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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckerzeugung in einem
Fahrzeugbremssystem sowie ein mit der Vorrichtung ausgestattetes
Fahrzeugbremssystem. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur autonomen Bremsdruckerzeugung mit variablen Druckaufbauraten
in einem hydraulischen Fahrzeugbremssystem.
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Vorrichtungen
zur autonomen Bremsdruckerzeugung gehören seit der Einführung
von Fahrerassistenz-Funktionen, wie beispielsweise einer Fahrzeugstabilisierungssteuerung
VSC (Vehicle Stability Control), zum Stand der Technik und werden
serienmäßig in Fahrzeugen verbaut. Die autonome Bremsdruckerzeugung
ermöglicht es, einzelne oder alle Räder des Fahrzeugs
unabhängig von einer Bremsbetätigung durch einen
Fahrer abzubremsen. Über das sicherheitsrelevante VSC hinaus
sind inzwischen weitere Fahrerassistenz-Funktionen zur Serienreife
entwickelt worden, die sowohl Sicherheitsfunktionen als auch Komfortfunktionen übernehmen.
Hierzu gehört beispielsweise die adaptive Geschwindigkeitsregelung
ACC (Adaptive Cruise Control).
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Bei
aktivierter ACC-Funktion werden Abstand und Relativgeschwindigkeit
eines vorausfahrenden Fahrzeugs durch Laser- oder vorzugsweise Radarabstandssensoren
erfasst. Die ACC-Funktion hält wie ein herkömmlicher
Tempomat eine vom Fahrer gewählte Geschwindigkeit ein,
bis ein vorausfahrendes langsameres Fahrzeug registriert und ein
Sicherheitsabstand unterschritten wird. In diesem Fall greift die
ACC-Funktion durch Bremsen in begrenztem Umfang und gegebenenfalls
anschließendes Beschleunigen ein, um einen definierten
räumlichen oder zeitlichen Abstand zum vorausfahrenden
Fahrzeug einzuhalten. Zusätzliche ACC-Funktionen sind dahingehend
erweitert, das Fahrzeug auch bis zum Stillstand abzubremsen. Dies
wird beispielsweise bei einer ”Follow-to-stop”-Funktion
oder einer Funktion zur Kollisionsminderung eingesetzt.
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Weiterentwicklungen
erlauben ferner eine ”Stop-and-Go”-Funktion, bei
der das Fahrzeug auch automatisch anfährt, wenn sich das
vorausfahrende Fahrzeug wieder in Bewegung setzt. Dazu muss die ”Stop-and-Go”-Funktion
einen häufig wechselnden autonomen Druckaufbau auf etwa
30 bis 40 bar im Fahrzeugbremssystem unabhängig von einer
vom Fahrer ausgehenden Bremsdruckerzeugung ausführen können.
Bei typischen Geschwindigkeiten auf Autobahnen ist eine autonome
Verzögerung oft auf etwa 0,2 g begrenzt, bei niedrigeren
Geschwindigkeiten hingegen kann das System eine autonome Verzögerung
von beispielsweise 0,6 g erzeugen. Eine Fortentwicklung umfasst
auch eine Notfallbremse AEB (Automatic Emergency Brake), bei der
die ACC-Funktion potentielle Unfallsituationen frühzeitig erkennt,
den Fahrer warnt und gleichzeitig Maßnahmen einleitet,
um das Fahrzeug autonom mit voller Kraft abzubremsen. Hierzu sind
schnelle Druckaufbauraten auf Bremsdrücke von ca. 60 bar
und mehr erforderlich.
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Entsprechend
leistungsfähige Vorrichtungen zur autonomen Bremsdruckerzeugung
umfassen Pumpen, beispielsweise Kolbenpumpen, die störende
Geräuschquellen sein können. Insbesondere eine Förderung
von Bremsfluid durch Kolbenpumpen erzeugt Pulsationen, die sich über
Bremskreise hörbar ausbreiten können und auch
den Geräuschkomfort im Fahrzeuginnenraum beeinflussen.
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Zur
Dämpfung von Geräuschen oder Pulsationen sind
Vorrichtungen zur autonomen Bremsdruckerzeugung bekannt, die auf
der Auslassseite der Pumpe eine Drossel aufweisen. Die Druckschrift
US 5,540,486 z. B. zeigt
in
1 eine Pumpe
24 mit einem stromabwärts
derselben angeordneten Dämpfungsglied
26 und einer
Drossel
28. Die Druckschrift
WO 02/14130 A1 zeigt ein
Fahrzeugbremssystem, das eine Vorrichtung zur autonomen Bremsdruckerzeugung
mit einer Pumpe
8, einem stromabwärts der Pumpe
angeordneten Ausgleichsbehälter
48 und einer Drossel
49 umfasst.
