Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Bremsanlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die bei Kraftfahrzeugen heutzutage zunehmenden Anforderungen an ein modernes Bremssystem - z.B. für Antiblockiereinrich- tungen, Fahrstabilitatsregelungen, Antriebsschlupfsteuerungen oder Traktionskontrollen - machen radselektive Bremsenein¬ griffe erforderlich. Dies wird bisher mit konventionellen Bremssystemen realisiert, die um Hydropumpen und Magnetventi¬ leinheiten erweitert sind (DE-C 29 54 162) . Dabei ergeben sich jedoch Schwingungsprobleme in den Hydraulikleitungen und eine schwierige Ansteuerung der Druckmodulationseinheiten, d.h. der Magnetventile. Bedingt durch die Eigenschaften der Magnetventile, bei denen es sich um hochgradig nichtlineare Zweipunktglieder handelt, ist auch die Regelgüte bezüglich des Bremsdruckes begrenzt. Des weiteren erfordern solche

Bremsanlagen bei der Montage in dem Kraftfahrzeug einen er¬ heblichen Aufwand: Es müssen Bremsleitungen verlegt und ange¬ schlossen, die Bremsanlage mit Bremsflüssigkeit gefüllt und belüftet und die Dichtigkeit der Anlage überprüft werden. Auch während des Betriebs entsteht ein nicht unerheblicher

Wartungsaufwand, insbesondere im Hinblick auf die regelmäßige Erneuerung der Bremsflüssigkeit und deren umweltgerechter Entsorgung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage zu schaffen, die für jedes Rad des Kraftfahrzeugs als Fertigteil

geliefert und montiert werden kann, und für die nur ein ge¬ ringer Montage- und Wartungsaufwand erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bremsanlage nach Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Er¬ findung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Vorteile der Erfindung liegen unter anderem darin, daß nach der Montage eines als Baueinheit gelieferten Bremsaktua- tors an dem jeweiligen Radbremssattel nur noch elektrische Versorungs- und Steuerleitungen angeschlossen werden müssen. Dadurch daß der Aktuator eine hydraulische Übersetzung ent¬ hält, sind die Leistungsanforderungen an das Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors und an die Baugröße und das Ge- wicht der mechanischen Teile des Aktuators gering. Auch die Typenvielfalt wird dadurch verringert und damit die Lagerhal¬ tung vereinfacht. Dadurch daß er einen gekapselt Bremsflüs¬ sigkeits-Ausgleichsbehälter aufweist und daß der hydraulische Antrieb in den Aktuator integriert ist, wird die Bremsflüs- sigkeit weitgehend von Umwelteinflüssen ferngehalten. Damit wird eine beachtliche Erhöhung der Lebensdauer (bis zu der Gesamtlebensdauer des Kraftfahrzeugs) oder zumindest eine deutliche Verlängerung der Wartungsintervalle ermöglicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an¬ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Bremsanlage und Figur 2: eine Schnittdarstellung eines in der Bremsanlage nach Figur 1 verwendeten Bremsaktuators.

Eine Bremsanlage 1 (Figur 1) für Kraftfahrzeuge mit vier Rä¬ dern (das hier nicht weiter dargestellt ist) enthält vier Bremsen 2, die je eine Bremsscheibe 3 und einen Radbremsak- tuator 4 - im folgenden auch als Aktuatoren bezeichnet -, einschließen. Die Radbremsaktuatoren 4 sind in je einen zuge¬ hörigen Bremssattel 5 integriert, d.h. mit ihm zu einer Bau¬ einheit zusammengefaßt. Die Bremssattel 5 sind als Schwimm¬ sattel ausgebildet. Über Bremsbeläge 6 wird bei Betätigung des Aktuators 4 ein Bremsmoment auf die Bremsscheibe 3 ausge- übt. .

Jeder Aktuator 4 verfügt über eine Leistungselektronik 8, die von einem zugehörigen Steuergerät 9 mit Steuersignalen, zum Beispiel für das Sollmoment für einen noch zu beschreibenden Aktuatormotor, versorgt wird und an das Steuergerät 9 Rück- meldegrδßen, zum über Beispiel das Istmoment des Aktuatormo- tors, übermittelt.

Die Leistungselektronik 8 erhält von dem Aktuator 4 ebenfalls Rückmeldegrößen, zum Beispiel über die Motordrehzahl, den Hy¬ draulikdruck des Aktuators 4 oder die Anpreßkraft der Brem¬ sen. Die Sollgrößen für jeden Aktuator werden von den Steuer¬ einheiten aus Meßgrößen ermittelt, die von verschiedenen Sen¬ soren geliefert werden, zum Beispiel einem Kraftsensor 10 und einem Wegsensor 12, mit denen ein Pedalkraftsimulator 13 ver¬ sehen ist, der durch das Bremspedal 14 des Kraftfahrzeugs be¬ tätigt wird. Der Pedalkraftsimulator 13 setzt die Bewegung des Bremspedals 14, d.h. die von dem Fahrer wie gewohnt aus¬ geübte Kraft und den Pedalweg in elektrische Signale um, die dem Steuergerät 8 zugeführt und Sollwerte für die Bremsen 2, insbesondere für die Verzögerungszeit und das auf die Brems-

Scheiben aufzubringende Dreh- oder Bremsmoment darstellen. Aus Sicherheitsgründen ist der Pedalkraftsimulator 13 mit je zwei Sensoren 10 und 12 ausgerüstet.

