DE2411701A1

DE2411701A1 - Einrichtung zur kraftunterstuetzung von betaetigungsorganen bei kraftfahrzeugen, insbesondere einer hydraulischen bremsanlage

Info

Publication number: DE2411701A1
Application number: DE19742411701
Authority: DE
Inventors: Herbert Mehren; Helmut Wulf
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1974-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1975-09-18
Also published as: GB1490285A; FR2263918B1; FR2263918A1

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9886/4

Stuttgart 8. März

Einrichtung zur Kraftunterstützung von Betätigungsorganen bei Kraftfahrzeugen, insbesondere einer hydraulischen Bremsanlage

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftunterstützung von Betätigungsorganen bei Kraftfahrzeugen, insbesondere einer hydraulischen Bremsanlage, wobei ein Bedienungsglied, z. B. das Bremspedal, über ein Verstärkungsglied auf ein Betätigungsorgan, ζ. Β. einen Hauptzylinder einer Zweikreis-Bremsanlage, einwirkt.

Servoverstärkte Bremsen sind bei Kraftfahrzeugen an sich bekannt. Üblicherweise wird hierfür der Unterdruck des Motors als verstärkende Kraft benutzt. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß sie sehr viel Raum benötigen. Außerdem sind sie dann nicht zu verwenden, wenn das Kraftfahrzeug mit einer zentralen hydraulischen Anlage ausgerüstet wird, was in neuerer Zeit immer mehr angestrebt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Es wird also eine Servoverstärkung angestrebt, die einen erheblich geringeren Raumbedarf als die derzeit verwendeten Einrichtungen aufweist, und die sich insbesondere für die Anwendung bei einer zentralen Hydraulik-Versorgung eignet. Hierbei soll auch eine Kraftrückwirkung auf das jeweilige Bedienungselenient und zwar proportional zur verstärkten Betätigungskraft sowie eine Funktionssicherheit auch bei Ausfall der Energieversorgung erreicht werden. Und schließlich wird noch eine mechanische Trennung zwischen dem Energieversorgungssystem, d. h. also zwischen der zentralen Hydraulik-Versorgung und dem Kraftübertragungsmedium, z. B. der Bremsflüssigkeit, angestrebt.

509838/0466

24 Ί1701

- 2 - Palm 9886/4

Bei den eingangs genannten Anordnungen wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Bedienungsglied und dem Betätigungsorgan eine hydraulisch beaufschlagbare Servoeinheit angeordnet ist, deren erster Teil sich am Bedienungsglied abstützt und deren zweiter Teil mit dem Betätigungsorgan verbunden ist und daß die Beaufschlagung dieser Servoeinheit nach Art einer Folgesteuerung mittels eines mit dem Bedienungsglied verbundenen Steuerorgans aus einer hydraulischen Druckraittelquelle steuerbar ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung hat den Vorteil eines erheblich geringeren Raumbedarfes als die bisherigen unterdruckbetätigten ServoverStärkungen. Sie ist speziell für eine zentrale Hydraulik-Versorgung anwendbar. Mit der vorgeschlagenen Einrichtung läßt sich auch eine proportionale Kraftrückwirkung auf das Bedienungsglied sowie eine Funktionssicherheit bei Ausfall der zentralen Hydraulik-Versorgung erreichen. Und schließlich ist auch noch die mechanische Trennung zwischen der Energieversorgung und der Kraftübertragung von Vorteil.

In neuester Zeit sind Systeme zur automatischen Fahrzeugführung in Entwicklung bzw. Erprobung. Hierfür schlägt die Erfindung eine Weiterbildung derart vor, daß die Beaufschlagung der Servoeinheit durch ein zweites Steuerorgan steuerbar ist, welches parallel zu dem mit dem Bedienungsglied verbundenen ersten Steuerorgan an die hydraulische Druckmittelquelle angeschlossen ist und welches mittels eines elektrohydraulischen Servoventils von den Steuerimpulsen der automatischen Fahrzeugführung steuerbar ist.

Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß das Druckmittel zur Servoeinheit über ein Sperrorgan geführt ist, welches in Abhängigkeit vom Druck in der hydraulischen Druckmittelquelle in seiner Freigabestellung gehalten und bei Druckabfall oder Druckwegfall durch Federkraft in seine Sperrstellung bewegbar ist, in welcher es die beiden Seiten der

509838/0466

' 3 - Daim 9β86Α

Servoeinheit miteinander verbindet. Auf diese Weise wird eine Sicherheit gegen Druckausfall erreicht, wobei dann eine rein mechanische Betätigung vom Bedienungsglied her erfolgen kann.

