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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Staudrucks
in einer hydraulischen Bremse, der unabhängig von einer
eigentlichen Bremswirkung Lüftspiele kompensieren und Aufträge wie
Wasser, Salz oder dergleichen auf der Bremsscheibe beseitigen soll.
Insbesondere soll ein Staudruck in einer hydraulisch mittels Druckmittel
betätigten Radbremse eines Kraftfahrzeugs erzeugt werden,
welches über ein vorzugsweise im nicht-betätigten
Zustand offenes Trennventil an einen mit dem Druckmittel gefüllten
hydraulischen Bremskreis angeschlossen ist. Über das Trennventil
ist eine Betätigungseinheit, insbesondere ein pedalbetätigter Hauptzylinder
mit Druckmittelbehälter, angeschlossen. Das Trennventil
ist über eine Bremsleitung mit jeweils einem im nicht-betätigtem
Zustand offenen Einlass- und einem im nicht-betätigten
Zustand geschlossenem Auslassventil verbunden. Vor dem Einlassventil
ist an den Bremskreis der Hochdruckbereich einer Druckmittelpumpe
und ferner ist in dem Bremskreis das Auslassventil mit dem Niederdruckbereich
der Druckmittelpumpe verbunden. Ferner ist in dem Niederdruckbereich
der Druckmittelpumpe die ein Druckmittelreservoir aufweisende Betätigungseinheit über
ein Umschaltventil angeschlossen. In den Bremskreis ist zwischen
der Betätigungseinheit und dem Trennventil ein Drucksensor
angeordnet. Zum Aufbau eines Staudrucks in einer an den Bremskreis
angeschlossenen Radbremse ist das im nicht-betätigten Zustand
offene Trennventil offen, das Umschaltventil wird geöffnet
und die Druckmittelpumpe eingeschaltet.
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Bei
derartigen Bremsanlagen werden zunehmend Funktionen realisiert,
die den Fahrer quasi unmerklich unterstützen und die Sicherheit
der Kraftfahrzeuge erhöhen sollen. Diese Funktionen dienen in
der Regel dazu, die Radbremse in einen definierten Zustand zu versetzen.
Es sollen gegebenenfalls aufgebaute Lüftspiele kompensiert
oder Aufträge auf der Bremsscheibe durch Wasser, Salz, Öl
oder sonstige Verunreinigungen beseitigt werden. Dies wird bei bekannten
Bremsanlagen (
DE-A1-103
36 047 ) in der Regel durch einen Pumpenlauf bei geöffnetem Trennventil
und einem offenen Umschaltventil gelöst. Durch das Einschalten
der Druckmittelpumpe wird in Abhängigkeit von der Drehzahl
des Motor-Pumpen-Aggregates ein gewisser, im Vergleich zu einer wirklichen
Bremsung niedriger Staudruck erzeugt, der ein leichtes Anlegen der
Bremsbelege an den Bremsscheiben bewirkt und die Bremse dadurch
beispielsweise in Bremsbereitschaft versetzt oder auch Aufträge
auf der Bremsscheibe beseitigt.
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In
einem derartig offenen hydraulischen System mit einem vollständig
geöffnetem Trennventil und einem geöffneten Umschaltventil
kann ein Staudruck nur durch einen permanenten Volumenstrom erzeugt
werden, der durch den Betrieb der Druckmittelpumpe erreicht wird.
Daher stellt die staudruckbasierte Druckerzeugung besonders hohe
Anforderungen an die Haltbarkeit der Motor- und Pumpenaggregate,
da wegen der geringen Drosselwirkung des offenen Trennventils relativ
hohe Pumpendrehzahlen erforderlich sind, um den Staudruck (dynamisch)
zu erzeugen. Außerdem variiert in diesen Systemen der eingestellte
Staudruck, da er" stark von der Temperatur in dem Bremssystem und
der Pumpendrehzahl abhängt.
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Neben
den hohen Belastungen für den Motor und die Druckmittelpumpe
stellt das benötigte hohe Drehzahlniveau auch ein Geräuschproblem
dar.
