DE102007019441A1

DE102007019441A1 - Hilfskraftbremssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007019441A1
Application number: DE102007019441A
Authority: DE
Inventors: Robert Trimpe; Johann Baumgartner; Robert Gruber; Aleksandar Pericevic; Stephan Pitzing; Steffen Geissler
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-10-30
Also published as: EP2142405A1; US8322799B2; WO2008131865A1; US20100133051A1

Abstract

Ein Bremssystem, insbesondere ein Zweikreis-Bremssystem, für ein Kraftfahrzeug, mit über ein mit einem Bremskraftverstärker (5) in Wirkverbindung stehendes Bremspedal (1) auslösbaren, jeweils in ein Rad (2, 4) eingreifenden Bremsen (3), ist so ausgebildet, dass jeder Bremse (3) zumindest eines Bremskreises ein Bremskraftverstärker (5) zugeordnet ist, die gemeinsam über das Bremspedal betätigbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hilfskraftbremssystem, insbesondere ein Zweikreis-Hilfskraftbremssystem, für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Hilfskraftbremssystemen mit hydraulisch betätigbaren Bremsen wirkt die Fußkraft des Fahrers unmittelbar über das Bremspedal ggf. mit der Unterstützung eines Bremskraftverstärkers über einen Hydraulikkreis auf mehrere Bremsen. Als Parkbremse finden in der Regel rein mechanische Betätigungssysteme wie ein Seilzug Verwendung. Es ist auch bekannt, die Parkbremse elektromechanisch zu betätigen.
Im Bremskraftverstärker wird eine zusätzliche Betätigungskraft aufgebracht, durch die eine Entlastung des Fahrers erreicht wird. Allerdings muss gewährleistet sein, dass die Bremswirkung ggf. auch bei einem Ausfall des Bremskraftverstärkers gewährleistet bleibt.
Aus dem Stand der Technik sind elektrohydraulische Bremssysteme bekannt, mit denen eine radindividuelle Regelung der Bremsen durch elektromechanisch betätigte Plunger realisiert wird. Hierdurch wird eine erhebliche Verbesserung der Regelungsfähigkeit und damit der Wirksamkeit der Bremsen erzielt. Die genannte Sicherstellung der Bremswirkung bei einem Ausfall der elektrischen Energie oder bei anderen systembedingten Störungen muss durch einen zusätzlichen, üblicherweise auf die Vorderachse wirkenden mechanisch/hydraulisch betätigten Bremskreis sichergestellt sein.
Es sind auch rein elektromechanisch betätigbare Radbremsen bekannt, die jedoch aufgrund der hohen Anforderungen an die Sicherheit der elektrischen Energieversorgung und der damit verbundenen technischen Probleme und der hohen Kosten bislang nicht ausschließlich zum Einsatz kommen. Eine Kombination von hydraulisch betätigten Bremsen an der Vorderachse mit elektromechanisch betätigten Bremsen mit integrierter Parkbremsfunktion an der Hinterachse wird auch in Erwägung gezogen.
Elektromechanische Bremsen, die als Parkbremse genutzt werden bzw. in die eine elektromechanische Parkbremse integriert ist, bieten in dieser Funktion gegenüber üblichen, hydraulisch betätigten und über zusätzliche, rein mechanisch wirkende Betätigungssysteme gewisse Vorteile, beispielsweise einen verbesserten Bedienkomfort sowie einen geringen Platzbedarf im Fahrgastraum durch Entfall eines Handbremshebels.
Die unter dem Begriff „Brake by Wire" bekannten Systeme, deren Charakteristikum die Entkupplung von Betätigungs- und Übertragungseinrichtung ist und die in der Regel ebenfalls elektromechanisch betätigbare Bremsen nutzen, kommen, trotz der Vorteile, aus den erwähnten Sicherheitsbedenken bisher nur selten zum Einsatz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hilfskraft-Bremssystem zu schaffen, dass bei Einhaltung der notwendigen Sicherheitsaspekte einfach und kostengünstig realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bremssystem mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2 gelöst.
Anspruch 1 schafft ein Bremssystem, insbesondere ein Zweikreis-Bremssystem, für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem oder mehreren Bremskreisen, die jeweils wenigstens eine oder mehrere Bremsen aufweisen, die jeweils einem Rad des Fahrzeugs zugeordnet sind, wobei die Bremsen über ein Bremspedal auslösbar sind, dem ein Bremskraftverstärker zugeordnet ist, der mit dem Bremspedal in Wirkverbindung steht, wobei jeder Bremse von zumindest einem Bremskreis oder mehreren Bremskreisen des Bremssystems jeweils ein eigener Bremskraftverstärker zugeordnet ist, die gemeinsam insbesondere gleichzeitig über das Bremspedal betätigbar sind, die aber bevorzugt hinsichtlich ihrer Bremskraftverstärkungswirkung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Prinzipiell wird durch die Erfindung ein „Brake by Wire"-System geschaffen, durch das ein selektives Bremsen jedes angeschlossenen Rades möglich ist.
