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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Druckpulsen
in einem hydraulischen Bremssystem eines Kraftfahrzeugs.
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Aus
der
DE 101 44 879
C1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage eines
mit einem Radschlupfregelungssystem ausgestatteten Fahrzeugs bekannt.
Dabei ist das Radschlupfregelungssystem in der Lage, als Folge der
Erfüllung
gegebener Bedingungen den Aufbau erster Bremsmomente an zumindest
einem Rad in der zugehörigern
zumindest einen Radbremse zu initiieren.
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Die
Erfindung kann z.B. auf Bremsregelungssysteme, wie sie in der
DE 101 44 879 C1 beschrieben
sind, angewandt werden
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung bzw. Verminderung
von Druckpulsen in einem hydraulischen Bremssystem eines Kraftfahrzeugs,
bei dem eine elektrische Ansteuerung eines Hydraulikventils, welches
einen Durchfluss des Hydraulikmediums zwischen dem Hauptbremszylinder und
der Saugseite wenigstens einer Rückförderpumpe
steuert, derart erfolgt, dass
- – nach dem
Ende der elektrischen Ansteuerung der Rückförderpumpe das Hydraulikventil
in Abhängigkeit
von dessen Öffnungszustand
derart angesteuert wird, dass es einen geöffneten Zustand annimmt oder
darin verbleibt und
- – erst
nach Ablauf eines Zeitintervalls vorgebbarer Länge geschlossen wird.
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Durch
die Ansteuerung des Hydraulikventils ist es möglich, die durch den Nachlauf
der Rückförderpumpe
abgepumpte Hydraulikflüssigkeit
wieder zu ersetzen. Durch die Erfindung werden Geräusche sowie
eine durch schnelle Drucksausgleichsvorgänge in einem Bremssystem hervorgerufene
Pedalrückwirkung
vermieden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet
dass nach dem Ende der elektrischen Ansteuerung der Rückförderpumpe
ein zum Endzeitpunkt der Ansteuerung geöffnetes Hydraulikventil weiterhin
geöffnet
bleibt und erst nach einem Zeitintervall vorgebbarer Länge geschlossen
wird. Diese Ausgestaltung betrifft den Fall, dass das Hydraulikventil
am Ende der elektrischen Ansteuerung der Rückförderpumpe geöffnet ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet
dass ein zum Endzeitpunkt der Ansteuerung gesperrtes Hydraulikventil
geöffnet
wird und erst nach einem Zeitintervall vorgebbarer Länge geschlossen
wird
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass für
den Fall, dass zum Endzeitpunkt der Ansteuerung der Rückförderpumpe
der Fahrer immer noch die Bremse betätigt, das gesperrte Hydraulikventil
erst dann geöffnet
wird, wenn der Fahrer nicht mehr die Bremse betätigt. Bei einer Bremsbetätigung liegt
ein erhöhter Vordruck
am Ausgang des Hauptbremszylinders vor. Ein Öffnen des Hydraulikventils
bei betätigtem
Bremspedal würde
eine für
den Fahrer spürbare
Pedalrückwirkung
hervorrufen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass eine Bremsbetätigung
des Fahrers anhand des Status des Bremslichtschalters und/oder des
gemessenen Vordrucks erkannt wird. Durch die Mitbenutzung des Bremslichtschalters
wird ein Zusatzaufwand zur Erkennung der Bremsbetätigung vermieden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Hydraulikventil um das Hochdruckschaltventil des
Bremskreises handelt.
