DE102005063689B3 - Brake system with an electric motor-driven piston-cylinder system - Google Patents
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Abstract
Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung, nämlich ein Bremspedal, und eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweisend,wobei die Steuer- und Regeleinrichtung anhand der Bewegung und/oder Position der Betätigungseinrichtung eine elektromotorische Antriebsvorrichtung steuert, wobei die Antriebsvorrichtung einen Kolben eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich im Arbeitsraum des Zylinders ein Druck einstellt, wobei der Arbeitsraum über eine Druckleitung oder mehrere Druckleitungen mit Radbremsen, insbesondere mit zwei oder vier Radbremsen in Verbindung ist, wobei eine Sensorik sowie ein Wegsimulator vorgesehen sind, um eine variable Pedalcharakteristik einzuregeln,wobei eine Zuordnung des Drucks zu einer Pedalkraft frei variabel ist und bei einem rekuperierbaren Bremsen mittels eines Generators unter Berücksichtigung eines Korrekturwerts erfolgt, so dass die Bremswirkung des Generators berücksichtigt wird,wobei die Antriebsvorrichtung der Bremsanlage, ein bürstenloser Elektromotor ist, bei dem unter Berücksichtigung einer Positionsbestimmung des Kolbens sowie einer Strommessung drei Stränge mittels eines Microcontrollers angesteuert sind.Brake system, having an actuating device, namely a brake pedal, and a control and regulating device, the control and regulating device using the movement and / or position of the actuating device to control an electromotive drive device, the drive device having a piston of a piston-cylinder system via a Adjusted non-hydraulic transmission device so that a pressure is set in the working chamber of the cylinder, the working chamber being connected to wheel brakes, in particular to two or four wheel brakes, via a pressure line or several pressure lines, with sensors and a travel simulator being provided to provide a to regulate variable pedal characteristics, whereby an assignment of the pressure to a pedal force is freely variable and takes place in a recuperable braking by means of a generator taking into account a correction value, so that the braking effect of the generator is taken into account ng of the brake system, is a brushless electric motor, in which three strings are controlled by means of a microcontroller, taking into account a determination of the position of the piston and a current measurement.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß dem Patentanspruch 1 eine Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung, nämlich ein Bremspedal, und eine Steuer- und Regeleinrichtung.According to claim 1, the present invention relates to a brake system, an actuating device, namely a brake pedal, and a control and regulating device.
Stand der Technik:State of the art:
Moderne Bremsanlagen enthalten Bremskraftverstärker, d. h. es erfolgt eine Umsetzung der Pedalkraft in ein entsprechendes verstärktes Bremsmoment an den Radbremsen und Bremskraftregelung über offene oder geschlossene Regel- und Steuerkreise. Als Übertragungsmittel zur Erzeugung des Bremsdruckes aus der Pedalkraft wird bis auf wenige Ausnahmen im PKW-Bereich die hydraulische Leitung eingesetzt.Modern braking systems contain brake boosters, i. H. The pedal force is converted into a correspondingly increased braking torque on the wheel brakes and braking force regulation via open or closed regulation and control circuits. With a few exceptions in the passenger car sector, the hydraulic line is used as the transmission medium for generating the brake pressure from the pedal force.
Weit verbreitet ist eine Aufteilung in Baueinheiten zwischen Bremskraftverstärkung (BKV) oder Bremskraftsteuerung und Bremskraftregelung in einer Hydraulikeinheit (HE). Diese Konfiguration wird vorwiegend eingesetzt bei Systemen wie Antiblockiersystem (ABS), Antischlupfsystem (ASR), Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) oder auch elektrohydraulischer Bremse (EHB).A division into structural units between brake force boosting (BKV) or brake force control and brake force regulation in a hydraulic unit (HE) is widespread. This configuration is mainly used in systems such as anti-lock braking systems (ABS), anti-slip systems (ASR), electronic stability programs (ESP) or electro-hydraulic brakes (EHB).
Die Hydraulikeinheit (HE) besteht gewöhnlich aus Magnetventilen, Mehrkolbenpumpen für 2-Kreis-Bremssyteme (Vorderachse und Hinterachse), Elektromotor zum Pumpenantrieb, hydraulischem Speicher und mehreren Druckgebern. Die Druckregelung erfolgt in der Weise, dass zur Bremsmomentreduzierung Druckmittel über Magnetventile aus den Radbremsen in einen Speicher abgelassen wird und von der Pumpe in den Hauptbremszylinder zurückgepumpt wird, was eine Pedalbewegung bewirkt. Ein entsprechendes System ist aus
Sowohl Druckanstieg als auch -abfall wird über Magnetventile gesteuert, bei der teilweise Druckgeber für die Magnetventilsteuerung verwendet werden. Außer bei der EHB erfolgt die Bremskraftverstärkung mit dem Vakuum-BKV, welcher teilweise Schaltmittel und Sensoren beinhaltet zur sog. Bremsassistentfunktion und auch zur Erkennung des sog. Ansteuerpunktes. Als Energiequelle für das Vakuum wird bei Ottomotoren der Verbrennungsmotor genutzt, der aber als Direkteinspritzer, insbesondere bei größerer Höhe, nur noch ein schwaches Vakuum liefert. Bei Dieselmotoren wird eine mechanische oder elektrisch angetriebene Vakuumpumpe eingesetzt. Neueste ESP-Systeme sind in der Lage, durch Schaltung der Magnetventile und Pumpe eine zusätzliche Bremskraftverstärkung oder bei Ausfall des BKV eine Bremskraftverstärkung mit größerer Zeitkonstante zu erzielen. Die Beschreibung dieser Systeme und Funktionen ist ausführlich im Bremsenhandbuch Vieweg Verlag, Ausgabe 2003, beschrieben.Both rise and fall in pressure are controlled by solenoid valves, some of which use pressure transducers for solenoid valve control. With the exception of the EHB, the brake force amplification takes place with the vacuum BKV, which partly contains switching means and sensors for the so-called brake assistant function and also for the detection of the so-called control point. The internal combustion engine is used as the energy source for the vacuum in Otto engines, but as a direct injection engine, especially at great heights, it only delivers a weak vacuum. A mechanical or electrically driven vacuum pump is used in diesel engines. The latest ESP systems are able to achieve additional brake force boosting by switching the solenoid valves and pump or, if the BKV fails, brake force boosting with a larger time constant. The description of these systems and functions is described in detail in the brake manual Vieweg Verlag, edition 2003.
Mitte der 1980er Jahre wurde von Teves das sog. Mark II und von Bosch das ABS3 eingesetzt, welche als integrierte Einheiten alle Komponenten für Bremskraftverstärkung und Regelung beinhalteten mit hydraulischem BKV, s. Kraftfahrtechnisches Handbuch Bosch 1986, 20. Auflage. Aus Kostengründen haben sich diese Systeme nicht durchgesetzt, bis auf die Anwendung bei Sonderschutzfahrzeugen. Dasselbe gilt für voll elektrische Bremssysteme, sog. EMB, mit E-Motoren an den Radbremsen, die intensiv in Verbindung mit dem 42-V-Bordnetz entwickelt wurden. Neben den Mehrkosten ist hier ein neues redundantes Bordnetz für die Energieversorgung notwendig, um im Fehlerfall die Bremsfähigkeit eines Bremskreises sicherzustellen.In the mid-1980s, Teves used the so-called Mark II and Bosch used the ABS3, which, as integrated units, contained all the components for brake booster and control with a hydraulic brake system, see Bosch Automotive Handbook 1986, 20th edition. For reasons of cost, these systems have not caught on, except for use in special protection vehicles. The same applies to fully electric brake systems, so-called EMB, with electric motors on the wheel brakes, which were developed intensively in connection with the 42 V on-board network. In addition to the additional costs, a new redundant on-board network is necessary for the energy supply in order to ensure the braking capability of a brake circuit in the event of a fault.