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Aus
der
DE 43 39 305 A1 ist
bereits ein Elektromagnetventil hervorgegangen, das mit einem axial beweglich
im Ventilgehäuse angeordneten Ventilschließglied
versehen ist, welches an einem Magnetanker angebracht ist. Ferner
ist im Ventilgehäuse ein hydraulisch betätigbarer,
axial beweglicher Ventilkolben angeordnet. Der Ventilkolben weist
eine Blendenbohrung auf, die in Reihe zu einem vom Ventilschließglied
zu verschließenden Ventilsitz gelegen ist. Das Ventilgehäuse
weist ferner einen ersten und zweiten Druckmittelanschluss auf,
die in der Grundstellung des Ventilkolbens drosselfrei und in der
elektromagnetischen Ventilschaltstellung über die Blendenbohrung
drosselbehaftet miteinander verbunden sind.
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Aus
der
DE 197 00 980
A1 ist bereits ein Elektromagnetventil bekannt geworden,
das infolge des gewählten einfachen Aufbaus ausschließlich
die Funktion eines bistabil schaltenden Zweistellungsventils erfüllen
kann.
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In
bestehenden Bremssystemen ist das stromlos geöffnete Trennventil
(TV) so ausgelegt, dass der komplette Ventilhub durch eine entsprechende
Feder sichergestellt wird. Die Feder stellt dabei sicher, dass das
Trennventil in seiner geöffneten Stellung ist, bei der
das Ventilschließglied in seiner maximalen Entfernung vom
Ventilsitz angeordnet ist.
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Weiterhin
sind aus der
JP-A-142353 Ventile bekannt,
bei denen die Feder nur einen Teil des Ventilhubs einstellt, um
eine bessere analoge Regelbarkeit zu gewähren. Bei dem
Ventil ist in seiner geöffneten Stellung das Schließglied
nicht in seiner maximalen Entfernung vom Ventilsitz angeordnet,
sondern in einer Zwischenstellung.
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Bisher
wurde der gewünschte Staudruck nur durch Pumpendrehzahl
(Fördervolumenstrom) bestimmt. Das sich einstellende Staudruckniveau
ergab sich undefiniert über die Bauteiltoleranzen der Baugruppen
Ventile und Pumpe.
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Es
wäre daher wünschenswert wenn der den Staudruck
genauer eingestellt werden könnte.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine genauere Erzeugung eines Staudrucks
unter Vermeidung der vorgenannten Probleme zu ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Dabei
sind erfindungsgemäß im Wesentlichen folgende
Schritte vorgesehen: Einstellen des Trennventils (7) mit
einem Ansteuerstroms I0-ΔI, der unterhalb
des Schließstroms I0 liegt, Erhöhen
des unter dem Schließstrom I0 eingestellten
Ansteuerstroms I0-ΔI bis zu einem
Ansteuerstrom I, bei dem eine das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs
beschreibende Größe verändert wird, und
Verringern
des Ansteuerstroms I, der bei der ermittelten Veränderung
der Größe über das Fahrverhalten eingestellt
war, um einen vorgegeben Wert.
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Vorteilhaft
kann der gewünschte Staudruck zusätzlich zum Fördervolumenstrom
auch durch den variablen Ventilhub als weitere Dimension beeinflusst werden.
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Vorteilhaft
wird der Staudruck in den Radbremsen erfindungsgemäß adaptiv über
die Beobachtung der Fahrzeugreaktion so dimensioniert, dass die
Funktion die maximale Wirksamkeit erhält, ohne eine vom
Fahrer wahrnehmbare Fahrzeugreaktion auszulösen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
werden im nachfolgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.
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Es zeigen
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1 eine
bekannte Bremsanlage
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2 eine
I-P Kennlinie für ein analoges bzw. analogisiertes Ventil
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Die
neue Erkennung verwendet die bei einem ESP-System vorhandene hydraulische
Bremsanlage. Eine bekannte Bremsanlage ist wie folgt ausgebildet:
Eine
bekannte Bremsanlage ist in 1 dargestellt.
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Die
in der 1 in einem Ausschnitt dargestellte, zur Ausführung
der Erfindung geeignete Fahrzeugbremsanlage umfasst eine Betätigungseinrichtung 1,
die über einen Bremskraftverstärker 2 mit
einem Hauptbremszylinder 3 verbunden und vorzugsweise als
Bremspedal ausgebildet ist.
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Der
Hauptbremszylinder 3 ist strömungsmäßig
mit einem Vorratsbehälter 4 für Hydraulikflüssigkeit
verbunden. Er ist vorzugsweise als so genannter Tandemhauptzylinder
ausgeführt, bei dem jeweils eine von zwei gekoppelten Druckkammern
zur Druckversorgung eines Bremskreises vorgesehen ist. Üblicherweise
besteht dabei eine X-Aufteilung der Bremskreise, bei der eine Druckkammer
die vordere rechte (VR) und die hintere linke (HL) Radbremse 5 versorgt
und die andere Druckkammer die vordere linke und die hintere rechte
Radbremse 5.