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Weiter
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vermeidung von Druckpulsen
in einem hydraulischen Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, enthaltend
eine Ansteuereinrichtung zur elektrischen Ansteuerung eines Hydraulikventils,
welches einen Durchfluss des Hydraulikmediums zwischen dem Hauptbremszylinder
und der Saugseite wenigstens einer Rückförderpumpe steuert, wobei die
Ansteuereinrichtung derart ausgestaltet ist, dass
- – nach dem
Ende der elektrischen Ansteuerung der Rückförderpumpe das Hydraulikventil
in Abhängigkeit
von dessen Öffnungszustand
derart angesteuert wird, dass es einen geöffneten Zustand annimmt oder
darin verbleibt und
- – erst
nach Ablauf eines Zeitintervall vorgebbarer Länge geschlossen wird
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem Bremskreis um den Bremskreis eines Fahrdynamikregelungssystems
oder eines Antriebsschlupfregelungssystems oder eines Antiblockiersystems
handelt.
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Die
vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich
selbstverständlich
auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und umgekehrt.
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Zeichnung
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Die
Zeichnung besteht aus den 1 bis 4.
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1 zeigt
den Hydraulikplan eines ESP-Bremskreises.
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2 zeigt
den Zeitverlauf verschiedener Signalgrößen eines Bremskreises bei
einer Regelung ohne Pre-/Postfill-Logik.
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3 zeigt
den Zeitverlauf verschiedener Signalgrößen eines Bremskreises bei
einer Regelung mit Pre-/Postfill-Logik.
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4 zeigt
den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
in schematischer Art und Weise das Bremssystem eines mit einem Fahrdynamikregelungssystem
ausgestatteten Fahrzeugs dargestellt. Dabei wurden alle für das Verständnis unwesentlichen
Teile weggelassen. Es wurde ein Bremssystem mit zwei Bremskreisen
betrachtet: Bremskreis 1 ist linke Zweig in 1,
der rechte Zweig ist Bremskreis 2. Dabei erstrecke sich
der Bremskreis 1 z.B. über
die Hinterräder
und der Bremskreis 2 erstrecke sich über die Vorderräder. Diese
Aufteilung wird auch als II-Aufteilung
bezeichnet. Selbstverständlich
sind auch andere Aufteilungen denkbar.
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Bevor
auf die Vorgänge
im Bremssystem eingegangen wird, sollen zuerst die einzelnen Blöcke des
linken Zweiges kurz vorgestellt werden:
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- 3
- Hydraulische
Bremsdruckregeleinrichtung (beide Bremskreise umfassend)
- 1
- Hauptbremszylinder
- 4
- HSV
1 (= Hochdruckschaltventil von Bremskreis 1)
- 5
- USV
1 (= Umschaltventil von Bremskreis 1)
- 8
- Sperrventil
- 9
- RFP1
(= Rückförderpumpe
von Bremskreis 1)
- 6
- EVHL
(= Einlassventil hinten links, d.h. an der Bremse des linken Hinterrads)
- 16
- EVHR
(= Einlassventil hinten rechts)
- 7
- AVHL
(= Auslassventil hinten links)
- 17
- AVHR
(= Auslassventil hinten rechts)
- 2
- Radbremse
des linken Hinterrades
- 20
- Radbremse
der rechten Hinterrades
- 21
- Speicherkammer
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Die
Blöcke
des rechten Zweiges sind analog und werden deshalb nicht explizit
erläutert.
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Die
beiden Rückförderpumpen
sind von einem gemeinsamen Motor angetrieben, d.h. sie werden parallel
in Betrieb genommen.
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Im
folgenden werde stets nur der linke Bremskreis 1 beschrieben.
Vom Hauptbremszylinder 1 gehen zwei Leitungen zu den beiden
Bremskreisen. Es erfolgt im linken Bremskreis eine Verzweigung zum
Hochdruckschaltventil 4 und zum Umschaltventil 5.
Das Hochdruckschaltventil 4 ist mit den Auslassventilen 7 und 17 über ein
Sperrventil 8 sowie mit der Saugseite der Rückförderpumpe 9 verbunden.
Das Umschaltventil 5 ist mit den Einlassventilen 6 und 16 sowie
der Förderseite
der Rückförderpumpe 9 verbunden.