Zur Gattung der EMB-Systeme zählt auch die Keilbremse mit elektromotorischem Antrieb. Hierfür ist ebenfalls ein redundantes Bordnetz trotz des geringeren Energiebedarfes notwendig. Die konstruktive Realisierung der Keilbremse, welche aus Hysteresegründen zusätzliche Rollen benötigt, welche eine Integration in den Bremssattel erfordern, ist im Augenblick nicht gelöst. Die Keilbremse mit ihren elektromotorischen Antrieben mit Sensoren muss den harten Umgebungsbedingungen (Staub, Wasser, hohe Temperaturen) standhalten. Weiterhin konzentrierten sich einige Entwicklungsanstrengungen innerhalb der Branche auf eine verbesserte Pedalcharakteristik. Die
Eine andere wichtige Steuerung / Regelung zur Verbesserung der Pedalcharakteristik geht aus der
Die Systeme für BKV und HE sind sehr weit entwickelt, insbesondere die Steuer- und Regelfunktionen für ABS bis ESP. Z. B. ist durch die druckgeführte Steuerung der Magnetventile eine sehr feine Dosierung des Bremsdruckes möglich, mit dem auch eine variable Bremskraftabstimmung EBV möglich ist. Ein Bremssystem ist aus der
Aus
Die
Aus
Ferner ist aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, ein neuartige Bremsanlage bereitzustellen.The present invention has the object of providing a novel brake system.
Diese Aufgabe wird vorteilhaft durch eine Bremsanlage mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Bremsanlage nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.This object is advantageously achieved by a brake system having the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the brake system according to claim 1 result from the features of the subclaims.
Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass es die Bremskraftverstärkung und die Servoeinrichtung auf kleinsten Raum pro Bremskreis mittels lediglich einer Kolben-Zylinder-Einheit realisiert. Die Kolben-Zylinder-Einheit kann gleichsam für den Bremsdruckaufbau und Bremsdruckabbau, zur Realisierung der ABS- und Antischlupfregelung sowie bei Ausfall der Energieversorgung oder Fehlfunktion der Antriebsvorrichtung dienen. Somit ergibt sich vorteilhaft eine kleine integrierte und kostengünstige Baueinheit für die Bremskraftverstärkung (BKV) und Regelung, womit eine Einsparung von Bauraum, Montagekosten und zusätzlichen hydraulischen und Vakuum-Verbindungsleitungen einhergeht. Zudem wirkt aufgrund der kurzen Baulänge, vorteilhaft z.B. der Federdom bei einem Frontcrash nicht auf den Hauptzylinder und das Pedalwerk ein.The brake system according to the invention is advantageously characterized in that it realizes the brake force boosting and the servo device in the smallest space per brake circuit by means of only one piston-cylinder unit. The piston-cylinder unit can also be used to build up and reduce brake pressure, to implement ABS and anti-slip control, as well as in the event of failure of the power supply or malfunction of the drive device. This advantageously results in a small, integrated and cost-effective structural unit for the brake booster (BKV) and control, which results in savings in installation space, assembly costs and additional hydraulic and vacuum connecting lines. In addition, due to the short overall length, the spring dome, for example, does not have an advantageous effect on the master cylinder and the pedals in a front crash.
Durch das vorteilhafte Vorsehen einer Sensorik sowie eines Wegsimulators, kann eine variable Pedalcharakteristik wie Brake-by-wire-Funktion, d.h. Bremsdruckanstieg unabhängig von Pedalbetätigung frei variabel, auch unter Berücksichtigung der Bremswirkung des Generators bei rekuperierbaren Bremsen, eingeregelt werden.Thanks to the advantageous provision of a sensor system and a travel simulator, variable pedal characteristics such as brake-by-wire function, i.e. brake pressure increase independently of pedal actuation, can be regulated in a freely variable manner, also taking into account the braking effect of the generator in the case of regenerative brakes.
Aus der Fachliteratur, z.B. Schröder D., Elektrische Antriebe- Regelung von Antriebssystemen, 2. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001 ist bekannt, dass unter Kenntnis der festen, geometrischer Größen (Polpaarzahl), den motortypischen Induktivitäten (aus Datenblatt des Motors) sowie den messbaren Strömen IE (bzw.ΨP,M);Iq; Id eine Generatorbremsmoment abgeschätzt werden kann. Ein ähnliches Bremssystem, dass ein regeneratives Bremsmoment berücksichtigt ist aus der
Ebenso erfolgt bei der entsprechenden Ausführung kein nachteiliges Durchfallen des Bremspedals bei Ausfall des Antriebs, da das Pedal direkt auf den Kolben des Systems wirkt. Vorteilhaft ergeben sich hierdurch gleichfalls geringere Pedalkräfte bei Ausfall der Energieversorgung, da die Kolben eine kleinere Wirkfläche haben als konventionelle Hauptbremszylinder. Dies ist möglich durch Trennung des Kolbenweges bei intakter und ausgefallener Verstärkung. Man spricht hier von einem Übersetzungssprung, der die Pedalkraft für dieselbe Bremswirkung um bis zu 40 % reduziert. Durch die Reduzierung des Gesamtaufwandes einschließlich der elektrischen Anschlüsse, ergibt sich zudem vorteilhaft eine Reduzierung der Ausfallrate.Likewise, with the corresponding design, there is no disadvantageous dropping of the brake pedal if the drive fails, since the pedal acts directly on the piston of the system. This also advantageously results in lower pedal forces if the power supply fails, since the pistons have a smaller effective area than conventional master brake cylinders. This is possible by separating the piston path when the reinforcement is intact and the reinforcement has failed. One speaks here of a gear ratio jump, which reduces the pedal force for the same braking effect by up to 40%. The reduction in the overall effort, including the electrical connections, also results in an advantageous reduction in the failure rate.
Durch den elektromotorischen Antrieb ist weiterhin eine Verbesserung der ABS/ESP Regelung durch fein dosierte Drucksteuerung mit variablen Druckanstiegs- und insbesondere Druckabfallsgeschwindigkeiten realisierbar. Auch ist eine Druckabsenkung unter 1 bar im Bereich des Vakuums für Funktion bei kleinsten Reibkraftbeiwerten, z. B. nassem Eis, möglich. Ebenso ist ein schneller Druckanstieg bei Bremsbeginn z.B. 0 - 100 bar in weniger als 50 ms erzielbar, was eine erhebliche Bremswegverkürzung zur Folge hat.The electromotive drive can furthermore improve the ABS / ESP control by means of finely metered pressure control with variable pressure increase and, in particular, pressure decrease speeds. A pressure reduction below 1 bar in the area of the vacuum is also necessary for function with the smallest coefficients of friction, e.g. B. wet ice, possible. A rapid increase in pressure at the start of braking, e.g. 0 - 100 bar, can be achieved in less than 50 ms, which results in a considerable reduction in the braking distance.
Durch das vorteilhafte Vorsehen eines 2/2-Wegeventils für die Bremskraftverstärkung und die Regelfunktion benötigt die erfindungsgemäße Bremsanlage erheblich weniger Energie.Due to the advantageous provision of a 2/2-way valve for the brake booster and the control function, the brake system according to the invention requires considerably less energy.
Es ist ferner möglich, für jeden Bremskreis oder jede Radbremse ein eigenes Kolben-Zylinder-System mit jeweils dazugehörigem Antrieb vorzusehen. Ebenso ist es möglich, ein Kolben-Zylinder-System zu verwenden, bei dem zwei Kolben in einem Zylinder axial verschiebbar angeordnet sind, wobei die Zylinder hydraulisch gekoppelt sind und lediglich ein Kolben mechanisch von der Antriebsvorrichtung elektromotorisch angetrieben ist.It is also possible to provide a separate piston-cylinder system with an associated drive for each brake circuit or each wheel brake. It is also possible to use a piston-cylinder system in which two pistons are arranged axially displaceably in a cylinder, the cylinders are hydraulically coupled and only one piston is mechanically driven by the drive device by an electric motor.
