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Die
Erfindung betrifft eine Bremsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Patentanspruches 1.
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Eine
gattungsgemäße Bremsanlage
ist aus
DE 43 36 464
A1 bekannt. Dort ist innerhalb eines Bremskreises zwischen
dem Hauptbremszylinder und einer radbremsseitigen Drucksteuerventilanordnung
ein Druckbegrenzungsventil angeordnet. Dieses Druckbegrenzungsventil
ist in der zwischen Hauptbremszylinder und Radbremse verlaufenden Bremsleitung
angeordnet. In einer stromlosen Grundstellung ist das Druckbegrenzungsventil
für Druckmittel
durchlässig.
Für eine
Antriebsschlupfregelung (ASR) erfolgt ein automatischer Bremseingriff,
bei dem das Druckbegrenzungsventil in eine Arbeitsstellung überführt wird.
Hierdurch ist die vorgenannte Bremsleitung gesperrt. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Ansprechdruckes, d.h. einer vorgegebenen Ansprechschwelle,
ist das Druckbegrenzungsventil in Richtung zum Hauptbremszylinder durchlässig und
kann dadurch einen Druckabbau und somit einen Berstschutz im Bremskreislauf
bewirken.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen automatischen Bremseingriff
für die
Fahrzeuginsassen komfortabler zu gestalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Patentanspruches
1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine
veränderbare
Stellgröße vorgesehen, um
entsprechend unterschiedlicher Werte der Stellgröße unterschiedliche Ansprechschwellen
für das Ventil
zur Druckbegrenzung bilden zu können.
Mittels der veränderbaren
Steuergröße wird
das Ventil angesteuert. Somit kann das Ventil in Arbeitsstellung
mittels einer Stellgröße dynamisch
angesteuert werden, um unterschiedliche Überdrücke an einer Radbremse abzubauen.
Mit anderen Worten können
Sollbremsdrücke,
die an einer Radbremse aufzubauen sind, komfortabel eingestellt
werden, ohne dass es in der Bremsdruck-Aufbauphase zu einer den Fahrkomfort
beeinträchtigenden
Beanspruchung der Radbremse oberhalb des angeforderten Sollbremsdruckes
kommen muss. Der Sollbremsdruck kann somit besonders feinjustiert
aufgebaut und eingestellt werden. Die Druckstellgenauigkeit an den
Radbremsen ist vorteilhaft verbessert. Es wird deshalb verhindert,
dass mehr Druckmittel als notwendig zu den Radbremsen gefördert wird. Überflüssiges Druckmittel-Volumen
wird nach Art einer Überströmtechnik über das
Ventil hin zum hauptbremszylinderseitigen Abschnitt der Bremsleitung
abgeführt
bzw. „abgeblasen". Eine für die Fahrzeuginsassen
angenehme Dosierbarkeit bzw. Einsteuerung des Bremsdruckes ist ermöglicht.
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Auf
diese Weise kann der Soll-Druck in den Radbremsen unabhängig vom
Entlüftungszustand, von
unterschiedlich dimensionierten Varianten der Radbremsen, von Ansteuerungenauigkeiten
verschiedener Komponenten (z.B. Pumpe, Ventile) der Bremsanlage
und von der Umgebungs- oder Druckmitteltemperatur exakt eingestellt
werden.
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Die
Bremsanlage ist insbesondere druckbetrieben. Dabei handelt es sich
vorzugsweise um eine hydraulische oder um eine pneumatische Bremsanlage.
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Die
Ansteuerung des Ventils kann für
Fahrzeugfunktionen (insbesondere Sicherheitsfunktionen oder Assistenzfunktionen)
mit unterschiedlichen automatischen Bremseingriffen (d.h. für Bremskräfte, die
unabhängig
von einer vom Fahrer bzw. Bremspedal angeforderten Bremswirkung
eingestellt werden) genutzt werden. Beispielsweise handelt es sich
bei der Fahrzeugfunktion um ein Längsregelsystem, wie z.B. Tempomat,
Geschwindigkeitsbegrenzer (Limiter), Abstands-Regel-Tempomat (ART)
oder Antriebs-Schlupf-Regelung (ASR) oder die Regelung des Anti-Blockier-Systems
(ABS). Die aktivierte Fahrzeugfunktion kann alternativ oder gleichzeitig auch
eine Querregelungsfunktion beinhalten, z.B. Elektronisches Stabilitätsprogramm
(ESP).
