DE102014220393A1

DE102014220393A1 - Hydroaggregat für ein Bremssystem mit Gleichspannungswandler

Info

Publication number: DE102014220393A1
Application number: DE102014220393.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Baumeister; Michael Schedlbauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-10-08
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-10-09
Also published as: DE102014220393B4

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Hydroaggregat für ein hydraulisches Kraftfahrzeug-Bremssystem. Dieses umfasst elektrisch betätigbare Magnetventile, einen Motor und eine Pumpe, welche über den Motor betreibbar ist. Ferner ist ein erster Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung der elektrischen Ventilbetätigung der elektrisch betätigbaren Magnetventile vorhanden. Vorzugsweise ist ein zweiter Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung des Motors vorgesehen. Das Hydroaggregat umfasst einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler dient zur Erhöhung einer über den ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang entgegen nehmbaren erste Gleichspannung (z. B. ca. 12 V) in eine gegenüber der ersten Spannung erhöhte zweite Spannung. Im Bedarfsfall (z. B. bei einer autonomen Bremsung aufgrund eines Hindernisses) kann zur Erhöhung der Drehzahl des Motors die über den Gleichspannungswandler erzeugbare erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Motors verwendet werden. Der Gleichspannungswandler ist beispielsweise ein induktiver Wandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher. Die mindestens eine Induktivität wird vorzugsweise mittels mindestens eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung der Magnetventile realisiert. Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise mindestens einen elektronischen Schalter, welche mittels mindestens eines elektronischen Schalters zum Schalten eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydroaggregat für ein hydraulisches Kraftfahrzeug-Bremssystem.
Ein Hydroaggregat befindet sich in einem hydraulischen Bremssystem zwischen dem Hauptzylinder und den Radzylindern des Bremssystems. Das Hydroaggregat umfasst elektrisch betätigbare Magnetventile zum Einstellen des Bremsdrucks in den Radbremsen.
Es sind zwei unterschiedliche Arten von Hydroaggregaten bekannt: Hydroaggregate, die den vom Fahrer aufgebrachten Bremsdruck verändern können (insbesondere zur Verwendung für ein Antiblocksystem (ABS)) und Hydroaggregate, die zusätzlich ohne Bremspedalbetätigung selbstständig einen Bremsdruck aufbauen können. Die letztgenannten Hydroaggregate, die selbstständig Druck aufbauen können, werden beispielsweise bei ESP-Systemen (Elektronisches Stabilitätsprogramm) verwendet. Derartige Hydroaggregate können auch zum selbstständigen Druckaufbau für autonome Bremsmanöver bei Hindernissen verwendet werden, insbesondere bei autonomen Bremsmanövern unter Einsatz aller 4 Radbremsen eines 4-rädrigen Kraftfahrzeugs.
Hydroaggregate, die selbstständig Druck aufbauen können, sind auch in dem Buch „Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme", Konrad Reif, Vieweg + Teubner Verlag, 1. Auflage, 2010 auf den Seiten 96 bis 103 beschrieben. Dort sind insbesondere ESP-Hydroaggregate beschrieben, die 12 Ventile umfassen. Die dort enthaltene Beschreibung zu den Hydroaggregaten, insbesondere zu den EPS-Hydroaggregaten wird hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der Anmeldung aufgenommen.
1 zeigt eine beispielhafte hydraulische Bremsanlage mit einem Bremspedal 5, einem Bremskraftverstärker 4, einem Tandem-Hauptzylinder 3, einem beispielhaften konventionellen EPS-Hydroaggregat 1 sowie Radzylindern RZ. Bei dem ESP-Hydroaggregat 1 handelt es sich es sich um ein Hydroaggregat 1, welches unabhängig vom manuellen Betätigen des Tandem-Hauptzylinders 3 einen Bremsdruck selbstständig aufbauen kann, insbesondere für ein autonomes Bremsmanöver aufgrund eines Hindernisses. Die Bremsanlage umfasst zwei Bremskreise; in 1 ist nur der Schaltplan des Bremskreises a der beiden Bremskreise a und b dargestellt; der Bremskreis b ist analog aufgebaut. Der Bremskreis a steuert beispielsweise die Radzylinder des hinteren linken Rades HL und des hinteren rechten Rades HR; der Bremskreis b steuert die Radzylinder der Räder der Vorderachse. Das ESP-Hydroaggregat 1 umfasst 12 Magnetventile: ein stromlos (d. h. ohne Stromfluss durch die Magnetspule) offenes Einlassventil EV pro Radzylinder RZ, ein stromlos geschlossenes Auslassventil AV pro Radzylinder RZ, ein stromlos geschlossenes Hochdruckschaltventil HSV pro Bremskreis und ein stromlos offenes Umschaltventil USV pro Bremskreis.
