Bremssystem für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit Radbremsen, mit einem Reservoir für Bremsflüssigkeit, einem Aktuator, einem Druckmodulator und einem Simulator, wobei das Bremssystem ein primäres Bremssystem mit dem Aktuator und dem Druckmodulator umfasst, an welchem zwei hydraulische Radbremsen hydraulisch angeschlossen sind, und wobei das Bremssystem ein trockenes sekundäres Bremssystem mit zwei weiteren Radbremsen umfasst, und wobei eine Steuer- und Regeleinheit zur Ansteuerung des primären Bremssystems vorgesehen ist.

Hydraulische Bremssysteme wirken hydraulisch auf zwei Kreise, diagonal oder in schwarz-weiß-Aufteilung. Bei einem Brake-by-wire-System übernimmt ein Aktuator diese Druckstellung. Der Fahrer tritt in einen Simulator ein, worauf eine Bremsdruckanforderung generiert wird, welche dann vom Aktuator umgesetzt wird. Der Bremsdruck an Vorder- und Hinterachse ist dabei äquivalent.

Aus der DE 10 2012 217 825 A1 ist eine kombinierte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordneten, durch jeweils einen elektromechanischen Aktuator betätigbaren Radbremsen sowie mit einer hydraulischen Bremsanlage für die Vorderachse des Fahrzeugs, welche einen mittels eines Bremspedals betätigbaren, einkreisigen Hauptbremszylinder und an diesen angeschlossene, der Vorderachse zugeordnete, hydraulisch betätigbare Radbremsen umfasst. Die hydraulische Bremsanlage für die Vorderachse ist als eine Brake-by-wire-Bremsanlage mit einer elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung ausgeführt.

Nachteilig bei bekannten Bremssystemen ist, dass die Verfügbarkeit des Bremssystems u.a. von der intakten Bremsleitung abhängt. Für die Erkennung von Fehlern am Bremssystem sind aufwändige Funktionen notwendig, welche Luft und Leckagen erkennen und den defekten Kreis isolieren. Eine erfolgreiche Fehlererkennung hat eine fehlerbedingte verminderte Bremsleistung zur Folge. Eine Redundanz ist hierbei nicht vorhanden, um den defekten Kreis zu kompensieren. Hydraulische Systeme haben weiterhin den Nachteil, dass die Installation von Leitungen und das Befüllen bei der Produktion aufwändig sind. Für die Produktion wird daher nach Lösungen gestrebt, um Flüssigkeiten zu vermeiden und Prozesse bzw. Arbeitsschritte zu reduzieren. Sowohl das Bremsen entlang der idealen Bremskraftverteilung als auch ein achsweises Blending für rekuperatives Bremsen ist mit aktuellen Systemen nicht ohne Effizienzverluste oder Komforteinbußen realisierbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges und robustes Bremssystem bereitzustellen. Insbesondere sollen bei geringerem Anteil hydraulischer Komponenten eine hohe Verfügbarkeit (hinsichtlich Erstfehlerausfälle des Gesamtsystems) dargestellt und zugleich die Komplexität hinsichtlich des hydraulischen Anteils des Systems reduziert werden. Weiterhin sollen mit Hilfe eines hybriden Systems die Vorteile von hydraulischen Systemen mit denen von elektromechanischen Systemen kombiniert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Steuer- und Regeleinheit sowohl das primäre Bremssystem als auch das sekundäre Bremssystem ansteuert. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Bremssystem möglichst zuverlässig und robust ausgelegt sein sollte und gleichzeitig gut in eine Fahrzeugumgebung integrierbar sein sollte. Wie nunmehr erkannt wurde, lassen sich diese Anforderungen erfüllen, indem das Brake-by-wire-System (das primäre Bremssystem bzw. Simulatorbremssystem) hydraulisch nur auf eine Achse, bevorzugt die Vorderachse, wirkt, wobei dessen Steuer- und Regeleinheit aber auch das sekundäre Bremssystem ansteuert. Dieses Teilsystem umfasst bevorzugt die Bremsbetätigungseinheit (Pedal & Hauptbremszylinder), den Hydraulikblock mit Steuer- und Regeleinheit (ECU), den Simulator und den Aktuator.

Das Brake-by-wire-System dient als primäres Bremssystem und wird als Master / Host für die Ansteuerung des sekundären Bremssystems verwendet. Das Gesamtsystem wird mit einer elektrischen Bremse für die Hinterachse kombiniert. Somit ist das Gesamtsystem zweikreisig und redundant ausgelegt.