Nachfolgend werden verschiedene Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bremsanlage anhand von Zeichnungen näher erläutert.Various configurations of the brake system according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Es zeigen:
-
1 : Eine erste Ausführungsform einer Bremsanlage mit einem Bremskreis für zwei Radbremsen; -
2 : eine zweite Ausführungsform der Bremsanlage mit zwei Kolben-Zylinder-Systemen für zwei Bremskreise für jeweils zwei Radbremsen; -
3 : einen Wegsimulator für das erfindungsgemäße Bremssystem; -
4 : ein Kolben-Zylinder-System mit einem Zylinder und zwei Kolben; -
5 und5a : Verbindung zwischen Betätigungseinrichtung und Kolben-Zylinder-Systemen; -
6 : eine Seitenansicht der integrierten Baueinheit mit Gehäuse; -
7 : Kennlinien des Bremssystems; -
8 und8a : Kolbenantrieb über eine Kurbelschwinge -
9 : Kolbenantrieb über eine Spindel -
10 : Kolbenbetätigung mit überlagerter Pedalkraft
-
1 : A first embodiment of a brake system with a brake circuit for two wheel brakes; -
2 : a second embodiment of the brake system with two piston-cylinder systems for two brake circuits for two wheel brakes each; -
3rd : a travel simulator for the braking system according to the invention; -
4th : a piston-cylinder system with one cylinder and two pistons; -
5 and5a : Connection between actuation device and piston-cylinder systems; -
6th : a side view of the integrated unit with housing; -
7th : Characteristics of the braking system; -
8th and8a : Piston drive via a crank arm -
9 : Piston drive via a spindle -
10 : Piston actuation with superimposed pedal force
Die
Der Kolben
Es genügt, für jeden Bremskreis eine Kolben-Motoreinheit einzusetzen.It is sufficient to use a piston-motor unit for each brake circuit.
Der zweite Vorteil ist der sehr kleine Energiebedarf und auch die Auslegung des Motors nur für Impulsbetrieb. Dieser wird erreicht, indem bei Erreichen des Sollwertes des Druckes bzw. Motormoments die Magnetventile geschlossen werden und der Motor anschließend nur noch mit geringer Stromstärke betrieben wird, bis vom Bremspedal ein neuer Sollwert vorgegeben wird. Damit wird der Energiebedarf bzw. die mittlere Leistung extrem klein. Z.B. würde bei einer herkömmlichen Auslegung bei einer Vollbremsung aus 100 km/h der Motor
In der Druckleitung
Der Kolben
Die Magnetventile
Bei Ausfall der Energieversorgung oder des Elektromotors wird der Kolben von einem Hebel
Die Regelfunktion bezüglich Radgeschwindigkeit und Raddruck bei ABS / ASR oder Gierrate und Raddruck bei ESP wurde in verschiedenen Publikationen dargestellt, so dass auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird. In einer Tabelle sollen die wesentlichen Funktionen des neuen Systems gezeigt werden:
Die Höhe der Teilbestromung richtet sich nach der von dem BKV oder der Bremsregelung gewünschten Druckanstiegs- oder Abbaugeschwindigkeit. Entscheidend ist hierfür eine extrem kleine Zeitkonstante des Elektromotors, d. h. ein zeitlich schneller Momentanstieg und Momentreduzierung über kleine bewegliche Massen des gesamten Antriebs, da die Kolbengeschwindigkeit die Druckänderungsgeschwindigkeit bestimmt. Zusätzlich ist für eine Bremsregelung eine schnelle und genaue Positionsregelung der Kolben notwendig. Bei der schnellen Momentenreduzierung wirkt zusätzlich die von den Bremssattel herrührende Druckkraft unterstützend, welche aber bei kleinen Drücken gering ist. Aber gerade hier soll auch die Druckabfallgeschwindigkeit groß sein, um große Regelabweichungen von der Radgeschwindigkeit auf z. B. Eis zu vermeiden.The amount of partial current flow depends on the rate of pressure increase or decrease desired by the BKV or the brake control. The decisive factor here is an extremely small time constant of the electric motor, ie a rapid increase in torque and torque reduction over small moving masses of the entire drive, since the piston speed determines the speed of pressure change. In addition, rapid and precise position control of the pistons is necessary for brake control. In the case of the rapid torque reduction, the pressure force originating from the brake caliper also has a supporting effect, but this is low at low pressures. But it is precisely here that the rate of pressure drop should also be large in order to avoid large deviations from the wheel speed on z. B. Avoid ice.
Bei diesem Konzept besteht ein entscheidender Vorteil gegenüber der herkömmlichen Drucksteuerung über Magnetventile, da die Kolbengeschwindigkeit die Druckänderungsgeschwindigkeit bestimmt. Z. B. ist bei kleinem Differenzdruck am Druckabbau bestimmenden Auslassventil der Durchfluss und damit die Druckabsenkungsgeschwindigkeit gering. Die Kolbeneinheit kann wie bereits erwähnt für jedes Rad getrennt mit und ohne Magnetventil eingesetzt werden. Um die Vorteile des geringen Energieverbrauches zu nutzen, müsste der Elektromotor mit einer schnellen elektromagnetischen Bremse erweitert werden, welche aber aufwändiger ist. Die gezeigte Ausführung mit einer Kolbeneinheit und zwei Magnetventilen ist vom Bauraum und den Kosten her zu bevorzugen. Regelungstechnisch gilt jedoch hier die Einschränkung, dass bei einem Druckabbau an einem Rad das andere Rad keinen Druck aufbauen kann. Da jedoch die Druckabbauzeit ca. < 10 % der Druckaufbauzeit im Regelzyklus beträgt, ist diese Einschränkung ohne nennenswerten Nachteil. Die Regelalgorithmen müssen entsprechend angepasst werden z.B. muss nach einer Phase konstanten Drucks von Öffnung des Magnetventils der Elektromotor mit einem Strom erregt werden, dem der passende Druck in der Radbremse gemäß der BKV-Kennlinie zugeordnet ist oder z.B. 20% höher ist als der vorausgegangene Blockierdruck im Regelzyklus. Alternativ kann z.B. auch während der Regelung ein adaptives Druckniveau eingesteuert werden, welches 20 % höher liegt als der höchste Blockierdruck der Achse oder des Fahrzeugs. Als Blockierdruck gilt der Druck, bei dem das Rad instabil in größerem Schlupf läuft.This concept has a decisive advantage over conventional pressure control via solenoid valves, since the piston speed determines the rate of pressure change. For example, if there is a small differential pressure at the outlet valve that determines the pressure reduction, the flow rate and thus the rate of pressure reduction are low. As already mentioned, the piston unit can be used separately for each wheel with and without a solenoid valve. In order to take advantage of the low energy consumption, the electric motor would have to be expanded with a fast electromagnetic brake, which is, however, more complex. The embodiment shown with a piston unit and two solenoid valves is preferable in terms of installation space and costs. In terms of control engineering, however, the restriction applies here that if there is a pressure reduction in one wheel, the other wheel cannot build up any pressure. However, since the pressure reduction time is approx. <10% of the pressure build-up time in the control cycle, this restriction has no significant disadvantage. The control algorithms must be adapted accordingly, e.g. after a phase of constant pressure from opening the solenoid valve, the electric motor must be excited with a current to which the appropriate pressure in the wheel brake is assigned according to the BKV characteristic curve or is e.g. 20% higher than the previous locking pressure in Control cycle. Alternatively, for example, an adaptive pressure level that is 20% higher than the highest locking pressure of the axle or the vehicle can also be set during control. The locking pressure is the pressure at which the wheel slips unstably.
