DE102005003811A1

DE102005003811A1 - Sensor zur Messung des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit

Info

Publication number: DE102005003811A1
Application number: DE200510003811
Authority: DE
Inventors: Dirk Foerch; Monika Scherer; Michael Hilden; Udo Kaess; Lieselotte Häbe-Rapf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensorik (3-6) zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit in einem Fahrzeug. Der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit (2) kann besonders genau mittels einer Sensorik (3-6) gemessen werden, die einen Viskositätssensor (4), ein Kühlelement (3) sowie eine Elektronik (5) umfasst, die das Ausgangssignal des Viskositätssensors (4) auswertet, wobei die Viskosität bei Temperaturen von weniger als 0 DEG C gemessen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die in heutigen Kraftfahrzeugen verwendete Bremsflüssigkeit ist üblicherweise stark hygroskopisch, d.h., der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit nimmt im Laufe der Lebensdauer des Fahrzeugs stetig zu und kann innerhalb relativ kurzer Zeit durchaus Konzentrationen von 8% und mehr erreichen. Mit zunehmendem Wassergehalt der Bremsflüssigkeit sinkt deren Siedepunkt drastisch. Bei länger anhaltenden Bremseneingriffen, bei denen sich die Radbremsen stark erhitzen, kann dies zu kritischen Situationen führen, wenn die Bremsflüssigkeit Dampfblasen bildet. Dadurch kann das Bremspedal plötzlich durchsacken und die Bremswirkung verloren gehen. In bekannten Fahrzeugen gibt es bislang keine Möglichkeit, den aktuellen Wassergehalt der Bremsflüssigkeit zu messen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensorik zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit in Fahrzeugen zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den Wassergehalt der Bremsflüssigkeit mittels eines Viskositätssensors zu messen und ein Kühlelement vorzusehen, das die Bremsflüssigkeit zumindest lokal im Bereich des Sensorelements auf eine Temperatur von vorzugsweise weniger als 0°C, z.B. auf etwa –40°C kühlt. Das Kühlen der Bremsflüssigkeit hat den wesentlichen Vorteil, dass die Empfindlichkeit (d.h. die Signifikanz) der Viskositätsmessung größer ist als bei höheren Temperaturen und somit die Viskosität bzw. der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit mit höherer Genauigkeit gemessen werden kann. Ferner ist eine Elektronik vorgesehen, die das Ausgangssignal des Viskositätssensors auswertet und daraus den Wassergehalt bzw. eine proportionale Größe bestimmt.

Die Sensorik und das Kühlelement sind vorzugsweise radnah, vorzugsweise in einer Bremsleitung angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist für jedes Rad des Fahrzeugs ein eigener Sensor vorgesehen. Gerade im Bereich der Radbremsen ist die Wasseraufnahme oftmals besonders hoch. Durch radnahe Sensoren kann der spezifische Wassergehalt an den Radbremsen, der für die Fahrsicherheit ausschlaggebend ist, genau erfasst werden.

Wahlweise könnte die Sensorik auch im Bremsflüssigkeitsbehälter angeordnet sein. In diesem Fall wird nur ein Sensor benötigt, unterschiedliche Wasserkonzentrationen können aber dann nicht berücksichtigt werden.

Der Viskositätssensor arbeitet vorzugsweise mit einem Oszillator, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Viskosität der Bremsflüssigkeit unterschiedlich stark gedämpft wird. Die Viskosität ist wiederum abhängig vom Wassergehalt und der Temperatur der Bremsflüssigkeit, wobei der Zusammenhang gilt, dass die Viskosität mit zunehmendem Wassergehalt und abnehmender Temperatur steigt.

Um den Einfluss der Temperatur berücksichtigen zu können, ist vorzugsweise ein Temperatursensor vorgesehen, dessen Signal von der Elektronik ausgewertet wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Temperaturregelung vorgesehen, mit der die lokale Temperatur genau eingestellt werden kann.

