umfassen die Radsattelbaugruppen 7, 7' jeweils eine Hydraulikkammer, die dazu dient, die Bremsbeläge 8, 8', 9, 9' bei Druckbeaufschlagung gegen die Bremsscheiben zu drücken. Zur Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammern der Radsattelbaugruppen 7, 7' sind hydraulische Verbindungen 10, 10' vorgesehen, die den Bremszylinder 2 mit Hydraulikkammern der Radsattelbaugruppen 7, 7' fluidisch verbinden. Die hydraulischen Verbindungen 10, 10', z. B. Hydraulikleitungen, sowie die Hydraulikkammern des Bremszylinders 2 und der Radsattelbaugruppen 7, 7' können z. B. vor der Montage des Systems 1 mit Bremsflüssigkeit vorgefüllt sein. Durch die Verwendung vorgefüllter Komponenten kann ein Füll- und Entlüftungsvorgang nach der Montage des Systems 1 entfallen.
Die hydraulischen Verbindungen 10, 10' sind über ein Absperrventil 12 mit einer Hydraulikkammer 11 des Bremszylinders 2 fluidisch verbunden. Das Absperrventil 12 kann von der Steuereinheit selektiv angesteuert werden. Typischerweise ist das Absperrventil 12 ein Magnetventil, das stromlos offen ist (NO-Ventil), so dass es den Durchfluss von Flüssigkeit zwischen der Hydraulikkammer 11 des Bremszylinders 2 und den Hydraulikkammern der Radsattelbaugruppen 7, 7' ermöglicht, wenn das Ventil stromlos ist. Wenn das Bremspedal 5 im Notbetriebsmodus betätigt wird, drückt die Schubstange 3 gegen ein elastisches Simulatorelement 13, das einen Kolben 14 in den hydraulischen Hohlraum 11 des Bremszylinders drückt, wodurch Hydraulikflüssigkeit aus dem hydraulischen Hohlraum 11 des Bremszylinders 2 durch das Absperrventil 12 und in die hydraulischen Hohlräume der Radsattelanordnungen 7, 7' gedrückt wird, um die Bremsen zu betätigen und das Fahrzeug abzubremsen.
Das System 1 umfasst ferner ein stromlos geschlossenes Ventil 15, das so konfiguriert ist, dass es die hydraulischen Verbindungen 10, 10' mit einem Flüssigkeitsreservoir oder einer Niederdruckkammer 16 fluidisch verbindet. Die Kammer 16 kann in das Bremszylindergehäuse 4 integriert werden, so dass kein zusätzlicher Kunststoffbehälter benötigt wird. Falls das Absperrventil 12 im normalen Betriebsmodus undicht ist, sorgt das stromlos geschlossene Ventil 15 dafür, dass Bremsflüssigkeit in die Kammer 16 zurückgeführt wird, anstatt die Bremssattelbaugruppen 7, 7' mit Bremsflüssigkeit zu beaufschlagen. Dadurch kann eine unbeabsichtigte Aktivierung der Bremse verhindert werden. Die Ventile 12, 15 sind in ihrem standardmäßigen, nicht bestromten Zustand, d. h. entsprechend dem Notbetriebsmodus, dargestellt. Im Rückfallmodus ist das stromlos geschlossene Ventil 15 geschlossen und das stromlos offene Ventil 12 geöffnet, so dass eine direkte hydraulische Verbindung zwischen einem Bremszylinder und den Radbremsen hergestellt wird.