Das Konzept bietet zusätzlich regelungstechnisch neue Möglichkeiten zur Druckabsenkung. Regelungstechnisch gilt, dass die Druckabsenkung und Bremsmomentreduzierung im Wesentlichen proportional zur Drehbeschleunigung des Rades, der Hysterese der Dichtung und umgekehrt proportional zum Trägheitsmoment des Rades sind. Aus diesen Werten kann jeweils der Betrag der erforderlichen Druckabsenkung berechnet werden und der Kolben kann bei geschlossenen MV bereits das entsprechende Volumen unter Berücksichtigung des beschriebenen Kennfeldes bereitstellen. Wenn dann das MV öffnet, erfolgt eine sehr schnelle Druckabsenkung praktisch in das Vakuum. Hierbei wird zugrunde gelegt, dass das MV durch entsprechende Öffnungsquerschnitte im Gegensatz zu heutigen Lösungen eine kleinere Drosselwirkung besitzt. Hierbei kann der Druckabbau schneller als bei konventionellen Lösungen über ein speziell bereitgestelltes Kammervolumen entsprechend der Druckvolumenkennlinie erfolgen. Alternativ ist eine Druckabsenkung in ein Kammervolumen, welches geringfügig größer als der notwendige Druckabbau ist, möglich, z.B. durch entsprechende Verstellgeschwindigkeit des Kolbens. Zur genauen Regelung des Druckabbaus ist hier eine sehr kleine Schaltzeit zum Schließen des Magnetventils notwendig, was vorzugsweise durch Vorerregung und/oder Übererregung gelöst werden kann. Außerdem ist es für Spezialfälle der Regelung vorteilhaft, Magnetanker des 2/2 Magnetventils über bekannte PWM-Verfahren in eine Zwischenstellung zu bringen, um eine Drosselwirkung zu erzeugen.The concept also offers new possibilities for pressure reduction in terms of control technology. In terms of control technology, the pressure reduction and braking torque reduction are essentially proportional to the rotational acceleration of the wheel, the hysteresis of the seal and inversely proportional to the moment of inertia of the wheel. The amount of the required pressure reduction can be calculated from these values and the piston can already provide the corresponding volume when the MV is closed, taking into account the characteristic diagram described. When the MV then opens, there is a very rapid drop in pressure practically in the vacuum. This is based on the fact that the MV has a smaller throttling effect in contrast to today's solutions due to the corresponding opening cross-sections. In this case, the pressure reduction can take place faster than with conventional solutions via a specially provided chamber volume in accordance with the pressure volume characteristic. Alternatively, a pressure reduction in a chamber volume that is slightly larger than the required pressure reduction is possible, e.g. by adjusting the piston accordingly. For precise regulation of the pressure reduction, a very short switching time is required to close the solenoid valve, which can preferably be achieved by pre-excitation and / or overexcitation. In addition, for special control cases, it is advantageous to bring the armature of the 2/2 solenoid valve into an intermediate position using known PWM processes in order to generate a throttling effect.
Der sehr schnelle Druckabbau kann möglicherweise Druckschwingungen erzeugen, die auf das Rad zurückwirken. Um diese schädliche Wirkung zu vermeiden, kann der Kolbenweg als weitere Alternative entsprechend, z.B. 80% des erforderlichen Druckabbaus angesteuert werden (schneller Druckabbau). Die restlichen erforderlichen 20% des Druckabbaus können dann durch eine anschließend gesteuerte langsame Kolbenbewegung langsam geschehen oder bei der Alternative mit der Druckabbausteuerung über Magnetventile durch Taktung des Magnetventils und gestuften Abbau. So werden schädliche Radschwingungen vermieden. Der langsame Druckabbau kann so lange fortgesetzt werden, bis das Rad bei der ABS-Regelung wieder beschleunigt.The very rapid reduction in pressure can possibly generate pressure oscillations that affect the wheel. In order to avoid this harmful effect, the piston travel can be controlled accordingly as a further alternative, e.g. 80% of the required pressure reduction (rapid pressure reduction). The remaining 20% of the pressure reduction required can then be done slowly by a subsequently controlled slow piston movement or, in the alternative, with pressure reduction control via solenoid valves by clocking the solenoid valve and stepped reduction. This avoids damaging wheel vibrations. The slow pressure reduction can be continued until the wheel accelerates again with the ABS control.
Damit sind sehr kleine Regelabweichungen der Radgeschwindigkeit möglich. Sinngemäß kann die oben beschriebene Methode auch auf den Druckaufbau angewendet werden. Die Geschwindigkeiten der Druckerhöhung können nach regelungstechnischen Kriterien optimiert werden. Damit kann das Ziel erreicht werden, dass das Rad in unmittelbarer Nähe des Reibkraftmaximums gebremst wird und so optimale Bremswirkung bei optimaler Fahrstabilität erreicht wird.This means that very small control deviations in the wheel speed are possible. The method described above can also be applied to the pressure build-up. The speed of the pressure increase can be optimized according to control criteria. In this way, the goal can be achieved that the wheel is braked in the immediate vicinity of the maximum frictional force and thus optimal braking effect is achieved with optimal driving stability.
Vorstehend wurden Spezialfälle der Regelung erwähnt, bei der eine Drosselwirkung vorteilhaft ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn bei beiden Rädern gleichzeitig ein Druckabbau notwendig ist. Hier ist die Drosselwirkung vorteilhaft, bis der Stellkolben ein so großes Kammervolumen bereitgestellt hat, so dass von unterschiedlichem Druckniveau der dann anschließend schnelle Druckabbau in das Vakuum erfolgen kann. Ähnlich kann verfahren werden, d.h. wenn die Magnetventile im Ventilquerschnitt eine eingebaute Drossel haben und an beiden Radkreisen gleichzeitig Druckaufbau stattfinden soll. Der individuelle alternierende Druckaufbau ist jedoch zu bevorzugen wegen des dosierten Druckaufbaus mit Auswertung des Kennfeldes und geregelter Verstellgeschwindigkeit des Kolbens. Dasselbe alternierende Verfahren kann alternativ zu o.g. mit der Drosselwirkung für den Druckabbau angewandt werden. Als weitere Möglichkeit kann der Kolben bereits mit einem Regelsignal mit geringerer Ansprechschwelle als das Regelsignal für den Druckabbau zurückgefahren werden. Nach dem Stand der Technik ist dies das Signal, bei der der Regler eine Blockierneigung erkennt und das MV auf Druckhalten schaltet Dieses Signal wird 5-10 ms vor dem Signal zum Druckabbau ausgegeben. Der vorgeschlagene schnelle Antrieb ist in der Lage, innerhalb von ca. 5ms ein Kammervolumen für 10 bar Druckabsenkung bereitzustellen.Special cases of regulation were mentioned above in which a throttling effect is advantageous. This is the case, for example, if both wheels need to be reduced in pressure at the same time. The throttling effect is advantageous here until the actuating piston has provided such a large chamber volume that the subsequent rapid pressure reduction into the vacuum can take place from different pressure levels. The procedure is similar, ie if the solenoid valves have a built-in throttle in the valve cross-section and pressure is to be built up on both wheel circles at the same time. However, the individual, alternating pressure build-up is to be preferred because of the metered pressure build-up with evaluation of the characteristic field and more regulated Adjustment speed of the piston. The same alternating method can be used as an alternative to the above with the throttling effect for the pressure reduction. As a further possibility, the piston can already be moved back with a control signal with a lower response threshold than the control signal for the pressure reduction. According to the state of the art, this is the signal at which the controller detects a tendency to block and the MV switches to pressure holding. This signal is issued 5-10 ms before the signal to reduce pressure. The proposed fast drive is able to provide a chamber volume for a pressure reduction of 10 bar within approx. 5 ms.
Anhand der Kolbenstellung zum Druckabbau kann der Regler entscheiden, ob genügend Kammervolumen für den gleichzeitigen Druckabbau für beide Radbremsen bereitsteht.On the basis of the piston position for pressure reduction, the controller can decide whether there is sufficient chamber volume for the simultaneous pressure reduction for both wheel brakes.