Dass die Steuer- und Regeleinheit sowohl das primäre Bremssystem als auch das sekundäre Bremssystem ansteuert, bedeutet insbesondere, dass die Steuer- und Regeleinheit eine Bremsmomentforderung für das sekundäre Bremssystem erzeugt. Es bedeutet weiterhin insbesondere, dass die Bremsmomentanforderung direkt an die Radbremsen bzw. deren Aktuatoren des sekundären Bremssystems übermittelt wird.

Bevorzugt ist der Aktuator des primären Bremssystems ein elektrohydraulischer Aktuator. Besonders bevorzugt umfasst der Aktuator des primären Bremssystems eine elektrische ansteuerbare, hydraulische Druckquelle.

Bevorzugt umfasst das primäre Bremssystem einen Hauptbremszylinder, welcher mittels eines Bremspedals betätigbar ist.

Bevorzugt umfasst der Druckmodulator für jede der angeschlossenen hydraulischen Radbremsen zumindest ein elektrisch betätigbares Einlassventil, welches hydraulisch zwischen dem Aktuator des primären Bremssystems einerseits sowie der entsprechenden hydraulischen Radbremse andererseits angeordnet ist.

Bevorzugt umfasst der Druckmodulator für jede der angeschlossenen hydraulischen Radbremsen zumindest ein elektrisch betätigbares Einlassventil, welches hydraulisch zwischen dem Aktuator und dem Hauptbremszylinder des primären Bremssystems einerseits sowie der entsprechenden hydraulischen Radbremse andererseits angeordnet ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform werden das primäre Bremssystem und das sekundäre Bremssystem von einer gemeinsamen Energieversorgung gespeist. Da das Bremssystem ein Gesamtsystem mit einer gemeinsamem ECU bildet, müssen die Teilsysteme (primäres bzw. sekundäres Bremssystem) für die beiden Achsen keine getrennte / voneinander unabhängige Energieversorgung haben, sodass die Konstruktion und die Auslegung vereinfacht werden.

In einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist hydraulisch zwischen Simulator und Druckmodulator kein Simulatorventil geschaltet. Im Fehlerfall ist es möglich, eine ausreichende Verzögerung zu erreichen, ohne dass der Simulator abgeklemmt werden muss. Gängige Volumen für Vorderachssättel ermöglichen eine höhere Volumenaufnahme durch den Simulator bei gleichbleibender Kraft. Ein längerer Pedalweg ist dann hinnehmbar, da nur die Kraft als Grenze vorgegeben ist.

In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist hydraulisch zwischen Simulator und Druckmodulator ein Simulatorventil geschaltet. Ein Vorteil dieser Variante liegt beispielsweise im Fehlerfall vor. Wenn der Aktuator ausfällt und die Vorderachse nur noch unverstärkt hydraulisch durch den Fahrer betätigt werden kann, ist das Simulatorventil geschlossen. In diesem Fall kann der Fahrer das Volumen direkt in die Radbremse verschieben, ohne den Simulator zu befüllen, was in einem kürzeren Pedalweg bzw. besserem Ansprechverhalten im Fehlerfall resultiert. Es steht mehr Volumen zur Verfügung, welches in die Radbremse verschoben werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Raum zwischen Hauptbremszylinder, Simulator, und jeweiliger Radbremse besser abgetrennt kann und dadurch bessere Resultate bei der hydraulischen Überprüfung der Komponenten erzielt werden (Selbsttests; Luft/Leckage). Zwischen Aktuator des primären Bremssystems und Druckmodulator ist bevorzugt ein Druckschaltventil geschaltet. Mit Hilfe dieses Ventils kann der Aktuator zum Druckaufbau bedarfsweise mit dem Druckmodulator bzw. den Radbremsen verbunden werden.

Zwischen Hauptbremszylinder und Druckmodulator ist vorteilhafterweise ein Fahrertrennventil geschaltet ist, durch welches der Hauptbremszylinder von dem Druckmodulator bzw. den Radbremsen bedarfsgerecht hydraulisch getrennt bzw. mit ihnen verbunden werden kann. In der Normalbetriebsart Brake-by-wire wird der Hauptbremszylinder hydraulisch vom Druckmodulator getrennt, sodass der Fahrer Bremsflüssigkeit in den Simulator verschiebt. In einer Rückfallebene wird das Fahrertrennventil geöffnet, sodass der Fahrer durch Muskelkraft Bremsflüssigkeit in die Radbremsen verschieben kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Bremssystems sind die zwei hydraulischen Radbremsen als Vorderradbremsen ausgebildet. Das primäre hydraulische Bremssystem bremst somit auf der Vorderachse, sodass auch in der Rückfallebene noch vorne gebremst werden kann.

