DE102011077107A1

DE102011077107A1 - Ersatzschaltung zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe bei Steuergeräteausfall

Info

Publication number: DE102011077107A1
Application number: DE201110077107
Authority: DE
Inventors: Thomas Bruex; Michael Kunz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2011-06-07
Publication date: 2012-12-13
Also published as: FR2976241A1; CN102815290A; JP2012254788A; CN102815290B; JP6001337B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremskraftverstärkeranlage in Kraftfahrzeugen. Es wird eine Ersatzschaltung (100) zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe (200) in einer Bremskraftverstärkeranlage (300) vorgeschlagen, aufweisend einen ersten Signaleingang (110) zur Einspeisung eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111), einen zweiten Signaleingang (120) zur Einspeisung eines Referenzsignals (121) von einem ESP-Steuergerät (140) und einen Signalausgang (130) zur Ansteuerung der elektrischen Vakuumpumpe (200), wobei der erste Signaleingang (110) und der Signalausgang (130) derart miteinander verschaltet sind, dass bei Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) an dem ersten Signaleingang (110) ein die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierendes Signal (131) an dem Signalausgang (130) ausgegeben wird, wobei der zweite Signaleingang (120) mit dem Signalausgang (130) derart verschaltet ist, dass eine Ausgabe eines die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals (131) an dem Signalausgang (130) unterdrückt wird, sofern ein die Betriebsbereitschaft des ESP-Steuergerätes (140) repräsentierendes Referenzsignal (121) an dem zweiten Signaleingang anliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremskraftverstärkeranlage in Kraftfahrzeugen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Ersatzschaltung zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe bei einem Steuergerätausfall.
Stand der Technik
In modernen Kraftfahrzeugen wird der Fahrer durch einen Bremskraftverstärker (BKV) beim Bremsen unterstützt. Mit Hilfe des BKV werden die zur Bremsung des Kraftfahrzeugs notwenigen Bedienkräfte verringert. Die dazu von einem BKV zur Verfügung gestellte Hilfskraft wird bei den üblicherweise in Kraftfahrzeugen eingesetzten Unterdruck-BKVs mittels einer Druckdifferenz zwischen dem Atmosphärendruck und einem innerhalb des BKV herrschenden Unterdrucks erzeugt.
Auch unter Zwischenschaltung eines BKV wirkt das Bremspedal wie in konventionellen Bremssystemen ohne Verstärker direkt auf einen Hauptbremszylinder, der die zur Übertragung der Bremskraft eingesetzte Bremsflüssigkeit in das Leitungssystem zu den Bremsen drückt. Durch den BKV wird dieser Druck durch eine Rollmembran in einem Zylinder unterstützt, auf deren beide Seiten in Ruhestellung des BKV, also bei nicht betätigter Bremse, ein Unterdruck anliegt. Durch Betätigung des Bremspedals wird über ein Ventil die pedalgerichtete Seite der Membran mit atmosphärischem Druck beaufschlagt, so dass aufgrund der sich dann einstellenden Druckdifferenz eine Kraft entsteht, welche die am Pedal aufgebrachte Bremskraft in gleicherwirkender Richtung unterstützt.
Hierbei kann der im BKV notwendige Unterdruck auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Bei Verbrennungsmotoren mit einer Drosselklappe im Ansaugtrakt wird ein gegenüber dem Umgebungsdruck verringerter Druck hinter der Drosselklappe erzeugt, welcher in den BKV geführt werden kann. Allerdings liegt dieser Unterdruck nur im Teillastbereich des Motors an. Unter Volllast bei entsprechend vollständig geöffneter Drosselklappe entsteht kein Unterdruck, der in den BKV geführt werden kann.
Bei Verbrennungsmotoren ohne Drosselklappe, wie dies beispielsweise bei Dieselmotoren oder modernen Benzinmotoren mit Benzindirekteinspritzung der Fall ist, muss der für den Betrieb eines Unterdruck-BKVs notwendige Unterdruck anderweitig erzeugt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer mechanischen Vakuumpumpe (MVP) oder einer elektrischen Vakuumpumpe (EVP) erfolgen. Aufgrund der in der Regel leichteren Bauweise und besseren Regelbarkeit wird bei modernen Fahrzeugen zur Erzeugung des notwenigen Unterdrucks heutzutage auf EVP zurückgegriffen. Darüber hinaus bietet die EVP den Vorteil, dass sie unabhängig vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors Vakuum erzeugen kann. Dies ist vor allem bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-Funktion, Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen wichtig.
