Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem für ein Fahrzeug, wobei das Bremssystem zumindest eine Ventilanordnung sowie einen Vorratsbehälter für Hydraulikflüssigkeit bzw. Bremsflüssigkeit aufweist, wobei in der Ventilanordnung mindestens ein Ventil zur Bremsdrucksteuerung angeordnet ist.

Derartige Bremssysteme sind hinlänglich bekannt. Sie können über einen Hauptbremszylinder, dessen Kolben über das Bremspedal verstellbar ist oder aber auch über ein elektronisches Pedal, das sogenannte E-Pedal verfügen, wobei mit dem Bremspedal bzw. dem E-Pedal die Bremse steuerbar ist.

Sofern das Bremssystem einen Hauptbremszylinder aufweist, so weist dieser ein Kolben-Zylinder-System mit mindestens einem ersten in einem Zylinder verschieblich gelagerten Kolben auf, wobei der Kolben mittels des Bremspedals verstellbar ist und wobei der Kolben einen ersten Arbeitsraum begrenzt, und mittels des Bremspedals ein Druck in dem Arbeitsraum aufbaubar ist.

Zukünftige Bremssysteme werden voraussichtlich wie folgt ausgebildet sein: es können Drive-by-wire-Systeme mit Pedalwegsimulator sein; sie können mindestens eine elektromotorisch angetriebene Druckversorgung (DV) aufweisen; sofern sie einen Hauptbremszylinder aufweisen, so wird dieser vorwiegend als Single-Hauptzylinder anstelle eines Tandemhauptzylinders ausgebildet sein; es wird spezielle Regelventile für die ABS-Funktion aufweisen; es wir mindestens ein Trennventil zur hydraulischen Trennung von Hauptbremszylinder und Bremskreis(-en) und/oder ein Trennventil zur hydraulischen Trennung von Bremskreis und Druckversorgung aufweisen.

Zukünftige Bremssysteme müssen hinsichtlich

Bauvolumen

Kosten

Sicherheit bei Ausfall einer Komponente

Gewicht

Modularität für verschiedene Systeme und Anforderungen der Sicherheitsklassen 2-5 nach VDA oder SAE optimiert werden.

Integrierte Bremssysteme, welche in der Fachwelt auch als 1 Box bezeichnet werden, sind z.B. aus DE 10 2018 212 905 (eine Druckversorgung), und DE 10 2018 009 370 (mit E-Pedal, zwei Druckversorgungen und L3-Anforderung) bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gattungsgemäße Bremssysteme insbesondere mit Single-Hauptzylinder hinsichtlich ihres Bauvolumens, Gewichts, ihrer Kosten, und/oder Sicherheit gegen Ausfall zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch mindestens eine der nachfolgend aufgelisteten Maßnahmen vorteilhaft gelöst, welche einzeln oder in Kombination miteinander realisiert sein können:

1. Mechanische Auslegung des Hauptbremszylinders lediglich auf die Anforderungen der Rückfallebene, d.h. bis zu einem maximalen Druck, der wesentlich kleiner ist als 250 bar, insbesondere auf einem Maximaldruck Pmax von 60 bis 85 bar, bevorzugt auf maximal 70bar, wobei mittels geeigneter Sicherheitsmechanismen sichergestellt ist, dass dieser Druck auch bei wirken von hohen Fußkräften nicht überschritten wird; Ergänzen eines Hauptbremszylinders, welcher nach Punkt 1. ausgelegt und dimensioniert ist, um eine hydraulische Zusatzkammer, welche für größere Hydraulikdrücke ausgelegt und dimensioniert ist, wobei nur in dieser Zusatzkammer mittels der auf das Bremspedal wirkenden Fußkraft höhere Drücke erzeugbar sind, als der Maximaldruck P max; Ergänzen des gemäß Punkt 1. oder Punkt 2. ausgebildeten Bremssystems um eine zweite Druckversorgung; Ergänzen des gemäß der vorherigen Punkt 1.-3. Ausgebildeten Bremssystems um einen Wegsimulator, welcher im oder am Gehäuse des Hauptbremszylinders oder an oder zumindest teilweise in der Ventileinheit angebaut bzw. integriert ist; Ein modular aufgebautes Bremssystem mit einem E-Pedal, welches separat von der Ventileinheit angeordnet ist, wobei das E-Pedal mit oder ohne Wegsimulator ausgebildet ist, insbesondere der Wegsimulator einen Wegsimulatorkolben aufweisen kann; wie 5. gleiche Pedalsensorik für E-Pedal und SHZ-k Vorsehen eines Kraftwegelementes, wie es aus WO/2012/059175 vorbekannt ist, in Kombination zumindest mit einem Bremssystem gemäß Punkt 1.; Vorsehen einer Ventilanordnung mit der das Bremssystem ohne einen Wegsimulator mit Kolben-Zylinder-Einheit auskommt; Einem Bremssystem mit Ventilen für die ABS-Funktion, mit einem Single-Hauptbremszylinder und hoher Ausfallsicherheit, da die einzelnen Radbremskreise auch bei bestimmten Fehlern weiterbetrieben werden;

10. Einem Bremssystem, bei dem mindestens ein Auslassventil für die ABS-Funktion vorgesehen ist bzw. sind, wobei die Anzahl der Auslassventile kleiner ist als die Anzahl der Radbremsen;

11. Bremssystem mit einem Kreistrennventil zur Trennung zweier Bremskreise BK1 und BK2 im Fehlerfall, so dass bei Ausfall eines Bremskreises der andere noch weiter funktionstüchtig ist;

