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Stand der Technik
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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 zugehörigem 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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In der
DE 195 01 760 A1 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines ABS/ASR-Systems beschrieben, das eine Rückförderpumpe sowie wenigstens ein Ansaugventil und wenigstens ein Umschaltventil umfasst. Die Ansteuerung der Rückförderpumpe und/oder des Umschaltventils und/oder des Ansaugventils erfolgt wenigstens abhängig von einem Signal, das die Betätigung des Bremspedals repräsentiert. Dadurch wird erreicht, dass die Rückförderpumpe des ABS/ASR-Hydroaggregats in Abhängigkeit des Fahrerwunsches in den Radbremszylindern aktiv Druck aufbaut.
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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.
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 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. Bevor auf die Vorgänge im Bremssystem eingegangen wird, sollen zuerst die einzelnen Blöcke des linken Zweiges kurz vorgestellt werden:
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Bezugszeichenliste
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- 3
- Hydraulische Bremsdruckregeleinrichtung (beide Bremskreise umfassend)
- 1
- Hauptbremszylinder
- 4
- HSV1 (= Hochdruckschaltventil von Bremskreis 1)
- 5
- USV1 (= 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 Ausgangssseite 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. 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. 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 l noch bis zum Zeitpunkt t3 geöffnet und
- – das HSV von Bremskreis 2 wird zum Zeitpunkt t2 geöffnet und zum Zeitpunkt t3 ebenfalls geschlossen.
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.
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. 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.