Zwar können durch den Einsatz einer Drossel die Pumpgeräusche
gedämpft und eine Komfortverbesserung erreicht werden,
jedoch wirkt die Drossel auf die Druckaufbauraten begrenzend.
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Zum
Erhalt der für Fahrerassistenz-Funktionen erforderlichen
Druckaufbauraten kann der Drossel eine leistungsstärkere
Pumpe vorgeschaltet werden. Mit der höheren Pumpleistung
erhöhen sich jedoch die Herstellungskosten des Fahrzeugbremssystems,
was einem Einsatz der Fahrerassistenz-Funktionen in preiswerteren
Fahrzeugen entgegensteht. Auch kann durch eine Drossel die Lebensdauer
der Pumpe signifikant abnehmen oder eine Bordnetzbelastung durch
höhere Motorströme überproportional zunehmen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung
zur Druckerzeugung in einem Fahrzeugbremssystem mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach umfasst die Vorrichtung eine
Pumpe zur Förderung von Bremsfluid zu einem Pumpenausgang
und eine Drosseleinheit, die eine Einlassseite und eine Aus lassseite
für Bremsfluid aufweist und einlassseitig in Fluidverbindung
mit dem Pumpenausgang steht. Die Einlassseite und die Auslassseite
der Drosseleinheit stehen über einen ersten Strömungsweg
in ständiger Fluidverbindung und über einen zweiten
Strömungsweg in wahlweiser Fluidverbindung. In dem zweiten
Strömungsweg ist ein Verschluss angeordnet, der dazu eingerichtet
ist, den zweiten Strömungsweg zu sperren und in Abhängigkeit
von einem einlassseitigen Bremsfluiddruck zu öffnen.
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Damit
stehen in Abhängigkeit vom an der Einlassseite der Drosseleinheit
anliegenden Bremsfluiddruck der erste Strömungsweg oder
zusätzlich parallel zum ersten Strömungsweg auch
der sperrbare zweite Strömungsweg zur Verfügung.
Beispielsweise kann bei einem niedrigen Bremsfluiddruck oder einer
moderaten Druckaufbaurate, erzeugt durch die einlassseitig vorgeschaltete
Pumpe, der sperrbare zweite Strömungsweg durch den Verschluss
gesperrt sein und das von der Pumpe geförderte Bremsfluid
ausschließlich durch den ersten Strömungsweg strömen.
Diese Situation kann beispielsweise bei einer „Stop-and-Go”-Funktion
vorliegen. Dagegen kann bei hohem einlassseitigen Bremsfluiddruck
bzw. einer schnellen Druckaufbaurate durch die Pumpe der Verschluss öffnen,
wodurch das von der Pumpe geförderte Bremsfluid sowohl
durch den ersten Strömungsweg als auch den zweiten Strömungsweg
von der Einlassseite zur Auslassseite der Drosseleinheit strömen
kann. Diese Situation kann beispielsweise bei einer autonomen Notfallbremsfunktion
vorliegen.
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Somit
kann die Drosseleinheit bei einlassseitig niedrigem Bremsfluiddruck
oder moderater Druckaufbaurate im ersten Strömungsweg einer
pulsierenden Förderung von Bremsfluid einen höheren
Drosselwiderstand entgegensetzen, mit dem Vorteil einer verbesserten
Pulsations- und Geräuschdämpfung. So können
die störenden Pulsationen und Pumpgeräusche bei
regelmäßig aktiven Funktionen, etwa der „Stop-and-Go”-Funktion,
reduziert werden. Dagegen kann bei einlassseitig hohem Bremsfluiddruck
bzw. schneller Druckaufbaurate das geförderte Bremsfluid zusätzlich
durch den zweiten Strömungsweg strömen, wodurch
sich der Drosselwiderstand der Drosseleinheit zur Unterstützung
eines raschen Bremsdruckaufbaus reduziert, beispielsweise für
die Notfallbremsfunktion. Dies stellt einen hohen Volumendurchfluss
sicher und kann die Lebensdauer der Pumpe, insbesondere des Pumpenmotors,
verlängern. Auch reduzieren sich Herstellungskosten für das
Fahrzeugbremssystem gegenüber einer pulsationsarmen Viel-Kolbenpumpe,
etwa einer Sechskolbenpumpe, da die geforderten hohen Druckaufbauraten,
ebenso wie moderate Druckaufbauraten mit reduzierter Pulsation,
nun durch eine weit weniger aufwendige Zweikolbenpumpe realisierbar
sind.