12. Ausbildung des Gehäuses des Hauptbremszylinders, insbesondere in Form eines Single-Hauptbremszylinders, aus Druckguss oder Kunststoff für einen gemäß Punkt 1. definierten Maximaldrucks P _max ;

12a. Integration einer Pedalsensorik in dem Hauptbremszylinders des Bremssystems gemäß Punkt 12.;

13. Vorsehen einer Diagnose auf Dichtigkeit gemäß DE 10 2015 106 089.2 und W02020/165 294

14. Abstützung des Hauptbremszylinders auf einem von der Ventileinheit verschiedenen Bereich des Fahrzeugs, insbesondere auf der Stirnwand oder einem Pedalbock, welcher sich wiederum an der Stirnwand oder einem anderen tragenden Teil des Fahrzeugs abstützt bzw. an diesem angeordnet oder befestigt ist, derart, dass auf die Ventileinheit keine hohen Pedalkräfte wirken und diese daher für geringere mechanische Belastung ausgelegt sein muss.

Vorteilhaft ist ein entsprechend der oben aufgelisteten möglichen Ausgestaltungen aufgebautes Bremssystem für alle Sicherheitsklassen L3 - L5 einsetzbar. Zudem können vorteilhaft verschiedene Packaging-Konzepte realisiert werden, z.B. : 1. Ventilanordnung bzw. Ventilgehäuse mit integriertem Hauptbremszylinder, insbesondere Single-Hauptbremszylinder, welche an der Spritzwand angeordnet ist;

2. separat von dem Hauptbremszylinder bzw. E-Pedal angeordneter Ventileinheit, wobei sich der Hauptbremszylinder bzw. das E-Pedal wahlweise an der Spritzwand direkt oder über einen an der Spritzwand oder einem anderen tragenden Teil des Fahrzeugs montierten Pedalbock abstützt.

Die oben aufgeführten Ausbildungen und Merkmale führen teils alleine oder in Kombination vorteilhaft u.a. zu geringerem Bauraum und Verkleinerung, insbesondere der 1-Box Lösung, mit möglicher Unterbringung der Ventileinheit im Aggregateraum oder an der Stirnwand des Fahrzeugs. Bekanntlich erfordern neue Fahrzeugarchitekturen, insbesondere Elektrofahrzeuge, ein kleines Bauvolumen für die einzelnen Aggregate, wie z.B. die 1-Box Lösung eines Bremssystems. Sofern der Einbau der 1-Box an die sogenannte Spritzwand erfolgt, können zur Geräuschdämmung auch wie aus WO2017/162593, Fig 2a, bekannt, schalldämmende Zusatzelemente an dem Befestigungsflansch zur Spritzwand verwendet werden.

Sofern von der Ventileinheit gesprochen wird, so kann diese auch mindestens eine Druckversorgungseinheit mit Antrieb umfassen, welche vorteilhaft in nur einem Gehäuse zusammengefasst sind und eine sog. 1-Box-Lösung bilden. Selbstverständlich können auch die vorbeschriebenen Komponenten in mehreren Gehäusen integriert sein, welche zu einem Modul zusammengefasst sind.

Zur Geräuschdämmung der Ventileinheit bzw. -Schaltungen kann vorteilhaft das PWM-Verfahren mit entsprechender konstruktiver Gestaltung der Magnetventile eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann der Ventilkörper eines Magnetventils auch durch ein Elastomer vom Hydraulikblock isoliert werden.

Vorteilhaft wird beim erfindungsgemäßen Bremssystem ein Single-Hauptbremszylindereingesetzt. Dieser kann z.B. wie aus WO 2019/086502 und WO 2019/086502, Fig. 2, bekannt, mit redundanten Dichtungen, mit zwei An- schlüssen/Leitungen und einer Drossel zum Vorratsbehälter, ausgebildet sein. Zusätzlich kann der Bereich zwischen den zwei Dichtungen D2 und D2r vorteilhaft mit einem kleineren Spiel zwischen Hauptzylinder und Kolben gefertigt werden. Dadurch wird der Single Hauptzylinder auch bei Ausfall der Dichtung D2r ausfallsicher und es wird ein durchfallendes Pedal vermieden. Stattdessen kommt es durch diese Maßnahme lediglich zu einem langsamem Durchfallen ohne Schockwirkung für den Fahrer.

Optional können redundant aufgebaute Pedalwegsensoren beim erfindungsgemäßen Bremssystem vorteilhaft vorgesehen werden. So kann auch vorteilhaft ein Kraft-Weg-Sensor, wie er beispielsweise aus DE102010050132 bekannt ist, eingesetzt werden, wobei dabei mit integrierter Feder die Pedalkraftbestimmung über die Pedalwegsensoren erfolgt.

Zur Erzielung einer höheren Sicherheit bzw. kleineren Ausfallrate, kann auch der Vorratsbehälter zur sicheren Erkennung auch von einem kleinen Leckfluss einen redundanten Niveaugeber besitzen, um rechtzeitig das Signal zum Service zu geben.