Diese Ausführungen zeigen, dass das Konzept mit dem schnellen und variabel geregelten elektromotorischen Kolbenantrieb und dem Magnetventil mit der Auswertung des Druckes und Kennfeldes ein hohes Potenzial für den Regler darstellt, was zusätzliche Bremswegverkürzungen und Fahrstabilität ermöglicht.These explanations show that the concept with the fast and variably regulated electromotive piston drive and the solenoid valve with the evaluation of the pressure and characteristic field represents a high potential for the controller, which enables additional braking distances and driving stability.
Die
Das Bremspedal
Zylinder
Die Pedalbewegung wird auf die Elemente
Ziel der Erfindung ist eine einfache Lösung, bei der bei Ausfall der Energieversorgung der Wegsimulator ausgeschaltet wird. Zu diesem Zweck wird auf die Buchse
Der Hebel
Es müssen jedoch noch weitere Fehlerfälle betrachtet werden.However, there are still other error cases to be considered.
Ausfall eines Elektromotors.Failure of an electric motor.
In diesem Fall ist die Verstärkung und Regelung beim benachbarten intakten Kolbenantrieb voll wirksam. Über den Hebel
Ausfall eines Bremskreises.Brake circuit failure.
Hier fährt der Kolben auf Anschlag im Gehäuse
Die
Der Sensor
Die Arretierung des Wegsimulators über die Buchse
Die
Die
Die
Die Magnetventile werden vorzugsweise auf einer Trägerplatte
Die
Die Kennlinien
Aus der Pedalstellung und dem Bremsdruck ist erkennbar, dass die Druckmodulation von 10 bar bei Blockierdrücken > 50 bar nicht auf das Pedal rückwirkt, da das Pedal bei SS auf die Arretierung stößt. Bei kleineren Blockierdrücken erfolgt bei Druckabsenkung und Aufbau eine Rückwirkung auf das Pedal, wenn das Pedal voll durchgetreten ist, und ist damit vergleichbar mit heutigen Systemen ESP und ABS. Es ist jedoch möglich, die Rückwirkung zu reduzieren oder zu vermeiden durch Einsatz eines in
Die dickeren Linien sind die Verstärkerlinien
Bei FP1 wird in der Regel eine Fußkraft von 200 N für den Bremsdruck von 100 bar festgelegt. Dieser Druck entspricht der Blockiergrenze bei trockener Straße. In diesem Bereich ist die Wegsimulatorkennlinie fast linear, damit eine gute Dosierbarkeit gewährleistet ist. In der Regel genügt ein Maximaldruck von 160 bar, nach dem die Dauerstandfestigkeit der Elemente dimensioniert wird. Für seltene Beanspruchungen kann jedoch eine Reserve R vorgehalten werden, die z.B. wirksam werden kann, wenn bei 160 bar noch nicht die Blockiergrenze erreicht ist.At F P1 , a foot force of 200 N is usually set for the brake pressure of 100 bar. This pressure corresponds to the blocking limit on a dry road. In this area, the path simulator characteristic is almost linear, so that good metering is guaranteed. As a rule, a maximum pressure of 160 bar is sufficient, according to which the endurance strength of the elements is dimensioned. For infrequent loads, however, a reserve R can be kept, which can take effect, for example, if the blocking limit has not yet been reached at 160 bar.
Der elektrische Antrieb kann für den Fall des Ausfalls der Energieversorgung als ausfallsicherer als der Vakuum-BKV angesehen werden, da für die vorgeschlagene Erfindung mindestens zwei Elektromotorenantriebe eingesetzt werden, d.h. einer redundant wirkt und bekanntlich als Gesamtausfallrate λg = λ1 · λ2 gilt. Ein Ausfall der Energieversorgung während der Fahrt ist nahezu auszuschließen, da Generator und Batterie gleichzeitig praktisch nicht ausfallen. Einem Bruch der elektrischen Stromversorgung wird durch die in
Die
Die
Die
Diese Bewegung kann auch durch einen gestrichelt gezeichneten Elektromagneten, bei dem der Hebel einen Drehanker darstellt, bewerkstelligt werden. Das von der Mutter erzeugte Verdrehmoment auf die Spindel wird von zwei Lagerstiften
Die Mutter
Bei Ausfall eines Motors oder der Energieversorgung wirkt das nicht gezeichnete Pedal auf das Gabelstück entsprechend
Von Bedeutung ist die Rückstellung des Kolbens in die Ausgangsposition. Fällt der Motor in einer Zwischenstellung aus, so kann die Kolbenrückstellfeder zusätzlich unterstützt werden durch eine Spiralfeder
Die
Das Motorgehäuse besitzt einen Flansch zur Befestigung der Einheit über die Schraubenbolzen
Bei der Ausführungsform gem.
Sicherheitsrelevante Systeme haben meistens eine getrennte Abschaltmöglichkeit für Fehler in den Endstufen, z.B. voller Stromfluss durch Durchlegierung. Für diesen Fall ist eine Abschaltmöglichkeit, z.B. durch ein herkömmliches Relais eingebaut. Der Diagnoseteil der elektrischen Schaltung erkennt diesen Fehler und schaltet das Relais ab, welches die Endstufen im Normalfall mit Strom versorgt. Auch bei den hier vorgeschlagenen Konzepten muss eine Abschaltmöglichkeit enthalten sein, welche durch ein Relais oder einen zentralen MOSFET realisiert ist.Safety-relevant systems usually have a separate switch-off option for errors in the output stages, e.g. full current flow through failure. In this case, a switch-off option is built in, e.g. by means of a conventional relay. The diagnostic part of the electrical circuit detects this error and switches off the relay which normally supplies the output stages with power. The concepts proposed here must also include a switch-off option, which is implemented by a relay or a central MOSFET.
In Anbetracht der Impulsansteuerung der Elektromotoren kann auch eine Schmelzsicherung eingesetzt werden, da das Puls-Aus-Verhältnis sehr groß ist.In view of the impulse control of the electric motors, a fuse can also be used, since the pulse-off ratio is very large.
Es folgen erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele.
- Ausführungsbeispiel 1:
- Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Bremspedal, und eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweisend, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung anhand der Bewegung und/oder Position der Betätigungseinrichtung eine elektromotorische Antriebsvorrichtung steuert, wobei die Antriebsvorrichtung einen Kolben eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich im Arbeitsraum des Zylinders ein Druck einstellt, wobei der Arbeitsraum über eine Druckleitung mit einer Radbremse in Verbindung ist, dadurch gekennzeichnet , dass bei Ausfall der Antriebsvorrichtung die Betätigungseinrichtung den Kolben (
1 ) oder die Antriebsvorrichtung verstellt.
- Bremsanlage, eine Betätigungseinrichtung, insbesondere ein Bremspedal, und eine Steuer- und Regeleinrichtung aufweisend, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung anhand der Bewegung und/oder Position der Betätigungseinrichtung eine elektromotorische Antriebsvorrichtung steuert, wobei die Antriebsvorrichtung einen Kolben eines Kolben-Zylinder-Systems über eine nicht-hydraulische Getriebevorrichtung verstellt, so dass sich im Arbeitsraum des Zylinders ein Druck einstellt, wobei der Arbeitsraum über eine Druckleitung mit einer Radbremse in Verbindung ist, dadurch gekennzeichnet , dass bei Ausfall der Antriebsvorrichtung die Betätigungseinrichtung den Kolben (
- Ausführungsbeispiel 2:
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel
1 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Sensoreinrichtung die Stellung der Betätigungseinrichtung ermittelt.
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel
- Ausführungsbeispiel 3:
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 1
oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung, insbesondere eine Haptikeinrichtung, zur Vorgabe oder Einstellung einer Kraft/Weg-Charakteristik der Betätigungseinrichtung mit dieser in Wirkverbindung ist.