Außerdem ist es bei der für eine zentrale Hydraulikversorgung bestimmten Ausführung nach der Erfindung zweckmäßig, wenn das Druckmittel zur Servoeinheit über ein Umschaltventil geführt ist, welches elektromagnetisch in einer den Zufluß vom zweiten Steuerorgan freigebenden Stellung gehalten und bei Stromwegfall durch Federkraft in eine den Zufluß vom ersten Steuerorgan freigebende Stellung bewegbar ist. Hierdurch wird auch eine Sicherheit gegen Stromausfall erreicht. Damit ferner jederzeit ein willkürlicher Eingriff in eine solche automatische Fahrzeugführung erfolgen kann, wird vorgeschlagen, daß im Stromkreis des Magneten ein beim Angreifen des Bedienungsgliedes öffnender Schalter angeordnet ist. Auf diese Weise hat es der Fahrer in der Hand, jederzeit in die automatische Fahrzeugführung einzugreifen, wenn dies die Lage erfordern sollte.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist an einem Pedalträger die Servoeinheit verschieblich geführt, in an sich bekannter Weise als hydraulische Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet und ihr Gehäuse starr mit dem Kolben in einem Hauptbremszylinder verbunden, während sich ihr Stellkolben mit relativ kurzem Hebelarm auf dem Pedal abstützt. Diese Abstützung erfolgt zweckmäßig über einen Kugelkopf. Der Hauptzylinder kann in ganz bekannter Weise, z. B. als ein bekannter Zweikreis-Hauptzylinder,ausgebildet sein.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß im Gehäuse der Servoeinheit zugleich das Steuerorgan und das Sperrorgan angeordnet ist und beide nach Art an sich bekannter hydraulischer Kolbenschieber ausgebildet sind, und daß der Kolbenschieber des Steuerorgans Über ein Ansteuergestänge am Pedal mit relativ großem Hebelarm angreift. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß für den Kolbenschieber des Steuer-

509838/0466

- /f · Daim 9886/fr

organs im Gehäuse axial nur ein geringer Weg vorgesehen ist und nach Überwindung dieses Weges der Kolben im Gehäuse zwecks mechanischer Kraftübertragung anschlägt.

Die Erfindung ist in erster Linie für die Anwendung bei der Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges gedacht. Selbstverständlich läßt sie sich in ganz ähnlicher Form auch auf die Kupplungsbetätigung und im Prinzip natürlich auch bei anderen Betätigungen eines Kraftfahrzeuges anwenden.

Einzelheiten der Erfindung zeigen die Ausführungsbeispiele der Zeichnung und zwar zeigt

Fig. 1 das Aufbauschema einer Bremsbetätigung mi t Se rvover s t ärkung,

Fig. 2 das Aufbauschema einer Bremsbetätigung für ein Fahrzeug mit automatischer Fahrzeugführung und

Fig. 3 eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 im Schnitt (teilweise).

Nach Figur 1 ist zwischen dem Bremspedal 10 und dem Hauptbremszylinder 11 eine hydraulische Servoeinheit 12 angeordnet. Die Pedalaufhängung sowie Pedalausbildung und auch die Ausbildung des Hauptbremszylinders 11 können an sich in bekannter Art und Weise erfolgen. Sie gehören nicht zu der vorliegenden Erfindung. Dargestellt ist im Schema der Hauptbremszylinder einer Zweikreis-Bremsanlage.

Die hydraulische Servoeinheit 12 ist als an sich bekannte Zylinder-Kolben-Einheit auegebildet. Sie ist mit der Zulaufleitung 13 an eine nicht näher dargestellte Druckmittelquelle, z. B. eine Pumpe oder einen Speicher angeschlossen, während die Leitung 14 die Rückführung zum ebenfalle nicht näher dargestellten Behälter bildet. Das Gehäuse 15 der Servoeinhait ist mit der Stange l6 starr mit dem Kolben des Hauptbreme· zylindere 11 verbunden. Der Kolben 17 der Servoeinheit 12 stützt sich über eine Kolbenstange l8 am Pedal 10 ab und zwar