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Mit
den Radbremsen 5 ist der Hauptbremszylinder 3 über
eine Hydraulikeinheit 6 verbunden, die für jeden
der beiden Bremskreise in gleicher Weise ausgebildet ist. In der 1 ist
daher nur der einem der Bremskreise zugeordnete Teil der Hydraulikeinheit
dargestellt.
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Die
Radbremsen 5 sind dabei über ein stromlos offenes
Trennventil 7 mit dem Hauptbremszylinder 3 verbunden,
wobei jeder Radbremse 5 zusätzlich ein Einlassventil 8 zugeordnet
ist, das ebenfalls stromlos geöffnet ist. Bei einem ausschließlich durch
den Fahrer gesteuerten Bremsvorgang wird der von dem Fahrer mittels
des Bremskraftverstärkers 2 in dem Hauptbremszylinder 3 aufgebaute Bremsdruck
pTHZ, der auch als Vordruck bezeichnet wird,
direkt zu den Radbremsen 5 übertragen.
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Die
dargestellte Bremskraftanlage ermöglicht jedoch ebenfalls
einen fremdkraftgesteuerten Aufbau eines Bremsdrucks in den Radbremsen 5 mittels
der durch den Motor 9 angetriebenen Hydraulikpumpe 10.
Zum Druckaufbau wird dabei das Trennventil 7 geschlossen
und das stromlos geschlossene Umschaltventil 11 geöffnet,
so dass zwischen dem Hauptbremszylinder 3 und der Saugseite
der Hydraulikpumpe 10 eine Verbindung entsteht, und der Hauptbremszylinder 3 von
der Druckseite der Hydraulikpumpe 10 entkoppelt wird. Die
Hydraulikpumpe 10 ist damit in der Lage, Hydraulikflüssigkeit
aus dem Hauptbremszylinder 3 bzw. dem Vorratsbehälter 4 in
die Radbremsen 5 zu fördern, um den Radbremsdruck
aufzubauen bzw. zu erhöhen.
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Zur
Verringerung des Bremsdrucks in den Radbremsen 5 ist jeder
Radbremse 5 ein stromlos geschlossenes Auslassventil 12 zugeordnet.
Wird das Auslassventil 12 geöffnet, kann Hydraulikflüssigkeit
aus der entsprechenden Radbremse 5 in den Niederdruckspeicher 13 entweichen.
Mittels der Hydraulikpumpe 10 kann die Hydraulikflüssigkeit
aus dem Niederdruckspeicher 13 dann in den Hauptbremszylinder 3 zurückgefördert
werden, wozu das Umschaltventil 11 sowie die Einlassventile 8 geschlossen
werden und das Trennventil 7 geöffnet wird.
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Darüber
hinaus kann ein in den Radbremsen 5 vorhandener Bremsdruck
konstant gehalten werden, indem sowohl das der Radbremse 5 zugeordnete
Einlassventil 8 als auch das zugehörige Auslassventil 12 geschlossen
werden.
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Der
von dem Fahrer innerhalb des Hauptbremszylinders 3 eingestellte
Bremsdruck pTHZ wird mittels eines zwischen
dem Trennventil 7 und dem Hauptbremszylinder angeordneten
Drucksensors 14 gemessen, dessen Signal an ein Steuergerät 15 übermittelt
wird, welches die Steuerung der Hydraulikeinheit 6 bzw.
der enthaltenen Ventile 7, 8, 11 und 12 und
des Motors 9 vornimmt.
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Ferner
sind den Radbremsen jeweils Raddrehzahlsensoren 16 zugeordnet,
mittels denen das Drehverhalten der Räder ermittelt werden
kann.
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In
der dargestellten Weise ausgeführte Bremsanlagen sind dem
Fachmann insbesondere als ein Bestandteil von ESP-Systemen (ESP:
Elektronisches Stabilitätsprogramm) oder Systemen zur Kollisionsvermeidung
mit Objekten aus der
WO 2004/04085220 bekannt,
die bereits in einer Vielzahl von Fahrzeugen eingesetzt werden.
