Fahrzeugbremsanlage für Kraftfahrzeuge und Verfahren zu deren Betrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugbremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einem hydraulischen Bremssystem, das einen pedalbetätigbaren, hydraulischen Druckgeber mit drucklosem Druckmittelvorratsbehälter und nachgeschaltetem Hauptzylinder aufweist und in zwei Bremskreise unterteilt ist, wobei der erste Bremskreis auf eine erste Achse des Kraftfahrzeugs wirkt und eine fremdansteuerbare, hydraulischen Pumpe, ein Trennventil, ein elektrisches Umschaltventil und mit Ein- und Auslassventilen versehene hydraulisch betätigbare Radbremsen aufweist, während der zweite Bremskreis auf eine zweite Achse des Kraftfahrzeugs wirkt und eine fremdansteuerbare, hydraulischen Pumpe, ein Trennventil und mit Ein- und Auslassventilen versehene hydraulisch betätigbare Radbremsen aufweist, wobei die Räder der zweiten Fahrzeugachse zumindest zeitweise von einem Elektromotor angetrieben werden, der zur Rekuperation von Bremsenergie als Generator betreibbar ist und im Generatorbetrieb eine Bremskraft an den Rädern der zweiten Fahrzeugachse bewirkt, und wobei ein Pedalsensor den Fahrerbremswunsch ermittelt und einer Steuer- und Regeleinheit zuführt. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Fahrzeugbremsanlage.

In Kraftfahrzeugen können so genannte regenerative Bremsanlagen zum Einsatz kommen, die zum einen aus einem Elektromotor im Generatorbetrieb und andererseits aus einem hydraulischen Bremssystem mit Reibungsbremsen gebildet werden. Der Zweck derartiger Bremssysteme bei Kraftfahrzeugen besteht darin, zumindest einen Teil der beim Bremsen zurück gewonnenen Energie im Fahrzeug zu speichern und für den Antrieb des Fahrzeuges wieder zu verwenden. Dadurch kann der Energieverbrauch des Fahrzeuges insgesamt gesenkt, der Wirkungsgrad erhöht und der Betrieb damit wirtschaftlicher gestaltet werden.

Dabei wird jeweils ein Paar hydraulischer Reibungsbremsen für die Abbremsung der Vorderachs-Räder der Hinterachs- Räder, wie sie aus gewöhnlichen Kraftfahrzeugen bekannt sind, und Elektromotor eingesetzt, der als Generator betreibbar ist. über den sich im Generatorbetrieb befindlichen Elektromotor wird zumindest ein Teil der gesamten Bremskraft aufgebracht. Die gewonnene elektrische Energie wird in ein Speichermedium wie beispielsweise eine Bordbatterie ein- bzw. zurückgespeist und für den Antrieb des Kraftfahrzeuges über einen geeigneten Antrieb wieder verwendet. Diese Bremskraft des Elektromotors entsteht aus dem bekannten Effekt bei Elektromotoren, die bei mechanischem Antreiben ohne Zuführung von elektrischem Strom als Dynamo bzw. Generator wirken und elektrischen Strom generieren. Dabei entsteht eine Gegenkraft, die dem mechanischen Antrieb entgegenwirkt und im vorliegenden Fall als Bremskraft wirkt. Der als Generator betriebene Elektromotor wirkt daher als Bremse. Die gesamte Bremskraft des Kraftfahrzeugs setzt sich daher aus der Bremskraft der hydraulisch betätigbaren Radbremsen, der Bremskraft der elektromechanisch betätigbaren Radbremsen und der Bremskraft des als Generator wirkenden Elektromotors zusammen.

Es ist bekannt, dass bei derartigen Bremsanlagen die hydraulische Verbindung zwischen dem Bremspedal und den Reibungsbremsen zeitweise getrennt oder zumindest reduziert werden muss, um die mögliche Verzögerungsleistung des E- lektromotors im Generatorbetrieb effizient zu nutzen und somit die zurück gewonnene Energie zu speichern.

Zu diesem Zweck ist aus der WO 2004/101308 Al ein Verfahren bekannt, bei dem das hydraulische Druckmittel während einer rekuperativen Bremsung mit Hilfe des Elektromotors in einen Druckspeicher abgeleitet wird. Dieses abgeleitete Druckmittelvolumen entspricht genau dem Druckmittelvolumen, mit dem andernfalls die Reibungsbremsen beaufschlagt würden. Diese Maßnahme empfindet der Fahrzeugführer am Bremspedal allerdings als „Durchsacken" des Bremspedals, was als weniger vorteilhaft anzusehen ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugbremsanlage der eingangs genannten Gattung darzustellen, die kostengünstig aufgebaut ist und eine Rekuperation von Bremsenergie zuverlässig ermöglicht ohne dabei Nachteile bei einer Bremskraftregelung aufzuweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Saugseite der hydraulischen Pumpe des zweiten Bremskreises ohne Zwischenschaltung eines hydraulischen Ventils direkt mit dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter verbunden ist, sodass ein Fördern von Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter in die Radbremsen des zweiten Bremskreises durchführbar ist. Durch diese Maßnahme kann zur Unterstützung des Elektromotors im Generatorbetrieb Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter nachgesaugt werden und in die Reibungsbremsen eingesteuert werden. Die Erfindung geht dabei von der überlegung aus, dass ein hoher Bremskom-