Dabei kommen bevorzugt elektrohydraulische Bremskraftverstärker zum Einsatz, die so angeordnet sind, dass die auf das Bremspedal wirkende Fußkraft auf alle Bremskraftverstärker gleichmäßig bzw. nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit aufgeteilt wird.
Jeder elektrohydraulische Bremskraftverstärker weist einen Aktuator auf, der mit einem elektromechanischen Antrieb versehen ist. Bei Betätigung des Bremspedals wird über den Aktuator für jede Bremse zur Einstellung des von einem Bremsregelsystem vorgegebenen Zustands eine Stellkraft addiert oder subtrahiert. Daneben ist eine unmittelbare Betätigung der Bremsen durch das Bremssystem ohne Fahrereinwirkung möglich.
Auf diese Weise bleibt auch bei einem Ausfall der elektrischen Energie oder der Kommunikationsverbindung die mechanisch-hydraulische Grundfunktion der Bremsen gewahrt. Somit handelt es sich bei dem im Sinne der Erfindung modifizierten Bremssystem um ein „Brake-by-Wire"-System, das die höchstmögliche Ausfallsicherheit bietet.
Im Regelfall ist es ausreichend, wenn die beiden Bremsen der Vorderachse des Kraftfahrzeuges über den beschriebenen mechanischen Durchgriff verfügen, da damit ein Bremskreis voll wirksam bleibt. Die Bremsen des zweiten Bremskreises, üblicherweise die dem Bremskreis der Hinterachse zugeordneten Bremsen, können direkt als elektromechanische Bremsen ausgebildet sein, mit einem unmittelbaren Eingriff an dem jeweiligen Rad. In diesem Fall können die elektromechanischen Bremsen der Hinterachse mit einer integrierten Parkbremsfunktion ausgestattet sein, wodurch eine maximale Funktionalität der Bremsanlage, verbunden mit einem einfachen und wenig störanfälligen Aufbau und höchstmöglicher Ausfallsicherheit erzielt wird.
Das zentrale Element eines zum Einsatz kommenden Aktuators ist eine Gewindespindel, vorzugsweise eine Kugelgewindespindel, auf deren erstes Ende das mit Fußkraft betätigte Bremspedal einwirkt, während die aufgebrachte Kraft auf einen am anderen Ende der Spindel angeordneten Hauptbremszylinder übertragen wird. Eine die Gewindespindel umgreifende Spindelmutter wird über einen Elektromotor angetrieben, wodurch, je nach Drehrichtung, eine Betätigungskraft zu der vom Bremspedal eingeleiteten Kraft addiert oder subtrahiert wird. Bei einer entsprechenden Dimensionierung des elektrischen Antriebs kann der vom Bremszylinder erzeugte Betätigungsdruck im gewünschten Maße verstärkt werden.
Der Vorteil eines elektrohydraulischen Bremsverstärkers liegt darin, dass die Betätigungsenergie nicht mehr durch zusätzliche Pumpen erzeugt werden muss, sondern direkt auf elektrischem Wege bereitgestellt wird. Eine unabhängige Regelung des Bremsdrucks einzelner Räder, z. B. bei ABS-Regelvorgängen, erfolgt über zusätzliche Ventile und elektrisch angetriebene Hydraulikpumpen.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung besteht für jedes Rad ein eigenes Spindelsystem, das einen radindividuellen Eingriff urimittelbar über den elektromotorischen Spindelantrieb ermöglicht. Erfindungsgemäß werden mindestens zwei der Spindelaktuatoren gemeinsam durch das Bremspedal betätigt, wobei die vom Bremspedal eingeleitete Kraft in jeder Arbeitsstellung der einzelnen Spindeln im gleichen vorgegebenen Verhältnis auf die Spindeln verteilt wird. An der jeweiligen Spindel kann durch den elektrischen Antrieb individuell und bedarfsgemäß eine Stellkraft addiert oder subtrahiert werden.
Die Erfindung schafft auch ein Bremssystem, bei dem jeder der Bremskraftverstärker einen elektromechanischen Antrieb aufweist, der eine Kugelgewindespindel umfasst, die von einer elektrisch antreibbaren Spindelmutter umgriffen ist und mit einem Hydraulikzylinder kommuniziert, über den die jeweils zugeordnete Bremse hydraulisch betätigbar ist, wobei jeder der Bremskraftverstärker derart ausgelegt ist, dass eine Bremsung allein mittels der Kugelgewindespindel auch bei Ausfall der elektrisch antreibbaren Spindelmutter eine Bremsbetätigung möglich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 und 2 jeweils ein erfindungsgemäßes Zweikreis-Bremssystem in verschiedenen Modifikationen, in einer schematischen Ansicht
3 und 4 eine Einzelheit des Zweikreis-Bremssystems, ebenfalls in einer schematischen Ansicht in unterschiedlichen Funktionsstellungen
5 und 6 jeweils ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer schematisch dargestellten Einzelheit.