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Vorzugsweise
ist der Verschluss dazu eingerichtet, den zweiten Strömungsweg
zu öffnen, wenn der einlassseitige Bremsfluiddruck einen
auslassseitigen Bremsfluiddruck um eine vorbestimmte Druckdifferenz übersteigt.
Dies erlaubt eine einfache Steuerung des Verschlusses im zweiten
Strömungsweg der Drosseleinheit in Abhängigkeit
des Bremsfluiddrucks an deren Einlass- und Auslassseite, beispielsweise
ohne auf Steuersignale von außerhalb der Drosseleinheit
angewiesen zu sein.
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Zu
einer überproportionalen Steigerung der Dämpfungswirkung
der Drosseleinheit bei niedrigem einlassseitigen Bremsfluiddruck
oder zu einer überproportionalen Steigerung eines Gesamtdurchflussquerschnitts
bei hohem einlassseitigen Bremsfluiddruck kann der erste Strömungsweg
einen ersten Durchflussquerschnitt und der zweite Strömungsweg einen
zweiten Durchflussquerschnitt aufweisen, der größer
als der erste Durchflussquerschnitt ist.
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Zur
Vereinfachung von Montage oder Wartung kann die Drosseleinheit einen
Gehäuseblock umfassen zur Aufnahme des ersten Strömungsweges
und des zweiten Strömungsweges. Beispielsweise kann der
Gehäuseblock als Teil eines modularen Aufbaus herausnehmbar
in einer Hydraulikeinheit des Fahrzeugbremssystems angeordnet sein.
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Zum
vereinfachten Anschluss können der erste Strömungsweg
und der zweite Strömungsweg einlassseitig eine gemeinsame
Einlassöffnung aufweisen. Alternativ kann der erste Strömungsweg
einlassseitig eine erste Einlassöffnung aufweisen und der
zweite Strömungsweg einlassseitig eine zweite, von der
ersten Einlassöffnung getrennte Einlassöffnung
aufweisen, um den Einlasswiderstand bei geöffnetem zweitem
Strömungsweg weiter zu reduzieren. Entsprechend können
auch der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg
auslassseitig eine gemeinsame Auslassöffnung aufweisen.
Alternativ kann der erste Strömungsweg auslassseitig eine
erste Auslassöffnung aufweisen und der zweite Strömungsweg
auslassseitig eine separate zweite Auslassöffnung aufweisen,
mit dem Vorteil eines weiter reduzierten Auslasswiderstands.
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Der
Verschluss im zweiten Strömungsweg kann ein federnd in
eine Schließstellung vorgespanntes Schließelement
umfassen, in der es die Einlassöffnung des zweiten Strömungsweges
verschließt und bei entsprechendem einlassseitigem Bremsfluiddruck
die Einlassöffnung öffnet, d. h. zumindest teilweise
freigibt. So kann ein zuverlässiger mechanischer Verschluss
realisiert werden, der bei einem vorbestimmten einlassseitigen Bremsfluiddruck öffnet.
Ferner kann ein auslassseitiger Bremsflu iddruck zusätzlich
zur Federbelastung auf das Schließelement wirken, wodurch
der mechanische Verschluss beim Überschreiten einer vorbestimmten
Druckdifferenz zwischen Einlassseite und Auslassseite den zweiten
Strömungsweg öffnet. Die Druckdifferenz ist durch
die Federbelastung oder Geometrie des Schließelements vorbestimmbar.
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Zur
vereinfachten Herstellung kann die Drosseleinheit einen ersten Zylinder
mit einer der Auslassseite zugewandten ersten Ausnehmung umfassen,
in der ein zweiter Zylinder mit einer der Einlassseite zugewandten
zweiten Ausnehmung so eingebracht ist, dass die erste Ausnehmung
und die zweite Ausnehmung eine Kammer bilden. Dadurch ist die gebildete
Kammer während der Herstellung gut zugänglich
und kann ferner das (federbelastete) Schließelement längsbeweglich
aufnehmen. Beispielsweise können Einlassseite und Auslassseite
auf einer gemeinsamen Zylinderachse gegenüberliegend angeordnet
sein, und insbesondere können die erste Ausnehmung und
die zweite Ausnehmung entgegengesetzt sein.
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In
einer vorteilhaften Ausbildung sind mehrere Distanzstücke
zwischen einer Innenfläche der ersten Ausnehmung und einer
Außenfläche des zweiten Zylinders angeordnet.