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fort insbesondere dadurch erreicht werden kann, dass bedarfsgerechtes Zu- und Abschalten der Reibungsbremsen an der Hinterachse auf einfach Weise ermöglicht wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung werden die Ausgangssignale des im zweiten Bremskreis zur Bremskraftregelung notwendigen Drucksensors zur Leckagenüberwachung ausgewertet .

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der Hauptzylinder derart ausgebildet ist, dass ein verlängerter Leerweg bei der Betätigung durch den Fahrzeugführer erzielt wird, um eine Simulatorwirkung während des Betreibens des Elektromotors im Generatorbetrieb zu erzielen .

Die Auslassventile sind im zweiten Bremskreis als stromlos geschlossene, analog regelbare Ventile ausgebildet. Durch diese Maßnahme ist ein möglichst homogenes Verzögerungsverhalten erreichbar, da die Druckreduzierung stufenlos regelbar ist.

Die vorliegende Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass nach der Erkennung eines Fahrerbremswunsches folgende Verfahrensschritte durchgeführt werden:

• Schließen des dem zweiten Bremskreis zugeordneten Trennventils ;

• Betreiben des Elektromotors im Generatorbetrieb;

• Fördern von Druckmittel mittels der hydraulischen Pumpe aus dem Druckmittelvorratsbehälter in die Radbremsen des zweiten Bremskreises.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Fördern von Druckmittel aus dem

Druckmittelvorratsbehälter in die Radbremsen des zweiten Bremskreises nach Maßgabe des Fahrerbremswunschs erfolgt, der mit Hilfe des Pedalsensors ermittelt wird.

Der durch das Fördern von Druckmittel in die Radbremsen des zweiten Bremskreises eingesteuerte Druck wird von einem Drucksensor ermittelt, sodass eine Druckregelung durchführbar ist.

Die Ausgangssignale des im zweiten Bremskreis angeordneten Drucksensors werden dahingehend ausgewertet, dass eine Leckage im zweiten Bremskreis ermittelbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen schematisch dargestellten Schaltplan einer Fahrzeugbremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einem hydraulischen Bremssystem und einem E- lektromotor für rekuperative Bremsungen zeigt.

Ein Schaltplan der Fahrzeugbremsanlage ist in Fig. 1 dargestellt. Die Fahrzeugbremsanlage weist einerseits hydraulisch betätigbare Radbremsen 1, 2 und andererseits einen Elektromotor 16 auf, der im Generatorbetrieb eine Bremskraft erzeugt. Der Elektromotor 16 dient außerhalb des Generatorbetriebs als Antrieb des Kraftfahrzeugs. Die hydraulisch betätigbaren Radbremsen 1, 2 sind in zwei Bremskreise I, II unterteilt, wobei die Radbremsen 1 im ersten Bremskreis I angeordnet sind und auf die Räder an einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs, der Vorderachse, wirken, während die Radbremsen 2 des zweiten Bremskreises II auf die Räder an einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs, der Hinterachse, wirken. Die Radbremsen 1, 2 werden mit Hilfe eines pedalbetätigten Druckgebers, der als Vakuum-Bremskraftverstärker 4 ausgebildet ist und dem ein Hauptzylinder 5 mit drucklosem

Druckmittelvorratsbehälter 9 nachgeschaltet ist, mit hydraulischem Druckmittel beaufschlagt. Zur Beaufschlagung der Radbremsen 1, 2 mit einem hydraulischen Druck sind die nicht dargestellten Druckräume der Radbremsen 1, 2 unter Zwischenschaltung von Einlassventilen 7, 17 jeweils über eine Hydraulikleitung 13, 15 mit dem Hauptzylinder 5 verbunden. Bei einem Druckabbau wird das eingesteuerte Druckmittel im ersten Bremskreis I der Vorderachse über Auslassventile 8 in einen Niederdruckspeicher 23 abgelassen. Im zweiten Bremskreis erfolgt eine Druckreduzierung über die Auslassventile 18 und die Druckmittelleitung 6 in einen drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 9. Die stromlos geschlossenen Auslassventile 18 im zweiten Bremskreis II sind als analog regelbare Ventile ausgebildet. Dadurch ist ein möglichst homogenes Verzögerungsverhalten erreichbar, da die Druckreduzierung stufenlos regelbar ist.