In den 1 und 2 ist jeweils ein Zweikreis-Bremssystem für ein Kraftfahrzeug dargestellt, mit über ein mit einem Bremskraftverstärker 5 in Wirkverbindung stehendes Bremspedal 1 auslösbaren, jeweils in ein Rad 2, 4 eingreifenden Bremsen 3, 10.
Dabei ist jeder Bremse 3 zumindest eines Bremskreises, in den Ausführungsbeispielen nach 1 und 2 des vorderen Bremskreises mit den Rädern 2, ein Bremskraftverstärker 5 zugeordnet, die gleichzeitig, jedoch funktionell unabhängig voneinander über das Bremspedal 1 betätigbar sind.
Jeder der beiden Bremskraftverstärker 5 weist einen elektrohydraulischen Aktuator auf, der mit einem elektromechanischen Antrieb versehen ist. Dieser Antriebs ist insbesondere in Form einer Kugelgewindespindel 12 ausgebildet, auf deren eines Ende das Bremspedal direkt oder über zwischengeschaltete Elemente einwirkt, die von einer elektrisch antreibbaren Spindelmutter 11 umgriffen ist (3) und die mit ihrem anderen Ende mit einem Hydraulikzylinder 6 kommuniziert, über den die jeweils zugeordnete Bremse 3 hydraulisch betätigbar ist. Die Ansteuerung erfolgt vorzugsweise über ein übergeordnetes Steuergerät des Fahrzeugs bzw. des Bremssystems, so z. B. über ein EBS- oder ein ABS-Steuergerät, das mit den Bremskraftverstärkern verbunden ist (hier nicht dargestellt).
Dabei ist jeder der Bremskraftverstärker derart ausgelegt, dass mittels der Kugelgewindespindel 12 auch bei Ausfall der elektrisch antreibbaren Spindelmutter 11 über die Kugelgewindespindel 12, die bei Betätigung des Bremspedals in der Spin delmutter 12 verdreht wird, eine Bremsetätigung allein über das Bremspedal 1 möglich ist. Eine direkte Einwirkung des Bremspedals an der Kugelgewindespindel 11 vorbei auf die Hydraulik wird nicht bevorzugt, ist aber denkbar.
Diese Bremskraftverstärker sind damit also jeweils derart ausgelegt, dass mittels der Kugelgewindespindel 12 auch bei Ausfall der elektrisch antreibbaren Spindelmutter 11 nach wie vor eine Betätigung über das Bremspedal 1 möglich ist, indem ein Druck im Hydraulikzylinder aufgebaut wird.
Bei dem in der 1 gezeigten Beispiel ist der zweite Bremskreis zur Abbremsung der hinteren Räder 4 ebenfalls mit elektrohydraulsischen Aktuatoren 5 nach Art der 3 versehen, die elektromechanische Antriebe 5 aufweisen, die über eine elektrische Leitung 9 mit dem Bremspedal 1 in Wirkverbindung stehen. Dabei erfolgt die Bremsung über hydraulisch betätigbare Bremsen 3, ebenso wie die Bremsen 3 des vorderen Bremskreises.
Über eine Sensorik 8 werden radindividuelle Bedingungen an die Bremskraftverstärker 5 zur individuellen Betätigung des elektromechanischen Antriebs des jeweiligen Bremsverstärkers 5 gegeben.
Im Unterschied zum Beispiel nach 1 erfolgt die Betriebs- und die Parkbremsung der hinteren Räder 4 bei dem in 2 gezeigten Beispiel jeweils durch eine elektromechanisch betätigte Bremse 10, die mit dem Bremspedal 1 über die elektrische Leitung 9 in Verbindung stehen. Diese Ausführung ist kostengünstig und funktional besonders vorteilhaft, da sie die Vorteile einer hydraulischen Bremsanlage quasi mit den Vorteilen einer elektromechanischen Bremsanlage kombiniert.
Die Einzelheit der 3 und 4 zeigt jeweils ein Kraftverteilungssystem, bei dem der Betätigungshebel des Bremspedals 1 über einen angeschlossenen Waagebalken 13 die Kraft auf die beiden Spindeln überträgt. Der Waagebalken 13 ist dabei so gestaltet, dass auch bei einer ungleichen Hubposition der Spindeln 13 auf beide Spindeln die gleiche Kraft eingeleitet wird. Auf diese Weise ist ein Bremssystem geschaffen, bei dem der radindividuelle Bremseingriff an allen angeschlossenen Rädern unmittelbar durch den elektromechanischen Bremsenaktuator mög lich ist. Bei Ausfall der Energieversorgung kann mindestens ein Bremskreis, im vorliegenden Beispiel der vordere, durch Fußkraft so betätigt werden, dass die geforderte Bremsenfunktion gegeben ist.