Zum selbstständigen Bremsen wird das Umschaltventil USV geschlossen und das Hochdruckschaltventil HSV geöffnet, wobei die Auslassventile AV geschlossen sind und die jedem zu bremsenden Rad zugeordneten Einlassventile EV geöffnet sind. In dieser Schalterstellung kann die Rückförderpumpe PE aus dem Ausgleichsbehälter 2 über den Tandem-Hauptzylinder 3 Bremsflüssigkeit saugen, so dass in den jeweiligen Radzylindern RZ Druck aufgebaut wird.
Die beiden Rückförderpumpen PE der beiden Bremskreise werden über einen gemeinsamen Gleichstrommotor M angetrieben.
Zur elektrischen Spannungsversorgung des Hydroaggregats 1 sind typischerweise zumindest zwei Gleichspannungsversorgungs-Eingänge vorgesehen: ein Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Motor zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors M und ein Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Ventile zur Spannungsversorgung der elektrischen Ventilbetätigung der elektrisch betätigbaren Magnetventile. Dies ist in 2 dargestellt. Sofern in dem Hydroaggregat 1 ferner auch das elektronische Bremssteuergerät integriert ist, kann dieses Bremssteuergerät auch über den Eingang U_Ventile oder einen anderen Gleichspannungsversorgungs-Eingang (nicht dargestellt) mit einer Betriebsspannung versorgt werden. An den beiden Gleichspannungsversorgungs-Eingängen U_Motor und U_Ventile liegen vorzugsweise ungefähr 12 V (12-V-Bordnetz) an; alternativ wäre auch ein 24-V-Bordnetz oder 48-V-Bordnetz denkbar, wobei dann an den Gleichspannungsversorgungs-Eingängen U_Motor und U_Ventile ungefähr 24 V bzw. 48 V anliegen. Ungefähr 12 V wird im Rahmen der Anmeldung als 12 V ± maximal 2 V verstanden, d. h ein Spannungsbereich von 10 V bis 14 V.
Die außen am Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Motor anliegende Spannung (typischerweise ungefähr 12 V bei einer 12-V-Spannungsversorgung) wird über ein Eingangsfilter F und einen elektronischen Schalter S_M (z. B. in Form eines FET (Feldeffekt-Transistor)) dem Gleichstrommotor als Versorgungsspannung zugeführt. Das Eingangsfilter F umfasst beispielsweise die Kondensatoren C1 und C2 sowie die Spule L1. Über den elektronischen Schalter S_M kann der Motor M ein- bzw. ausgeschaltet werden. Außerdem ist es möglich, den elektronischen Schalter S_M mit einem PWM-Signal (PWM – Pulsweitenmodulation) zu steuern, um so die Drehzahl des Motors zu ändern. In 2 ist der Schalter S_M in Serie zum Motor auf der Versorgungsspannungsseite angeordnet (High-Side-Schalter); es wäre aber auch denkbar, den Schalter S_M in Serie zum Motor M auf der Masseseite anzuordnen (Low-Side-Schalter).