Die Bremsflüssigkeit wird vorzugsweise auf Temperaturen von weniger als –20°C, insbesondere weniger als –30°C und vorzugsweise auf etwa –40°C gekühlt. Bei Temperaturen von weniger als –30°C ist die Empfindlichkeit der Viskositätsmessung besonders hoch, so dass die Viskosität bzw. der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit sehr genau gemessen werden kann.

Die Viskosität der Bremsflüssigkeit hängt neben dem Wassergehalt und der Temperatur insbesondere auch von der Art der Bremsflüssigkeit ab. Aus einer einzelnen Viskositätsmessung lässt sich daher nur dann eine genaue Aussage über den Wassergehalt treffen, wenn Art und Temperatur der Bremsflüssigkeit bekannt sind. Um zu vermeiden, das Meßsystem bei jeder Neubefüllung neu aktualisieren zu müssen, wird vorgeschlagen, nicht den absoluten Viskositäts-Messwert, sondern die Änderung der Viskosität während der Betriebsdauer des Fahrzeugs auszuwerten und einen kritischen Zustand der Bremsflüssigkeit zu erkennen, wenn die Änderung der Viskosität einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Nach einer Neubefüllung wird vorzugsweise ein erster Messwert (Nullwert) aufgenommen und danach weitere Messungen durchgeführt, wobei die Differenz zum Nullwert ausgewertet wird.

Die Elektronik kann die Viskosität nach Wunsch in einen entsprechenden Wassergehalt oder Siedepunkt umrechnen. Die Umrechnung kann z.B. mittels einer im System hinterlegten Kennlinie erfolgen. Die Elektronik ist vorzugsweise ein Steuergerät mit entsprechender Software.

Das Kühlelement ist vorzugsweise als Peltier-Element realisiert. Dies hat den Vorteil, dass es besonders klein realisiert und in einer Bremsleitung untergebracht werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Bremsflüssigkeitsbehälters mit einer Sensorik zur Messung des Wassergehalts der Bremsflüssigkeit;
2 die Viskosität einer Bremsflüssigkeit in Abhängigkeit vom Wassergehalt; und
3 die wesentlichen Schritte eines Verfahrens zum Messen des Wassergehalts in einer Bremsflüssigkeit.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kfz-Bremsleitung 1 mit einer Sensorik 3–6 zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit 2. Die Sensorik umfasst im wesentlichen einen Viskositätssensor 4, ein Kühlelement 3, einen Temperatursensor 6, sowie eine Auswerteelektronik 5. Die Komponenten 3, 4 und 6 sind an einer Seitenwand der Bremsleitung 1 in einer Ausbuchtung 7 montiert und mit der Elektronik 5 verbunden. Bei der Elektronik 5 kann es sich z.B. um ein Steuergerät mit geeigneter Mess-Software handeln. Das Kühlelement 3 ist vorzugsweise ein Peltier-Element.
Als Viskositätssensor 4 wird hier ein Oszillator mit einem Schwingquarz verwendet, dessen Frequenz in Abhängigkeit von der Viskosität der Bremsflüssigkeit 2 unterschiedlich stark gedämpft wird. Hierbei gilt der Zusammenhang, dass die Viskosität mit zunehmendem Wassergehalt steigt.
Der Viskositätssensor 4 misst die Viskosität der Bremsflüssigkeit 2 und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal, das vom Steuergerät 5 ausgewertet wird.
Nach einer Neubefüllung des Bremssystems mit Bremsflüssigkeit 2 wird vorzugsweise ein erster Messwert (Nullwert) aufgenommen und danach regelmäßig weitere Werte gemessen. Die Differenz der Messwerte ist dabei ein Maß für den Wassergehalt der Bremsflüssigkeit 2. Wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein kritischer Zustand der Bremsflüssigkeit 2 erkannt.
Da die Empfindlichkeit der Viskositätsmessung bei niedrigen Temperaturen wesentlich besser ist als bei höheren Temperaturen, wird die Viskosität bei Temperaturen von etwa –40°C gemessen. Zur Einstellung der gewünschten Temperatur umfasst die Elektronik 5 eine Temperaturregelung.
Das Kühlelement 3 ist so dimensioniert, dass die Bremsflüssigkeit 2 nur lokal im Bereich des Viskositätssensors 4 abgekühlt wird. Dies ist für die Bestimmung des Wassergehalts völlig ausreichend.
2 zeigt den Verlauf der Viskosität der Bremsflüssigkeit 2 in Abhängigkeit vom Wassergehalt und der Temperatur. Wie zu erkennen ist, steigt die Viskosität mit zunehmendem Wassergehalt linear an. Der Gradient der Kennlinien ist bei niedrigen Temperaturen (–40°C) wesentlich größer als bei höheren Temperaturen (z.B. –10°C). Insbesondere bei Temperaturen von weniger als –30°C nimmt der Gradient stark zu. Daher wird die Viskosität auch bei Temperaturen von etwa –40°C gemessen.
3 zeigt die wesentlichen Verfahrensschritte eines Meßverfahrens bei dem die Änderung des Siedepunkts der Bremsflüssigkeit 2 ausgewertet wird. Dabei wird in Schritt 10 zunächst ein Viskositäts-Messwert aufgenommen, der in Schritt 11 in einen entsprechenden Siedepunkt umgerechnet wird. Aus dem aktuellen Siedepunkt und einem zuvor gemessenen Siedepunkt wird in Schritt 12 die Differenz Δs gebildet. In Schritt 13 wird die Differenz Δs mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW verglichen. Ist die Differenz Δs größer als der Schwellenwert SW, bedeutet dies, dass die Wasserkonzentration in der Bremsflüssigkeit 2 bereits kritisch und der Siedepunkt zu niedrig ist. In Schritt 14 wird daher ein Fehler- bzw. Warnsignal erzeugt. Falls die Differenz Δs kleiner ist als der Schwellenwert SW (Fall N), ist die Bremsflüssigkeit 2 in Ordnung und das Verfahren endet. Der Wassergehalt der Bremsflüssigkeit 2 wird in regelmäßigen Abständen neu überprüft.