Zur leichteren Montage können die Distanzstücke
mit dem zweiten Zylinder einstückig ausgebildet sein. Die
Distanzstücke können länglich ausgebildet
und parallel zur Längsachse des zweiten Zylinders orientiert
angeordnet sein. Durch die Distanzstücke auf einer Mantelfläche
des zweiten Zylinders ist der zweite Zylinder in der ersten Ausnehmung
radial fixierbar. Ferner können an der einlassseitigen
zweiten Ausnehmung des zweiten Zylinders parallel zur Längsachse
des zweiten Zylinders länglich ausgebildete Distanzstücke über
den zweiten Zylinder hervorragen zur axialen Positionierung des
zweiten Zylinders in der ersten Ausnehmung des ersten Zylinders.
Des Weiteren kann zwischen den hervorragenden Distanzstücken
Bremsfluid radial nach außen strömen, beispielsweise
als Bestandteil des zweiten Strömungsweges, insbesondere
zur Fluidverbindung zwischen dem Verschluss und der Auslassseite
der Drosseleinheit.
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Zur
kompakten Ausbildung der Drosseleinheit können die Einlassseite
und die Auslassseite über einen zwischen den Distanzstücken
ausgebildeten Zwischenraum als Bestandteil des ersten Strömungsweges
in ständiger Fluidverbindung stehen. Beispielsweise kann
eine Einlassöffnung des ersten Strömungsweges
am ersten Zylinder angeordnet sein und mit dem Zwischenraum zwischen
der Innenfläche der ersten Ausnehmung des ersten Zylinders und
der Mantelfläche des zweiten Zylinders in ständiger
Fluidverbindung stehen.
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Zur
weiteren Verbesserung der Dämpfungseigenschaften der Vorrichtung
kann diese ferner einen Geräuschdämpfer umfassen,
der mit dem Pumpenausgang und der Einlassseite der Drosseleinheit in
Fluidverbindung steht. Beispielsweise können von der Pumpe
ausgehende Pulsationspitzen über die Fluidverbindung zum
Geräuschdämpfer ausgeglichen werden, etwa durch
periodische Ausdehnung eines Füllvolumens im Geräuschdämpfer. Über
die Fluidverbindung zur Einlassseite der Drosseleinheit kann sich
somit ein gedämpfter und zeitlich vergleichmäßigter
Druckverlauf zur Einlassseite der Drosseleinheit fortsetzen. Da
ein Durchfluss an Bremsfluid in der Drosseleinheit vom einlassseitigen
Bremsfluiddruck bzw. der Druckdifferenz zwischen Einlassseite und
Auslassseite bestimmt ist, ist so ein besonders pulsationsarmer
Durchfluss an Bremsfluid realisierbar.
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Die
Aufgabe wird ferner durch ein Fahrzeugbremssystem mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 16 gelöst. Demnach umfasst das Fahrzeugbremssystem
eine erste Druckerzeugungseinheit mit einem Hauptbremszylinder zur
fahrergesteuerten Erzeugung von Bremsdruck, eine zweite Druckerzeugungseinheit
zur autonomen Erzeugung von Bremsdruck und wenigstens einen Bremszylinder.
Der Bremszylinder steht in wahlweiser oder permanenter Fluidverbindung
mit der ersten Druckerzeugungseinheit sowie wahlweiser oder permanenter
Fluidverbindung mit der zweiten Druckerzeugungseinheit. Die zweite
Druckerzeugungseinheit ist eine Vorrichtung zur Druckerzeugung,
wie sie vorstehend beschrieben wurde.
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Ein
solches Fahrzeugbremssystem kann auch bei einer ausbleibenden oder
unzureichenden fahrergesteuerten Erzeugung von Bremsdruck durch die
zweite Druckerzeugungseinheit autonome Bremseingriffe ausführen.
Beispielsweise kann die Pumpe der zweiten Druckerzeugungseinheit
in Abhängigkeit von einer durch einen Beschleunigungssensor
erfassten Beschleunigung, Verzögerung oder Richtungsänderung
gesteuert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Pumpe
der zweiten Druckerzeugungseinheit in Abhängigkeit von
einem Abstandssensor oder durch eine ein Kamerabild auswertende Bildanalyseeinheit
gesteuert werden. Dadurch lassen sich sicherheitsrelevante oder
unterstützende Bremsfunktionen mit den Vorzügen
einer Pulsations- und Geräuschdämpfung verbinden.
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Diese
und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Druckerzeugung in einem Fahrzeugbremssystem deutlicher,
welche unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen
Zeichnungen erfolgt. Es zeigt:
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1 einen
Hydraulikschaltplan eines Fahrzeugbremssystems mit einer Vorrichtung
zur Druckerzeugung gemäß dem Stand der Technik;
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2 einen
Hydraulikschaltplan eines Fahrzeugbremssystems mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Druckerzeugung;
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3 einen
detaillierteren Schaltplanausschnitt mit einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Druckerzeugung;
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4 eine
Schnittdarstellung einer Drosseleinheit des Ausführungsbeispiels
der 3;
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5 eine
Seitenansicht der Drosseleinheit des Ausführungsbeispiels;
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6 eine
herausgebrochene perspektivische Darstellung eines Abschnitts der
Drosseleinheit des Ausführungsbeispiels; und
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7 einen
Hydraulikschaltplan mit einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Druckerzeugung.