Zur Ermittlung des eingesteuerten hydraulischen Drucks und zur Durchführung von Regelvorgängen, wie etwa Blockierschutzregelungen, sind mehrere Drucksensoren 10, 12 vorgesehen, deren Ausgangssignale einer zentralen Steuer- und Regeleinheit 14 zugeführt werden.

Ausgehend vom pedalbetätigbaren Druckgeber 4 mit nachgeschaltetem Hauptbremszylinder 5 sind stromabwärts dem ersten Bremskreis I der Vorderachse ein Trennventil 19 und ein elektrisches Umschaltventil 20 zugeordnet. Das Trennventil 19 ist ein analog regelbares stromlos offenes SO-Ventil und wird für alle Regelungen während eines aktiven Druckaufbaus durch die hydraulische Pumpe 22 benötigt. Das Trennventil 19 wird in diesen aktiven Druckaufbauphasen geschlossen, damit der Druckaufbau nicht in den Hauptbremszylinder 5 eingesteuert wird. Das elektrische Umschaltventil 20 - kurz auch EUV genannt - ist ein stromlos geschlossenes SG- Ventil, das eine Verbindung zwischen dem Hauptzylinder 5

und der Saugseite der Pumpe 22 herstellt oder unterbricht. Im angesteuerten Zustand ist das elektrische Umschaltventil 20 offen und die Pumpe 22 kann Druckmittel über den Hauptzylinder 5 aus dem Druckmittelvorratsbehälter 9 ansaugen und beispielsweise für eine Antriebsschlupfregelung zur Verfügung stellen.

Dem hier beschriebenen System liegt der Grundgedanke zugrunde, dass ein prinzipiell bekanntes Bremsregelsystem so modifiziert wird, dass die Möglichkeit einer Druckmit- telansaugung der hydraulischen Pumpe 24 des zweiten Bremskreises II aus dem Druckmittelvorratsbehälter 9 gegeben ist. Im Normalbremsfall wird das Trennventil 21 geschlossen. Der Druck im zu regelnden Bremskreis II wird in diesem Fall autonom durch die hydraulische Pumpe erzeugt.

Der zweite Bremskreis II an der Hinterachse weist deshalb ausgehend vom pedalbetätigbaren Druckgeber 4 mit nachgeschaltetem Hauptbremszylinder 5 stromabwärts ein modifiziertes Trennventil 21 auf, das kein zusätzliches Rückschlagventil aufweist. Sobald der Fahrzeugführer das Bremspedal 3 betätigt, was mit Hilfe des Pedalsensors 11 ermittelbar ist, wird das Trennventil geschlossen und der zweite Bremskreis II übernimmt die Bremskraftregelung an der Hinterachse autonom. Da der Elektromotor 16 im Generatorbetrieb das erforderliche Bremsmoment in manchen Situationen nur teilweise aufbringen kann, wird das zusätzlich notwendige Bremsmoment von der hydraulischen Pumpe 24 erzeugt. Zu diesem Zweck ist die Saugseite der hydraulischen Pumpe 24 ohne Zwischenschaltung eines hydraulischen Ventils direkt mit dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 9 verbunden. Dadurch kann die Pumpe 24 Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter 9 ansaugen und in die Radbremsen 2 fördern. Zur stufenlos regelbaren Druckerhöhung und -reduzierung in den Radbremsen

2 sind die Einlass- und die Auslassventile 17, 18 als analog regelbare A/D-Ventile ausgebildet. Außerdem ist im Druckbereich der Pumpe 24 ein zusätzlicher Drucksensor 10 im zweiten Bremskreis II vorgesehen, damit der in die Radbremsen 2 des zweiten Bremskreises II eingesteuerte Druck in Einklang mit dem Fahrerwunsch und dem hydraulischen Druck im ersten Bremskreis I steht. Der Fahrerwunsch bzw. der Druck im ersten Bremskreis I wird mit Hilfe des Drucksensors 12 am Hauptzylinder 5 ermittelt. Der eben erwähnte zusätzliche Drucksensor 10 im zweiten Bremskreis ist zudem zur Leckagenüberwachung im zweiten Bremskreis II vorgesehen.

Durch den beschriebenen Aufbau des zweiten Bremskreises II kann die Bremskraft unabhängig vom Fahrervordruck zwischen dem rekuperativen Bremsaggregats in Form des Elektromotors 16 im Generatorbetrieb und den Radbremse 2 verteilt werden. Außerdem kann im zweiten Bremskreis II auf einen üblicherweise vorhandenen Niederdruckspeicher verzichtet werden, da der Druckabbau in den drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 9 gegen Atmosphärendruck erfolgt. Das üblicherweise zum Nachsaugen aus dem Hauptzylinder 5 benötigte Saugventil kann ebenfalls entfallen, da die Pumpe 24 direkt mit dem Druckmittelvorratsbehälter 9 verbunden ist.