Der Druckmodulator umfasst vorteilhafterweise je angeschlossener hydraulischer Radbremse ein Einlassventil und ein Auslassventil. Auf diese Weise können in bekannter Weise radindividuelle Bremsdrücke eingestellt werden. Das Auslassventil ist besonders bevorzugt jeweils zwischen der entsprechenden hydraulischen Radbremse und dem Reservoir angeordnet. Das Auslassventil ist vorteilhafterweise elektrisch betätigbar ausgeführt.

Bevorzugt sind die Radbremsen des sekundären Bremssystems als elektromechanische Radbremsen ausgebildet. In weiteren bevorzugten Varianten sind die Radbremsen des sekundären Bremssystems elektrische Trommelbremsen, Radnabenmotoren, bzw. Elektromotoren, welche auf die Hinterachse wirken. Das hydraulische Primärsystem soll flexibel mit unterschiedlichen trocknen Systemen arbeiten können bzw. mit diesen zusammen im System integrierbar sein. Vorteilhafterweise ist der Aktuator als Linearaktuator mit einem Motor und einem darin gekoppelten Rotations-Translationsgetriebe ausgebildet. Das Rotations- Translationsgetriebe ist vorteilhafterweise als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet.

In einer weiteren Variante betrifft die Erfindung ein Bremssystem für Kraftfahrzeuge mit Radbremsen, mit einem Reservoir für Bremsflüssigkeit, einem Aktuator, einem Druckmodulator und einem Simulator, wobei das Bremssystem ein primäres Bremssystem mit dem Aktuator und dem Druckmodulator umfasst, an welchem zwei hydraulische Radbremsen hydraulisch angeschlossen sind, und wobei das Bremssystem ein trockenes sekundäres Bremssystem mit zwei weiteren Radbremsen umfasst, wobei eine Steuer- und Regeleinheit zur Ansteuerung des primären Bremssystems vorgesehen ist, wobei hydraulisch zwischen Simulator und Druckmodulator kein Simulatorventil geschaltet.

Vorteilhafterweise steuert die Steuer- und Regeleinheit sowohl das primäre Bremssystem als auch das sekundäre Bremssystem an.

Das primäre Bremssystem und das sekundäre Bremssystem werden vorteilhafterweise von einer gemeinsamen Energieversorgung gespeist.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass Ventile, welche für den zweiten Bremskreis notwendig sind, entfallen, wodurch eine Teilereduktion, eine Taktzeiterhöhung bei der Produktion und eine Kostenreduktion ermöglicht werden. Überwachungen und Prüfroutinen können vereinfacht werden. Durch weniger Komplexität des Bremssystems wird eine Kostenreduktion ermöglicht.

Das Bremssystem ist kombinierbar mir verschiedenen elektrischen Bremssystemen. Es ist nur ein Hauptzylinder notwendig anstelle eines Tandemhauptbremszylinders (THZ), das Simulatorventil kann bei geringer Volumenaufnahme der Vorderachse entfallen. Der Aktuator kann kleiner ausgelegt werden, da nur ein Kreis versorgt werden muss. Ein achsweises Blenden ist für rekuperationsfähige Fahrzeuge möglich. Bremsungen entlang der optimalen Bremskraftverteilung sind möglich.

Ein Diagnoseventil und auch ein Simulatorventil sind nicht notwendig. Der Wegfall der Ventile resultiert in Kostenvorteilen. Zudem wird dadurch die Komplexität des Systems reduziert, da die notwendigen Überwachungen vereinfacht werden sowie die hydraulischen Services und Selbsttest. Weiterhin resultiert daraus eine geringere Stromaufnahme des Systems.

Das Bremssystem weist eine Redundanz auf, da Vorder- und Hinterachse getrennt ansteuerbar sind. Im Fährbetrieb bietet das Bremsen entlang der optimalen Bremskraftverteilung Stabilitätsvorteile bis in den Grenzbereich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

FIG. 1 ein Bremssystem mit einem primären Bremssystem und einem sekundären Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform;

FIG. 2 ein primäres Bremssystem in einem ersten Betriebszustand;

FIG. 3 ein primäres Bremssystem in einem zweiten Betriebszustand;

FIG. 4 ein primäres Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform; und

FIG. 5 ein Bremssystem mit einem primären Bremssystem und einem sekundären Bremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein in FIG. 1 dargestelltes Bremssystem 2 dargestellt, welches ein primäres

Bremssystem 6 (PBS) und ein sekundäres Bremssystem 10 (SBS) umfasst. Das primäre Bremssystem 6 ist als hydraulisches Bremssystem mit zwei hydraulischen Radbremsen 14, 18 ausgebildet. Die beiden Radbremsen 14, 18 sind vorliegend Vorderradbremsen. Das sekundäre Bremssystem 10 ist als trockenes bzw. elektromechanisches Bremssystem mit zwei elektromechanischen Radbremsen 22, 26 ausgebildet. Die Radbremsen 22, 26 sind als elektromechanische Radbremsen (EMB) ausgebildet.