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1 zeigt
den Schaltplan eines allgemein mit 10 bezeichneten Fahrzeugbremssystems.
Das System weist zwei getrennte Bremskreise auf, die in der linken
bzw. rechten Bildhälfte der 1 dargestellt
sind und hier jeweils eine vordere und eine diagonal dazu angeordnete
hintere Radbremse mit Bremsdruck versorgen. Nur der in 1 linke
Bremskreis wird im Folgenden genauer beschrieben, jedoch ist der
in 1 rechte Bremskreis genauso aufgebaut.
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Das
Bremssystem 10 umfasst eine fahrergesteuerte erste Druckerzeugungseinheit 12 mit
einem Bremspedal 14, einem Bremskraftverstärker 16 und einem
Tandem-Hauptbremszylinder 18, der Bremsfluid aus einem
Vorratsbehälter 20 in die beiden Bremskreise drückt.
Hinter einem Ausgang des Tandem-Hauptbremszylinder 18 ist
ein Drucksensor 22 zur Erfassung eines Fahrerwunsches angeordnet.
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Unter
gewöhnlichen Fahrbedingungen setzt sich ein von der fahrergesteuerten
ersten Druckerzeugungseinheit 12 ausgehender Bremsfluiddruck über
die im stromlosen Zustand geöffnete Trennventilanordnung 24 und
eine ABS-Ventilanordnung 26 zu Radbremszylindern 28 fort.
Die ABS-Ventilanordnung 26 umfasst ein ABS- Einlassventil 30 und
ein ABS-Ablassventil 32. Jedem Radbremszylinder 28 ist
eine ABS-Ventilanordnung 26 zugeordnet und der Bremsfluiddruck
der beiden Bremskreise wird im Fahrzeug diagonal auf je ein Paar
der Radbremszylinder 28 verteilt (vorne links und hinten
rechts, bzw. vorne rechts und hinten links). Im stromführenden Zustand
ist die Trennventilanordnung 24 für einen Rückfluss
von Bremsfluid von den Radbremszylindern 28 zum Hauptbremszylinder 18 gesperrt.
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Unabhängig
von der fahrergesteuerten ersten Druckerzeugungseinheit 12 kann
durch eine autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 Bremsfluiddruck
aufgebaut werden. Die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 hat
einen Antrieb 36, der über eine mechanische Kopplung 38 eine
Pumpe 40 betätigt. Ansaugseitig der Pumpe 40 sind
ein Ausgleichsbehälter 42 und ein Pumpeneinlassventil 44 angeordnet.
Bei stromlos geschlossenem Pumpeneinlassventil 44 wird
die Pumpe 40 aus dem Ausgleichsbehälter 42 mit
Bremsfluid versorgt. Bei stromführend geöffnetem
Pumpeneinlassventil 44 kann die Pumpe 40 auch
Bremsfluid aus dem Hauptbremszylinder 18 ansaugen.
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Die
fahrergesteuerte erste Druckerzeugungseinheit 12 und die
autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 fördern
Bremsfluid in einen gemeinsamen Bremszweig 46 eines der
beiden Bremskreise. Somit können beide Druckerzeugungseinheiten 12, 34 voneinander
unabhängig Bremsfluiddruck an den Radbremszylindern 28 des
Bremskreises aufbauen.
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Das
vorstehend beschriebene Fahrzeugbremssystem 10 setzt die
autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 zur Bremsdruckerzeugung
im Rahmen einer Fahrzeugstabilisierungssteuerung (VSC-Funktion)
ein. Ferner wird die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 auch
zur adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC-Funktion) eingesetzt. Dabei
kann die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 34 Bremsfluiddruck
zur autonomen Abbremsung des Fahrzeugs im Rahmen einer „Stop-and-Go”-Funktion
in häufiger Folge aufbauen und nicht nur in außergewöhnlichen,
relativ seltenen Fahrsituationen. Auch geschieht dies bei überwiegend
geringen bis mittleren Fahrgeschwindigkeiten, bei denen ein Grundgeräuschpegel
im Fahrzeuginneren relativ gering ist. Unter solchen Bedingungen stellt
die konventionelle Druckerzeugungseinheit 34 eine den Fahrkomfort
störende Quelle für Geräusche und Pulsationen
dar.