509838/0466 " ⁵ "

- 5 - Palm 9886A

mit einem relativ kurzen Hebelarm zu deaaen Drehpunkt 19. Ih Gehäuae 15 der Servoeinheit 12 iat zugleich noch ein Sperrachieber 20 und ein Steuerorgan 21 angeordnet, die beide in an eich bekannter Weise ala Kolbenschieber ausgebildet sind. Der Steuerkolben 21 iat dabei über eine Kolbenstange 22 und ein Anateuergestänge 23 wieder-um mit dem Pedal 10 verbunden und zwar mit relativ großem Hebelarm zu deaaen Drehpunkt 19. Der Sperrachieber 20 wird über eine Leitung 2k vom Zufluß 13 her ateta in der dargestellten Stellung gehalten, in welcher er die Verbindung vom Steuerorgan 21 zu der Servoeinheit 12 freigibt. Bei Wegfall der Druckbeaufschlagung wird er jedoch durch eine Feder 25 in seine andere Endeteilung bewegt, in welcher er die Verbindung zum Steuerorgan 21 absperrt und hingegen die beiden Seiten dea Kolbens 17 über die Aussparung 26 miteinander verbindet.

Bei unbetätigtem Bremsorgan 10 befinden sich alle Organe in der dargestellten Stellung. Wird nunmehr das Bremspedal mehr oder weniger durchgedrückt, so wird damit über das Anateuergeatänge 23 der Kolbenschieber 21 des Steuerorganga nach links in seine mit a bezeichnete Stellung bewegt. Dadurch wird die Leitung 27 mit dem Zulauf und die Leitung mit dem Rücklauf verbunden, ao daß aich auf der linken Seite dea Stellkolbens 17 Druck aufbauen kann. Dieser Druck verschiebt nun zunächst das gesamte Gehäuae 15 und damit über die Kolbenatange l6 auch den Kolben im Hauptbremazylinder nach links, ao daß die Bremse betätigt wird. Die Betätigungskraft ist dabei in dem vorhandenen Flächenverhältnia proportional zu der auf der linken Seite des Stellkolbena 17 aufgebauten Drucks. Dieaer Druck wirkt übrigens auf den Kolben 17 als Reaktionskraft zurück und über die Stange 18 auch auf das Bremspedal 10. Da das letztere in seiner Stellung festgehalten wird, verachiebt aich das Gehäuse 15 relativ zum Steuerkolben 21 so lange, bis die gezeichnete Mittelstellung wieder erreicht ist und damit Gleichgewicht herrscht. Reicht diese Bremsung, d. h. alao der erreichte Bremsdruck, noch nicht aus, so wird das Pedal 10 einfach weiter durchge-

509838/0466

- 6 - Daim 9886/4

drückt und der Druck erhöht sich entsprechend.

Wird das Pedal 10 mehr oder weniger losgelassen, so wird über das Ansteuergestänge 23 der Kolbenschieber 21 nach rechts in seine Stellung b gezogen. In dieser erfolgt die Leitungsverbindung umgekehrt, d. h., die Leitung 28 ist mit dem Zulauf und die Leitung 27 mit dem Rücklauf 15 verbunden. Dadurch erhält der Stellkolben 17 auf seiner rechten Seite Druck, wodurch das Gehäuse 15 nach rechts verschoben und damit der Hauptbremszylinder 11 mehr oder weniger entlastet wird. Auch dieser Vorgang erfolgt so lange, bis der Gleichgewichtszustand gemäß der zeichnerischen Darstellung wieder erreicht ist.

Nach Pigur 2 ist der Aufbau der mechanischen Betätigung, d. h. also in Prinzip der Teile 10 bis 28, genauso wie bei der Einrichtung nach Pigur 1, wobei allerdings das Gehäuse 15 a eine andere Form einnimmt, weil es - wie später noch beschrieben wird - noch weitere Teile aufzunehmen hat. Den Gehäuse 15 a ist jetzt ein elektrohydrauliaches Servoventil 29 zugeordnet, dessen Aufbau im Prinzip bekannt ist und das den Zweck hat, die durch die Leitungen 30 zugeführten elektrischen Steuerimpulse der automatischen Fahrzeugführung in Druckimpulse umzusetzen, damit diese dann zur Drucksteuerung der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendet werden können. Die Druckmittel-Speisung des elektrohydraulisehen Servoventils 29 erfolgt von der Leitung 2k aus durch den Leitungsteil 31* wobei noch ein Filter 32 und entsprechende Drosseln 33 zur Mengenbegrenzung vorgesehen sind. Die Funktion eines solchen Ventils ist im Prinzip bekannt, so daß sie hier nicht näher beschrieben zu werden braucht. Es wird davon ausgegangen, daß über die elektrische Leitung 30 a die Impulse zum Betätigen der Bremse und über die Leitung 30 b die Impulse zum Lösen der Bremse eingegeben werden. Entsprechend stehen an den Auegangsleitungen Jk a und 3'i b nunmehr die entsprechenden Druckimpulse zur Verfügung.