Eine Ansteuerung und Regelung dieser Pumpe erfolgt aus einem Steuergerät heraus. Vielfach ist die Steuerung einer solchen EVP in ein Steuergerät integriert, welches auch das heutzutage üblicherweise in Fahrzeugen integrierte Elektronische-Stabilitäts-Programm (ESP) aufnimmt, welches über ein Antiblockiersystem und eine Antischlupfregelung seinerseits Einfluss auf die Verteilung der Antriebs- und Bremskräfte auf die einzelnen Räder des Fahrzeugs nimmt.
Kann die Vakuumpumpe durch einen Fehler des Steuergerätes nicht mehr angesteuert werden, steht kein Unterdruck zum Betrieb des BKV zur Verfügung, so dass der Fahrer das Fahrzeug ohne Unterstützung des BKV bremsen muss. Auch in einem solchen Fall muss konstruktiv sichergestellt sein, dass die Bremsanlage die gesetzlichen Bestimmungen bezüglich der Verzögerungswirkung erfüllt. Jedoch selbst wenn sichergestellt ist, dass die gesetzlich Vorgaben hinsichtlich der Verzögerung erfüllt werden, wären die durch den Ausfall der Vakuumversorgung hervorgerufenen Bedienkräfte der Bremsanlage zumindest unkomfortabel für den Fahrer und können auch zu Irritationen führen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird daher eine Ersatzschaltung zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe in einer Bremskraftverstärkeranlage vorgeschlagen, aufweisend einen ersten Signaleingang zur Einspeisung eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals, einen zweiten Signaleingang zur Einspeisung eines Referenzsignals von einer primären Steuerungseinrichtung der elektrischen Vakuumpumpe, wie beispielsweise einem ESP-Steuergerät, und einen Signalausgang zur Ansteuerung der elektrischen Vakuumpumpe, wobei der erste Signaleingang und der Signalausgang derart miteinander verschaltet sind, dass bei Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals an dem ersten Signaleingang ein die elektrische Vakuumpumpe aktivierendes Signal an dem Signalausgang ausgegeben wird, wobei der zweite Signaleingang mit dem Signalausgang derart verschaltet ist, dass eine Ausgabe eines die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals an dem Signalausgang unterdrückt wird, sofern ein die Betriebsbereitschaft des ESP-Steuergerätes repräsentierendes Referenzsignal an dem zweiten Signaleingang anliegt.
Durch die erfindungsgemäße Ersatzschaltung wird sichergestellt, dass auch bei einer Störung oder einem Ausfall eines ESP-Steuergerätes als primäre Steuerungseinrichtung einer EVP eine hinreichende Vakuumversorgung zur Aufrechterhaltung der Bremskraftverstärkung durch den BKV sichergestellt ist.