In 2 ist der Bremszylinder 2 in einem Zustand, der einem normalen Betriebsmodus entspricht, näher dargestellt. In dem normalen Betriebsmodus ist das Absperrventil 12 geschlossen, so dass bei Betätigung des Bremspedals 5 keine direkte Bremskraft auf die hydraulischen Radbremsen ausgeübt wird. Während der Bremszylinder 2, wie oben beschrieben, im Notbetriebsmodus die Funktion hat, die hydraulischen Radbremsen zu betätigen, übernimmt der Bremszylinder 2 im normalen Betriebsmodus die Funktion der Pedalgefühlsimulation. Dafür ist das elastische Simulatorelement 13 zwischen der Schubstange 3 und dem Kolben 14 innerhalb des Bremszylindergehäuses 4 angeordnet. Das elastische Simulatorelement 13 erzeugt eine Pedalkraft, wenn das Bremspedal 5 im normalen Betriebsmodus betätigt wird. Das elastische Simulatorelement 13 kann aus einem Elastomer, wie z. B. Gummi oder Silikon, integral geformt sein. Insbesondere ist das elastische Simulatorelement 13 für eine Kompressionskraft ausgelegt und hat eine progressive Federkennlinie. Das elastische Simulatorelement 13 hat einen langgestreckten, massiven Körper. Eine Längsrichtung des langgestreckten Körpers ist axial mit dem Bremszylinder 2 ausgerichtet. In der dargestellten Ausführungsform fällt eine Mittellinie des langgestreckten Körpers mit einer Mittellinie des Bremszylinders 2 zusammen. Ein axialer Endabschnitt des elastischen Simulatorelements 13 steht in Kontakt mit einer Ausnehmung 116 im Kolben 14 und wird darin aufgenommen, und ein anderer axialer Endabschnitt des elastischen Simulatorelements 13 steht in Kontakt mit einer Ausnehmung in der Schubstange 3 und wird darin aufgenommen. Der dem Kolben 14 zugewandte Endabschnitt des elastischen Simulatorelements 13 ist verjüngt. Wenn das Bremspedal 5 vollständig durchgedrückt wird, verformt sich das elastische Simulatorelement 13 so, dass es sich der Aussparung 116 des zweiten Kolbens 14 anschmiegt. Sowohl im normalen Betriebsmodus als auch im Notbetriebsmodus wird das elastische Simulatorelement 13 zwischen dem Kolben 14 und der Schubstange 3 gehalten. Im normalen Betriebsmodus (bestromter Betriebsmodus) befindet sich das Absperrventil 12 in der geschlossenen Stellung. Daher ist der Kolben 14 gesperrt. Wenn der Fahrer das Bremspedal 5 betätigt, drückt die Schubstange 3 gegen den Kolben 14 und das elastische Simulatorelement 13 wird zusammengedrückt. Als eine Folge erfährt der Fahrer ein Bremspedalgefühl, dass er/sie auch erfahren würde, wenn er/sie ein herkömmliches Bremssystem betätigt, das während einer Bremsaktion allein hydraulisch betätigt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Schubstange 3 zusätzlich mit einem hydraulischen Dämpfer verbunden sein, der in das Zylindergehäuse 4 eingebaut sein kann. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Dämpfung auf kosteneffiziente Weise bereitgestellt werden.
3(a) und (b) zeigen den Bremszylinder 2 im Notbetriebsmodus (unbestromte Betriebsart). In diesem Fall befindet sich das Absperrventil 12 in seiner geöffneten Stellung, um eine hydraulische Verbindung zwischen der Hydraulikkammer 11 des Bremszylinders und den Hydraulikkammern der Bremssattelbaugruppen 7, 7' zu ermöglichen, so dass der Kräfteeintrag des Fahrers auf das Bremspedal 5 eine Bremsung bewirkt. Wenn das Bremspedal 5 betätigt wird, drückt daher die Schubstange 3 den Kolben 14 zunächst nach links, siehe 3(a), und dann weiter nach links, siehe 3(b).
Der Kolben 14 und die Schubstange 3 sind teilweise in einer Simulatorkammer 17 aufgenommen, die im Bremszylindergehäuse 4 ausgebildet ist. Die Simulatorkammer 17 umfasst einen Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 18 und einen Abschnitt mit größerem Durchmesser 19 sowie einen Übergangsbereich 20 mit zunehmendem Durchmesser zwischen dem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 18 und dem Abschnitt mit größerem Durchmesser 19. Eine Innenwand 21 der Simulatorkammer 17 ist im Abschnitt mit kleinerem Durchmesser 18 und im Abschnitt mit größerem Durchmesser 19 im Wesentlichen zylindrisch.
Der Bremszylinder 2 umfasst außerdem ein starres Verriegelungselement 22, um den Wegverlust zu reduzieren, der durch ein Zusammendrücken des elastischen Simulatorelements 13 entstehen würde, wenn der Fahrer das Bremspedal 5 im Notbetriebsmodus betätigt. Das Verriegelungselement 22 ermöglicht im Notbetriebsmodus eine starre Verbindung zwischen der Schubstange 3 und dem Kolben 14. Dazu ist das Verriegelungselement 22 so am Kolben 14 befestigt, dass es bezüglich des Kolbens 14 drehbar ist. Das Verriegelungselement 22 ist zwischen dem Kolben 14 und der Innenwand 21 der Simulatorkammer 17 angeordnet. Das Verriegelungselement 22 ist kronenförmig und umfasst mehrere Zähne, von denen ein oberer und ein unterer in den Abbildungen dargestellt sind. Zusätzlich ist zwischen dem Kolben 14 und einem Abschnitt 23 des Verriegelungselements 22 eine Feder 25 angeordnet. Ein weiterer Abschnitt 24 erstreckt sich in Richtung der Schubstange 3.