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 1
- Ausführungsbeispiel 4:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass in der Druckleitung (
13 ) zur Radbremse (15 ,17 ) ein von der Steuer- und Regeleinrichtung (22 ) gesteuertes Ventil (14 ,16 ) angeordnet ist.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass in der Druckleitung (
- Ausführungsbeispiel 5:
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
14 ,16 ) nach Erreichen des erforderlichen Bremsdrucks im Bremszylinder (15 ,17 ) schließt und zur Einstellung eines neuen Bremsdrucks geöffnet ist.
- Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
- Ausführungsbeispiel 6:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1 ) die erforderliche Druckänderung für die Bremskraftverstärkung (BKV) und das Antiblockiersystem (ABS) erzeugt.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
- Ausführungsbeispiel 7:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (9 ) den Kolben (1 ) oder die Antriebsvorrichtung kraftbeaufschlagt, wobei die Federkraft in die Richtung wirkt, das der Arbeitsraum vergrößert wird.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
- Ausführungsbeispiel 8:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung mindestens einen Elektromotor (8 ) mit insbesondere kleiner Zeitkonstante und/oder ein großes Beschleunigungsvermögen aufweist.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
- Ausführungsbeispiel 9:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (8 ) bei geschlossenem Ventil (14 ,16 ) mit einem Erregerstrom bestromt wird, der dazu ausreicht, den Kolben (1 ) gegen die Federkraft in Position zu halten.
- Ausführungsbeispiel 10:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Bremskreis ein Kolben-Zylinder-System aufweist.
- Ausführungsbeispiel 11:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (
4' ) über zwei oder mehr Druckleitungen (13 ) mit mehreren Bremszylindern (15 ,17 ) in Verbindung ist, wobei jeweils ein Ventil (14 ,16 ) in jeder Druckleitung (13 ) angeordnet ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (
- Ausführungsbeispiel 12:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiel 4
bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (14 ,16 )ein 2/2-Wegeventil ist.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiel 4
- Ausführungsbeispiel 13:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolben-Zylinder-System einen ersten und einen zweiten Kolben (
1a ,1b ) aufweist, welche in einem Zylinder axial verschieblich angeordnet sind, wobei der erste Kolben (1a ) mechanisch mit der elektromotorischen Antriebsvorrichtung (7a ,6 ,5c ) und der zweite Kolben (1b ) hydraulisch mit dem ersten Kolben (1a ) gekoppelt ist, wobei die beiden Kolben (1a ,1b ) zwischen sich einen Arbeitsraum (4a' ) bilden, der über mindestens eine Druckleitung (13a ) mit mindestens einem Bremszylinder verbunden ist, und der zweite Kolben (1b ) mit dem Zylinder einen zweiten Arbeitsraum (4b' ) bildet, der über mindestens eine weitere Druckleitung (13 ) mit mindestens einem weiteren Bremszylinder verbunden ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass das Kolben-Zylinder-System einen ersten und einen zweiten Kolben (
- Ausführungsbeispiel 14:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Druckleitungen (13 ,13a ) von der Steuer- und Regeleinrichtung gesteuerte Ventile14 ,15 ,14a ,15a ),insbesondere 2/2-Wegeventile, angeordnet sind.
- Ausführungsbeispiel 15:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, d a durc h gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung der Bremskraftverstärkung die Betätigungsvorrichtung nicht oder nicht in direkter mechanischer Verbindung mit dem Kolben oder der Antriebseinrichtung ist, und lediglich bei Ausfall der Antriebsvorrichtung oder bei Aktivierung des ABS der Kolben in mechanischer Verbindung mit der Betätigungsvorrichtung ist.
- Ausführungsbeispiel 16:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kolben-Zylinder-Systeme mit jeweils dazugehöriger Antriebsvorrichtung nebeneinander, insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Betätigungseinrichtung (
30 ) direkt oder über zwischengeschaltete Mittel bei Ausfall mindestens einer Antriebsvorrichtung mindestens einen der beiden Kolben verstellt.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Kolben-Zylinder-Systeme mit jeweils dazugehöriger Antriebsvorrichtung nebeneinander, insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Betätigungseinrichtung (
- Ausführungsbeispiel 17:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung einen Hebel oder den Drehpunkt einer Wippe (26 ) parallel zum Verstellweg der Kolben (1 ) der Kolben-Zylinder-Systeme verstellt, und jedes freie Ende eines Arms der Wippe (26 ) jeweils einem Kolben (1 ) zugeordnet ist.
- Ausführungsbeispiel 18:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Begrenzungselement (33 ) den Verschwenkbereich der Wippe (26 ) begrenzt.
- Ausführungsbeispiel 19:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 16
bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (26 ) an einem Kolben (34 ) gelagert ist, welcher in einem Zylinder parallel zu den von den Antreiben angetriebenen Kolben (1 ) verschieblich gelagert ist, wobei der Kolben (34 ) mittels mindestens einer, insbesondere nichtlinearen Feder (36 ,36a ) in Richtung Bremspedal druckbeaufschlagt ist, und die Feder zusammen mit dem Kolben einen sog. Wegsimulator bildet, und ein Sensor die Position des Kolben bestimmt.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 16
- Ausführungsbeispiel 20:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenhub des mit der Wippe (26 ) verbundenen Kolbens (34 ) durch einen Anschlag begrenzt ist, wobei der Anschlag über eine insbesondere elektromagnetische Stelleinrichtung abschaltbar ist.
- Ausführungsbeispiel 21:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennze ich net, dass ein Kanal den Arbeitsraum (
4' ) der Kolben-Zylindereinheit mit einem Reservoir (18 ) verbindet, wobei der Kolben (1 ) den Kanal (20 ) beim Einfahren in den Zylinder verschließt und der Kanal (20 ) in der Ausgangsstellung, d.h. lediglich bei fast oder vollständig zurückgefahrenem Kolben (1 ), geöffnet ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennze ich net, dass ein Kanal den Arbeitsraum (
- Ausführungsbeispiel 22:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrventil,insbesondere ein 2/2-Wegeventil (19 ) im Kanal (20 ) angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 23Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung des Kolbens bei schneller Rückstellung des Kolbens aus dem Vorratsbehälter keine Flüssigkeit infolge Vakuum im Arbeitsraum nachschnüffelt.
- Ausführungsbeispiel 24:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Zahnstange (
5a ) antreibt, welche parallel zum Verstellweg des Kolbens (1 ), insbesondere neben dem Kolben, verschieblich und insbesondere reibungsarm gelagert ist, wobei die Zahnstange über ein Koppelglied (5 ) mit dem Kolben (1 ) insbesondere fest in Verbindung ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine Zahnstange (
- Ausführungsbeispiel 25:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 16 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (9 ) das Koppelglied oder die Zahnstange druckbeaufschlagt.
- Ausführungsbeispiel 26:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung in Abhängigkeit der Bewegung und/oder Kraftbeaufschlagung des Bremspedals und/oder des Fahrzustandes und/oder Bremswirkung einer elektrischen Maschine eine entsprechende Bremskraftverstärkung einregelt.
- Ausführungsbeispiel 27:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekenn z eich n et, dass die Steuerung den Bremsdruck im Arbeitsraum des Zylinders aus das dem Antriebsstrom des Antriebs ermittelt.
- Ausführungsbeispiel 28:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1
bis 16, dadurch gekenn z eich n et, dass ein Drucksensor zur Ermittlung des Bremsdrucks im Arbeitsraum des Zylinders vorgesehen ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 1
- Ausführungsbeispiel 29:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung einen Speicher hat, in dem ein Kennfeld mit verschiedenen Parametern zur Steuerung des Antriebs gespeichert ist.
- Ausführungsbeispiel 30:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mittels mindestens eines Sensors, insbesondere eines Inkrementalgebers des Elektromotors die Kolbenposition ermittelt.
- Ausführungsbeispiel 31:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb den Kolben aus dem Zylinder herausfährt, damit dieser mechanisch mit dem Bremspedal in Verbindung kommt und eine Kraft auf das Bremspedal ausübt.