Die erfindungsgemäße Ersatzschaltung wertet aus, ob die Bremse betätigt wird. Hierzu kann beispielsweise die Bremslichtschalterinformation berücksichtigt werden. Alternativ und/oder zusätzlich können Informationen von einem Bremslicht, einem Bremsdrucksensor, einem Kraftsensor, einem Kraftschalter einem Pedalweggeber und/oder einem Pedalwinkelgeber berücksichtigt werden, um eine Betätigung der Bremse zu erkennen. Wird eine Bremsbetätigung erkannt, wird ein Steuersignal zur Ansteuerung der EVP erzeugt. Neben der Auswertung der Bremsbetätigung erhält die Ersatzschaltung Informationen über den Betriebszustand bzw. die Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung der EVP, beispielsweise in Form eines Referenzsignals. Sofern Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung besteht und eine fehlerfreie Ansteuerung der EVP durch die primäre Steuerungseinrichtung gemäß Referenzsignal sichergestellt ist, wird die Ausgabe des durch die Ersatzschaltung erzeugten Steuersignals an die EVP unterdrückt. Bei fehlendem Referenzsignal und der damit anzunehmenden mangelnden Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung wird das von der Ersatzschaltung erzeugte Steuersignal an die EVP ausgegeben und eine hinreichende Vakuumversorgung des BKV sichergestellt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Ersatzschaltung eine von der primären Steuerungseinrichtung (140) unabhängige Stromversorgung auf. Hierdurch wir die Betriebssicherheit weiter erhöht. Vorteilhafter Weise ist die unabhängige Stromversorgung dabei derart ausgelegt, dass bei Systemstart der Kraftfahrzeugs eine Verfügbarkeit der unabhängigen Stromversorgung ohne großen Zeitverzug sichergestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die unabhängige Stromversorgung derart ausgelegt ist, dass sie im Fall der Ausgabe eines Signals an die Vakuumpumpe über den Signalausgang auch die Vakuumpumpe mit der zum Betrieb notwendigen Spannung versorgt. Hierdurch wird eine weitere Redundanz des Systems geschaffen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Ersatzschaltung eine Überwachungsschaltung aufweist, durch welche die Betriebsbereitschaft der Ersatzschaltung überwachbar und im Falle eines Fehlers ein Fehlersignal ausgebbar ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Fehlfunktion frühzeitig festgestellt und die Betriebssicherheit gewährleistet werden können.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ersatzschaltung weist diese ein Verzögerungsmodul auf, durch welches ein die elektrische Vakuumpumpe aktivierendes Signal nach Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals mit einer festlegbaren Verzögerung t1 an dem Signalausgang ausgeb bar ist. Hierdurch können vorteilhafter Weise unerwünschte Einflüsse aufgrund der Signalqualität vermieden werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann es dabei vorgesehen sein, dass das die elektrische Vakuumpumpe aktivierende Signal mittels des Verzögerungsmodul für einen Zeitraum t2 über das Anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals hinaus an dem Signalausgang ausgeb bar ist. Hierdurch kann ein beim Lösen der Bremse auftretender Vakuumverlust im BKV ausgeglichen werden.
Darüber hinaus betriff die Erfindung ein Verfahren zur Kompensation einer Fehlfunktion bei der Ansteuerung einer elektrischen Vakuumpumpe durch eine primäre Steuerungseinrichtung in einem Bremskraftverstärkersystem, aufweisend die Verfahrensschritte:

– Einleiten eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals in eine Ersatzschaltung;
– Einleiten eines die Betriebsbereitschaft einer primären Steuerungseinrichtung repräsentierenden Referenzsignals in die Ersatzschaltung; und
– Erzeugen eines die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals an einem Signalausgang der Ersatzschaltung unterdrückt wird, sofern das die Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung repräsentierenden Signal an einem Signaleingang der Ersatzschaltung anliegt.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erzeugung und/oder Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals an dem Signalausgang der Ersatzschaltung bei anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals um einen Zeitraum t1 verzögert. Hierdurch können unerwünschte Einflüsse aufgrund der Signalqualität vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Erzeugung und/oder Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals an dem Signalausgang der Ersatzschaltung bei anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals um einen Zeitraum t2 über das Anliegen des eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals hinaus an dem Signalausgang ausgegeben. Hierdurch können etwaige Vakuumverluste im BKV, die sie durch das Lösen der Bremse hervorruft, kompensiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei nicht Anliegen des die Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung repräsentierenden Referenzsignals an der Ersatzschaltung ein die elektrische Vakuumpumpe aktivierendes Signal an dem Signalausgang der Ersatzschaltung unabhängig von dem Vorliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals getaktet ausgegeben. Hierdurch kann eine kontinuierliche Vakuumversorgung des BKV auch im Fall einer Störung der primären Steuerungseinrichtung sowie der Überwachung der Bremsbetätigung sichergestellt werden, was zu einer weiteren Redundanz des Systems und damit zu einer verbesserten Ausfallsicherheit beiträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen weiter erläutert.
1 zeigt das Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Ersatzschaltung bei funktionsbereiter primärer Steuerungseinrichtung;
2 zeigt das Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Ersatzschaltung bei einer Störung der primären Steuerungseinrichtung;
3 zeigt die verzögerte Ausgabe eines Steuerungssignals an eine Vakuumpumpe.