Zukünftig werden voraussichtlich verschiedene Bremssysteme, wie z.B. 1-Box- Lösung, 1-Box mit separatem Single-Hauptbremszylinder, 1-Box-Lösung mit Elektromagnetischer Bremse EMB an der Hinterachse, 1-Box-Lösung mit E-Pe- dal in den Fahrzeugen verbaut. Ziel sollte ein modularer Baukasten mit möglichst vielen Gleichteilen sein, was auch von Bedeutung ist für den Single- Hauptbremszylinder ist. Von großer Bedeutung für die Rückfallebene ohne Druckverlust ist außerdem, dass die sog. Time-to-lack (TTL) hier bei 50 anstelle 100 bar bei dieser Ventilschaltung insbesondere das FV-Ventil mit entsprechender Dimensionierung deutlich höhere TTL-Werte ermöglicht wie Stand der Technik mit kürzerem Bremsweg.

Das Erfindungsgemäße Bremssystem mit seinen verschiedenen möglichen Ausgestaltungen erfordert vorteilhaft fast alle Forderungen zukünftiger Bremssysteme, insbesondere die vorgenannten Ziele. Nachfolgend werden einige mögliche erfindungsgemäße Bremssysteme anhand der Figuren näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1: Eine erste mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bremssystems mit einem Single-Hauptbremszylinder, der optional auch als Tandem-Hauptbremszylinder ausgebildet sein kann;

Fig. 2: weitere mögliche Ausbildung eines erfindungsgemäßen Bremssystems, wobei der Hauptbremszylinder als Single-Hauptbremszylinder mit einem ersten Arbeitsraum ausgebildet ist, welcher nur für einen kleinen Maximaldruck P _max von ca. 60 bis 85 bar, bevorzugt 70bar ausgelegt ist, an den eine zusätzliche Zylinderkammer angrenzt, in der ein weiterer Kolben verschieblich gelagert ist und diese Zylinderkammer für höhere Drücke als Pmax ausgebildet bzw. dimensioniert ist;

Fig. 2a: Bremssystem gemäß Figur 2 mit redundanter Ventilschaltung in Form eines zusätzlichen Überdruckventils zur Druckbegrenzung im ersten Arbeitsraum des Single-Hauptbremszylinders;

Fig. 2b: E-Pedal mit hydraulischer Betätigung des Wegsimulator-Kolbens;

Fig. 3: Bremssystem mit an der Ventileinheit angrenzendem bzw. integrierten Hauptbremszylinder, wobei sich der Hauptbremszylinder an der Stirnwand zur Verminderung der auf die Ventileinheit wirkenden Kräfte abstützt;

Fig. 4: Bremssystem mit voneinander getrennt ausgebildeter Ventileinheit und Hauptbremszylinder, wobei sich der Hauptbremszylinder an der Stirnwand des Fahrzeuges abstützt bzw. gelagert ist und über Hydraulikleitungen mit der Ventileinheit verbunden ist und der Hauptbremszylinder über einen eigenen Vorratsbehälter verfügt; Fig. 5: Ähnliches Bremssystem wie das aus Figur 4, wobei der Hauptbremszylinder über eine zusätzliche Hydraulikleitung mit dem Vorratsbehälter der Ventileinheit verbunden ist;

Fig. 5a: Bremssystem mit einem E-Pedal, welches von der Ventileinheit getrennt ausgebildet und an der Stirnwand des Fahrzeuges angeordnet ist, wobei das E-Pedal einen hydraulisch wirkenden Wegsimulator aufweist;

Fig. 5b: Bremssystem mit einem E-Pedal, welches über einen ohne Hydraulikmedium „trocken" arbeitenden Wegsimulator verfügt.

Fig.l zeigt eine mögliche Ausbildung des erfindungsgemäßen Bremssystems, mit einem Hauptbremszylinder 4, welcher sowohl als Einzel-Hauptbremszylinder SHZ-k, wie dargestellt, oder aber auch als Tandem-Hauptbremszylinder THZ, wie gestrichelt gezeichnet, ausgeführt sein kann. In dem Hauptbremszylinder ist ein Kolben 3 verschiebbar zum Aufbau von Druck in dem Arbeitsraum bzw. der Hauptbremszylinderkammer 4a angeordnet. Über einen Pedalstößel 2, einen Pedalkolben 2a, eine Feder FKWB ist der Kolben 3 durch Betätigung des Pedals 1 verschiebbar. Das Pedal 1 kann durch den Fahrer zur Einleitung einer Bremsung betätigt werden. Die Feder Fl des Kolbens 3 schiebt dabei den Kolben 3 in die gezeigte Ausgangsposition bzw. -läge, wenn das Bremspedal 1 nicht betätigt ist. Zur Versorgung des Hauptbremszylinders 4 mit Bremsflüssigkeit (Hydraulikmedium) sind in dem Kolben 3 Nachfüllbohrungen 5 vorgesehen, die in der Ausgangslage des Kolbens 3 den Kolbenraum 4a über die Bohrung Bl und der Hydraulikleitung HL1 mit dem Vorratsbehälter VB verbindet.