Zur elektrischen Betätigung der einzelnen Magnetventile ist jeweils eine Magnetspule MS_i vorgesehen, wobei jede Magnetspule MS_i einer Induktivität entspricht. In dem Hydroaggregat 1 befinden sich beispielsweise insgesamt 12 Magnetventile (pro Bremskreis 2 Magnetventile für die beiden Einlassventile EV, pro Bremskreis 2 Magnetventile für die beiden Auslassventile AV, pro Bremskreis 1 Magnetventil für das Umschaltventil USV und pro Bremskreis 1 Magnetventil für das Hochdruckschaltventil HSV). In 2 sind zur Vereinfachung statt 12 Magnetspulen nur die beiden Magnetspulen MS₁ und MS₂ der beiden Einlassventile EV eines Bremskreises und eine weitere Magnetspule MS₁₂ dargestellt, die aber keine Magnetspule eines Einlassventils ist (stattdessen beispielsweise für ein Auslassventil). Zum Umschalten eines Magnetventils ausgehend von seiner stromlosen Schaltposition aus wird die dem Magnetventil zugeordnete Magnetspule MS_i bestromt, indem ein in Serie zu der Magnetspule MS_i angeordneter elektronischer Schalter S_i (z. B. in Form eines Transistors, insbesondere eines FET) geschlossen wird und bei geschlossenem Schalter S_i die an dem Spannungseingang U_Ventile anliegende Spannung einen Stromfluss durch die jeweilige Magnetspule MS_i hervorruft. Die Gleichspannung am Spannungseingang U_Ventile kann über ein Eingangsfilter, beispielsweise in Form eines Kondensators C3, gefiltert werden. In 2 ist der jeweilige Schalter S_i in Serie zur Magnetspule auf der Masseseite angeordnet; der jeweilige Schalter S_i entspricht daher einem Low-Side-Schalter.
Die elektronischen Schalter S_i und S_M werden über Steuersignale einer Steuereinrichtung SE geschaltet. Die Steuereinrichtung SE ist in 1 mit dem Hydroaggregat 1 zu einer gemeinsamen Baugruppe integriert; diese kann aber auch separat vom Hydroaggregat sein.
Bei der Durchführung autonomer Bremsmanöver aufgrund eines von einem Fahrerassistenzsystem erkannten Hindernisses muss der Druck an den Radzylindern RZ sehr schnell aufgebaut werden. Dazu ist es erforderlich, mit der Rückförderpumpe PE ein bestimmtes, von der Ausgestaltung der Bremsanlage abhängiges Volumen an Bremsflüssigkeit in sehr kurzer Zeit (beispielsweise in 0,3 s) aus dem Ausgleichsbehälter 2 über den Tandem-Hauptzylinder 3 in das Hydrauliksystem zu fördern. Zur Volumenförderung über die Rückförderpumpe PE wird der Gleichstrommotor M über den elektronischen Schalter S_M eingeschaltet.
Im Zuge eines autonomen Bremsmanövers aufgrund eines von einem Fahrerassistenzsystem erkannten Hindernisses muss über die Rückförderpumpe PE im Vergleich zu einem ABS-Eingriff (ABS – Antiblockier-System) ein deutlich größeres Volumen pro Zeiteinheit gefördert werden (beispielsweise das 3- oder 4-fache Volumen pro Zeiteinheit). Bei einem ABS-Eingriff wird bei Blockieren eines Rades durch Öffnen eines Auslassventils der Druck an dem Radzylinder RZ reduziert, wobei die Bremsflüssigkeit aus dem Radzylinder RZ in den Niederdruckspeicher AC entweichen kann. Die Rückförderpumpe PE fördert die in den Niederdruckspeicher AC entwichene Flüssigkeit zurück in den Hochdruckkreis, der den vom Fahrer über das Bremspedal vorgegebenen Druck aufweist.
Aufgrund des deutlich höheren Fördervolumens pro Zeiteinheit im Fall eines autonomen Bremsmanövers muss der Motor M mit einer deutlich höheren Drehzahl betrieben werden als im Fall eines ABS-Eingriffs (z. B. 6000 U/min im Vergleich zu 1500 U/min).