- Ausführungsbeispiel 32:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung zur Erzeugung eines schnellen Druckabbaus in der Radbremse vor dem Öffnen des jeweiligen Ventils ein Unterdruck mittels des zugehörigen Kolbens durch Vergrößern des Arbeitsraumes erzeugt.
- Ausführungsbeispiel 33:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung zum Aufbau eines erhöhten Blockierdrucks vor dem Öffnen des jeweiligen Ventils den Elektromotor der Antriebsvorrichtung mit ca. 120% des im Regelzyklus vorausgegangenen Blockierdrucks bestromt.
- Ausführungsbeispiel 34:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass schnelle Energiespeicher für das Speichern von elektrischer Energie, insbesondere Kondensatoren mit großer Kapazität, zur Erzeugung von Impulsströmen vorgesehen sind.
- Ausführungsbeispiel 35:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Antrieb die Betätigungseinrichtung oder den Anschlag des Wegsimulators verstellt, derart, das im Normalbetrieb die Betätigungseinrichtung nicht in mechanischer Verbindung zum Kolben ist.
- Ausführungsbeispiel 36:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 35, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Antrieb auf einen Wegsimulator wirkt, wobei bei einem niedrigem Blockierdruck der zusätzliche Antrieb den Wegsimulator während der Druckabsenkung in die Ausgangsstellung zurückbewegt, derart, dass die Betätigungseinrichtung mechanisch nicht mit dem Kolben in Verbindung ist.
- Ausführungsbeispiel 37:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung das Ventil zum schnellen Schließen vorerregt, so dass das Ventil durch eine kleine Erregungsverstärkung unmittelbar schließt.
- Ausführungsbeispiel 38:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung mindestens eine Kolbenschwinge (
60 ,61 ) aufweist, mittels derer der Kolben verstellbar ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung mindestens eine Kolbenschwinge (
- Ausführungsbeispiel 39:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenschwinge eine doppelarmige Kurbelschwinge (60 ,60a ) ist.
- Ausführungsbeispiel 40:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 38oder 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein abgekapseltes Getriebe ist und insbesondere im Motorgehäuse eingelagert ist.
- Ausführungsbeispiel 41:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben mittels eines innerhalb von dem Rotor eines Elektromotors angeordneten Spindelantrieb angetrieben ist.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 1
- Ausführungsbeispiel 42:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 41, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor über eine axial im Rotor verschieblich gelagerte Mutter den Kolben antreibt, wobei die Mutter über einen insbesondere mittels Elektromagnet oder Fliehkraft betätigten Hebel bei Drehung des Rotors in axialer Position gehalten ist, und bei Ausfall des elektrischen Antriebs die Spindel mitsamt der Mutter axial im Rotor verschiebbar ist.
- Ausführungsbeispiel 43:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 41oder 42, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung der Spindel über zwei Lagerstifte außerhalb des Kolbens, welche zugleich die Kolbenrückstellfedern aufnehmen, erfolgt.
- Ausführungsbeispiel 44:
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 41
bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehfeder den Motor zurückstellt.
- Bremsanlage nach einem der Ausführungsbeispiele 41
- Ausführungsbeispiel 45:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage eine zur Pedalkraft proportionale Verstärkung einregelt, wobei die Bremsanlage die Pedalkraft am Kolben ermittelt.
- Ausführungsbeispiel 46:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Betätigungseinrichtung und dem jeweiligen Kolben ein Dämpfungselement, insbesondere in Form einer Blattfeder angeordnet ist, wobei die Blattfeder insbesondere an der Wippe (
26 ) angeordnet ist, und dass an der Wippe oder dem Dämpfungselement ein Kraft und/oder Wegsensor zur Pedalkraftmessung angeordnet ist.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Betätigungseinrichtung und dem jeweiligen Kolben ein Dämpfungselement, insbesondere in Form einer Blattfeder angeordnet ist, wobei die Blattfeder insbesondere an der Wippe (
- Ausführungsbeispiel 47:
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal den Arbeitsraum (
1' ) mit dem Reservoir verbindet, in dem ein Sicherheitsventil (80 ) angeordnet ist, welches im Falle eines klemmenden Kolbens öffnet und den Arbeitsraum (1' ) zum Druckabbau im Arbeitsraum mit dem Reservoir (18 ) verbindet.
- Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kanal den Arbeitsraum (
- Ausführungsbeispiel 48:
Bremsanlage nach Ausführungsbeispiel 47, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil ein mechanisch-hydraulisches oder ein elektromagnetisches Ventil ist.
- Embodiment 1:
- Brake system, having an actuating device, in particular a brake pedal, and a control and regulating device, the control and regulating device controlling an electromotive drive device based on the movement and / or position of the actuating device, the drive device having a piston of a piston-cylinder system via a Adjusted non-hydraulic transmission device so that a pressure is set in the working space of the cylinder, the working space being connected to a wheel brake via a pressure line, characterized in that, if the drive device fails, the actuating device actuates the piston (
1 ) or the drive device is adjusted.
- Brake system, having an actuating device, in particular a brake pedal, and a control and regulating device, the control and regulating device controlling an electromotive drive device based on the movement and / or position of the actuating device, the drive device having a piston of a piston-cylinder system via a Adjusted non-hydraulic transmission device so that a pressure is set in the working space of the cylinder, the working space being connected to a wheel brake via a pressure line, characterized in that, if the drive device fails, the actuating device actuates the piston (
- Embodiment 2:
- Brake system according to the embodiment
1 , characterized in that a sensor device determines the position of the actuating device.
- Brake system according to the embodiment
- Embodiment 3:
- Brake system according to
exemplary embodiment 1 or 2, characterized in that a device, in particular a haptic device, for specifying or setting a force / path characteristic of the actuating device is in operative connection therewith.
- Brake system according to
- Embodiment 4:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 3, characterized in that in the pressure line (
13th ) to the wheel brake (15th ,17th ) one from the control and regulation device (22nd ) controlled valve (14th ,16 ) is arranged.
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 3, characterized in that in the pressure line (
- Embodiment 5:
- Brake system according to embodiment 4, characterized in that the valve (
14th ,16 ) after reaching the required brake pressure in the brake cylinder (15th ,17th ) closes and is open to set a new brake pressure.
- Brake system according to embodiment 4, characterized in that the valve (
- Embodiment 6:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 5, characterized in that the piston (
1 ) generates the pressure change required for the brake booster (BKV) and the anti-lock braking system (ABS).
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 5, characterized in that the piston (
- Embodiment 7:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 6, characterized in that a spring (
9 ) the piston (1 ) or force is applied to the drive device, the spring force acting in the direction that the working space is enlarged.
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 6, characterized in that a spring (
- Embodiment 8:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 7, characterized in that the drive device has at least one electric motor (
8th ) has a particularly small time constant and / or a high acceleration capacity.
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 7, characterized in that the drive device has at least one electric motor (
- Embodiment 9:
- Brake system according to
embodiment 8, characterized in that the electric motor (8th ) with the valve closed (14th ,16 ) is energized with an excitation current that is sufficient to drive the piston (1 ) to hold against the spring force in position.
- Brake system according to
- Embodiment 10:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that each brake circuit has a piston-cylinder system.
- Embodiment 11:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the working space (
4 ' ) via two or more pressure lines (13th ) with several brake cylinders (15th ,17th ) is connected, with one valve (14th ,16 ) in every pressure line (13th ) is arranged.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the working space (
- Embodiment 12:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 4 to 11, characterized in that the valve (
14th ,16 ) is a 2/2-way valve.