Der Verschiebeweg des Pedalkolbens 3 wird mit einem Wegsensor Sp2 gemessen. Das Signal des Wegsensors Sp2 ist deshalb ein Maß für die Betätigung des Pedals 1. Ebenso wird der Verschiebeweg des Kolbens 3 mit einem Wegsensor Spl gemessen. Das Signal des Wegsensors Sp2 ist deshalb ein Maß für die Verkleinerung des Volumens des Kolbenraums 4a. In der Ausgangslage sind beide Signale der Sensoren Spl und Sp2 0mm. Die Differenz zwischen den Signalen der Wegsensoren Spl und Sp2 ist die Reduzierung der Länge der Feder FKWB, und damit ein Maß für die Kraft die der Pedalkolben 2a auf den Kolben 3 ausübt, und damit auch ein Maß für die Kraft F _P mit der der Fahrer das Bremspedal 1 betätigt. Der Kolben 3 ist in dem Hauptzylinder mit 3 Dichtungen, Dl, D2 und D2r abgedichtet. Die Dichtung Dl verhindert, dass Bremsflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter VB durch die hydraulische Leitung HL1 und die Bohrung Bl aus der Betätigungseinheit unbeabsichtigt ins Freie fließt. Die Dichtung Dl verhindert auch, dass Bremsflüssigkeit aus der Hauptzylinderkammer 4a aus der Betätigungseinheit in die Umgebung fließt. Zwischen den Dichtungen D2 und D2r befindet sich eine Bohrung B2 im Hauptzylinder. Diese Bohrung B2 ist über eine hydraulische Leitung HL2 und über eine Drossel Drl mit der hydraulischen Leitung HL1 verbunden. Über eine weitere Bohrung im Hauptzylinder, B3, ist die Hauptzylinderkammer 4a über eine hydraulische Leitung HL3, einem stromlos offenen Trennventil FV, das vorzugsweise als zuziehsicheres Analogventil ausgelegt ist, und einem Bremskreis BK mit einer radindividuellen Druckmodulationsvorrichtung M verbunden. Dabei weist die Druckmodulationsvorrichtung M für jeden Radzylinder RZ vorzugsweise ein zuziehsicheres Analogventil SV, bzw. ein Standard-Analogventil EV mit integriertem Rückschlagventil, und ein Auslassventil AV auf. Damit ist der Druck in jedem Radbremszylinder RBZ individuell steuerbar, wie z.B. für die ABS-Funk- tion gefordert wird.

Die Druckversorgung DV, ist über eine hydraulische Leitung HL4 und einem Trennventil PD1 mit dem Bremskreis BK verbunden. Die Arbeitsraum 4a ist auch über die Bohrung B3, die hydraulische Leitungen HL3 und HL5 und über das stromlos geschlossene Ablassventil VHZ, das vorzugsweise als Analogventil zur Drucksteuerung ausgelegt ist, und über das stromlos geschlossene Verbindungsventil VR mit dem Vorratsbehälter VB verbunden. Die Anforderungen an das Ablassventil VHZ bzgl. Kraft der Ventilfeder und Magnetkraft sind dann höher. Die Auslegung des Ablassventils VHZ ist so bemessen, dass bei der vom Gesetzgeber geforderten Mindestverzögerung von 0,644g bei Pedalkraft 500N, d.h. z.B. beim Druck von ca. 65bar in der Hauptzylinderkammer 4a das Ventil geschlossen bleibt. Die Druckversorgung DV ist über eine hydraulische Leitung HL6 und ein Säugventil SV mit dem Vorratsbehälter VB verbunden.

Die Ventile FV und VHZ werden vorzugsmäßig mit PWM-Steuerung betrieben.

Die Druckdifferenz über diese Ventile sollte dabei helfen, die Kugel des Ventilankers vom Sitz zu heben. Dazu ist es erforderlich, dass am Anschluss (a) der höhere Druck der beiden Anschlüsse (a) und (b) vorliegt. Dasselbe gilt für die Ventile SV bzw. EV in der Druckmodulationseinheit M, wie in Fig. 2 eingezeichnet.

Befinden sich die Nachfüllbohrungen 5 des Kolbens 3 zwischen den Dichtungen D2 und D2r, dann findet ein Druckausgleich zwischen der Hauptzylinderkammer 4a über die Bohrung B2 des Hauptzylinders 4, über die hydraulische Leitung HL2, über die Drossel Drl und über die hydraulische Leitung HL1 mit dem Vorratsbehälter statt. Die Geschwindigkeit, mit der dieser Druckausgleich stattfindet hängt u.a. vom Druckunterschied zwischen der Hauptzylinderkammer 4a und dem Vorratsbehälter, und von der Dimensionierung der Drossel Drl ab, und kann bei bekannter Dimensionierung der Drossel Drl und beim gemessenen Druck mit Druckgeber DG1 in der Hauptzylinderkammer 4a und angenommener atmosphärischer Druck in dem Vorratsbehälter VB unter Berücksichtigung der Druckänderung durch die Geschwindigkeit des Kolbens 3 und Öffnung der Ventile FV, VHZ und VR, berechnet werden. Fällt der Druck in der Hauptzylinderkammer 4a schneller ab als der berechnete Wert, dann deutet dies auf eine Undichtigkeit in der Dichtung D2. Erreichen die Nachfüllbohrungen 5 im Kolben 3 die Dichtung D2r, dann ist der Kolben 3 im Hauptzylinder 4 wieder abgedichtet, vorausgesetzt, Dichtung D2r hat keine Undichtigkeit.

Befinden sich die Nachfüllbohrungen 5 des Kolbens 3 nicht zwischen den Dichtungen Dl und D2r, dann deutet eine Druckreduzierung in der Hauptzylinderkammer 4a, unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Kolbens 3 und Öffnung der Ventile FV, VHZ und VR, auf eine Undichtigkeit der Dichtung D2r, indem Volumen aus der Hauptzylinderkammer 4a durch die undichte Dichtung D2r, die Bohrung B2, die hydraulische Leitung HL2, die Drossel Drl und die hydraulische Leitung HL1 zum Vorratsbehälter VB abfließt, wobei durch die Drossel Drl die Druckreduzierung langsam stattfindet.