Im normalen Betriebsmodus, wie in 2 dargestellt, liegt das Verriegelungselement 22 an der Innenwand 21 der Simulatorkammer 17 im Abschnitt 18 mit kleinerem Durchmesser an. In diesem Fall wird kein Kontakt zwischen dem Verriegelungselement 22 und der Schubstange 3 hergestellt. Wenn das Absperrventil 12 im Notbetriebsmodus öffnet, kann sich der Kolben 14 bei Betätigung des Bremspedals 5 nach links bewegen. In dieser Situation wird das Verriegelungselement 22 in den Übergangsbereich 20 der Simulatorkammer 17 bewegt. Da sich der Durchmesser der Simulatorkammer 17 im Übergangsbereich 20 erweitert, drückt die Feder 25 den Abschnitt 23 des Verriegelungselements 22 nach außen, wie in 3(a) gezeigt ist. Wenn der Abschnitt 23 nach außen gedrückt wird, bewegt sich der weitere Abschnitt 24 des Verriegelungselements 22 aufgrund der drehbaren Befestigung des Verriegelungselements 22 mit dem Kolben 14 nach innen. Schließlich kommt der Abschnitt 24 des Verriegelungselements 22, der sich in Richtung der Schubstange 3 erstreckt, in Kontakt mit einer vorderen Fläche 26 der Schubstange 3. Auf diese Weise kann im Notbetriebsmodus eine auf das Bremspedal 5 ausgeübte Kraft von der Schubstange 3 über das starre Verriegelungselement 22 auf den Kolben 14 übertragen werden. Die Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements 22 wird also durch eine Form der Innenwand 21 der Simulatorkammer 17 verursacht oder kann alternativ durch ein anderes integriertes Teil mit einer entsprechenden Form verursacht werden. Während der gezeigte Mechanismus eine vollständig mechanisch ausgelöste Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements 22 ermöglicht, kann der Verriegelungsmechanismus in anderen Ausführungsformen auch elektromechanisch aktiviert werden, insbesondere gegen eine Feder. So kann z. B. die Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements 22 von der Steuereinheit gesteuert werden, um eine programmierbare Lösung mit höherer Flexibilität zu ermöglichen.
Wie in 3(b) gezeigt ist, hält das Verriegelungselement 22 den Kontakt mit der Schubstange 3 aufrecht, wenn der Kolben weiter in die Hydraulikkammer 11 geschoben wird, um einen zuverlässigen und effizienten Betrieb der Bremse im Notbetriebsmodus zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen ist der Bremszylinder 2 so konfiguriert, dass während einer Bremsbewegung im Notbetriebsmodus ein ratschenartiger Verriegelungsmechanismus für mehrere Anschläge sorgt, wenn der Kolben 14 in die Hydraulikkammer 11 geschoben wird, um ein Stotterbremsen im Notbetrieb zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen umfasst das System einen Drucksensor, der zur Messung eines Drucks in der Hydraulikkammer 11 des Bremszylinders 2 konfiguriert ist.
Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die lediglich in den beispielhaften Ausführungen offenbart sind, können miteinander kombiniert und können auch einzeln beansprucht werden.