Die Ausgangsseite des Einlassventils 6 und die Eingangsseite
des Auslassventils 7 sind verbunden mit der Radbremse 2,
ebenso das Einlassventil 16 und das Auslassventil 17 mit
der Radbremse 20. Die Förderseite
der Rückförderpumpe 9 ist
mit den Einlassventilen 6 und 16 sowie mit dem
Umschaltventil 5 verbunden.
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In
hydraulischen Bremssystemen, wie sie beispielsweise im Rahmen eines
Fahrdynamikregelungssystems verwendet werden, kann über Rückförderpumpen
an einzelnen oder mehreren Rädern
gezielt Bremsdruck auf- und abgebaut werden. Dabei weist jeder der
beiden Bremskreise des Fahrzeugs ein Hochdruckschaltventil(= HSV)
auf. Dieses hat die folgenden Aufgaben:
- – Das HSV
hat im geschlossenen Zustand die Aufgabe, die Entleerung der Speicherkammer 21 und
damit den schnellen Druckabbau am Rad zu ermöglichen, indem es den von den
Auslassventilen der Räder
zum Rückförderpumpeneinlass
führenden
Auslassstrang vom Fahrer abkoppelt.
- – Das
HSV hat im geöffneten
Zustand die Aufgabe, über
die dadurch offene Verbindung zwischen Hauptbremszylinder und Rückförderpumpeneinlass
einem aktiven Druckaufbau zu ermöglichen.
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Während einer
Regelung des Bremssystems kann es zu einem Zustand kommen (beispielsweise im
Rahmen einer ABS-Regelung), dass die Rückförderpumpe läuft und gleichzeitig das demselben Bremskreis
zugehörige
HSV geschlossen ist. In diesem Fall kann der Raum zwischen der Rückförderpumpe 9,
dem Sperrventil 8 und dem HSV 4, welcher im folgenden
als Vorkammer 30 bezeichnet wird, evakuiert werden.
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Öffnet das
HSV bei einer nachfolgenden Regelung erneut, dann wird infolge der
zuvor evakuierten Vorkammer die Bremsflüssigkeitssäule vor dem HSV (d.h. zwischen
dem Hauptbremszylinder und dem HSV) in hohem Maße beschleunigt (da ein großer Druckunterschied
vorliegt). Dieser Vorgang erzeugt, besonders bei einem am Ausgang
des Hauptbremszylinders herrschenden Vordruck zwischen ca. 5 bar
und 35 bar ein sehr lautes, den Fahrer irritierendes Geräusch und
eine deutliche Pedalbewegung. Die physikalische Ursache liegt darin,
dass wegen der großen
Druckdifferenz ein äußerst rasches
Befüllen
der Vorkammer erfolgt. Dieses äußerst rasche Befüllen wird
auch als Druckausgleichsvorgang bzw. „Druckausgleichsschlag" bezeichnet.
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Durch
die Erfindung soll durch eine zusätzliche Ansteuerung des HSV,
welche im folgenden als „Prefill"- und „Postfill"-Ansteuerung bezeichnet
wird, in möglichst
vielen Fällen
die Vorkammer mit Bremsflüssigkeit
befüllt
werden, bevor es zu einer Situation kommt, in welcher der Fahrer
den Druckausgleichsschlag bemerken wird. Dazu wird die momentane Bremsenregelung
ausgewertet und ein Zeitpunkt bestimmt, an welchem das HSV für den Fahrer
rückwirkungsfrei öffnen kann.
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Postfill-Ansteuerung bzw.
verlängerte
Offenhaltung:
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Im
Rahmen eines fahrerunabhängigen Bremseneingriffs,
beispielsweise bei einer ESP-Regelung
(ESP = „Electronic
Stability Program")
oder eines aktivierten Bremsassistenten, wird häufig das HSV durchgeschaltet
während
die zugehörige
Rückförderpumpe
läuft.