Durch Verwendung der Druckversorgung DV und der Drucksensoren DG2 und

DG1 können weitere Diagnosen durchgeführt werden, wie Prüfung der Ventilfunktionen FV, VHZ und VR, die Dichtheit des Ventils PD1 und die Funktion der Druckversorgung selbst.

Die Pedalwegsensoren Spl und Sp2 sind redundant aufgebaut und haben eine interne Überwachung der elektrischen Funktion.

Bei einer vom Fahrer ausgelösten Bremsung wird im Normalfall, d.h. ohne eine regeneratorische Zusatzbremsung, das Trennventil FV geschlossen, das Ablassventil VHZ geöffnet und das Verbindungsventil VR geöffnet und über die Druckversorgung DV bei geöffnetem Verbindungsventil PD1 über die hydraulische Leitung HL4 ein Druck im Bremskreis BK, der mit dem Druckgeber DG2 gemessen wird, eingestellt, der entsprechend einer Verstärkerkennlinie, der in Fig. 1b beispielhaft durch die durchgezogenen Linien dargestellt ist und der im Steuergerät abgelegt ist, aus dem Pedalkolbenweg, der mit Pedalwegsensor Sp2 gemessen wird, abgeleitet wird. Der Druck im Bremskreis BK ist dabei größer als der Druck in der Hauptzylinderkammer 4a, der mit dem Druckgeber DG1 gemessen oder aus dem KWS-Signal abgeleitet wird. Befindet sich dabei die Nachfüllbohrung 5 im Kolben 3 zwischen den Dichtungen Dl und D2, dann ist, abgesehen von dynamischen Effekten, der Druck Pist in der Hauptzylinderkammer 4a nahezu Obar. Dies entspricht den Druck Psoll entsprechend der gewünschten nominalen, d.h. abgesehen von Reibungseffekten, Pedalcharakteristik die beispielhaft in E182 durch die durchgezogenen Linien dargestellt und im Steuergerät abgelegt ist.

Das Konzept weist eine erste Druckversorgungsquelle DV1 mit Kolbensteuerung und Einspeiseventil PD1 auf und kann optional mit einer zweiten Druckversorgungsquelle DV2, z.B. in Form einer Rotationspumpe mit E-Motor M ergänzt werden. Durch die redundante zweite Druckversorgung DV2 sind die Anforderungen an die Sicherheitsklassen L3 - L5 erfüllt.

Die Druckbegrenzung im Single-Hauptbremszylinder SHZ-k wird wie folgt gelöst:

Bei funktionierender Druckversorgung DV entsteht im Arbeitsraum 4a des Single-Hauptbremszylinders SHZ-k lediglich ein geringer Druck von ca. 20 bar bei niedrigen Pedalkräften von ca. 200 N, wobei die Druckversorgung hierbei einen Bremsdruck von ca. 200 bar in die Bremskreise einsteuert. Andererseits kann z.B. mit 500 N Pedalkraft (Forderung Gesetzgeber 500 N, 0,24g-0,3g) und entsprechender Kolbendimensionierung für die sogenannte Rückfallebene mittels eines Drucks von ca 50 bar eine Verzögerung von größer 0,5 g erreicht werden. Daher reicht es aus, wenn der Single-Hauptbremszylinder SHZ-k lediglich für einen Maximaldruck P _ma x von 70 bar ausgelegt ist. Da jedoch kräftige Personen höhere Pedalkräfte und damit noch höhere Drücke in der Arbeitskammer 4a erzeugen können, ist es notwendig mittels einer Druckbegrenzungseinrichtung den maximalen Druck in dem Arbeitsraum 4a zu begrenzen. Dies wird dadurch erreicht, dass das Ventil VHZ bei 70 bar geöffnet wird oder eine entsprechende Federkraft im Ventil als Überdruckventil wirkt. Die Auslegung auf Niederdruck hat den Vorteil bei der Dimensionierung der Ventile FV und V. Bei Ventil FV ist der Schließdruck entsprechend max. Bremsdruck z.B. 220 bar. Bei Ausfall von Ventil FV, z.B. durch fehlende elektrische Ansteuerung öffnet das Ventil durch die Druckkraft und benötigt eine geringe Schließkraft über die Federn wie bei heutigen Systemen. Daher kann das Ventil FV mit großem Querschnitt gebaut werden, was den TTL (Time-to-lock) z.B. bei 50 bar entgegenkommt und bis Faktor 2 erhöht werden kann. Das Ventil VHZ kann auch dazu genutzt werden, die Wegsimulatorfunktion zu übernehmen, so dass auf einen gesonderten Wegsimulator verzichtet werden kann. Bei der Verwendung des Ventils VHZ als Ersatz für den WS-Kolben ist bei dessen Dimensionierung der niedrige Druck wegen der geringeren Magnetkräfte nützlich, z.B. bei der PWM-Ansteuerung.

Bei einem Doppelfehler, wenn z.B. die beiden Dichtungen D2 und D2r undicht sind, kann die Volumenförderung mittels des Single-Hauptbremszylinders SHZ-k in den Bremskreis BK ausfallen. Die Auswirkungen dieses Doppelfehlers können erheblich gemindert werden, wenn im Bereich Dl bis D2R die Zylinder-Bohrung des Zylinders 4 mit kleinerer Spielpassung gefertigt wird, so dass noch eine Notbremsung möglich ist.

