DE102004005184A1

DE102004005184A1 - Drucksensoranordnung für ein elektronisches Bremssystem

Info

Publication number: DE102004005184A1
Application number: DE102004005184A
Authority: DE
Inventors: Hermann ESSELBRÜGGE; Holger Meyer; Matthias Mindt
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung für ein elektronisches Bremssystem mit einer Drucksensormessbrücke, die mit einer ersten Signalverarbeitungseinrichtung zur Aufbereitung eines druckabhängigen Signals, welches für die Bremsfunktion des elektronischen Bremssystems benötigt wird, verbunden ist, wobei die Drucksensormessbrücke mit einer zweiten Signalverarbeitungseinrichtung oder mit einer dritten Signalverarbeitungseinrichtung verbunden ist, wobei die zweite Signalverarbeitungseinrichtung oder die dritte Signalverarbeitungseinrichtung aus dem druckabhängigen Signal ein Bremslichtschaltersignal eines Kraftfahrzeugs erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drucksensoranordnung für ein elektronisches Bremssystem gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
In Kraftfahrzeugen mit elektronischen Bremssystemen wird vielfach ein Bremslichtschalter eingesetzt, welcher z. B. durch einen Schalter am Bremspedal aktiviert werden kann. Diese mechanischen Bremslichtschalter haben den Nachteil, dass sie keine optimale Zuverlässigkeit aufweisen. Es sind auch bereits elektronische Bremslichtschalter entwickelt worden. Diese sind jedoch relativ teuer und müssen präzise gefertigt werden, um den gewünschten Schaltpunkt reproduzierbar unter den üblichen Bedingungen einzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, vorhandene Bremslichtschalter durch eine anderweitig verwendete Drucksensorik zu ersetzten, welche die Aufgabe der Erzeugung eines Bremslichtschaltersignals zusätzlich mit übernimmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Drucksensoranordnung nach Anspruch 1 gelöst.
In Fahrzeugen kann, soweit vorhanden, die Drucksensorik des elektronischen Bremssystems mit geringfügigen, kostengünstigen Erweiterungen die Funktion "Bremslichtschalter" sehr zuverlässig mit erfüllen. Es können bereits vorhandene Messelemente und Speicher verwendet werden.
Es lassen sich auch Kosten für Kabelverbindungen, wie sie bei mechanischen oder elektrischen Bremslichtschaltern notwendig sind, reduzieren oder sogar ganz vermeiden. Letzteres gilt insbesondere beim Einsatz von digitalen Datenverbindungen. Hier werden Bremssignale auf einen bereits für die Bremsdrucksensorik eingerichteten Datenbus gelegt.
Vorzugsweise sind die Korrekturdaten zur Kalibrierung in einem EEPROM gespeichert.
Die zweite Signalverarbeitungseinrichtung bzw. die dritte Signalverarbeitungseinrichtung kann auch aus Gründen der Redundanz, z. B. für sicherheitskritische Anwendungen, insbesondere zwei oder mehrfach ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist eine zweifache Verarbeitung, wenn die Drucksensormessbrücke zwei getrennten Halbbrücken zur Messung der Druckgröße umfasst.
Heutige elektronische Bremssysteme weisen üblicherweise einen Hydraulikdruckbereich von beispielsweise 0 bis 220 bar zur Ansteuerung der Bremsen auf. Die Empfindlichkeit der in elektronischen Bremssystemen lediglich zur Verbesserung der geregelten Bremsfunktion eingesetzten vorhandener Drucksensoren wird in der Bremsentechnik üblicherweise auf einen höheren Bereich des Bremssystems von beispielsweise 70 bis 220 bar Hydraulikdruck ausgelegt. Zur Erkennung einer Bremsung, welche einen Hydraulikdruck unterhalb dieses höheren Bereichs des Bremssystems aufweist, wird nach der Erfindung die Signalverarbeitung in den Drucksensorsystemen an diese zusätzliche Aufgabe angepasst.