Ebenfalls können solche Bremsanlagen innerhalb eines ASR-Systems
(ASR: Antriebsschlupfregelsystem) genutzt werden. In den neuen Bremsanlagen
wird der Bremsdruck über analoge bzw. analogisierte Ventile
in den Bremskreisen geregelt. Der Ansteuerstrom bei dem das analoge
bzw. analogisierte Ventil öffnet, ist dabei stark von dem
am Ventil anliegenden Differenzdruck abhängig. Um die analogisierten
Ventile regeln zu können, ist es notwendig, dass der Stromwert,
der als „Öffnungspunkt" bezeichnet werden kann,
bekannt ist. Bei einem analogisierten Trennventil
7, das stromlos
offen ist, wird der Wert des Ansteuerstroms, bei dem das Trennventil
7 gerade
geschlossen ist, als Schließstrom I
0 bezeichnet.
Bei der Ansteuerung des Trennventils
7 mit diesem Schließstrom
I
0 liegt ein Ventilschließglied
gerade an dem Ventilsitz an. Als Schließstrom I
0 wird somit der Strom bezeichnet, der benötigt
wird, um das Trennventil
7 bei einem Differenzdruck von
0 bar zu schließen. Wie
2 zeigt, liegt
der Schließstrom I
0 oberhalb eines
Wertes von Null Milliampere (mA), wobei aus Übersichtsgründen der
Schließstrom I
0 bei einem Wert des Ansteuer stroms
dargestellt ist, der in der Praxis nicht dem realen Schließstrom
entspricht. In
2 ist die in der Steuerung
15 abgelegte Öffnungskennline
(Strom über Druck) mit
20 bezeichnet.
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Zum
Aufbau eines Staudruck in mindestens einer Radbremse
5,
wird das Umschaltventil
11 geöffnet und das Motor-Pumpen-Aggregat
9,
10 eingeschaltet
und das Trennventil
7 mit einem Ansteuerstrom I betätigt.
Dabei wird ein Ansteuerstrom I
0-ΔI am Trennventil
7 eingestellt,
der unter dem Schließstrom I
0 des
Ventils liegt. Durch eine Einstellung eines unter I
0 liegenden
Wertes des Ansteuerstroms I wird das Trennventil
7 also
nicht geschlossen, sondern nur der Hub begrenzt, der sich strömungsbedingt
einstellt. Durch diese Maßnahme ergibt gegenüber
dem in der
DE-A1-103
36 047 offenbarten offenen Zustand des Trennventils
7 ein
verringerter Durchlass zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilschließglied.
Der Strömungswiderstand durch das Trennventil
7 erhöht sich.
Es stellt sich somit ein Strömungsdurchlass des Trennventils
7 ein
der von dem geförderten Druckmittel-Volumenstrom des Druckerzeugers
9,
10 und dem
Ansteuerstrom I
0-ΔI abhängt.
Dadurch, dass die Öffnung zwischen dem Ventilschließglied
und dem Ventilsitz eine Drosselstelle darstellt, kann die Pumpendrehzahl
des Druckerzeugers
9,
10 reduziert werden.
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Bei
der Ausübung des erfindungsgemäß nur geringen,
keine nennenswerte Bremswirkung entfaltenden Staudrucks in der Radbremse 5,
insbesondere zum Kompensieren von Lüftspielen oder zum
Beseitigen von Aufträgen auf der Bremsscheibe, erfolgt daher
folgende Ansteuerung der Ventile.
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Bei
dem in 1 darstellten einen Bremskreis wird von der Steuerung 15 das
Umschaltventil 11 geöffnet und der Drucker zeuger 9, 10 eingeschaltet.
Das Druckmittel wird über den Hauptzylinder 3 und
das geöffnete Umschaltventil 11 von dem Druckerzeuger 9, 10 angesaugt. Über
das im nicht-betätigten Zustand geöffnete Einlassventil 8 wird
das sich vor dem Trennventil 7 stauende Druckmittel in
die Radbremse 5 gefördert. Gleichzeitig wird ein
Teil des Druckmittels über das, wie vorstehend beschrieben, mit
dem Ansteuerstrom I0-ΔI eingestellte
analogisierte Trennventil 7 in den Niederdruckbremskreis 19 zwischen
dem Hauptzylinder 3 und Umschaltventil 11 gefördert.