- 7 -509838/0466

- & ·· Palm 9886/4

Λ·

Im Gehäuse 15 a ist wirkungemäßig parallel zum Steuerorgan 21 ein zweites Steuerorgan 35 vorgesehen, Kelches mit der Leitung 36 an den Zulauf 13 und mit der Leitung 37 an den Rücklauf angeschlossen ist. Dieses zweite Steuerorgan 35 ist prinzipiell genauso als Kolbenschieber ausgebildet wie das Steuerorgan 21. Ee wird jedoch nicht über ein Ansteuergestänge 23 vom Bremspedal 10 her betätig;, sondern es ist vielmehr durch Federn in seiner Mittellage gehalten und wird durch die Leitungen Jk a und Jk b auf beiden Stirnseiten beaufschlagt. Die Funktion ist hieraus bereits klar zu ersehen. Erfolgt bei einem Bremsimpuls Druckaufbau durch die Leitung Jk a, wird der Kolbenschieber 35 nach links verschoben und über die Leitung 38 in an sich bereite beschriebener Weise Druck auf der linken Seite des Stellkolbens 17 aufgebaut. Die Leitung 39 dient dann zur Verbindung der rechten Seite des Kolbens 17 mit dem Rücklauf. Bei einen umgekehrten Steuerimpuls erfolgt der Vorgang ebenfalls umgekehrt. Die Dosierung der Bremse und die Wiederherstellung des Gleichgewichtes beim Erreichen der beabsichtigten Bremswirkung erfolgt in diesem Fall durch die elektrische Impulssteuerung und die damit unmittelbar verbundene Druckdifferenz am Steuerorgan 35.

Die Leitungen 38, 39 sind über einen Umschaltschieber kO geführt, der über die Anschlüsse kl elektromagnetisch beaufschlagt und in der dargestellten Stellung gehalten wird. In dieser Stellung ist das Steuerorgan 21 - welches vom Pedal 10 her betätigt wird - abgeschaltet und das Steuerorgan 35 übernimmt demzufolge die Steuerung. Fällt aus irgendeinem Grund an den Anschlüssen kl die Spannung weg, so drückt die Feder k2 den Umschaltschieber kO in seine andere Stellung, d. h. es wird nunmehr das von den elektrischen Impulsen gesteuerte Steuerorgan 35 ab- und das vom Pedal 10 gesteuerte Steuerorgan 21 zugeschaltet. D. h. mit anderen Worten, es wird von der automatischen Fahrzeugführung auf die willkürlieh· Pedalbetätigung umgeschaltet.

509838/0466

.11701

8 - Pain 9886/4

Damit der Fahrer je nach Lage oder je nach Wunsch in die automatische Fahrzeugführung eingreifen kann, ist dem Bremspedal 10 ein Schalter 43 zugeordnet, der normalerweise geschlossen ist und erst beim Angreifen des Bremspedals 10 geöffnet wird. An diesen Schalter sind die Anschlüsse 4l angeschlossen, so daß beim Antippen des Bremspedals der Umachaltschieber 42 in seine andere Stellung umschaltet und nunmehr die Steuerung der Bremse vom Pedal 10 her übernommen wird.