Bremslichtschalter müssen im Druckbereich von etwa 1 bis 3 bar die Bremspedalbetätigung des Fahrers melden. Es handelt sich hierbei um den Druck im Hauptbremszylinder – entweder im Druck- oder im Schwimmkreis. Durch Betätigen des Bremslichtschalters über das Bremspedal durch den Fahrer werden u. a. die Bremslichter betätigt. In modernen Fahrzeugen findet dieses Signal noch weitere Anwendung wie z. B. in automatischen Getrieben oder automatischen Geschwindigkeitsregelsystemen (Tempomat).
Wenn der Messbereich in einem bevorzugt hohen Druckbereich von etwa 70 bis etwa 220 bar Hydraulikdruck liegt, dann ist die Drucksensorik im dem niedrigen Druckbereich, – etwa 1 bis 3 bar – für die Bremsbetätigungssignalisierung (Bremslichtschaltersignal) zu ungenau und damit optimierungsbedürftig. Durch die erfindungsgemäße Drucksensoranordnung wird die Drucksensorik dahingehend optimiert, dass sowohl die im hohen Druckbereich liegenden Bremsdrücke für die weitere Verarbeitung, als auch die im niedrigen Druckbereich liegenden Bremsdrücke zur Bereitstellung eines Bremslichtschaltersignals erfasst werden können.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Die Erfindung wird anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen
1a eine erste erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung,
1b zwei Verstärkerkennlinien, und
2 eine zweite erfindungsgemäße Schaltungsanordnung.
In 1a ist eine erste Signalverarbeitungseinrichtung dargestellt, welche eine erste Verstärkerstufe 5 für die normale Drucksensorsignalverarbeitung und einen ersten Verstärkerausgang 9 umfasst. Diese erste Signalverarbeitungseinrichtung verarbeitet bzw. verstärkt das von Drucksensormessbrücke 1 gelieferte druckabhängige Signal, beispielsweise dargestellt durch die Ausgangsspannungen Vm und Vp. Zur weiteren Verarbeitung und eventuellen Kalibrierung wird das durch die erste Verstärkerstufe 5 verstärkte druckabhängige Signal über den ersten Verstärkerausgang 9 geführt.
Die Bremslichtschalterfunktion wird dadurch erreicht, dass eine zweite Signalverarbeitungseinrichtung eingesetzt wird, welche eine zweite Verstärkerstufe 2 mit hoher Empfindlichkeit zur Verstärkung des druckabhängigen Signals von Drucksensormessbrücke 1, einen zweiten Verstärkerausgang 10, ein Komparator 3 und eine Referenzspannungsquelle 4 umfasst. Die zweite Verstärkerstufe 2 weist hierbei eine höhere Empfindlichkeit wie die erste Verstärkerstufe 5 auf.
Das Signal der zweiten Verstärkerstufe 2 wird Komparator 3 zugeführt, dessen zweiter Verstärkerausgang 10 das Bremslichtschaltersignal BLS erzeugt. Komparator 3 wird neben dem verstärkten druckabhängigen Signal eine Referenzspannung, erzeugt durch die Referenzspannungsquelle 4, zum Vergleich mit zugeführt. Die Referenzspannung wird so gewählt, dass der Signalpegel am zweiten Verstärkerausgang 10 von Komparators 3 mit Hysterese die Funktion eines Bremslichtschalters nachahmt. Dieses Signal am zweiten Verstärkerausgang 10 wird einer Auswerteeinheit z. B. einem Bremsen- oder Motorsteuergerät zugeführt.