Mit sehr geringem Aufwand ist damit das System auch bei Doppelfehlern, also bei zwei gleichzeitig auftretenden Fehlern, wie z.B. bei gleichzeitigem Ausfall der Dichtungen D2R und D2, sicher. Vorteilhaft kann die Spielpassung im Hauptbremszylinder vergrößert werden, womit die Kosten zur Herstellung des Hauptbremszylinders vorteilhaft gesenkt werden können. So kann z.B. bei Ausfall der Dichtung D2 mittels der Druckversorgung Hydraulikmedium zum Ausgleich des Leckflusses in den Hauptbremszylinder nachgefördert werden, was z.B. über das angesteuerte Ventil FV erfolgen kann. Dieses wird hierzu vorteilhaft mittels eines pulsweitenmodulierten Signals (PWM) angesteuert.

Die Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bremssystems, welches sich von dem in Figur 1 gezeigten Bremssystem dadurch unterscheidet, dass es einen Single-Hauptbremszylinder 4 aufweist, welcher über zwei Arbeitsräume 4a und 4b verfügt, die von verschieden ausgebildeten Zylindern SHZ1 und SHZ2 begrenzt und mit ihren Stirnseiten aneinandergrenzen und befestigt sind. Der Zylinder SHZ1 ist von seiner mechanischen Belastbarkeit lediglich für einen maximaldruck Pmax von bis zu 85 bar bevorzugt nur bis zu 70 bar ausgelegt, wohingegen der zusätzliche Zylinder SHZ2, welcher stirnseitig durch eine Bodenwandung 16 geschlossen ist, für hohe Drücke von bis zu 250 bar ausgelegt ist. Hierdurch können günstigere Materialien für die Ausbildung des ersten Zylinders SHZ2 verwendet werden. Nur der relativ kleine zusätzliche Zylinder SHZ2 muss aus einem teureren belastbareren material gefertigt sein, um dem hohen Druck standzuhalten.

Die beiden Arbeitsräume 4a und 4b sind durch einen zusätzlichen Kolben K2 voneinander getrennt. Im zusätzlichen Arbeitsraum 4b ist eine Rückstellfeder F2 angeordnet, die den Kolben K2 in seine dargestellte Ausgangsposition verstellt, in der er gegen den Anschlag 14 anschlägt. Die Rückstellfeder für den Kolben 3 stützt sich auf dem zusätzlichen Kolben K2 ab. Am Kolben 3 ist stirnseitig im Arbeitsraum 4a ein Stößel 7 angeordnet, insbesondere angeformt. Dieser wird nur dann benötigt, wenn im worst-case-Fall mit hoher Pedalkraft ein Druck > 250 bar benötigt wird und gleichzeitig die Druckversorgung DV bei low p ausfällt. Hierbei kann die o.g. gesetzliche Forderung (0,24 - 0,3 g) bei gleichzeitigem positivem p-Sprung erfüllt werden. In diesem Fall ist über den Kolben K2 der vom Kolbenstößel 7 betätigt wird, ein Zusatzvolumen für den Druckaufbau im Bremskreis verfügbar. Das Ventil FV ist dabei geschlossen, so dass der hohe Bremsdruck aus dem Bremskreis BK nicht in den ersten Arbeitsraum 4a gelangt. Der zusätzliche Arbeitsraum 4b und Zylinder SHZ2 wird bei Vorsehen einer zweiten redundanten Druckversorgung DV2 nicht benötigt, da durch die zweite redundante Druckversorgung DV2 die gesetzlichen Forderungen hinsichtlich der Sicherheit bereits erfüllt sind.

Nur in der Rückfallebene wirkt der Kolben K2 und fördert zusätzliches Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum 4b in den Bremskreis BK zum Druckaufbau. Denn nur dann wird zusätzliches Volumen außerhalb des Bereiches des Wegsimulators im Bremskreis benötigt.

Bei einer Ausführungsform ohne einen Wegsimulatorkolben WS erfolgt die Wegsimulatorsteuerung wie beschrieben über die Ventile FV und V _H z. Bei ansteigender Pedalkraft F _P wirkt das Ventil VHZ, welches im Pulsmodulationsverfahren angesteuert wird. Dabei ist die Schließkraft der Ventilfeder des Ventils VHZ entsprechend des Maximaldruckes Pmax, z.B. Pmax gleich 70bar, gewählt. Durch den gestrichelt dargestellten optionalen Ventilanschluss kann mit größeren Anforderungen an die Drucksteuerung die Federkraft reduziert werden.

Sofern es zum oben beschriebenen worst-case-Fall kommt, wird dieser von der elektrischen Steuerung erkannt, woraufhin von dieser das Ventil Vx-Ventil geöffnet und bei Ende der Bremsung wieder geschlossen wird. Durch entsprechende Ventilschaltung von Ventil Vx kann ein übliches Schnüffelloch zum Vorratsbehälter VB am Kolben K2 vermieden werden. Auch die Entlüftung kann mit Hilfe des Kolbens 3, der den Kolben K2 mit bewegt, erfolgen.