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Anspruch
2 schlägt
eine technisch einfach zu realisierende Steuergröße vor. Beispielsweise kann ein
Gleichstrom in der Amplitude variiert werden.
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Die
Maßnahme
nach Anspruch 3 ermöglicht eine
technisch exakte Einstellung des erforderlichen Wertes der Steuergröße und unterstützt somit
auch eine genaue Einstellung des erforderlichen Soll-Druckes an
einer Radbremse.
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Gemäß Anspruch
4 wird vorteilhaft eine Kalibrierkennlinie zur Einsteuerung des
Bremsdrucks am radbremsseitigen Ausgang des Ventils bzw. an einer Radbremse
verwendet. Hierdurch kann Kosten sparend auf zusätzliche Drucksensoren an der
Ausgangsseite des Ventils zu einer Regelung des Soll-Druckes an
einer Radbremse verzichtet werden.
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Zur
Ermittlung des Differenzdrucks am Druckbegrenzungsventil wird gemäß Anspruch
5 auf einen ohnehin im Bremskreislauf vorhandenen Drucksensor zurückgegriffen.
Dies unterstützt
einen kostengünstigen
Aufbau der Ansteuerung des Ventils.
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Der
physikalische Zusammenhang gemäß Anspruch
6 unterstützt
eine genaue Ansteuerung des Ventils mit geringem technischem Aufwand.
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vorzugsweise
wird der an mindestens einer Radbremse aufzubauende Soll-Druck von
einem Fahrzeugfunktionssystem (z.B. eine Sicherheitsfunktion oder
eine Assistenzfunktion) vorgegeben. Dabei kann es sich um ein Längsregelsystem
und/oder um ein Querregelungssystem handeln.
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Eine
technisch einfache und exakte Einstellung des Soll-Drucks an den Radbremsen
wird durch eine Steuervorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis 12 weiterhin unterstützt. Die
Steuervorrichtung ist vorzugsweise als einbautechnisch einfach handhabbares
elektronisches Steuergerät
ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuervorrichtung
nicht nur für
die Einsteuerung des Soll-Drucks zuständig, sondern steuert auch
das Ventil zwischen seiner stromlosen Grundstellung und seiner Arbeitsstellung.
Auch kann die Steuervorrichtung die elektrische Ansteuerung weiterer
Bauteile, Komponenten und dergleichen innerhalb der Bremsanlage,
wie z.B. die Ansteuerung verschiedener Ventile, den Elektromotor
einer Druckmittel-Pumpe usw. übernehmen.
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Alternativ
sind die vorgenannten Funktionen der Steuervorrichtung teilweise
oder vollständig
in einem ohnehin vorhandenen Steuergerät integriert, z.B. in einem
ESP (= Elektronisches Stabilitätsprogramm)-Steuergerät integriert.
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Die
Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 Ein
hydraulisches Schaltbild einer Zwei-Kreis-Bremsanlage mit einem Ventil zur Druckbegrenzung
in jedem Bremskreis,
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2 ein
hydraulisches Schaltbild mit einer Ansteuerung des in seiner Grundstellung
einliegenden Ventil zur Druckbegrenzung,
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3 eine
schematisch dargestellte Ausführungsform
des Ventils zur Druckbegrenzung in seiner stromlosen Grundstellung,
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4 das
Ventil gemäß 3 in
seiner bestromten Arbeitsstellung.
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Die
in 1 dargestellte hydraulische Bremsanlage 1 weist
ein Bremspedal 2 zum Zwecke der fahrerabhängigen Betätigung eines
Hauptbremszylinders 3 auf. Der Hauptbremszylinder trägt einen Druckmittel-Vorratsbehälter 4.
An den Hauptbremszylinder 3 sind zwei Bremskreise BK1 und
BK2 angeschlossen. Der Bremskreis BK1 dient der Betätigung einer
Radbremse 5 des linken Hinterrades HL und der Betätigung einer
Radbremse 6 des rechten Hinterrades HR. Der Bremskreis
BK2 dient der Betätigung
einer Radbremse 7 des linken Vorderrades VL und der Betätigung einer
Radbremse 8 des rechten Vorderrades VR. Die beiden Bremskreise
BK1 und BK2 sind in der gleichen Weise aufgebaut (so genannte Schwarz-Weiß-Aufteilung).