In der 3 sind die Bremskraftverstärker 5 in Ruheposition dargestellt, während in der 4 eine Stellung erkennbar ist, in der ein radindividueller Eingriff erfolgt, wobei die Spindeln 12 unterschiedliche axiale Positionen einnehmen.
In den 5 und 6 ist eine hydraulische Kraftverteilung erkennbar, bei der der Hebel des Bremspedals 1 auf einen Hydraulikkolben 15 einwirkt, dessen Druck auf zwei, auf die zugeordneten Enden der Spindeln 12 aufgesetzte Kolben 16 geleitet wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, entsprechend der 6, wird die notwendige Fuß-Betätigungskraft durch eine Entlastungsfeder reduziert. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass ein Bremssattel bei Betätigung federelastisch aufgespreizt und bei einem Lösen der Bremse die Spreizkraft wieder frei wird. Bei geeigneter Anordnung der Feder 17 kann die zur Betätigung notwendige Fußkraft wirksam reduziert werden.
Besonders vorteilhaft stellt sich eine Ausbildung dar, bei der die elektrohydraulischen Aktuatoren mit zugehörigen Plungern von gegebenenfalls vorhandenen Entlastungsfedern und den notwendigen elektrischen und elektronischen Komponenten, wie z. B. Sollwertgebern oder dergleichen, mit dem Bremspedal 1 zu einer Baueinheit als Pedalmodul zusammengefasst sind.

Claims

Hilfskraft-Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Hilfskraft-Bremssystem, für ein Kraftfahrzeug, mit a. wenigstens einem oder mehreren Bremskreisen, die jeweils wenigstens eine oder mehrere Bremsen (3) aufweisen, die jeweils einem Rad (2, 4) des Fahrzeugs zugeordnet sind, b. wobei die Bremsen (3) über ein Bremspedal (1) auslösbar sind, dem ein Bremskraftverstärker (5) zugeordnet ist, der mit dem Bremspedal (1) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass c. jeder Bremse (3) von zumindest einem Bremskreis des Bremssystems jeweils ein eigener Bremskraftverstärker (5) zugeordnet ist, die gemeinsam über das Bremspedal (1) betätigbar sind.
Bremssystem nach Anspruch 1 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremskraftverstärker (5) hinsichtlich ihrer Bremskraftverstärkungswirkung unabhängig voneinander ansteuerbar sind.
Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2 oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bremskraftverstärker (5) einen elektromechanischen Antrieb aufweist, der eine Kugelgewindespindel (12) umfasst, die von einer elektrisch antreibbaren Spindelmutter (11) umgriffen ist und mit einem Hydraulikzylinder (6) kommuniziert, über den die jeweils zugeordnete Bremse (3) hydraulisch betätigbar ist, wobei jeder der Bremskraftverstärker derart ausgelegt ist, dass eine Bremsung allein mittels der Kugelgewindespindel (12) auch bei Ausfall der elektrisch antreibbaren Spindelmutter (11) über das Bremspedal (1) möglich ist.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bremskraftverstärker (5) einen elektrohydraulischen Aktuator aufweist.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung der Bremsen (3) bei gleichmäßig oder vorbestimmt differenziert aufgebrachter Pedalkraft radindividuell erfolgt.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Vorderrädern (2) des Kraftfahrzeuges zugeordneter Bremskreis über die elektrohydraulischen Bremskraftverstärker (5) betreibbar ist und dass Bremsen der Hinterräder des Fahrzeugs über elektromechanische Bremsen abbremsbar sind.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Einsatz der elektromechanischen Bremsen im hinteren Bremskreis diese als elektromechanische Parkbremsen nutzbar sind.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den zwei Bremsen (3) zugeordneten Bremskraftverstärker (5) über einen Waagebalken (13) miteinander gekoppelt sind, an dem das Bremspedal (1) angeschlossen ist.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fußpedal (1) mit einem Hydraulikkolben (15) in Verbindung steht, durch den über angeschlossene Kolben (16) die Spindeln (12) des Aktuators betätigbar sind.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremspedal (1) an eine Entlastungsfeder (17) angeschlossen ist.
Bremssystem, insbesondere Zweikreis-Bremssystem, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrohydraulischen Aktuatoren, zugehörige Plunger, elektronische Komponenten, wie Soll wertgeber oder dergleichen und gegebenenfalls die Entlastungsfeder (17) mit dem Bremspedal (1) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.