1: Bremsleitung
2: Bremsflüssigkeit
3: Kühlelement
4: Viskositätssensor
5: Steuergerät
6: Temperatursensor
7: Ausbuchtung
10–14: Verfahrensschritte

Claims

Vorrichtung zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit (2) in einem Fahrzeug, gekennzeichnet durch – einen Viskositätssensor (4), – ein Kühlelement (3), das die Bremsflüssigkeit (2) zumindest im Bereich des Viskositätssensors (4) kühlt, und – eine Elektronik (5), die das Ausgangssignal des Viskositätssensors (4) auswertet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) die Bremsflüssigkeit (2) lokal auf Temperaturen von weniger als –20°C, vorzugsweise auf etwa –40°C kühlt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (6) vorgesehen ist, der die Temperatur der Bremsflüssigkeit (2) im Bereich des Viskositätssensors (4) misst.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (5) einen Temperaturregler umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (5) ein Warnsignal erzeugt, wenn die Änderung der Viskosität einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (3) ein Peltier-Element ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Viskositätssensor (4) und das Kühlelement (3) in einer Bremsleitung (1) angeordnet sind.
Verfahren zum Messen des Wassergehalts einer Bremsflüssigkeit (2) in einem Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Kühlen der Bremsflüssigkeit (2) zumindest lokal im Bereich eines Viskositätssensors (4), – Messen der Viskosität der Bremsflüssigkeit (2) mittels des Viskositätssensors (4) und – Auswerten der Viskositätsmessung mittels einer Elektronik (5).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsflüssigkeit (2) lokal auf Temperaturen von weniger als –20°C, vorzugsweise auf etwa –40°C gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik (5) aus zwei Messwerten eine Viskositätsänderung (Δs) ermittelt und auswertet.