1 zeigt das Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Ersatzschaltung 100 bei funktionsbereiter primärer Steuerungseinrichtung 140. Die Ersatzschaltung 100 zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe 200 in einer Bremskraftverstärkeranlage 300 weist einen ersten Signaleingang 110 zur Einspeisung eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals 111 und einen zweiten Signaleingang 120 zur Einspeisung eines Referenzsignals 121 einer primären Steuerungseinrichtung 140 der elektrischen Vakuumpumpe auf. Als primäre Steuerungseinrichtung 140 kann dabei beispielsweise ein ESP-Steuergerät dienen. Desweiteren weist die Ersatzschaltung und einen Signalausgang 130 zur Ansteuerung der elektrischen Vakuumpumpe 200 auf. Der erste Signaleingang 110 und der Signalausgang 130 sind derart miteinander verschaltet, dass bei Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals 111 in den ersten Signaleingang 110 ein die elektrische Vakuumpumpe 200 aktivierendes Signal 131 an dem Signalausgang 130 ausgegeben wird. Der zweite Signaleingang 120 ist mit dem Signalausgang 130 derart verschaltet, dass eine Ausgabe eines die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals 131 an dem Signalausgang 130 unterdrückt wird, sofern ein die Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung 140 repräsentierendes Referenzsignal 121 an dem zweiten Signaleingang anliegt. Die Aktivierung der elektrischen Vakuumpumpe 200 erfolgt dann über die betriebsbereite primäre Steuerungseinrichtung. In der Ersatzschaltung kann darüber hinaus ein Verzögerungsmodul 150 mittels welchem die Ausgabe des Signals 131 verzögert zum Eingang des Signals 111 erfolgt.
2 zeigt das Funktionsschema einer erfindungsgemäßen Ersatzschaltung bei einer Störung der primären Steuerungseinrichtung. Bei vorliegen einer Störung in der primären Steuerungseinrichtung 140 und somit mangelnder Betriebsbereitschaft der Steuerungseinrichtung 140 kann eine Aktivierung der elektrischen Vakuumpumpe 200 durch die primäre Steuerungseinrichtung nicht sichergestellt werden. Aufgrund der mangelnden Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung liegt am Signaleingang 120 kein Referenzsignal 121 an. Eine Ausgabe eines von der Ersatzschaltung erzeugten Steuersignal 131 zur Aktivierung der elektrischen Vakuumpumpe 200, welches aufgrund des Anliegens eines die Betätigung der Bremse anzeigenden Signals 111 an dem Signaleingang 110 von der Ersatzschaltung erzeugt wird, wird nun nicht unterdrückt und über den Signalausgang 130 an die elektrische Vakuumpumpe ausgegeben. Hierdurch wird auch bei nicht betriebsbereiter primärer Steuerungseinrichtung 140 die Vakuumpumpe 200 bei Betätigung der Bremse aktiviert und eine hinreichende Vakuumversorgung in der Bremskraftverstärkeranlage 300 sichergestellt.
3 zeigt die verzögerte Ausgabe eines Steuerungssignals an eine Vakuumpumpe. Das Verzögerungsmodul 150 verzögert die Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals 131 um t1 gegenüber dem Eingang des Signals 111 am Signaleingang 110. Hierdurch können etwaige unerwünschte Einflüsse aufgrund der Signalqualität des Signals 111 vermieden werden. Darüber hinaus kann mittels des Verzögerungsmoduls 150 auch eine Signalausgabe des Signals 131 um t2 über das Anliegen des Signals 111 hinaus erfolgen, wodurch die elektrische Vakuumpumpe auch über den Betätigungszeitraum der Bremse Vakuum produziert, wodurch eine durch das Lösen der Bremse entstehender Vakuumverlust im BKV ausgeglichen werden kann. Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass das Verzögerungsmodul 150 das die elektrische Vakuumpumpe aktivierende Signal 131 getaktet ausgibt. Hierzu wird das Signal 131 für einen Zeitraum t3 ausgegeben und die Ausgabe für einen Zeitraum t4 unterdrückt. Durch diese getaktete Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals 131 kann ein dauerhaftes Laufen der Vakuumpumpe bei dauerhaft betätigter Bremse und eine damit verbundene thermische Überlastung der Vakuumpumpe bzw. des Antriebs der Vakuumpumpe vermieden werden.