Mit Beendigung des fahrerunabhängigen
Bremseneingriffs wird die Rückförderpumpe
abgeschaltet. Die Rückförderpumpe
arbeitet jedoch auch nach dem elektrischen Abschalten noch eine
Zeit lang weiter, dieses wird als Nachlauf bezeichnet. Würde das
HSV zeitgleich mit dem elektrischen Abschalten der Rückförderpumpe
ebenfalls geschlossen werden, dann würde durch die Nachlaufphase
der Rückförderpumpe
eine Evakuierung der Vorkammer 30 erfolgen. Deshalb ist
es sinnvoll, das HSV auch nach dem Abschalten der Rückförderpumpe
noch während
eines vorgebbaren Zeitintervalls offen zu halten. Dieses Zeitintervall
sollte insbesondere so lang sein, dass die Rückförderpumpe am Ende dieses Zeitintervalls
sicher im Stillstand befindet, d.h. dass die mechanische Drehbewegung
der Rückförderpumpe
beendet ist.
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Prefill-Ansteuerung bzw.
zusätzlicher Öffnungs-
und Schließvorgang:
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Bei
einer vorliegenden ABS-Regelung ist das HSV geschlossen, damit der
Druck im Radbremszylinder möglichst
rasch abgebaut werden kann. Die aus dem Radbremszylinder entfernte Bremsflüssigkeit
wird über
die arbeitende Rückförderpumpe
und das offene Umschaltventil zurück in den Hauptbremszylinder
gefördert.
Der Speicher 21 dient dazu, insbesondere während der
Anlaufzeit der Rückförderpumpe
einen raschen Druckabbau im Radbremszylinder zu ermöglichen.
Dies setzt einen leeren oder nahezu leeren Speicher voraus. Dieser wird
durch die arbeitende Rückförderpumpe
laufend geleert. Nach Abschluss der ABS-Regelung bleibt eine evakuierte
Vorkammer zurück.
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Deshalb
wird am Ende der ABS-Regelung das HSV während eines Zeitintervalls
vorgebbarer Länge
geöffnet,
um eine Wiederbefüllung
der Vorkammer zu ermöglichen
und bei einem erneuten Öffnen
des HSV beispielsweise im Rahmen einer teilaktiven Fahrdynamikregelung
einen Druckschlag zu verhindern.
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Die
beiden beschriebenen Prefill- und Postfill-Ansteuerungen lassen
sich in einem Ausführungsbeispiel
in die folgenden Verfahrensschritte gliedern:
- 1.
Sobald eine Rückförderpumpe
läuft oder
die Vorkammerbefüllung
als nicht vollständig
befüllt eingeschätzt wird
(z.B. über
ein Hydraulikmodell oder über
einen Sensor), wird eine Öffnungszeit Δt für das HSV
ermittelt.
- 2. Anschließend
wird ermittelt, ob das HSV momentan geöffnet ist (= Fall a) oder momentan
geschlossen ist (Fall b).
- 3. Anschließend
wird überprüft, ob die
Bremskraftregelung beendet ist oder ob der Zustand des HSV für die laufende
Regelung irrelevant ist.
- 4. Anschließend
wird überprüft, ob eine
Ansteuerung mit höherer
Priorität
das HSV schließen
will.
- 5. Ist Fall a gegeben, die Bremskraftregelung beendet und es
liegt keine Ansteuerung mit höherer Priorität vor, dann
wird das HSV bei abgeschalteter Rückförderpumpe noch während des
Zeitintervalls Δt
offen gehalten (Postfill-Ansteuerung)
- 6. Ist Fall a gegeben, die Bremskraftregelung beendet und es
liegt keine Ansteuerung mit höherer Priorität vor, dann
wird das HSV geöffnet,
sobald der Fahrer von der Bremse geht.