Das primäre Bremssystem 6 umfasst eine Steuer- und Regeleinheit 30, die aufgrund eines Bremswunsches bzw. einer Bremsanforderung 36 in den beiden hydraulischen Radbremsen 14, 18 Druck aufbaut (z.B. mittels eines elektrisch betätigbaren, hydraulischen Aktuators) und an das sekundäre Bremssystem 10 eine Bremsmomentanforderung 40 bzw. Verzögerungsanforderung übermittelt. Das primäre Bremssystem 6 steuert dabei den oder die Bremsaktuatoren der elektromechanischen Radbremsen 22, 26 des sekundären Bremssystems direkt an, sodass das sekundäre Bremssystem 10 keine weitere bzw. separate Steuer- und Regeleinheit aufweist.

In FIG. 2 ist das primäre Bremssystem 6 in einer ersten bevorzugten Ausführung im stromlosen Zustand dargestellt. Das primäre Bremssystem 6 ist als hydraulisches Bremssystem und insbesondere einkreisiges Simulatorbremssystem ausgebildet. Es umfasst eine Pedaleinheit 44 mit einem Bremspedal 46, ein Reservoir 48 für Bremsflüssigkeit und einen Hydraulikblock 52. Der Hydraulikblock 52 beinhaltet einen Hauptbremszylinder 56, einen Simulator 60 und (Linear-)Aktuator 64. Der Hauptbremszylinder 56 weist nur eine Druckkammer auf, da das primäre Bremssystem 6 nur einen hydraulischen Kreis umfasst.

Der Aktuator 64 weist einen Motor 66 auf, mit dessen Hilfe ein Druckkolben 68 in eine hydraulische Druckkammer 108 verschoben wird, sowie einen, insbesondere redundant ausgebildeten, Motorpositionssensor 80, der insbesondere als Drehwinkelsensor ausgebildet ist. Der Motor 66 ist als Elektromotor ausgebildet. Zur Übersetzung der rotatorischen Bewegung des Rotors des Motors in eine translatorische Bewegung des Druckkolbens 68 ist ein Rotations- Translationsgetriebe 76 vorgesehen, welches insbesondere als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet ist.

Weiterhin umfasst der Hydraulikblock 52 einen Druckmodulator 50 mit vier Radventilen, nämlich je Radbremse 14, 18 jeweils ein Einlassventil 70, 74 und ein Auslassventil 78, 82. Die Einlassventile 70, 74 sind dabei als stromlos offene Ventile und die Auslassventile 78, 82 als stromlos geschlossene Ventile ausgeführt.

Das primäre Bremssystem 6 weist weiterhin ein optionales, insbesondere stromlos geschlossenes Simulatorventil 86 auf, welches den Simulator 60 von dem Hauptbremszylinder 56 hydraulisch abtrennt und ein insbesondere stromlos offenes Fahrertrennventil 90, welches den Fahrer hydraulisch abtrennt, d. h. welches den vom Fahrer betätigten Hauptbremszylinder 56 hydraulisch von den Radbremsen 14, 18 abtrennt, sowie ein Druckschaltventil 94, welches den (Linear- )Aktuator 64 vom System, insbesondere von den Radbremsen 14, 18, hydraulisch abtrennt. Mit Hilfe eines Systemdrucksensors 100 wird der Systemdruck, d. h. der Druck in der Druckkammer 108 des Aktuators 64 oder der Hauptbremszylinderdruck gemessen. Mit Hilfe eines Simulatordrucksensors 104 wird der Druck in einer Druckkammer des Simulators 60 gemessen.

Die Pedaleinheit 44 weist einen, insbesondere redundant ausgebildeten Pedalsensor 110 auf, der als Pedalwegsensor ausgebildet ist. Mit Hilfe der Signale des Pedalsensors 110 und/oder des Simulatordrucksensors 104 bestimmt die Steuer- und Regeleinheit 30 einen Bremswunsch bzw. eine Bremsanforderung 36 und steuert entsprechend den Aktuator 64 mit einem dem Bremswunsch entsprechenden Sollbremsmoment an. Der Aktuator 64 baut aufgrund diese Bremswunsches aktiv Druck in den Radbremsen 14, 18 auf.