Alternativ kann die Bremsanlage 1 als Diagonalaufteilung
ausgeführt sein
(Bremskreis BK1 mit linkem Vorderrad VL und rechtem Hinterrad HR,
Bremskreis BK2 mit rechtem Vorderrad VR und linkem Hinterrad HL).
Der Aufbau der Bremsanlage 1 gemäß 1 wird nachfolgend anhand
des Bremskreises BK1 beschrieben, bezogen auf eine Bremsanlage mit
Schwarz-Weiß-Aufteilung.
Eine Bremsanlage mit Diagonalaufteilung funktioniert mit entsprechend
anderer Radaufteilung grundsätzlich
gleich.
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Der
Bremskreis BK1 weist eine vom Hauptbremszylinder 3 zur
Radbremse 6 führende
Bremsleitung 9 auf. Mit der Bremsleitung 9 sind
ein Einlassventil EVE und ein Auslassventil AV6 verbunden, welche
der Radbremse 6 zugeordnet sind. Außerdem sind mit der Bremsleitung 9 ein
Einlassventil EV5 und ein Auslassventil AV5 verbunden, welche der
Radbremse 5 zugeordnet sind.
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In 1 sind
die Ventile in ihrer stromlosen Grundstellung dargestellt. Die Einlassventile
EV5 und EV6 sind in ihrer Grundstellung für das Druckmittel durchlässig, während die
Auslassventile AV5 und AV6 in ihrer dargestellten Grundstellung
die daran angeschlossenen Abschnitte der Bremsleitung sperren.
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Hauptbremszylinderseitig
ist in die Bremsleitung 9 ein Ventil 10 zur variablen
Druckbegrenzung eingebaut. Es ist in der in 1 dargestellten
Grundstellung 10a für
Druckmittel durchlässig.
In einer durch elektrische Ansteuerung erzielbaren Arbeitsstellung 10b sperrt
das Ventil 10 die Bremsleitung 9. Bei Überschreiten
einer variablen bzw. veränderbaren
Ansprechschwelle in Arbeitsstellung 10b ist das Ventil 10 in
Richtung zum Hauptbremszylinder 3 durchlässig. Die
Ansprechschwelle ist mittels einer noch zu erläuternden Ansteuerung veränderbar.
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Für einen
automatischen Bremseingriff (bei dem eine Bremskraft unabhängig von
einer vom Bremspedal 2 angeforderten Bremswirkung eingestellt
wird) zweigt zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und der
Eingangsseite 11 des Ventils 10 eine Saugleitung 12 ab,
in der ein Ansaugventil 13 einliegt. In stromloser Grundstellung 13a des
Ansaugventils 13 ist die Saugleitung 12 gesperrt.
Bei Anforderung eines automatischen Bremseingriffs mit einem aktiven Druckaufbau
wird das Saugventil derart angesteuert, dass es in seine Arbeitsstellung 13b überführt wird und
für Druckmittel
in der Saugleitung 12 durchlässig ist. Die Saugleitung 12 führt zu einer
Rückförderpumpe 14 (z.B.
selbstansaugende Hochdruckpunpe), an deren Druckseite eine Druckleitung 15 angeschlossen
ist. Die Druckleitung 15 ist außerdem zwischen der Ausgangsseite 16 des
Ventils 10 und den Eingangsseiten der Einlassventile EV5
und EV6 angeschlossen.
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Die
zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und den Radbremsen 5, 6, 7, 8 angeordneten
Bauteile und Komponenten der Bremsanlage 1 sind vorzugsweise
zu einer Baueinheit integriert. Zur Aufnahme und Integration der
Bauteile und Komponenten ist ein Gehäuse 17 vorgesehen,
welches in 1 strichliniert schematisch
dargestellt ist.
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Die
Bremsanlage 1 weist eine Steuervorrichtung 18 auf.
Sie dient zur Realisierung der oben erwähnten unterschiedlichen Ansprechschwellen
des Ventils 10 und kann unter anderem auch zur Ansteuerung
der Bremsanlage 1 bei einem angeforderten automatischen
Bremseingriff dienen.
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Bei
einem vom Fahrer über
das Bremspedal 2 angeforderten Bremsdruck wird das Druckmittel gemäß 1 vom
Hauptbremszylinder 3 durch das durchlässige Ventil 10 in
stromloser Grundstellung 10a und durch die in stromloser
Grundstellung durchlässigen
Einlassventile EV5 und EV6 hindurch zu den Radbremsen 5, 6 transportiert.