Bei der Drucksensormessbrücke 1 handelt es sich um eine Anordnung aus druckempfindlichen Widerständen, welche beispielsweise in piezoresistiver Technologie ausgeführt sein können. Die Widerstände sind in Form einer Wheatstone Messbrücke verschaltet. Sie bilden den Druckaufnehmer bzw. Drucksensor. Die Ausgangsspannungen Vm, Vp der Halbbrücken sind weitestgehend druckproportional bzw. dem Druck umgekehrt proportional. Die Drucksensormessbrücke kann auch durch zwei getrennte Halbbrücken realisiert werden, wobei hierbei jede Halbbrücke einen eigenen Versorgungsspannungsanschluss und einen eigenen Masseanschluss aufweisen kann.
In 1b sind die Kennlinien bzw. Verstärkungen der Verstärkerstufen 2 und 5 dargestellt. Die Kennlinie 20 der zweiten Verstärkerstufe 2 ist steiler, als die Kennlinie 50 der ersten Verstärkerstufe 5.
2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer dritten Signalverarbeitungseinrichtung. Die aus der 1a bekannte zweite Verstärkerstufe 2 wird hierbei durch eine einstellbare dritte Verstärkerstufe 2' ersetzt, wobei die dritte Verstärkerstufe 2' dieselbe Kennlinie bzw. Verstärkung 20 aufweist wie die zweite Verstärkerstufe 2. Es hat sich gezeigt, dass bei piezoresistiven Drucksensoren Offset und Empfindlichkeit sehr stark temperaturabhängig sind. Zur Kompensation dieser Temperaturabhängigkeit wird die Schaltung von 1a wie nachfolgend be schrieben durch eine Kompensationseinrichtung erweitert, welche die Baugruppen 7 und 8 umfasst. Bei Baugruppe 7 handelt es sich um einen Datenspeicher, in dem z. B. tabellarische Kompensationswerte für verschiedene Temperaturbereiche gespeichert sind. Datenspeicher 7 kann mit weiteren Datenspeichern oder Schaltungsteilen zur Kalibrierung weiter Drucksensoren kombiniert werden. Eine Kombination mit Kalibrierspeichern oder entsprechenden Schaltungsteilen zur Kalibrierung der Druckwerte des ersten Verstärkerausgangs 9 kann ebenfalls erfolgen. Dieses ist in Druck messenden Anordnungen normalerweise üblich, sodass zum Teil vorhandene Schaltungsteile wie z. B. Kalibrierdatenspeicher verwendet werden können. Bei der Baugruppe 8 handelt es sich um eine Kompensationsschaltung, insbesondere zur Temperaturkompensation. Die Baugruppen 7 und 8 funktionieren so, dass abhängig von der Temperatur und Werten, die in einem Datenspeicher (z. B. EEPROM) während der Kalibrierung eingegeben wurden, der Offset des Komparators 3 und die Verstärkung der dritten Verstärkerstufe 2' (über Steuerleitung 11) so eingestellt werden, dass temperaturbedingte Fehler minimiert werden. Auch andere nicht temperaturbedingte Fehler können auf diese Weise kompensiert werden. Die dritte Signalverarbeitungseinrichtung umfasst die dritte Verstärkerstufe 2', den Komparator 3, die Referenzspannungsquelle 4, den Datenspeicher 7, die Kompensationsschaltung 8, den zweiten Verstärkerausgang 10 und die Steuerleitung 11.
Die erste Signalverarbeitungseinrichtung kann ebenfalls temperaturkompensiert werden. Hierbei erfolgt die Temperaturkompensation entweder direkt an der ersten Verstärkerstufe 5 oder erst durch eine Kompensation der Ausgangsdaten des ersten Verstärkerausgangs 9 in einer nachgeschalteten nicht dargestellten Schaltung.
Die zweite Signalverarbeitungseinrichtung bzw. die dritte Signalverarbeitungseinrichtung kann auch aus Gründen der Redundanz, z. B. für sicherheitskritische Anwendungen, insbesondere zwei oder mehrfach ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist eine zweifache Verarbeitung, wenn die Drucksensormessbrücke 1 zwei getrennten Halbbrücken zur Messung der Druckgröße umfasst.