Gewöhnliche Motoren sind beispielsweise so ausgelegt, dass sich bei einer Spannungsversorgung von beispielsweise 12 V am Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Motor eine ausreichend hohe Drehzahl des Motors (z. B. 1500 U/min) für einen ABS-Eingriff ergibt. Für einen autonomen Bremseingriff aufgrund eines Hindernisses muss die Drehzahl deutlich erhöht werden (beispielsweise auf 6000 U/min). Zur Erhöhung der Drehzahl für diesen Fall muss dann bei einem derartig ausgelegten Motor die Versorgungsspannung des Motors M erhöht werden, z. B. auf 24 V. Alternativ wäre es auch möglich, den Motor M so auszulegen, dass sich beispielsweise bei einer Spannungsversorgung von 12 V bereits eine für das autonome Bremsmanöver ausreichend hohe Motordrehzahl (z. B. 6000 U/min) ergibt. Hieraus ergibt sich aber das Problem, dass sich bei dieser alternativen Motorauslegung für einen ABS-Eingriff im Unterschied zu der gewöhnlichen Auslegung des Motors M ein deutlich höherer Versorgungsstrom für den Motor M ergibt. Ursächlich hierfür ist, dass bei einer derartigen alternativen Motorauslegung die induzierte Spannung U_i des Gleichstrommotors geringer ist als bei einer konventionellen Motorauslegung und daher der Laststrom I entsprechend größer sein muss, um die gleiche Wirkleistung (die proportional zu U_i·I ist) zu erzielen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Hydroaggregat anzugeben, welches sowohl die Förderung eines hohen Flüssigkeitsvolumen pro Zeiteinheit bei einem autonomen Bremsmanöver erlaubt als auch bei einem ABS-Eingriff keinen deutlich erhöhten Laststrom gegenüber konventionellen Hydroaggregaten aufnimmt.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat für ein hydraulisches Kraftfahrzeug-Bremssystem umfasst elektrisch betätigbare Magnetventile, einen Gleichstrommotor und eine Pumpe, welche über den Gleichstrommotor betreibbar ist. Bei dem Hydroaggregat handelt es sich insbesondere um ein ESP-Hydroaggregat, beispielsweise mit insgesamt 12 Magnetventilen.
Ferner ist ein erster Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung der elektrischen Ventilbetätigung der elektrisch betätigbaren Magnetventile vorhanden. An diesem liegt beispielsweise eine Spannung von ungefähr 12 V an. Vorzugsweise ist ein zweiter Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors vorgesehen, wie dies im Zusammenhang mit 2 beispielhaft erläutert wurde; dies ist jedoch nicht zwingend. An dem zweiten Gleichspannungsversorgungs-Eingang liegt beispielsweise auch eine Spannung von ungefähr 12 V an. Beide Gleichspannungsversorgungs-Eingänge werden vorzugsweise von einer 12-V-Autobatterie gespeist.
Zur Lösung der Aufgabe kann die Versorgungspannung des Motors im Bedarfsfall (z. B. bei einer autonomen Bremsung) erhöht werden, um somit eine höhere Drehzahl und damit ein höheres Fördervolumen zu generieren. Auf diese Weise kann die Auslegung des Motors nahezu beibehalten werden.
Insbesondere zur bedarfsweisen Generierung einer erhöhten Drehzahl und damit zur Erhöhung der Versorgungspannung des Motors umfasst das Hydroaggregat einen Gleichspannungswandler. Der Gleichspannungswandler dient zur Erhöhung einer über den ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang entgegen nehmbaren erste Gleichspannung (z. B. ca. 12 V) in eine gegenüber der ersten Spannung erhöhte zweite Spannung.
Im Bedarfsfall (z. B. bei einer autonomen Bremsung aufgrund eines Hindernisses) kann zur Erhöhung der Drehzahl des Gleichstrommotors die über den Gleichspannungswandler erzeugbare erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors verwendet werden, so dass der Motor der Pumpe im Bedarfsfall mit einer höheren Spannung versorgt werden kann.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist, ein oder mehrere dem ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang nachgelagerte elektrische Bauelemente, die für die Ventilbetätigung verwendet werden, auch zur Realisierung des Gleichspannungswandlers zu verwenden; das oder die elektrischen Bauelemente werden also in dem Hydroaggregat in einer Doppelfunktion genutzt. Es werden also der erste Gleichspannungsversorgungs-Eingang und ein oder mehrere elektrische Bauelemente der Ventilbetätigung zur Anhebung der Motorspannung verwendet.
Der Gleichspannungswandler ist beispielsweise ein induktiver Wandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher, beispielweise ein Aufwärtswandler oder ein Synchronwandler. Die mindestens eine Induktivität wird vorzugsweise mittels mindestens eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung der Magnetventile realisiert, d. h. die Induktivität des Elektromagneten (d. h. der Magnetspule) zum Betätigten eines Magnetventils kann in einer zweiten Funktion auch als Induktivität des Gleichspannungswandlers genutzt werden.
Es kann von Vorteil sein, wenn der Elektromagnet der elektrischen Ventilbetätigung, der zur Realisierung der Induktivität verwendet wird, einen elektrischen Mittelabgriff aufweist, und das Potential am elektrischen Mittelabgriff zur Erzeugung der zweiten Gleichspannung abgegriffen wird. In diesem Fall wird beispielsweise das Potential am Mittelabgriff auf eine Diode eines Aufwärtswandlers bzw. auf einen der Diode des Aufwärtswandlers entsprechenden elektronischen Schalter des Synchronwandlers geführt.