Das Ansaugventil 13 befindet sich dabei in seiner die Saugleitung 12 sperrenden
Grundstellung gemäß 1.
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Wird
an mindestens einer Radbremse 5, 6 des Bremskreises
BK1 ein automatischer Bremseingriff in Form eines Soll-Druckes psoll angefordert, schaltet die Steuervorrichtung 18 das
Ventil 10 in dessen sperrende Arbeitsstellung 10b und
das An saugventil 13 in dessen durchlässige Arbeitsstellung 13b.
Außerdem
schaltet die Steuervorrichtung 18 einen hier nicht weiter
dargestellten Antriebsmotor zum Antrieb der Rückförderpumpe 14 ein.
Die Rückförderpumpe 14 saugt
Druckmittel aus einem Druckmittelspeicher 19 und/oder aus
dem Hauptbremszylinder 3 durch die Saugleitung 12 an.
Das angesaugte Druckmittel wird durch die Druckleitung 15 und
durch die in ihrer stromlosen Grundstellung durchlässigen Einlassventile
EV5 und EV6 in die Radbremse 5 bzw. Radbremse 6 geleitet,
um dort den Soll-Druck psoll als Bremsdruck
zu erzeugen.
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Wird
lediglich an einer Radbremse 5 oder 6 ein Soll-Druck
psoll als Bremsdruck angefordert, wird an
der jeweils anderen Radbremse 6, 5 des Bremskreises
BK1 das zugeordnete Einlassventil EVE, EV5 in seine den radbremsseitigen
Abschnitt der Bremsleitung 9 sperrende Arbeitsstellung
geschaltet. Dieses Umschalten erfolgt vorzugsweise ebenfalls mittels
der Steuervorrichtung 18.
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Ist
an beiden Radbremsen 5, 6 desselben Bremskreises
BK1 grundsätzlich
ein Soll-Druck psoll – jedoch mit unterschiedlichen
Druckwerten – als Bremsdruck
aufzubauen, wird folgendermaßen
verfahren. Das Ventil 10 wird derart angesteuert, dass von
den für
die beiden Radbremsen 5, 6 angeforderten Soll-Druck-Werte der höhere Soll-Druck-Wert
am Ausgang des Ventils 10 anliegen soll. Der an der anderen
Radbremse 5, 6 des Bremskreises BK1 aufzubauende
niedrigere Soll-Druck-Wert wird dann über eine Ansteuerung des dieser
Radbremse zugeordneten Einlassventils und Auslassventils eingestellt,
wobei Druckmittel in einen Niederdruckspeicher 27 gefördert werden
kann.
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Auf
den automatischen Aufbau des Bremsdruckes an einer oder beiden Radbremsen 5, 6 können hier
nicht weiter beschriebene Phasen folgen, in denen der Bremsdruck
aufrechterhalten oder abgebaut wird.
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Damit
der in der Bremsdruckaufbauphase für eine Radbremse 5, 6 angeforderte
Soll-Druck psoll (bei unterschiedlichen
Soll-Druck-Werten
für beide Radbremsen 5, 6 ist
hier der höhere
Soll-Druck-Wert gemeint) möglichst
nicht überschritten
wird, steuert die Steuervorrichtung 18 das Ventil 10 in
der nachfolgend beschriebenen Weise an.
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Die
Steuervorrichtung 18 ist über eine Steuerleitung 19 mit
den Windungen einer Steuerspule 28 elektrisch verbunden.
Die Steuerspule 28 umgibt einen Magnetanker 29,
der an seinem einen Längsende
ein kugelförmiges
Schließelement 30 trägt. Das Schließelement 30 korrespondiert
mit einem hier lediglich schematisch dargestellten Ventilsitz 31,
so dass das Ventil 10 als elektrohydraulisches Ventil ausgebildet
ist (3, 4). In 3 befindet
sich das Ventil in seiner stromlosen Grundstellung 10a. Für den elektrischen
Steuerstrom Ist gilt dann ISt = 0.
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Um
das Schließelement 30 in
die bestromte Arbeitsstellung 10b gemäß 4 zu überführen, wird
das Ventil 10 mittels eines veränderbaren elektrischen Steuerstromes
Ist angesteuert. Die Höhe des
Steuerstromes Ist wird bei Bedarf von der Steuervorrichtung 18 mittels
Pulsweitenmodulation verändert.