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Im
folgenden wird anhand der 2 und 3 der
Signalverlauf verschiedener Signalgrößen eines Bremskreises erläutert. 2 zeigt
den Zeitverlauf verschiedener Signalgrößen eines Bremskreises bei
einer Regelung ohne Pre-/Postfill-Logik, 3 zeigt
den Zeitverlauf verschiedener Signalgrößen eines Bremskreises bei
einer Regelung mit Pre-/Postfill-Logik.
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Zunächst werden
die in den beiden Figuren auftretendenden Signalgrößen erläutert. In
beiden Figuren ist jeweils in Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung
der Wert der jeweiligen Signalgrößen aufgetragen.
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Als
oberste, mit BLS bezeichnete Signalgröße ist jeweils der Status des
Bremslichtschalters aufgetragen. Dieses Status ist ein Indikator,
ob der Fahrer bremst oder nicht. Zum Zeitpunkt t4 betätigt der Fahrer
das Bremspedal. Dies ist
- – dadurch erkennbar, dass der
Status von BLS zu diesem Zeitpunkt wechselt, z.B. von 0 nach 1 springt
sowie
- – dass
im Hauptbremszylinder ein Vordruck pvor aufgebaut wird, erkennbar
am Ansteigen des Wertes der mit pvor bezeichneten Signalgröße.
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Als
zweite Signalgröße ist in 2 und 3 der
Zustand der Signalgröße ASR eingezeichnet.
Auch diese Größe ist binär und gibt
an, ob der Antriebsschlupfregler aktiv ist (d.h. es findet momentan
eine Antriebsschlupfregelung statt) oder nicht. Der Wert springt
zum Zeitpunkt t1 auf einen höheren Wert
und zum Zeitpunkt t2 zurück,
z.B. vom Wert 0 auf den Wert 1 und zurück. Das bedeutet, dass im Zeitintervall
zwischen t1 und t2 der Antriebsschlupfregler aktiv ist. Parallel
mit der Antriebsschlupfregelung ist auch die Rückförderpumpe aktiviert, dies ist
in 2 und 3 anhand des Verlaufs der Signalgröße nRFP
zu erkennen. nRFP gibt die Drehzahl der Rückförderpumpe an. Zum Zeitpunkt
t2 wird die Rückförderpumpe
parallel mit der Antriebsschlupfregelung abgeschaltet, in beiden
Figuren ist jedoch deutlich der Nachlauf der Rückförderpumpe mit abklingender
Drehzahl zu sehen.
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Die
dritte und vierte Kurve von oben sind mit HSV1 und HSV2 gekennzeichnet.
HSV1 kennzeichnet den Zustand des Hochdruckschaltventils von Bremskreis 1,
HSV2 kennzeichnet den Zustand des Hochdruckschaltventils von Bremskreis 2.
Sowohl in 2 als auch in 3 drehen
beim dargestellten Fahrmanöver
zum Zeitpunkt t1 die Räder
vom Bremskreis 1 durch. Die Räder vom Bremskreis 2 bleiben
innerhalb der zulässigen
Antriebsschlupfwerte. Deshalb wird zum Zeitpunkt t1 das HSV von Bremskreis 1 geöffnet, um
einen fahrerunabhängigen
Druckaufbau an den Rädern
des zugehörigen Bremskreises
zu ermöglichen.
Da in Bremskreis 2 kein ASR-Eingriff erfolgt, bleibt HSV2
geschlossen.
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Da
in 2 die Pre-/Postfill-Logik deaktiviert ist, wird
HSV1 dort sofort bei Regelungsende zum Zeitpunkt t2 geschlossen.
Damit wird eine Evakuierung der Vorkammer 30 durch den
Nachlauf der Rückförderpumpe
in Kauf genommen.
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In 3 ist
die Pre-/Postfill-Logik aktiviert. Deshalb
- – bleibt
nach dem Regelungsende zum Zeitpunkt t2 das HSV von Bremskreis 1 noch
bis zum Zeitpunkt t3 geöffnet
und
- – das
HSV von Bremskreis 2 wird zum Zeitpunkt t2 geöffnet und
zum Zeitpunkt t3 ebenfalls geschlossen.