Figur 3 zeigt einen Schnitt (teilweise) durch eine Anordnung gemäß Figur 1. Nähere Beschreibungen hierzu sind im Grunde nicht erforderlich. Es sei lediglich erwähnt, daß das Pedal 10 bei 19 an einem Pedalträger 44 angelenkt,ist, der auch den Hauptbremszylinder 11 aufnimmt oder bildet. Eine Rückholfeder 45 zieht das Pedal 10 ständig gegen einen Anschlag 46. Die Kolbenstange l8 ist am Pedal über einen Kugelkopf 47 abgestützt. Aus dieser Figur ist aber noch au erkennen, - was für die Funktion durchaus wichtig ist - daß der Kolbenschieber 21 im Gehäuse 15 auf beiden Seiten nur einen ganz begrenzten relativ kleinen Weg zurücklegen kann. Ist dieser geringe Weg verbraucht, so stößt der Kolbenschieber 21 auf Anschläge 4f und 49 im Gehäuse 15· Bei Ausfall des Druckmittels kann also vom Pedal 10 her über das Ansteuergestänge 23 der Kolbenschieber 21 am Anschlag am Gehäuse 15 gebracht und dadurch über die Kolbenstange 16 der Hauptbremszylinder rein mechanisch betätigt werden.

509838/0466

Claims

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9886/4

Stuttgart

Ansprüche

inrichtung zur Kraftunterstützung von Betätigungsorganen ei Kraftfahrzeugen, insbesondere einer hydraulischen Bremsanlage, wobei ein Bedienungsglied, z. B. das Bremspedal, über ein Verstärkungsglied auf ein Betätigungsorgan, z. B. einen Hauptzylinder einer Zweikreis-Bremsanlage, einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bedienungsglied und Betätigungsorgan eine hydraulisch beaufschlagbare Servoeinheit angeordnet ist, deren erster Teil sich am Bedienungsglied abstützt und deren zweiter Teil mit dem Betätigungsorgan verbunden ist, und daß die Beaufschlagung dieser Servoeinheit nach Art einer Folgesteuerung mittels eines mit dem Bedienungsglied verbundenen Steuerccrgans aus einer hydraulischen Druckmittelquelle steuerbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 und mit einem System zur automatischen Fahrzeugführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Servoeinheit durch ein zweites Steuerorgan steuerbar-ist, welches parallel zu dem mit dem Bedienungsglied verbundenen ersten Steuerorgan an die hydraulische Druckmittelquelle angeschlossen ist, und welches mittels eines elektro-hydraulischen Servoventils von den Steuerimpulsen der automatischen Fahrzeugführung steuerbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel zur Servoeinheit (12) über ein Sperrorgan (20) geführt ist, welches in Abhängigkeit vom Druck in der hydraulischen Druckmittelquelle in seiner Freigabe-

- 10 -

509838/0466

- 10 - Palm 9886/4

■teilung gehalten und bei Druckabfall oder Druckwegfall durch Federkraft in aeine Sperrstellung bewegbar ist, in welcher es die beiden Seiten am Kolben (17)der Servoeinheit (12) miteinander verbindet.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel zur Servoeinheit (12) über ein Unschaltventil (40) geführt ist, welches elektromagnetisch in einer den Zufluß vom zweiten Steuerorgan (35) freigeben-, den Stellung gehalten und bei Stronwegfall durch Federkraft in eine den Zufluß vom ersten Steuerorgan (21) freigebende Stellung bewegbar ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Stromkreis des Magneten ein beim Angreifen des Bedienungegliedes (Pedal 10) öffnender Schalter (43) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an einem Pedalträger (44) die Servoeinheit (12) verschieblich geführt, diese in an sich bekannter Weise als hydraulische Zylinder-Kolben-Binheit ausgeführt und ihr Gehäuse (15» 15a) starr mit dem Kolben in einem Hauptbremszylinder (ll) verbunden ist, während sich ihr Stellkolben (l7) mit relativ kurzem Hebelarm auf dem Pedal (10) abstützt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (15» 15a) der Servoeinheit (12) zugleich das Steuerorgan (21) bzw. (21 und 35) sowie das Sperrorgan (20 bzw. 20 und 40) angeordnet und beide naeh Art an sich bekannter hydraulischer Kolbenschieber ausgebildet sind, und daß der Kolbenschieber des Steuerorgans (21) über ein Ansteuergestänge (22, 23) am Pedal (10) mit relativ großem Hebelarm angreift.

509838/0466

Palm 9886/4

Λ/1.
8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß für den Kolbenschieber (21) dea Steuerorgans im Gehäuse (15) axial nur ein geringer Weg vorgesehen ist und nach Überwindung dieses Weges der Kolben (21) im Gehäuse (Anschläge 48, 49) xwecks mechanischer Kraftübertragung anschlägt.

509838/0466

Leerseite