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Anschließend
wird der Ansteuerstrom I0-ΔI bei laufendem
Druckerzeuger 9, 10 so lange erhöht,
bis eine das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beschreibende Veränderung
einer Größe ermittelt werden kann. Diese, das
Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs beschreibende Größe,
verändert sich ab einem Grenzwert des in die Radbremse
eingesteuerten Druckmittels. Erreicht also der Staudruck in der
Radbremse 5 diesen bestimmten Grenzwert verlangsamt sich
zum Beispiel das mittels der Raddrehzahlsensoren 16 gemessene
Drehverhalten der Räder. Das Kraftfahrzeug verzögert.
Das Kraftfahrzeug zeigt anhand des Verzögerungssignals
oder einer anderen, die Fahrzeugverzögerung repräsentierenden
Größe, die über die Radbeschleunigungen
entweder radindividuell, oder der Bremskreisaufteilung entsprechend über
die betroffenen Räder 5 berechnet wird, eine Reaktion.
Diese kann selbstverständlich auch mit anderen in einem
Kraftfahrzeug vorgesehenen Sensoren, z. B. Längsbeschleunigungssensoren
u. dgl ermittelt werden.
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Die
Erhöhung des Ansteuerstroms I0-ΔI erfolgt
dabei mit einem Gradienten, der so gering ist, dass sich praktisch
beim Erreichen des Grenzwerts „zeitgleich" eine Fahrzeugreaktion
ausbil den kann (der Trägheit des Fahrzeugs wird somit Rechnung getragen).
Ist der Grenzwert des Ansteuerstroms gefunden, bei dem sich eine
Fahrzeugreaktion andeutet, wird der Druckerzeuger 9, 10 ausgeschaltet.
Der bei dem Grenzwert gefundene Anstreuerstrom I wird entsprechend
der Strom/Druck-Kennlinie 20 reduziert, so das sich ein
Wert kleiner dem gefundenen Grenzwert des Ansteuerstroms einstellt
(etwa < 0.5 bar).
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Durch
dieses Verfahren kann Fahrzeug individuell der Ansteuerstrom bzw.
der in die Radbremsen eingesteuerte Staudruck ermittelt werden,
der den maximalen funktionalen Nutzen zum Kompensieren von Lüftspielen
oder zum Beseitigen von Aufträgen auf der Bremsscheibe
hat. Dabei ist bei der Erstbefüllung der Radbremse 5 mit
dem Staudruck die Reaktion des Fahrzeugs für den Fahrer
quasi nicht spürbar, da diese so gering ausfällt,
dass sie nur mit den Sensoren erfasst werden kann. Bei allen anderen
Ansteuerungen erfolgt das Kompensieren von Lüftspielen
oder das Beseitigen von Aufträgen auf der Bremsscheibe
ohne eine Fahrzeugreaktion zu erzeugen. Es stellt somit auch keine
Komforteinbuße dar. Durch das Verfahren werden die große
Toleranz von Ventilen, Motor und Pumpe bei der Staudruckerzeugung
eliminiert.
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Wird
dem Kraftfahrzeug eine dem Anstieg des Ansteuerstroms entsprechende
Verzögerung aufgeprägt, die aber durch Erhöhung
von Fahrwiderständen bedingt ist, bei denen der Wert des
Ansteuerstroms zu gering wäre, spielt dies bei den immer wiederkehrenden
Vorgängen eine untergeordnete Rolle, da die überwiegende
Anzahl der Staudruckerzeugungen den richtigen Druck einstellt.
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Der
unter dem Grenzwert liegende Ansteuerstrom wird gemäß einem
Ausführungsbeispiel in der Steuerung 15 gespeichert
und bei sich wiederholenden Befüllungen der Radbremse 5 mit
dem Staudruck verwendet.
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Nach
einem weitern Ausführungsbeispiel kann das Verfahren immer
mit dem gleichen Wert des Ansteuerstrom (default Wert) starten,
oder sich durch Abspeicherung des jeweils gefundenen „optimalen
Wertes des Ansteuerstroms" diesem Wert annähern, wobei
aber eine Stromrampe von 50–200 mA erhalten bleibt. Dabei
dient der unter dem Grenzwert des Ansteuerstroms liegende „optimale
Wert des Ansteuerstroms" als Orientierung, um den Arbeitspunkt schneller
zu finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10336047
A1 [0002, 0031]
- - DE 4339305 A1 [0005]
- - DE 19700980 A1 [0006]
- - JP 142353 A [0008]
- - WO 2004/04085220 [0030]