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 4 to 11, characterized in that the valve (
- Embodiment 13:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the piston-cylinder system has a first and a second piston (
1a ,1b ), which are arranged axially displaceably in a cylinder, the first piston (1a ) mechanically with the electromotive drive device (7a ,6th ,5c ) and the second piston (1b ) hydraulically with the first piston (1a ) is coupled, whereby the two pistons (1a ,1b ) between them a work space (4a ' ), which is connected via at least one pressure line (13a ) is connected to at least one brake cylinder, and the second piston (1b ) with the cylinder a second working space (4b ' ) forms, which via at least one further pressure line (13th ) is connected to at least one other brake cylinder.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the piston-cylinder system has a first and a second piston (
- Embodiment 14:
- Brake system according to
embodiment 13, characterized in that in the pressure lines (13th ,13a ) valves controlled by the control and regulation device14th ,15th ,14a ,15a ), in particular 2/2-way valves, are arranged.
- Brake system according to
- Embodiment 15:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that when generating the brake booster, the actuating device is not or not in direct mechanical connection with the piston or the drive device, and the piston is only mechanically connected if the drive device fails or the ABS is activated Connection to the actuator is.
- Embodiment 16:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that two piston-cylinder systems, each with an associated drive device, are arranged next to one another, in particular parallel to one another, the actuating device (
30th ) adjusts at least one of the two pistons directly or via intermediary means in the event of failure of at least one drive device.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that two piston-cylinder systems, each with an associated drive device, are arranged next to one another, in particular parallel to one another, the actuating device (
- Embodiment 17:
- Brake system according to
embodiment 16, characterized in that the actuating device is a lever or the pivot point of a rocker (26th ) parallel to the adjustment path of the pistons (1 ) of the piston-cylinder systems adjusted, and each free end of an arm of the rocker (26th ) one piston each (1 ) assigned.
- Brake system according to
- Embodiment 18:
- Brake system according to
embodiment 17, characterized in that a limiting element (33 ) the swivel range of the rocker (26th ) limited.
- Brake system according to
- Embodiment 19:
- Brake system according to one of the
exemplary embodiments 16 to 18, characterized in that the rocker (26th ) on a piston (34 ), which is mounted in a cylinder parallel to the pistons driven by the drives (1 ) is slidably mounted, whereby the piston (34 ) by means of at least one, in particular non-linear spring (36 ,36a ) is pressurized in the direction of the brake pedal, and the spring together with the piston forms a so-called travel simulator, and a sensor determines the position of the piston.
- Brake system according to one of the
- Embodiment 20:
- Brake system according to
embodiment 19, characterized in that the piston stroke of the rocker (26th ) connected piston (34 ) is limited by a stop, the stop being able to be switched off via an in particular electromagnetic actuating device.
- Brake system according to
- Embodiment 21:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a channel defines the working space (
4 ' ) the piston-cylinder unit with a reservoir (18th ) connects, with the piston (1 ) the channel (20th ) closes when entering the cylinder and the channel (20th ) in the starting position, i.e. only when the piston is almost or completely retracted (1 ) is open.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a channel defines the working space (
- Embodiment 22:
- Brake system according to
embodiment 21, characterized in that a shut-off valve, in particular a 2/2-way valve (19th ) in the channel (20th ) is arranged.
- Brake system according to
-
Embodiment 23- Brake system according to
exemplary embodiment 22, characterized in that the seal of the piston does not sniff any liquid in the working space as a result of a vacuum when the piston is returned quickly from the reservoir.
- Brake system according to
- Embodiment 24:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the drive is a toothed rack (
5a ) which drives parallel to the adjustment path of the piston (1 ), in particular next to the piston, is displaceably mounted and in particular with low friction, the rack via a coupling element (5 ) with the piston (1 ) in particular is firmly connected.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the drive is a toothed rack (
- Embodiment 25:
- Brake system according to the
embodiment 16 , characterized in that a spring (9 ) the coupling link or the rack is pressurized.
- Brake system according to the
- Embodiment 26:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the control regulates a corresponding brake booster as a function of the movement and / or application of force to the brake pedal and / or the driving state and / or braking effect of an electrical machine.
- Embodiment 27:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the controller determines the brake pressure in the working chamber of the cylinder from the drive current of the drive.
- Embodiment 28:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments 1 to 16, characterized in that a pressure sensor is provided for determining the brake pressure in the working space of the cylinder.
- Embodiment 29:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the control and regulating device has a memory in which a characteristic diagram with various parameters for controlling the drive is stored.
- Embodiment 30:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the controller determines the piston position by means of at least one sensor, in particular an incremental encoder of the electric motor.
- Embodiment 31:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the drive moves the piston out of the cylinder so that it comes into mechanical contact with the brake pedal and exerts a force on the brake pedal.
- Embodiment 32:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the control for generating a rapid pressure reduction in the wheel brake generates a negative pressure by means of the associated piston by enlarging the working space before the respective valve is opened.
- Embodiment 33:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the control and regulating device energizes the electric motor of the drive device with approximately 120% of the previous blocking pressure in the control cycle before the respective valve is opened.
- Embodiment 34:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that fast energy stores are provided for storing electrical energy, in particular capacitors with a large capacity, for generating pulse currents.
- Embodiment 35:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that an additional drive adjusts the actuating device or the stop of the travel simulator in such a way that the actuating device is not mechanically connected to the piston in normal operation.
- Embodiment 36:
- Brake system according to
embodiment 35, characterized in that the additional drive acts on a travel simulator, with the additional drive moving the travel simulator back into the starting position during the pressure reduction when the locking pressure is low, so that the actuating device is not mechanically connected to the piston.
- Brake system according to
- Embodiment 37:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the control and regulating device pre-excites the valve to close it quickly, so that the valve closes immediately through a small increase in excitation.
- Embodiment 38:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the drive device has at least one piston rocker (
60 ,61 ), by means of which the piston can be adjusted.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the drive device has at least one piston rocker (
- Embodiment 39:
- Brake system according to
embodiment 38, characterized in that the piston rocker is a double-armed crank rocker (60 ,60a ) is.
- Brake system according to
- Embodiment 40:
- Brake system according to
38 or 39, characterized in that the transmission is an encapsulated transmission and is in particular embedded in the motor housing.embodiment
- Brake system according to
- Embodiment 41:
- Brake system according to one of the exemplary embodiments 1 to 37, characterized in that the piston is driven by means of a spindle drive arranged inside the rotor of an electric motor.
- Embodiment 42:
- Brake system according to
embodiment 41, characterized in that the rotor drives the piston via a nut which is axially displaceably mounted in the rotor, the nut being held in the axial position when the rotor rotates via a lever operated in particular by means of an electromagnet or centrifugal force, and in the event of failure of the electrical Drive the spindle together with the nut is axially displaceable in the rotor.
- Brake system according to
- Embodiment 43:
- Brake system according to
41 or 42, characterized in that the spindle is secured against rotation by means of two bearing pins outside the piston, which at the same time accommodate the piston return springs.embodiment
- Brake system according to
- Embodiment 44:
- Brake system according to one of the
exemplary embodiments 41 to 43, characterized in that a torsion spring resets the motor.
- Brake system according to one of the
- Embodiment 45:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that the brake system regulates a gain proportional to the pedal force, the brake system determining the pedal force on the piston.
- Embodiment 46:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a damping element, in particular in the form of a leaf spring, is arranged between the actuating device and the respective piston, the leaf spring in particular on the rocker (
26th ) is arranged, and that a force and / or displacement sensor for pedal force measurement is arranged on the rocker or the damping element.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a damping element, in particular in the form of a leaf spring, is arranged between the actuating device and the respective piston, the leaf spring in particular on the rocker (
- Embodiment 47:
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a duct opens the working space (
1' ) connects to the reservoir, in which a safety valve (80 ) is arranged, which opens in the event of a jammed piston and the working space (1' ) to reduce pressure in the working area with the reservoir (18th ) connects.
- Brake system according to one of the preceding exemplary embodiments, characterized in that a duct opens the working space (
- Embodiment 48:
- Brake system according to
embodiment 47, characterized in that the safety valve is a mechanical-hydraulic or an electromagnetic valve.
- Brake system according to
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| DE102005063689.6A DE102005063689B3 (en) | 2005-04-21 | 2005-04-21 | Brake system with an electric motor-driven piston-cylinder system |
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