Der elektrische Mittelabgriff des Elektromagneten teilt die Gesamtinduktivität des Elektromagneten in einem beliebigen Verhältnis auf, beispielsweise 50:50 oder 1:20.
Der Elektromagnet kann beispielsweise durch zwei in Serie geschaltete Spulen realisiert werden, und der elektrische Mittelabgriff kann beispielsweise ein Abgriff zwischen diesen beiden Spulen sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Elektromagnet mittels einer einzigen Spule realisiert ist, wobei der elektrische Mittelabgriff ein elektrischer Mittelabgriff der Spule ist, der die Gesamtzahl der Windungen der Spule in einem bestimmten Verhältnis aufteilt.
Durch Verwendung eines Mittelabgriffs ergibt sich ein zusätzlicher Freiheitsgrad bei der Auslegung des Gleichspannungswandlers.
Es ist von Vorteil, wenn der Aufwärtswandler bzw. Synchronwandler einen elektronischen Schalter zum Schalten des Mittelabgriffs gegen Masse umfasst. Dieser elektronische Schalter kann dann den Mittelabgriff periodisch gegen Masse schalten, wobei der Teil des Elektromagneten zwischen dem Mittelabgriff und dem elektronischen Schalter des Elektromagneten für den Aufwärtswandler bzw. Synchronwandler im Wesentlichen unwirksam ist. Es wird dann also im Wesentlichen nur ein Teil der Gesamtinduktivität des Elektromagneten für den Aufwärtswandler bzw. Synchronwandler verwendet.
Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass die wirksame magnetische Kraft des Elektromagneten bei Betrieb des Gleichspannungswandlers bei Verwendung nur eines Teils der Gesamtinduktivität des Elektromagneten für den Gleichspannungswandler geringer als die wirksame magnetische Kraft bei Verwendung der Gesamtinduktivität des Elektromagneten für den Gleichspannungswandler ist, wodurch das Risiko für eine Umschalten des Magnetventils geringer ist. Außerdem ist der parasitäre, ohmsche Widerstand (beispielsweise der Wicklungswiderstand bei Verwendung einer Spule) bei Verwendung nur eines Teils der Gesamtinduktivität des Elektromagneten für den Gleichspannungswandler geringer. Hierdurch kann der Gleichspannungswandler eine größere Ausgangsleistung bereitstellen, da der ohmsche Widerstand dieser Leistung begrenzt.
Vorzugsweise teilt der Mittelabgriff die Gesamtinduktivität des Elektromagneten in einem Verhältnis n_a/n_b auf, mit n_a/n_b im Bereich 1/3 bis 1/200, insbesondere im Bereich 1/20 bis 1/80. Das Größe n_a entspricht dabei dem Induktivitätsanteil vom Mittelabgriff Richtung ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang, und die Größe n_b entspricht dabei dem Induktivitätsanteil vom Mittelabgriff Richtung elektrischer Schalter des Ventils.
Der Gleichspannungswandler umfasst beispielsweise mindestens einen elektronischen Schalter. Gleichspannungswandler basieren auf dem Gedanken, einen Energiespeicher, beispielsweise eine Induktivität oder eine Kapazität, mittels eines periodisch arbeitenden elektronischen Schalters mit Energie aufzuladen und zu entladen und so die am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine andere (höhere oder niedrigere) Gleichspannung umzuwandeln. Im Fall der Erfindung erfolgt eine Wandlung in eine erhöhte Gleichspannung.
Bei dem erfindungsgemäßen Hydroaggregat kann es vorgesehen sein, dass der mindestens eine elektronische Schalter des Gleichspannungswandlers mittels mindestens eines elektronischen Schalters zum Schalten eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist, d. h. der elektronische Schalter zum Schalten des Elektromagneten kann in einer zweiten Funktion auch als elektronischer Schalter des Gleichspannungswandlers genutzt werden.