Diese Veränderung
erfolgt in Abhängigkeit
eines als Kalibrierkennlinie 20 vorgegebenen Zusammenhangs
zwischen dem Steuerstrom Ist und einem Differenzdruck Δp. Der Differenzdruck Δp wiederum setzt
sich zusammen aus der Differenz zwischen einem ermittelten Ist-Druck
pist am bremszylinderseitigen Eingang 11 des
Ventils 10 und einem Ausgangsdruck am radbremsseitigen
Ausgang 16 des Ventils 10. Der Ausgangsdruck ist
vorzugsweise mit einem an der Radbremse 6 aufzubauenden
Soll-Druck psoll gleichgesetzt. Soll an
beiden Radbremsen 5 und 6 ein unterschiedlich
großer
Soll-Druck-Wert aufgebaut werden, wird der zu erzielende Ausgangsdruck am
Ausgang 16 vorzugsweise mit dem größeren dieser beiden Soll-Druck-Werte
gleichgesetzt. Der Ist-Druck pist wird mittels
eines ohnehin im Bremskreis BK1 vorhandenen Drucksensors 25 ermittelt.
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Die
Kalibrierkennlinie 20 ist in 2 lediglich schematisch
als Koordinatensystem mit dem Differenzdruck Δp auf der Abszisse (x-Achse)
und dem Steuerstrom ISt auf der Ordinate
(y-Achse) dargestellt.
Sie ist in der Steuervorrichtung 18 abgelegt bzw. abgespeichert.
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Beispielsweise
gibt ein Fahrzeugfunktionssystem 21 vor, z.B. ein ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung)-System,
dass an der Radbremse 6 ein Soll-Druck psoll aktiv
aufzubauen ist. Dieser Soll-Druck psoll ergibt
sich durch Auswertung der Daten eines fahrzeuginternen Datenbusses 22 (z.B. CAN-Bus),
der unter anderem an das Fahrzeugfunktionssystem 21 angeschlossen
ist. Da der Bremsdruck aktiv (unabhängig von einem Fahrerwunsch) aufzubauen
ist, wird das Ventil 10 von der Steuervorrichtung 18 mittels
eines Steuerstromes ISt ≠ 0 derart angesteuert, dass es
grundsätzlich
in seine Arbeitsstellung 10b überführt wird und die Bremsleitung 9 sperrt.
Die den vorgegebenen Soll-Druck
psoll repräsentierenden Signale werden
einem Soll-Druck-Eingang 23 der
Steuervorrichtung 18 zugeführt. An den Soll-Druck-Eingang 23 können gegebenenfalls
auch Soll-Druck-Signale
für andere
Radbremsen 5–8 gesendet
werden. Alternativ kann für
jede Radbremse 5–8 ein
separater Soll-Druck-Eingang vorgesehen sein. Außerdem weist die Steuervorrichtung 18 einen Ist-Druck-Eingang 24 für die Zuführung des
vom Drucksensor 25 ermittelten Ist-Druckes pist auf.
Auf Basis dieser Eingangsdaten wird in der Steuervorrichtung 18 der
einzustellende Differenzdruck Δp
ermittelt. Aufgrund der vordefinierten Kalibrierkennlinie 20 wird
ein zugehöriger
Steuerstrom ISt generiert. Dieser durch
Pulsweitenmodulation variable Steuerstrom ISt liegt
an einem Steuerausgang 26 der Steuervorrichtung 18 an
zur Ansteuerung des Ventils 10 in seiner Arbeitsstellung 10b.
Der Steuerstrom ISt entspricht dabei einer
Ventil-Ansprechschwelle bzw. einer Ventil-Sperrkraft, die das Ventil 10 in
Arbeitsstellung 10b solange gesperrt hält, solange am Ausgang 16 ein
Druck anliegt, der kleiner oder gleich dem an der Radbremse 6 aufzubauenden
Soll-Druck psoll ist. Ist der Druck am Ausgang 16 größer als
der aufzubauende Soll-Druck psoll, wird
die Ansprechschwelle überschritten
bzw. die Sperrkraft überwunden,
so dass das Schließelement 30 aus
seiner Schließstellung
gemäß 4 weggedrückt wird
und das Ventil 10 in Arbeitsstellung 10b in Richtung
des Hauptbremszylinders 3 durchlässig ist. Überschüssiges Druckmittel-Volumen wird dann
in Richtung des Einganges 11 des Ventils 10 weggeleitet
bzw. abgeblasen.