Die vorgeschlagene Dimensionierung der Hauptbremszylinder bzw. des Arbeitsraums 4a nur für Niederdruck von bis zum Maximaldruck Pmax wirkt sich positiv auf Dimensionierung des Gehäuses bzw. des Zylinders SHZ1 und dessen Wandungen aus. Jedoch treten bei der Bremsung weiterhin hohe Pedalkräfte F _P auf, die eine große axiale Belastung auf den Hauptbremszylinder bzw. dessen zusätzlichen Zylinder SHZ2 bewirken. Diese Belastung kann durch eine Abstützung AP aufgefangen werden, an der sich der Zylinder SHZ2 bzw. dessen Bodenwandung 16 abstützt. Die Abstützung AP an der Spritz- bzw. Stirnwand des Fahrzeugs oder an einem Pedalblock PB erfolgen, welcher sich wiederum an einem Fahrzeugteil, insbesondere der Spritzwand abstützt bzw. aufliegt und befestigt ist. Es ist auch möglich, wie in Figur 3 dargestellt, dass der Hauptbremszylinder SHZ-k in die Ventileinheit HCU integriert oder an dieser angebaut ist, so dass die Pedalkraft FP auf die Ventileinheit HCU wirkt. Die Wirkung auf die Ventileinheit HCU kann abgeschwächt werden, in dem sich der Hauptbremszylinder SHZ-k zusätzlich an der Spritz- bzw. Stirnwand SW des Fahrzeugs abstützt. Es können auch Längsversteifungen am Gehäuse des Hauptbremszylinders SHZ-k vorgesehen werden, um die auf ihn wirkenden Längskräfte aufzunehmen. Diese können z.B. diametral zueinander außen am Gehäuse bzw. Zylinder befestigt oder angeformt sein.

Fig. 2a zeigt eine Erweiterung von Fig. 2 ebenso mit 2 Kolben Kl und K2 und eine Gehäusestrukturierung in HD-Hochdruck und ND-Niederdruck. Der Aufbau von Kl mit Dichtungen ist unverändert. Bei dieser Lösung übernimmt Kl den ND-Bereich, Steuerung der Pedalcharakteristik als Ersatz für WS-Kolben über Vx (ersetzt FV) und VR oder auch über nicht gezeichneten WS-Kolben. Wenn bei ausgesteuertem WS der Stößel 7 auf Kl trifft, so wirkt bei geschlossenem Vx die Pedalstößel kraft voll auf den Kolben ohne zusätzlichen Pedalweg. Auch bei höchsten Pedalkräften. Fällt nun im worst-case-Fall: ABS-Betrieb bei low p, Ausfall DV dann öffnet Vx und der SHZ-k ist mit dem BK verbunden, sodass Pauf und Pab des SHZ-k, d.h. Fahrer bestimmt und wie in der normalen Rückfallebene bei Ausfall DV wirkt. Zur Entlüftung kann hier ein separates Säugventil SV eingesetzt werden.

Für die Steuerung der Pedalcharakteristik wird auch hier auf den Wegsimulatorkolben WS verzichtet. Der zugehörige Druckaufbau und Druckabbau zur Einstellung bzw. -regelung der Pedalrückwirkungskraft wird über die Ventile V _H z und V _x geregelt.

Die Druckeinspeisung erfolgt hier vom Hauptbremszylinder SHZ in den Bremskreis BK über eine Leitung und Vx im Vergleich zu zwei Leitungen bei dem Ausführungsbeispiel gern. Fig. 2.

Dabei kann das Ventil FV eingespart werden. Fig. 2 und 2a benötigen aus Sicherheitsgründen kein 2xDV, DV1 und DV2 da für den kritischen Fall des Ausfalls der DV bei low p noch genügend Volumen aus der 2. Kammer für die Notbremsung zur Verfügung steht. Fig. 2b zeigt ein E-Pedal, wie es z.B. aus DE 10 2018 009 370 bekannt ist, und welches an Stelle des Hauptbremszylinders SHZ der in den vorbeschriebenen Figuren dargestellten Bremssysteme verwendet bzw. eingesetzt werden kann. Das dargestellte E-Pedal weist einen sogenannten nassen Wegsimulator WS auf, bei dem ein kurzer hydraulischer Kolben WSK vorgesehen ist, der bei Pedalbetätigung und Druckaufbau gegen ein Elastomer E oder eine Kombination von Federn (nicht dargestellt) zur Darstellung der Pedalcharakteristik gedrückt wird, wie es z.B. aus DE 10 2019 203 308 bekannt ist. Üblicherweise geschieht die hydraulische Betätigung über Drossel Dr und Rückschlagventil RV.

Die hohen erwähnten Pedalkräfte werden durch Anschlag des Kolbens WSK auf den Anschlag AP abgestützt.

Die Fig. 3 zeigt ein Bremssystem mit an der Ventileinheit HCU angrenzendem bzw. integrierten Hauptbremszylinder SHZ-k, wobei sich der Hauptbremszylinder an der Stirnwand SW zur Verminderung der auf die Ventileinheit HCU wirkenden Kräfte abstützt. Dieses Bremssystem weist lediglich ein Modul auf, die sogenannte 1-Box-Lösung, in dem die Ventileinheit HCU, die Steuer- und Regeleinheit ECU, der Vorratsbehälter VB sowie der Hauptbremszylinder SHZ-k integriert sind. Als Hauptbremszylinder SHZ-k kann wahlweise der in den Figuren 1, 2 und 2a dargestellte und beschriebene Hauptbremszylinder SHZ verwendet werden.