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2 zeigt
ein allgemein mit 50 bezeichnetes Fahrzeugbremssystem,
das gegenüber dem konventionellen Fahrzeugbremssystem 10 eine
weiterentwickelte autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 aufweist.
Die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 umfasst eine
Pumpe 40 und eine schaltbare Drosseleinheit 60.
Die schaltbare Drosseleinheit 60 verengt stromabwärts
der Pumpe 40 einen Durchflussquerschnitt und dämpft
dadurch deren Pulsation. Gegenüber einer konventionellen
Drossel oder Blende erlaubt die schaltbare Drosseleinheit 60 die
Einstellung wenigstens zweier verschiedener Durchflussquerschnitte,
wie nachfolgend näher erläutert wird.
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3 zeigt
einen detaillierteren Hydraulikschaltplan einer allgemein mit 70 bezeichneten Bremssystemkomponente,
welche die Trennventilanordnung 24, eine ABS-Einlassventilanordnung 76 und
die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 umfasst.
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Die
Trennventileinheit 24 umfasst ein Trennventil 72,
das stromlos geöffnet und stromführend geschlossen
ist. Ein zu dem Trennventil 72 parallel geschaltetes Rückschlagventil 74 stellt
sicher, dass unabhängig von der Schaltstellung des Trennventils 72 ein
Fluss von Bremsfluid vom Hauptbremszylinder 18 in Richtung
des Radbremszylinders 28 in Durchlassrichtung des Rückschlagventils 74 möglich
ist.
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Die
ABS-Einlassventilanordnung 76 umfasst das ABS-Einlassventil 30 und
ein zum ABS-Einlassventil 30 parallel geschaltetes Rückschlagventil 78. Das
ABS-Einlassventil 30 ist stromlos geöffnet und stromführend
geschlossen.
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Die
autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 umfasst die Pumpe 40 und
die schaltbare Drosseleinheit 60. Im in 3 gezeigten
detaillierteren Hydraulikschaltplan der Bremssystemkomponente 70 ist
eine schematische Schnittansicht der schaltbaren Drosseleinheit 60 eingefügt.
Die schaltbare Drosseleinheit 60 hat eine Einlassseite 80 und
eine Auslassseite 82. An der Einlassseite 80 sind
eine erste Einlassöffnung 84 und eine zweite Einlassöffnung 86 ausgebildet.
An der Auslassseite 82 ist eine Auslassöffnung 88 vorhanden.
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In
der schaltbaren Drosseleinheit 60 ist in einem zylindrischen
Hohlraum 89 ein hier kugelförmiges Schließelement 92 angeordnet,
auf das ein Ende einer Druckfeder 90 wirkt, deren entgegengesetztes, anderes
Ende sich an einem Boden des Hohlraums 89 abstützt.
Aufgrund der Vorspannung der Feder 90 in Richtung der zweiten
Einlassöffnung 86 nimmt bei niedrigem einlassseitigem
Bremsfluiddruck das Schließelement 92 seine in 3 gezeigte
Schließstellung ein. In der Schließstellung ist
die zweite Einlassöffnung 86 geschlossen, so dass
Bremsfluid von der Pumpe 40 nur über die erste
Einlassöffnung 84 durch den Hohlraum 89 zur
Auslassöffnung 88 strömen kann. Ein eingangsseitig
hoher Bremsfluiddruck oder eine ausreichend hohe Bremsfluidströmung
hingegen drücken das Schließelement 92 durch
hydrostatischen bzw. hydrodynamischen Druck entgegen der Vorspannung
der Feder 90 aus der Schließstellung, so dass
bei nunmehr geöffneter zweiter Einlassöffnung 86 Bremsfluid
sowohl durch die erste Einlassöffnung 84 als auch
durch die zweite Einlassöffnung 86 von der Pumpe 40 zur
Auslassöffnung 88 strömen kann. Somit
weist die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 bei
einem geringen Bremsfluiddruck, vorzugsweise von 30 bis 40 bar,
oder bei geringem Bremsfluidfluss einen geringen Durchflussquerschnitt
(über die erste Einlassöffnung 84) und damit
eine hohe Pulsations- und Geräuschdämpfung auf.
Bei einem hohen Bremsfluiddruck, vorzugsweise von 60 bar und mehr,
oder bei hohem Bremsfluidfluss weist die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 einen
großen Gesamtdurchflussquerschnitt (über erste
Einlassöffnung 84 und zweite Einlassöffnung 86)
auf und ermöglicht damit hohe Druckaufbauraten. Ein durch
Bremsfluiddruck oder Bremsfluidfluss gekennzeichnetes Schaltverhalten
der schaltbaren Drosseleinheit 60 ist einerseits durch
die Vorspannkraft der Feder 90 und andererseits durch die
Abmessung des Schließelements 92 bzw. einen experimentellen
oder numerisch simulierten Strömungsverlauf festlegbar.