Dadurch, dass ein oder mehrere dem ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang nachgelagerte elektrische Bauelemente (hier: ein Elektromagnet und/oder ein Schalter zum Schalten eines Elektromagneten), die für die Ventilbetätigung verwendet werden, auch zur Realisierung des Gleichspannungswandlers verwendet werden, kann mit geringem Aufwand ein Gleichspannungswandler zur Erhöhung der Spannung am Gleichspannungsversorgungs-Eingang erzeugt werden. Die erhöhte Spannung kann dann im Bedarfsfall zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors verwendet werden. Die über den Gleichspannungswandler erzeugte zweite Gleichspannung (z. B. 24 V) kann so deutlich höher als eine über den zweiten Gleichspannungsversorgungs-Eingang entgegen genommene Versorgungsspannung (z. B. 12 V) sein.
Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung eines Gleichspannungswandlers ist, dass der Motor für eine geringe Stromlast ausgelegt werden kann. Bei einem ABS-Eingriff ist die induzierte Spannung vergleichsweise hoch und damit der Laststrom vergleichsweise gering, um im ABS-Manöver den hohen Druck zu erzielen. Man kann also die bisherige Auslegung des Motors für ein ABS-Manöver weitestgehend nutzen und kann den Motor kurzzeitig im Bedarfsfall bei einer autonomen Bremsung mit einer höheren Spannung betreiben, die über den Gleichspannungswandler erzeugt wird, was zu einer deutlichen Erhöhung der Drehzahl des Motors führt.
Ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat umfasst vorzugsweise sowohl einen ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung der elektrischen Ventilbetätigung der elektrisch betätigbaren Magnetventile, an den sich ein Gleichspannungswandler anschließt, der dann zu Erzeugung einer hohen Versorgungsspannung für den Gleichstrommotor verwendet werden kann, und einen zweiten Gleichspannungsversorgungs-Eingang zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors, wenn kein erhöhter Spannungsbedarf für den Gleichstrommotor besteht. Dies ist jedoch nicht zwingend. Es könnte auch auf den zweiten Gleichspannungsversorgungs-Eingang verzichtet werden, und der Motor auch im gewöhnlichen Betriebsfall mit nicht erhöhter Drehzahl über den Gleichspannungsversorgungs-Eingang gespeist werden (beispielsweise über einen zusätzlichen Versorgungspfad).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler ein Aufwärtswandler oder ein Synchronwandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher und mindestens einem elektronischen Schalter zum Schalten der mindestens einen Induktivität gegen Masse. Die mindestens eine Induktivität wird mittels mindestens eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung realisiert. Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine elektronische Schalter des Wandlers mittels mindestens eines elektronischen Schalters zum Schalten eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung realisiert sein. Bei dem elektronischen Schalter zum Schalten eines Elektromagneten handelt es sich vorzugsweise um einen sogenannten Low-Side-Schalter, der je nach Schaltstellung den Elektromagneten mit der Masse verbindet.
Zur Implementierung des Gleichspannungswandlers können Bauelemente der Ventilbetätigung mehrerer Magnetventile, beispielsweise die Magnetspulen von mehreren Magnetventilen und/oder die elektronischen Schalter dieser Magnetventile, verwendet werden.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gleichspannungswandler um einen Mehrphasen-Aufwärtswandler bzw. Mehrphasen-Synchronwandler mit pro Phase mindestens einer Induktivität und mindestens einem Schalter zum Schalten der Induktivität. Hierbei schalten die Schalter der einzelnen Phasen versetzt zueinander; die Beiträge der verschiedenen Phasen werden an einem Kondensator überlagert. Hierbei ist auch eine identische Ansteuerung zweier oder mehr Schalter der einzelnen Induktivitäten denkbar ist, um in einer vorgegebenen Zeit die notwendige Energie zu übertragen:
beispielsweise werden in dem Mehrphasen-Aufwärtswandler 8 Induktivitäten mit jeweils einem in Serie befindlichen Schalter vorgesehen, wobei aber jeweils immer 2 Schalter gleich angesteuert und damit zeitgleich betätigt werden, und sich somit verschiedene 4 Phasen ergeben.
Mehrphasen-Aufwärtswandler bzw. Mehrphasen-Synchronwandler mit pro Phase mindestens einer Induktivität und mindestens einem Schalter zum Schalten der Induktivität sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik. Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Induktivitäten der verschiedenen Phasen bzw. die Schalter der verschiedenen Phasen mittels Elektromagneten verschiedener Magnetventile bzw. mittels elektronischer Schalter verschiedener Magnetventile realisiert.