Die Basisstruktur der Steuer- und Regeleinheit ECU ist bei allen Versionen gleich. Die ECU mit ihrem Gehäuse ist seitlich am HCU-Gehäuse angeordnet und befestigt und beinhaltet neben der Steuerplatine PCB das elektronische Interface zu dem Antriebsmotor und den Sensoren, vorzugsweise über Steckkontakte. Das gilt auch bei einer Steuer- und Regeleinheit ECU, welche manche Komponenten zur Bildung einer Redundanz bzw. mehreren Redundanzen doppelt aufweist. So kann diese redundant ausgebildete ECU z.B. redundante Motoransteuerungen, Stecker, etc. aufweisen. Der Stecker der ECU ist vorteilhaft oberhalb der Ventileinheit HCU angeordnet, so dass das Steckergehäuse seitlich und von der Seite gut zugänglich bei der Montage bzw. Demontage des Kabelsatzes erreicht werden kann. Fig. 4 zeigt ein Bremssystem mit voneinander getrennt ausgebildeter Ventileinheit HCU und Hauptbremszylinder SHZ-k, wobei sich der Hauptbremszylinder SHZ-k an der Stirnwand SW des Fahrzeuges abstützt bzw. gelagert ist und über Hydraulikleitungen L _S HZ mit der Ventileinheit HCU verbunden ist und der Hauptbremszylinder SHZ-k über einen eigenen Vorratsbehälter VB verfügt.

Dieser kann über die dargestellte Hydraulikleitung LVB, welche optional ist, mit dem Vorratsbehälter VB der Ventileinheit HCU verbunden sein. Über den Pedalblock PB stützt sich das Bremspedal an der Stirnwand SW ab.

Das in Fig. 5 dargestellte Bremssystem unterscheidet sich vom in Figur 4 dargestellten Bremssystem dadurch, dass der Hauptbremszylinder SHZ-k nicht über einen eigenen Vorratsbehälter VB verfügt, sondern über die Hydraulikleitung LVB mit dem Vorratsbehälter VB der Ventileinheit HCU verbunden ist.

Das in Fig. 5a dargestellte Bremssystem weist ein sogenanntes „nasses" E-Pedal auf, welches von der Ventileinheit HCU getrennt ausgebildet und an der Stirnwand SW des Fahrzeuges angeordnet ist, wobei das E-Pedal einen hydraulisch wirkenden Wegsimulator WS aufweist;

Die Fig. 5b zeigt ein Bremssystem mit einem E-Pedal, welches über einen ohne Hydraulikmedium „trocken" arbeitenden Wegsimulator verfügt. Das E- Pedal besitzt eine kleine Sensor-Elektronik Sensor-ECU mit vorzugsweise drei redundanten Sensoren und einer Auswerteeinheit, welche die Sensorsignale auf Plausibilität prüft und nach dem bekannten 2 aus 3 Konzept für hochsichere Komponenten auswählt.

Der trocken wirkende Wegsimulator WS weist einen K auf, der direkt das Elastomer E wirkt. Auch hier kann alternativ zur Befestigung an der Stirnwand SW eine Integration des E-Pedals in einer Pedalbox PB vorgesehen werden.

Bei allen vorbeschriebenen Bremssystemen kann vorteilhaft eine Abstützung AP für die auftretenden hohen Pedalkraft FP vorgesehen werden. Diese kann meist über den Pedalblock oder die Stirnwand SW erfolgen.. Ohne Pedalbock kann auch eine Längsstrebe API, wie sie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist, zur Aufnahme der Pedalkräfte F _P verwendet werden. Hinsichtlich Modularität können bei den vorbeschriebenen möglichen Ausbildungen des erfindungsgemäßen Bremssystems viele Gleichteile verwendet werden, die sind:

Gehäuse und Kolben - Pedalanbindung

Pedalanbindung vorteilsweise im Pedalbock

Anschluss zum VB

Pedalsensoren

Bestandteil von KWS Die Gleichteile bringen eine erhebliche Kostenreduzierung.

Bezugszeichenliste

1 Pedal

2 Pedalstößel

2a Pedalkolben

3 Kolben

4 HZ

4a erster Arbeitsraum für niedrige Drücke

4b zweiter Arbeitsraum für hohe Drücke

5 Nachfüllbohrung

6 Anker

7 Kolbenstößel

8 Ventilsitz

9 Permanent Magnet

10 Polplatte

11 elektromagnetischer Rückschluss

12 Kunststoffkörper

13 Rückstellfeder

14 Anschlag

16 Bodenwandung des zweiten Zylinders SHZ2

AP/AP1 Abstützung Pedalbock

AV Auslassventil

Bl, B2 Bohrung

BK Bremskreis

Dl - D5, D2r Dichtungen

DG Druckgeber

Drl Drossel

DV Druckversorgung

E Elastomer

EA el. Anschluss

ECU elektronische Control Unit (Steuereinheit)

EV Einlassventil

Fl, F2 Rückstellfedern

FH hydraulische Kraft

FM Magnetkraft

Fp Fußkraft bzw. Pedalkraft

FpR Gegenkraft zu Fp

FV Ventil zum BK

FKWS Feder-KWS

HCU hydraulische Control Unit mit z.B. Ventilen, DV, Sensoren

HL1 - HL6 hydraulische Leitungen

LSHZ Leitung von HCU zu SHZ

LVB Leitung zum VB Fortsetzung der Bezugszeichenliste:

PD1 Ventil DV

PCB Leiterplatte

Q Volumenstrom

RB Radbremse

RV Rückschlagventil

S Stecker ECU

SHZ1 erster Zylinder für geringe Drücke

SHZ2 zweiter Zylinder mit Bodenwandung 16 für hohe Drücke

Spl Wegsensor

Sp2 Wegsensor

SVZK Schaltventil spez.

SV Säugventil

SW Stirnwand

ÜV Überdruckventil

VB Vorratsbehälter

VHZ Ventil zur Druckbegrenzung HZ-Druck

WS Pedalwegsimulator