Die Steuer- und Regeleinheit 30 generiert weiterhin aus dem Bremswunsch bzw. der Bremsanforderung 36 die im Rahmen von FIG. 1 beschriebene Bremsmomentforderung 40. In FIG. 3 ist das primäre Bremssystem 6 gemäß FIG. 2 im bestromten Zustand dargestellt. Betätigt der Fahrer das Bremspedal 46, schließt die Steuer- und Regeleinheit 30 das Fahrertrennventil 90. Der Fahrer tritt durch das geöffnete Simulatorventil 86 Bremsflüssigkeit in den Simulator 60 ein. Eine resultierende Druckanforderung wird durch den Aktuator 64 umgesetzt, indem durch das geöffnete Druckschaltventil 94 Volumen in die jeweilige Radbremse 14, 18 eingebracht wird. Mit Hilfe der Signale des Pedalsensors 110 und/oder des Simulatordrucksensors 104 bestimmt die Steuer- und Regeleinheit 30 einen Bremswunsch bzw. eine Bremsanforderung 36 und steuert entsprechend den Aktuator 64 mit einem dem Bremswunsch entsprechenden Sollbremsmoment an. Der Aktuator 64 baut aufgrund dieses Bremswunsches aktiv Druck in den Radbremsen 14, 18 auf.

In FIG. 4 ist das primäre Bremssystem 6 in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform entfällt das Simulatorventil (Bezugszeichen 86 in den FIG. 2 und 3), da Volumen des Hauptbremszylinders (HZ) 56 für die Vorderachse bzw. die Radbremsen 14, 18 der Vorderachse ausreicht. Dies ist relevant ist das für eine hydraulische Rückfallebene (RFE). Tritt ein Fehler ein, welcher den Drucksteller (LAC) bzw. Aktuator 64 degradiert, muss der Fahrer das Fahrzeug über das Pedal 46 hydraulisch verzögern.

Die Vorderachse ist hydraulisch unverstärkt und muss konstruktiv so ausgelegt sein, dass mit einer Pedalkraft von F = 500 N eine Bremsleistung von 2,44 m/s ² erreicht werden kann. Das Flüssigkeitsvolumen im Hauptzylinder 56 reicht in der hydraulischen Rückfallebene aus, um sowohl den Simulator 60 als auch die Radbremsen 14, 18 an der Vorderachse mit dem für die vorgeschriebene Verzögerung notwendigen Volumen zu versorgen.

Beide Bremskreise bzw. gebremste Achsen bzw. das primäre Bremssystem 6 und das sekundäre Bremssystem 10 sind per Systemdefinition voneinander unabhängig. Das heißt, der Ausfall des Aktuators 64 hat auf die Bremsfähigkeit bzw. Verfügbarkeit der Hinterachse, die von dem sekundären Bremssystem 10 gebremst wird, keine Auswirkung. Die Verzögerungsanforderung 40 kann weiterhin gestellt und umgesetzt werden. Dies ist in FIG. 5 dargestellt, welche das Bremssystem 2 in einer Rückfallebene darstellt, in welcher der Aktuator 64 ausgefallen ist und der Fahrer hydraulisch durch Pedalbetätigung mit Muskelkraft bremst, sodass ein hydraulischer Druckaufbau 114 in den Radbremsen 14, 18 ohne den Aktuator 64 erfolgt. Die Funktionsweise des Bremssystems 2, dass die Steuer- und Regeleinheit 30 auch das sekundäre Bremssystem 10 ansteuert, erfolgt aber auch in der Rückfallebene.

Bezugszeichenliste

2 Bremssystem

6 primäres Bremssystem

10 sekundäres Bremssystem

14 Radbremse

18 Radbremse

22 Radbremse

26 Radbremse

30 Steuer- und Regeleinheit

36 Bremsanforderung

40 Bremsmomentforderung

44 Pedaleinheit

46 Bremspedal

48 Reservoir

50 Druckmodulator

52 Hydraulikblock

56 Hauptbremszylinder

60 Simulator

64 Aktuator

66 Motor

68 Druckkolben

70 Einlassventil

74 Einlassventil

76 Rotations-T ranslationsgetriebe

78 Auslassventil

80 Motorpositionssensor

82 Auslassventil

86 Simulatorventil

90 Fahrertrennventil

94 Druckschaltventil

100 Systemdrucksensor 104 Simulatordrucksensor

110 Pedalsensor

114 hydraulischer Druckaufbau