Claims

Ersatzschaltung (100) zur Aktivierung einer elektrischen Vakuumpumpe (200) in einer Bremskraftverstärkeranlage (300), aufweisend einen ersten Signaleingang (110) zur Einspeisung eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111), einen zweiten Signaleingang (120) zur Einspeisung eines Referenzsignals (121) einer primären Steuerungseinrichtung (140) der elektrischen Vakuumpumpe, wie beispielsweise einem ESP-Steuergerät, und einen Signalausgang (130) zur Ansteuerung der elektrischen Vakuumpumpe (200), wobei der erste Signaleingang (110) und der Signalausgang (130) derart miteinander verschaltet sind, dass bei Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) in den ersten Signaleingang (110) ein die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierendes Signal (131) an dem Signalausgang (130) ausgegeben wird, wobei der zweite Signaleingang (120) mit dem Signalausgang (130) derart verschaltet ist, dass eine Ausgabe eines die elektrische Vakuumpumpe aktivierenden Signals (131) an dem Signalausgang (130) unterdrückt wird, sofern ein die Betriebsbereitschaft der primären Steuerungseinrichtung (140) repräsentierendes Referenzsignal (121) an dem zweiten Signaleingang anliegt.
Ersatzschaltung nach Anspruch 1, wobei das eine Bremsbetätigung repräsentierende Signal ein Signal von einem Bremslicht, einem Bremslichtschalter, einem Bremsdrucksensor, einem Kraftsensor, einem Kraftschalter einem Pedalweggeber und/oder einem Pedalwinkelgeber ist.
Ersatzschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei diese eine von der primären Steuerungseinrichtung (140) unabhängige Stromversorgung aufweist.
Ersatzschaltung nach Anspruch 3, wobei die unabhängige Stromversorgung derart ausgelegt ist, dass sie im Fall der Ausgabe eines Signals (131) über den Signalausgang (130) auch die Vakuumpumpe (200) mit der zum Betrieb notwendigen Spannung versorgt.
Ersatzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine Überwachungsschaltung aufweist, durch welche die Betriebsbereitschaft der Ersatzschaltung (100) überwachbar und im Falle eines Fehlers ein Fehlersignal ausgebbar ist.
Ersatzschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese ein Verzögerungsmodul (150) aufweist, durch welches ein die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierendes Signal (131) nach Eingang eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) mit einer festlegbaren Verzögerung t1 an dem Signalausgang (130) ausgebbar ist.
Ersatzschaltung nach Anspruch 6, wobei das die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierende Signal (131) mittels des Verzögerungsmodul (150) für einen Zeitraum t2 über das Anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) hinaus an dem Signalausgang (130) ausgebbar ist.
Verfahren zur Kompensation einer Fehlfunktion bei der Ansteuerung einer elektrischen Vakuumpumpe (200) durch ein ESP-Steuergerät (140) in einem Bremskraftverstärkersystem (300), aufweisend die Verfahrensschritte: – Einleiten eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) in eine Ersatzschaltung (100); – Einleiten eines die Betriebsbereitschaft eines ESP-Steuergerätes (140) repräsentierenden Referenzsignals (121) in die Ersatzschaltung (100); – Erzeugen eines die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierenden Signals (131), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierenden Signals (131) an einem Signalausgang (130) der Ersatzschaltung (100) unterdrückt wird, sofern das die Betriebsbereitschaft des ESP-Steuergerätes (140) repräsentierenden Signal (121) an einem Signaleingang (120) der Ersatzschaltung (100) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Erzeugung und/oder Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierenden Signals (131) an dem Signalausgang (130) der Ersatzschaltung (100) bei anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) um einen Zeitraum t1 verzögert wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Erzeugung und/oder Ausgabe des die elektrische Vakuumpumpe (200) aktivierenden Signals (131) an dem Signalausgang (130) der Ersatzschaltung (100) bei anliegen eines eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) um einen Zeitraum t2 über das Anliegen des eine Bremsbetätigung repräsentierenden Signals (111) hinaus an dem Signalausgang (130) ausgegeben wird.