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Durch
diese Maßnahme
wird verhindert, dass die Vorkammer 30 durch den Nachlauf
der Rückförderpumpe
evakuiert wird. Die zusätzliche Öffnungszeit
ist Δt =
t3 – t2.
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Als
fünfte
Größe von oben
ist der mit Z bezeichnete Wert eines Zählers abgebildet. Dieser hat in 2 und
in 3 am Anfang jeweils den Wert 0. In 2 bleibt
dieser Zähler
stets auf dem Wert 0. In 3 jedoch wird zum Zeitpunkt
t1 dieser Wert auf einen von Null verschiedenen Wert hochgesetzt. Beim
ASR-Regelungsende zum Zeitpunkt t2 beginnt der Wert Z nach Null
zurückzuzählen und
erreicht zum Zeitpunkt t3 den Wert 0. Dieser Rückwärtszählvorgang des Zählers definiert
- – das
verlängerte
Offenhalten von HSV1 und
- – das
Zeitintervall zwischen Öffnen
und Schließen von
HSV2.
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Unten
in den Diagrammen ist die vom Fahrer auf das Bremspedal aufgebrachte
Pedalkraft F aufgetragen. Der Zeitverzug, welcher zwischen dem Einsetzen
der Pedalkraft (s.h. der Bremspedalbetätigung durch den Fahrerfuß) und dem
Aufbau des Vordrucks besteht, ist durch die Eigenschaften des Bremskraftverstärkers begründet.
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Anschließend findet
bis zum Zeitpunkt t4 sowohl in 2 als auch
in 3 ein Fahrbetrieb ohne Bremsenbetätigung statt.
Zum Zeitpunkt t4 betätigt der
Fahrer die Bremse. Zum Zeitpunkt t5 erkennt das Fahrdynamikregelungssystem
bzw. der Bremsassistent, dass eine Notbremsung vorliegt. Deshalb
wird zu diesem Zeitpunkt
- – die Rückförderpumpe aktiviert sowie
- – beide
Hochdruckschaltventile HSV1 und HSV2 geöffnet.
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Es
erfolgt ein aktiver und über
die Fahrervorgabe hinausgehender Druckaufbau an allen Rädern.
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In 2 ist
zum Zeitpunkt t5 ein kurzzeitiges Einbrechen des Vordrucks pvor
und der Bremspedalkraft F zu erkennen. Dies ist mit dem Buchstaben „D" bezeichnet. Dieser
für den
Fahrer deutlich spürbaren Einbruch
ist physikalisch durch den in der Vorkammer 30 stattfindenden
schnellen Druckausgleich bzw. entstehenden Druckschlag begründet und
tritt wegen der vorherigen Vorbefüllung in 3 nicht
auf.
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Der
Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 4 dargestellt. Nach dem Start des Verfahrens in
Block 400 wird in Block 401 abgefragt, ob die
Rückförderpumpe
noch elektrisch angesteuert wird. Lautet die Antwort „Ja" (in 4 als „y" gekennzeichnet),
dann wird zu Block 400 zurückverzweigt. Lautet die Antwort „Nein" (in 4 als „n" gekennzeichnet),
dann wird zu Block 402 weitergegangen.
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In
Block 402 findet eine Abfrage statt, ob das Hochdruckschaltventil
geöffnet
ist. Lautet die Antwort „Ja", dann wird in Block 403 das
Hochdruckschaltventil während
eines Zeitintervalls der Länge Δt länger offengehalten.
Lautet die Antwort „Nein", dann wird in Block 404 abgefragt,
ob der Bremslichtschalter aktiviert ist. Lautet die Antwort „Ja", dann wird zum Eingang
von Block 404 zurückverzweigt,
lautet die Antwort „Nein", dann wird in Block 405 das
Hochdruckschaltventil während
eines Zeitintervalls der Länge Δt geöffnet.