Bei einer Ausrüstung mit einem Weg- und einem Kraftsensor ist bereits eine gewisse Redundanz gegeben, da die Steuergeräte so ausgelegt sind, daß sie bereits aus einer Sensorgröße (Pedalkraft oder Pedalweg) die Sollwerte für das Bremsdrehmo- moment ermitteln können. Die gleiche Sicherheit wird auch durch Ausrüstung des Pedalkraftsimulators mit zwei gleichen Sensoren erreicht (also zwei Wegsensoren oder zwei Kraftsen¬ soren) . Die hier beschriebene Ausführung mit je zwei Senso¬ ren für die Pedalkraft und den Pedalweg ergibt somit eine vierfache Redundanz.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, weist die Bremsanlage 1 zwei Bremskreise 16 und 17 mit je einem Steuergerät 9 auf, die auf die Vorderachse und die Hinterachse aufgeteilt sind. Eine ge¬ nau so gut mögliche Diagonalbremskreisaufteilung unterschei- det sich hiervon nur durch eine veränderte Zuordnung der Rad¬ bremseinheiten zu den Steuergeräten und Energieversorgungen. Jeder Bremskreis 16, 17 verfügt über ein eigenes Steuergerät 9 und eine eigene Energieversorgung in Form einer Batterie Bat. 1 bzw. Bat. 2. Die Energieversorgungen und die Steuer- einheiten können dabei jeweils in einem Gehäuse untergebracht werden, müssen dann aber funktionell voneinander getrennt sein.

Versorgungsleitungen sind in der Figur 1 dick eingezeichnet und nicht mit Pfeilen versehen, Steuerleitungen sind dünn

eingezeichnet und mit Pfeilen entsprechend der Signalflu߬ richtung versehen.

Die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Steuergeräte 9 können über eine bidirektionale Signalleitung miteinander kommunizieren und dadurch den Ausfall eines Bremskreises 16 oder 17 in dem jeweils anderen Bremskreis erkennen und gfs geeignete Notmaßnahmen zu ergreifen. Die Bremsanlage kann auch um ein drittes - hier nicht dargestelltes - Steuergerät, das als Supervisor die beiden Bremskreissteuergeräte über¬ wacht, ergänzt werden.

Der wie bereits erwähnt wird direkt am Bremssattel montierte Bremsaktuator 4 (Figur 2) wird durch einen kommutatorlosen Elektromotor 20, der zum Beispiel als Asynchronmaschine oder elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ausgeführt ist, durch ein Spindelgetriebe in eine lineare Axialbewegung ver¬ setzt.

Der Läufer des Elektromotors bildet eine Spindelmutter 22 bildet, auf der auch Läufermagnete 23 angebracht sind. Deren Drehbewegung wird durch das Spindelgetriebe (das als Plane¬ tenrollengetriebe, Kugelspindeltrieb, Trapezgewindetrieb o.a. ausgeführt ist) in die Translationsbewegung einer Spindel 24, deren eines Ende als Arbeits- oder Hydraulikkolben 25 ausge¬ staltet ist, umgesetzt.

Die Kraft des Arbeitskolbens 25 wird durch eine hydraulische Übersetzung zwischen dem Arbeitskolben und einem Druck- oder Radbremszylinderkolben 26 auf der Radbremszylinderseite ver¬ vielfacht und drückt den Druckkolben 26 mit den Bremsbelägen

6 (vgl. Figur 1) an die Bremsscheibe 3 an. Zum Ausgleich des Belagverschleißes dient ein Nachfüllbehälter 27, der mit ei¬ nem Faltenbalg 28 gekapselt und über eine Nachlaufbohrung 29 mit einem Arbeitszylinder 30 verbunden ist, in dem sich der Arbeitskolben 25 bewegt. Für den Druckausgleich des Nachfüll¬ behälters 27 mit der Atmosphäre ist eine Belüftungsbohrung 32 vorgesehen.

Der Durchmesser des Arbeitszylinders 30 ist kleiner als der Durchmesser eines Druckzylinders 33, in dem sich der Rad¬ bremszylinderkolben 26 bewegt und aus dem Verhältnis dieser beiden Zylinder ergibt sich die erwähnte Hydraulikverstärkung des Bremsaktuators 4.

Mit dem vorstehend erläuterten Radbremsaktuator 4 ist es mög¬ lich, mit dem Drehmoment des Elektromotors 20 das Bremsmo¬ ments am jeweiligen Rad kontinuierlich zu steuern. Der Fahr¬ zeughersteller kann die gesamte Bremseinrichtung für ein Rad als Fertigteil beziehen und braucht nur noch die elektrischen Versorgungs- und Steuerleitungen anzuschließen. Die zur

Steuerung des Motors erforderliche Leistungselektronik 3 läßt sich am Aktuator 4 selbst unterbringen. Der Aktuator 4 ver¬ ringert mit Hilfe der hydraulischen Übersetzung die Lei¬ stungsanforderungen an das Motordrehmoment und auch die Bau- große und Gewicht des Spindeltriebs 22, 24, sowie den Aufwand für die Lagerhaltung. Durch die Kapselung des Nachfüllbehäl¬ ters 27 und die Integrierung der Hydraulikeinheit 26, 26, 30 und 33 in den Aktuator 4 wird die Bremsflüssigkeit weitgehend von Umwelteinflüssen ferngehalten.