Es ist von Vorteil, wenn die mindestens eine Induktivität bzw. der mindestens eine elektronische Schalter des Gleichspannungswandlers mittels eines Elektromagnets bzw. eines elektronischer Schalters mindestens eines Magnetventils realisiert ist, welches sich beim Druckaufbau zum selbstständigen Bremsen (d. h. ein Bremsen, welches nicht vom Fahrer über das Bremspedal ausgelöst wird) in dessen stromlosen Position befindet (d. h. der Ruhezustand, wenn keine Ansteuerung des Schalters des Magnetventils stattfindet). Ein derartiges Magnetventil ist beispielsweise ein Einlassventil oder ein Auslassventil. Wie in der Beschreibungseinleitung im Zusammenhang mit 1 erläutert, befinden sich die Einlassventile und die Auslassventile beim selbstständigen Bremsen in ihrer stromlosen Position (ein stromlos offenes Einlassventil ist dann geöffnet; ein stromlos geschlossenes Auslassventil ist dann geschlossen). Da sich ein derartiges Magnetventil beim selbstständigen Bremsen ohnehin in der stromlosen Position befindet und die Spannungserhöhung über den Gleichspannungswandler vorzugsweise auch im Zuge des selbstständigen Bremsen erfolgt, kann der Gleichspannungswandler dann so angesteuert werden, dass das oder die betroffenen Magnetventile in der stromlosen Position verharren. Hierzu sollte der Schalter des Magnetventils vorzugsweise mit einem periodischen Ansteuersignal mit derart kurzer Einschaltdauer geschaltet werden, dass das jeweilige Magnetventil trotz Ansteuerung mit dem periodischen Ansteuersignal in seiner stromlosen Position verharrt.
Sofern es sich bei dem oder den betroffenen Magnetventilen um Magnetventile handelt, welche sich beim Druckaufbau zum selbstständigen Bremsen in ihrer stromlosen Position befinden, ist es weiter von Vorteil, wenn es sich bei dem oder den betroffenen Magnetventilen um Magnetventile handelt, welche sich beim Druckaufbau zum selbstständigen Bremsen in einer offenen Position (der auch gleichzeitig die stromlose Position ist) befinden. Die Einlassventile sind typischerweise derartige Magnetventile. Der Hintergrund hierfür ist, dass die Ansteuerung des Schalters des betroffenen Magnetventils bei Betrieb des Gleichspannungswandlers dann weniger kritisch ist: Wenn das betroffene Magnetventil aufgrund dieser Ansteuerung periodisch kurzzeitig von der offenen (stromlosen) Position in die geschlossene Position umschaltet (was eigentlich nicht gewünscht ist), schließt dieses jeweils kurzzeitig. Dies ist aber weniger kritisch, als wenn ein Ventil, welches eigentlich im autonomen Bremsen geschlossen sein sollte, aufgrund der Ansteuerung zur Erhöhung der Gleichspannung periodisch kurzfristig geöffnet wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein System mit einem vorstehend beschriebenen Hydroaggregat und einer elektronischen Steuereinrichtung zur Steuerung des Hydroaggregats. Die elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung des Hydroaggregats ist dabei vorzugsweise mit dem Hydroaggregat zu einer gemeinsamen Baugruppe integriert, wie dies in dem vorstehend genannten Buch „Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme” mit Bezug auf konventionelle Hydroaggregate beschrieben ist. Die elektronische Steuereinrichtung ist eingerichtet, bei Bedarf zur Generierung einer erhöhten Drehzahl des Gleichstrommotors das Hydroaggregat derart anzusteuern, dass über den Gleichspannungswandler die erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors erzeugt wird. Dies erfolgt vorzugsweise im Zuge eines autonomen Bremsmanövers aufgrund eines Hindernisses.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Bremsassistenzsystem aufgrund eines detektierten Hindernisses eine autonome Bremsung auslöst, indem es über einen Fahrzeugbus einen entsprechenden Bremsbefehl zum Bremsen des Fahrzeugs an die Steuereinrichtung zur Steuerung des Hydroaggregats sendet. Die Steuereinrichtung des Hydroaggregats steuert das Hydroaggregat in Reaktion hierauf derart an, dass über den Gleichspannungswandler die erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Gleichstrommotors erzeugt wird, so dass eine für das autonome Bremsmanöver ausreichend hohe Motordrehzahl des Pumpenmotors erzielt wird.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise ausgestaltet, zur Generierung einer erhöhten Drehzahl des Gleichstrommotors einen zum Schalten der Induktivität verwendeten elektronischen Schalter des Gleichspannungswandlers, der insbesondere mittels eines elektronischen Schalters zum Schalten eines Elektromagneten der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist, mit einem periodischen Ansteuersignal (insbesondere PWM-Signal) mit derart kurzer Einschaltdauer zu schalten, dass dasjenige Magnetventil, dessen Elektromagnet zur Realisierung der Induktivität verwendet wird, trotz Ansteuerung mit dem periodischen Ansteuersignal in seiner stromlosen Position verharrt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen anhand dreier Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:
1 und 2 ein Ausführungsbeispiel für ein konventionelles Hydroaggregat;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat;
4 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat;
5 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat;
6 einen beispielhaften Drehzahlverlauf des Pumpenmotors; und
7 ein beispielhaftes PWM-Signal zum Ansteuern eines Magnetventilschalters.