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Während
eine konventionelle Druckerzeugungseinheit ohne Drossel möglichst
viele Pumpenzylinder erfordert, aus denen phasenversetzt Bremsfluid
gefördert wird, um einen möglichst gleichmäßigen
Fluss von Bremsfluid zu erreichen, ist die Pumpe 40 der
autonomen zweiten Druckerzeugungseinheit 52 nur eine Zweikolbenpumpe.
Gegenüber konventionellen Druckerzeugungseinheiten mit
einer unveränderlichen, engen Blende zur Geräuschreduzierung sind
mit der autonomen zweiten Druckerzeugungseinheit 52 hohe
Druckaufbauraten auch mit einer vergleichsweise geringen Leistung
der Pumpe 40 erreichbar, da bei hohen Durchflussraten die
zweite Einlassöffnung 86 öffnet und so
den Strömungsquerschnitt vergrößert.
Durch die geringere Pumpenleistung und die geringere Anzahl an Pumpenzylindern ist
die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52 kostengünstiger,
zuverlässiger und reduziert die Strombelastung eines Bordnetzes
des Fahrzeugs.
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4 zeigt
die schaltbare Drosseleinheit 60 in einer vergrößerten
Schnittansicht. Die schaltbare Drosseleinheit 60 umfasst
einen ersten Zylinder 94 mit einer zylindrischen, zum ersten
Zylinder 94 koaxialen ersten Ausnehmung 96 und
einen zweiten Zylinder 98 mit einer koaxialen zweiten Ausnehmung 100. Der
zweite Zylinder 98 ist in die erste Ausnehmung 96 des
ersten Zylinders 94 eingesetzt, wobei die erste Ausnehmung
und die zweite Ausnehmung einander zugewandt sind, so dass der zylindri sche,
kammerartige Hohlraum 89 in der Drosseleinheit 60 ausgebildet
ist. Der Hohlraum 89 verjüngt sich zu seinem geschlossenen
Ende hin (gegenüber der Einlassseite 80) auf im
Wesentlichen den Außenradius der Feder 90 zur
Bildung eines zylindrischen Federsitzes 104. Der Hohlraum 89 nimmt
die Feder 90 und das Schließelement 92 so
auf, dass die Feder 90 sich am Boden des Federsitzes 104 abstützt
und das Schließelement 92 gegen die zweite Einlassöffnung 86 drückt.
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Die
erste Einlassöffnung 84 weist einen ersten Durchflussquerschnitt
Q1 auf und die zweite Einlassöffnung 86 weist
einen zweiten Durchflussquerschnitt Q2 auf.
Der Durchflussquerschnitt Q1 ist kleiner
als der Durchflussquerschnitt Q2. Die Einlassseite 80 und
die Auslassseite 82 der schaltbaren Drosseleinheit 60 stehen über
einen ersten Strömungsweg von 84 zu 88 (kurz:
erster Strömungsweg 84 88) in ständiger
Fluidverbindung. Zudem besteht ein durch das Schließelement 92 wahlweise
sperrbarer zweiter Strömungsweg von 86 zu 88 (kurz:
zweiter Strömungsweg 86 88). Überschreitet
der einlassseitige Bremsfluiddruck eine durch den Quotienten aus der
Vorspannkraft der Feder 90 und einer Wirkfläche des
Schließelements 92 vorbestimmte Druckdifferenz
zwischen dem einlassseitigen Bremsfluiddruck und dem auslassseitigen
Bremsfluiddruck, wird das Schließelement 92 entgegen
der Federbelastung bewegt und der zweite Strömungsweg 86 88 geöffnet. Im
geöffneten Zustand strömt durch die zweite Einlassöffnung 86 eingetretenes
Bremsfluid im zweiten Strömungsweg 86 88 zusammen
mit Bremsfluid, welches durch die erste Einlassöffnung 84 in
die Drosseleinheit 60 gelangt ist, entlang einem Strömungsfeld 106.
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Der
zweite Zylinder 98 ist auf seiner Mantelfläche
mit integral ausgebildeten, rippenförmigen Distanzstücken 108 versehen,
die sich über eine gesamte axiale Länge des zweiten
Zylinders 98 erstrecken. Der zweite Zylinder 98 stützt
sich über die Distanzstücke 108 einerseits
radial in der ersten Ausnehmung 96 ab und andererseits, über
die axial hervorstehenden Distanzstücke 108, an
einer Grundfläche 110 der ersten Ausnehmung 96 ab.