Es ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, integrierte Messwertwandler einzusetzen, welche eine Wandlung der vorhandenen analogen Sensorsignale in Digitalsignale durchführen. Die digitalen Messwerte können dann, zum Beispiel bereits fertig kalibriert, digital an ein externes Steuergerät übermittelt werden. In einer solchen Anordnung ist es sinnvoll, die Information "Bremse betätigt – nicht betätigt" (z. B. high-Signal: Fahrer bremst, low-Signal: Fahrer bremst nicht) in ein bereits vorhandenes digitales Datenprotokoll, welches Bremsdruckmesswerte und ggf. auch Temperaturmesswerte enthält, zu integrieren. Die Funktion des Komparators 3 kann auch durch ein Datenverarbeitungsprogramm („Software") realisiert werden, wenn die analogen Sensorsignale in digitale Signale gewandelt werden.
Eine Einstellung des Offsets (Nullung), das heißt Offseteinstellung kann, wenn erforderlich, beim Automobilhersteller durchgeführt werden. Wenn das Bremspedal nicht betätigt wird, wird der Offset des Messkreises per Software auf Null abgeglichen. Anschließend wird das Bremspedal leicht betätigt, die Bremslichter müssen dann aktiviert sein.

Claims

Drucksensoranordnung für ein elektronisches Bremssystem, mit einer Drucksensormessbrücke (1), die mit einer ersten Signalverarbeitungseinrichtung (5, 9) zur Aufbereitung eines druckabhängigen Signals (Vm, Vp), welches für die Bremsfunktion des elektronischen Bremssystems benötigt wird, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensormessbrücke (1) mit einer zweiten Signalverarbeitungseinrichtung (2, 3, 4, 10) oder mit einer dritten Signalverarbeitungseinrichtung (2', 3, 4, 7, 8, 10, 11) verbunden ist, wobei die zweite Signalverarbeitungseinrichtung oder die dritte Signalverarbeitungseinrichtung aus dem druckabhängigen Signal ein Bremslichtschaltersignal (BLS) eines Kraftfahrzeugs erzeugt.
Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalverarbeitungseinrichtung eine erste Verstärkerstufe (5) umfasst, die zweite Signalverarbeitungseinrichtung eine zweite Verstärkerstufe (2) umfasst, die dritte Signalverarbeitungseinrichtung eine dritte Verstärkerstufe (2') umfasst, und wobei die Verstärkung (50) der erste Verstärkerstufe (5) geringer ist als die Verstärkung (20) der zweiten und dritten Verstärkerstufe.
Drucksensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das druckabhängige Signal mittels in einer Kompensationseinrichtung (7, 8) gespeicherten Korrekturdaten kalibriert wird, wobei insbesondere durch die Kalibrierung die Temperaturabhängigkeit des druckabhängigen Signals kompensiert wird.
Drucksensoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das druckabhängige Signal für den Bremslichtschalter mittels der Kompensationseinrichtung (7, 8) kalibriert wird.
Drucksensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkung (20) einer oder mehrerer Verstärkerstufen, insbesondere der dritten Verstärkerstufe (2') in Abhängigkeit von Kalibrierdaten verändert wird.
Drucksensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kalibrierdaten der ersten Signalverarbeitungseinrichtung und Kalibrierdaten der zweiten oder dritten Signalverarbeitungseinrichtung in einer gemeinsamen Einrichtung verarbeitet werden.
Drucksensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die erste Signalverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Druckmesswerte und die durch die zweite oder dritte Signalverarbeitungseinrichtung ausgegebenen Druckmesswerte und/oder das Bremslichtschaltersignal in einem gemeinsamen digitalen Datenprotokoll übertragen werden.
Drucksensoranordnung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Verstärkerstufe (5) und die zweite oder dritte Verstärkerstufe (2, 2') in einem gemeinsamen elektronischen Bauelement zusammengefasst sind.