Das vorliegende Verfahren sieht nun folgendes vor: Wenn der Fahrzeugführer das Bremspedal 3 betätigt und somit einen Bremswunsch generiert, wird dieser durch den Pedalsensor 11 sensierte Bremswunsch an die Steuer- und Regeleinheit 14 übermittelt. Anschließend wird das Trennventil 21 geschlossen und der zweite Bremskreis II vom Hauptzylinder 5 getrennt. Der Elektromotor 16 wird im Generatorbetrieb betrieben, sodass die Bremsenergie des Kraftfahrzeugs zurück gewonnen wird. Damit bei einem vergleichsweise geringen Fahrerbremswunsch keine Bremsenergie durch die

Reibung der Radbremsen 1 des ersten Bremskreises I in Wärme umgesetzt wird und der Rekuperation nicht mehr zur Verfügung steht, ist der Hauptzylinder 5 mit einem verlängerten Leerweg ausgestattet. Dieser verlängerte Leerweg sorgt einerseits dafür, dass wie eben beschrieben keine Bremsenergie, die zurück gewonnen werden könnte in Reibungswärme umgesetzt wird und andererseits wird mit Hilfe des verlängerten Leerwegs eine Simulatorwirkung erzielt, um dem Fahrzeugführer ein gleich bleibendes, angenehmes Pedalgefühl zu vermitteln. Sofern das durch den Elektromotor 16 im Generatorbetrieb erzeugte Bremsmoment nicht ausreicht, d.h. kleiner ist als vom Fahrzeugführer gefordert, saugt die Pumpe 24 Druckmittel aus dem Druckmittelvorratsbehälter an und fördert es in die Radbremsen 2. Gleichzeitig ist der verlängerte Leerweg des Hauptzylinders 5 in dieser Situation des größeren Fahrerbremswunsches vom Fahrzeugführer übertreten und es wird hydraulisches Druckmittel über die geöffneten Einlassventile 7 in die Radbremsen 1 des ersten Bremskreises eingesteuert.

Sinkt die Druckanforderung an die Radbremsen 2 des zweiten Bremskreises II ab, entweder weil das nutzbare Generatorbremsmoment ansteigt oder weil sich der Fahrerbremswunsch reduziert, wird Druckmittel aus den Radbremsen 2 über die Auslassventile 18 in den Druckmittelvorratsbehälter abgelassen und der zuvor eingesteuerte Druck in den Radbremsen 2 reduziert. Um ein möglichst homogenes Druckabbauverhalten zu erreichen, werden wie bereits erwähnt Ventile eingesetzt, die analog den Druck reduzieren können.

Steigt die Anforderung, ein größeres Bremsmoment mittels der Radbremsen 2 zur Verfügung zu stellen anschließend wieder an, wird wie vorhin beschrieben wiederum Druckmittel

aus dem Druckmittelvorratsbehälter 9 angesaugt und in die Radbremsen 2 gefördert. Entsprechend werden dann bei einem erneuten Absinken des notwendigen Bremsmoments der hydraulischen Radbremsen 2 wieder die Auslassventile 18 geöffnet und der eingesteuerte Druck in den Druckmittelvorratsbehälter abgelassen. Beendet der Fahrzeugführer einen Bremsvorgang, so wird dies mit Hilfe des Pedalsensors 11 ermittelt und alle bestromten Ventile werden wieder stromlos geschaltet.

Vorteilhaft ist bei dem beschriebenen System eine besonders zuverlässige Rückfallebene: Sollte ein Fehler erkannt sein, der eine sichere Regelung des zweiten Bremskreises II verhindert, weil beispielsweise die Ventile 17, 18, 21 nicht schaltbar sind oder die Pumpe 24 nicht ansteuerbar ist, so kann der Fahrzeugführer wie gewohnt bremsen, da der zu regelnde zweite Bremskreis II nicht mehr vom Hauptzylinder 5 getrennt wird. Der Fahrzeugführer hat in diesem Fall lediglich einen leicht verlängerten Pedalweg.

Bezugszeichenliste

1 hydraulisch betätigbare Radbremsen

2 hydraulisch betätigbare Radbremsen

3 Bremspedal

4 BremskraftVerstärker

5 Hauptzylinder

6 hydraulische Leitung

7 Einlassventile

8 Auslassventile

9 Druckmittelvorratsbehälter

10 Drucksensor

11 Pedalsensor

12 Drucksensor

13 hydraulische Leitung

14 Steuer- und Regeleinheit

15 hydraulische Leitung

16 Elektromotor

17 Einlassventile

18 Auslassventile

19 Trennventil

20 elektrisches Umschaltventil

21 Trennventil

22 hydraulische Pumpe

23 Niederdruckspeieher

24 hydraulische Pumpe