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Die
erste Einlassöffnung 84 verbindet die Einlassseite 80 mit
zwischen den Distanzstücken 108 verbleibenden
Hohlräumen 112, die nachstehend unter Bezug auf 5 näher
beschrieben sind. Die Einlassöffnung 84 verengt
sich zu einem Durchlass 113, der den ersten Durchflussquerschnitt
Q1 aufweist. Die zweite Einlassöffnung 86 verbindet
die Einlassseite 80 mit dem kammerartigen Hohlraum 89.
Die Öffnung 86 verjüngt sich ausgehend
von der Einlassseite 80 konisch zu einem zweiten Durchlass 115 mit
dem Durchflussquerschnitt Q2. Der zweite Durchlass 115 steht
in Fluidverbindung mit einem in der Grundfläche 110 ausgenommenen
Kugelsitz 111. Der Ku gelsitz 111 umfasst einen
Konus 111A, der die Fluidverbindung mit dem zweiten Durchlass 115 herstellt,
und eine zylindrische Vertiefung 111B, die eine Fluidverbindung
zum Hohlraum 89 herstellt. Die Vertiefung 111B weist
eine an der Grundfläche umlaufende Fase 111C zur
Aufnahme des kugelförmigen Schließelements 92 auf.
In der Schließstellung liegt das kugelförmige
Schließelements 92 dichtend an der Fase 111C an.
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5 zeigt
die schaltbare Drosseleinheit aus 4 in einer
Draufsicht (B-B) auf die Auslassseite 82. An der Auslassseite 82 setzen
sich die Distanzstücke 108 in radialer Richtung
sternförmig zu einer Basis 108' fort. Zwischen
den Distanzstücken 108, dem äußeren,
ersten Zylinder 94 und dem inneren, zweiten Zylinder 98 verbleiben
so die Hohlräume 112, in denen in axialer Richtung
(aus der Bildebene der 5 heraus) Bremsfluid entlang
dem Strömungsfeld 106 zur Auslassöffnung 88 fließt.
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6 zeigt
eine herausgebrochene perspektivische Darstellung des zweiten Zylinders 98 mit den
einstückig ausgebildeten Distanzstücken 108 und
deren sternförmigen Fortsätzen zur Bildung der Basis 108'.
Das Strömungsfeld 106 verläuft im eingebauten
Zustand des zweiten Zylinders 98 im Wesentlichen parallel
zur Längsachse des zweiten Zylinders 98 zwischen
den Distanzstücken 108.
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7 zeigt
ein gegenüber dem Fahrzeugbremssystem 50 weitergebildetes
Fahrzeugbremssystem 50'. Das Fahrzeugbremssystem 50' umfasst eine
abgewandelte zweite Druckerzeugungseinheit 52', die gegenüber
der zweiten Druckerzeugungseinheit 52 zusätzlich
einen Geräuschdämpfer 114 aufweist. Der
Geräuschdämpfer 114 steht in Fluidverbindung
mit einem Pumpenausgang 116 und der Einlassseite 80 der
schaltbaren Drosseleinheit 60. Von der Pumpe 40 ausgehende
Pulsationen sind periodische Schwankungen im Bremsfluidfluss. Der
Geräuschdämpfer 114 nimmt während
Pulsationspitzen Bremsfluid auf und gibt dieses zwischen den Pulsationspitzen
wieder ab. Damit glättet der Geräuschdämpfer 114 einen
zeitlichen Druckverlauf an der Einlassseite 80 der schaltbaren
Drosseleinheit 60. Da eine Fließgeschwindigkeit
des Bremsfluids durch die schaltbare Drosseleinheit 60 vom
einlassseitigen Bremsfluiddruck bestimmt wird, führt die
zweite Druckerzeugungseinheit 52' zu einem besonders gleichmäßigem
Bremsfluidfluss an der Auslassseite 82 der schaltbaren
Drosseleinheit 60.
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Mit
den vorstehend beschriebenen autonomen zweiten Druckerzeugungseinheiten 52, 52' ist eine
Reduzierung von Pulsation und damit Pumpgeräuschen bei
niedrigen bis mittleren Bremsfluiddrücken erreicht und
zudem eine schnelle Druckaufbaurate bei hohem Bremsfluiddruck gegeben.
Da die schaltbare Drosseleinheit 60 nur in einem tatsächlich dämpfungsbedürftigen
Druckbereich mit ihrem kleinen Durchflussquerschnitt wirkt, werden
Pumpen- und Antriebslebensdauer erhöht. Zudem reduzieren sich
Herstellungskosten und Leistungsaufnahme eines Fahrzeugbremssystems,
da die autonome zweite Druckerzeugungseinheit 52, 52' die
Leistung der Pumpe 40 effizienter einsetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5540486 [0006]
- - WO 02/14130 A1 [0006]