Claims

Bremssystem (1) für ein Fahrzeug, umfassend: eine Betätigungseinheit zur Betätigung von Radbremsen des Fahrzeugs in einem normalen Betriebsmodus des Bremssystems (1), einen Bremszylinder (2) zur Druckbeaufschlagung der Radbremsen des Fahrzeugs in einem Notbetriebsmodus des Bremssystems (1), wobei der Bremszylinder (2) umfasst ein Bremszylindergehäuse (4), eine Schubstange (3), die innerhalb des Bremszylindergehäuses (4) durch Betätigung eines Bremspedals (5) verschiebbar ist, einen im Bremszylindergehäuse (4) beweglich angeordneten Kolben (14), wobei der Kolben (14) eine erste Fläche und eine der ersten Fläche gegenüberliegende zweite Fläche aufweist, eine Hydraulikkammer (11), die innerhalb des Bremszylindergehäuses (4) zwischen der ersten Fläche des Kolbens (14) und einer inneren Fläche des Bremszylindergehäuses (4) ausgebildet ist, wobei die Hydraulikkammer (11) so konfiguriert ist, dass sie selektiv fluidisch mit den Radbremsen verbunden ist, ein elastisches Simulatorelement (13), das zur Pedalgefühlsimulation zwischen der zweiten Fläche des Kolbens (14) und der Schubstange (3) angeordnet ist, ein Verriegelungselement (22), das so konfiguriert ist, dass es die Schubstange (3) selektiv mechanisch mit dem Kolben (14) koppelt, um eine starre Verbindung zwischen der Schubstange (3) und dem Kolben (14) während des Notbetriebsmodus bereitzustellen.
Bremssystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) so ausgebildet ist, dass eine Bewegung des Kolbens (14) eine Verriegelungsbewegung des Verriegelungselements (22) auslöst, um die starre Verbindung zwischen der Schubstange (3) und dem Kolben (14) während des Notbetriebsmodus herzustellen.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) so konfiguriert ist, dass es die Schubstange (3) selektiv mechanisch mit dem Kolben (14) koppelt, indem es eine Kraft aus der Betätigung des Bremspedals (5) in eine Bewegung des Verriegelungselements (22) umwandelt, die die Schubstange (3) mechanisch mit dem Kolben (14) koppelt.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) so ausgebildet ist, dass es mit der Schubstange (3) in Kontakt gebracht werden kann, um die Schubstange (3) mechanisch mit dem Kolben (14) zu koppeln.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) beweglich am Kolben (14) angebracht ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) schwenkbar mit dem Kolben (14) verbunden ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremszylindergehäuse (4) eine Simulatorkammer (17) umfasst, in der das Verriegelungselement (22) mit dem Kolben (14) verbunden ist, wobei das Verriegelungselement (22) so konfiguriert ist, dass es die Schubstange (3) mit dem Kolben (14) aufgrund einer Bewegung des Verriegelungselements (22), die durch eine mechanische Wechselwirkung zwischen dem Verriegelungselement (22) und einer Innenwand (21) der Simulatorkammer (17) ausgelöst wird, mechanisch koppelt.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremszylindergehäuse (4) eine Simulatorkammer (17) umfasst, in der das Verriegelungselement (22) mit dem Kolben (14) verbunden ist, wobei die Simulatorkammer (17) einen Abschnitt (19) mit größerem Durchmesser und einen Abschnitt (18) mit kleinerem Durchmesser umfasst, wobei das Verriegelungselement (22) mit dem Kolben (14) verbunden ist und in Kontakt mit einer Innenwand (21) der Simulatorkammer (17) steht, wobei das Verriegelungselement (22) so konfiguriert ist, dass ein Übergang von dem Abschnitt (18) mit kleinerem Durchmesser zu dem Abschnitt (19) mit größerem Durchmesser bei einer Bewegung des Kolbens (14) das Verriegelungselement (22) in Kontakt mit der Schubstange (3) bringt, um die Schubstange (3) mechanisch mit dem Kolben (14) zu koppeln.
Bremssystem (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Federmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er einen Abschnitt (25) des Verriegelungselements (22) beim Übergang von dem Abschnitt (18) mit kleinerem Durchmesser der Simulatorkammer (17) zu dem Abschnitt (19) mit größerem Durchmesser nach außen drückt, wodurch eine Schwenkbewegung des Verriegelungselements (22) bewirkt wird, die das Verriegelungselement (22) in Kontakt mit der Schubstange (3) bringt.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (22) kronenförmig ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein zwischen der Hydraulikkammer (11) und den Radbremsen angeordnetes Absperrventil (12) zum Unterbrechen einer Fluidverbindung zwischen der Hydraulikkammer (11) und den Radbremsen im normalen Betriebsmodus und zum Freigeben einer Fluidverbindung zwischen der Hydraulikkammer (11) und den Radbremsen im Notbetriebsmodus.
Bremssystem (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (12) stromlos offen ist.
Bremssystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen Pedalsensor zur Erfassung einer Betätigung des Bremspedals (5) und eine Steuereinheit zur Steuerung der Bremsbetätigung im normalen Betriebsmodus in Abhängigkeit von Sensorsignalen des Pedalsensors.