Ein beispielhaftes konventionelles Hydroaggregat 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung im Zusammenhang mit 1 und 2 beschrieben. Das nachfolgend diskutierten Ausführungsbespiele 1' und 1'' eines erfindungsgemäßen Hydroaggregats gemäß 3 bzw. 4 bauen auf dem vorstehend beschriebenen konventionellen Hydroaggregat 1 auf; vorstehende Ausführungen zum Aufbau und zur Funktion des konventionellen Hydroaggregats 1 gelten sinngemäß auch für die Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Hydroaggregats gemäß 3 und 4.
Das Hydroaggregat 1' in 3 weist einen Gleichspannungswandler in Form eines Aufwärtswandlers DCDC zur Erhöhung der Spannungsversorgung des Motor M auf. Der Aufwärtswandler DCDC in dem Hydroaggregat 1' nimmt über den Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Ventile eine Gleichspannung (beispielsweise ungefähr 12 V bei einem 12-V-Bordnetz) entgegen und wandelt diese Gleichspannung in eine erhöhte Gleichspannung an dem Ausgang des Aufwärtswandlers DCDC um (z. B. 24 V), die dann dem Motor M zugeführt wird. Aufwärtswandler basieren grundsätzlich darauf, dass eine Induktivität in Reihe mit einer Diode geschaltet ist, hinter der ein Ladekondensator die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Induktivität wird mittels eines geeigneten Schalters mit einer bestimmten Frequenz periodisch gegen Masse geschaltet.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanke, dass die am ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Ventile angeordnete Schaltungsstruktur in 2 gewisse Ähnlichkeiten mit der Schaltungsstruktur eines Gleichspannungswandlers aufweist, und daher die ohnehin vorhandene Schaltungsstruktur am Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Ventile dazu genutzt werden kann, einen Gleichspannungswandler zu realisieren.
Dazu werden in dem Ausführungsbeispiel in 3 zur Implementierung eines Aufwärtswandlers die Dioden D1 und D2 ergänzt, wobei die Anode der jeweilige Diode D_i mit dem jeweiligen Schalter S_i und der Magnetspule MS_i verbunden ist. In dem Beispiel von 3 umfasst der Aufwärtswandler zwei parallele Pfade über die Diode D1 (und die Magnetspule MS₁) und über die Diode D2 (und die Magnetspule MS₂). Es wäre auch möglich, nur einen Pfad mit nur eine einzigen Diode D1 oder D2 oder mehr als zwei Dioden D1 und D2 vorzusehen. Statt Dioden D1, D2 können auch elektronische Schalter verwendet werden; in diesem Fall handelt es sich um einen sogenannten Synchronwandler.
Die Induktivität des Aufwärtswandlers wird mittels der Magnetspule MS₁ bzw. M₂ der Ventilbetätigung realisiert. Um die Induktivität (hier: die Magnetspule MS₁ bzw. M₂) des Aufwärtswandlers periodisch gegen Masse zu schalten, werden die ohnehin vorhandenen Low-Side-Schalter S₁, S₂ verwendet.
Bei den Magnetspulen MS₁ und MS₂ handelt es sich um die Magnetspulen der beiden Einlassventile eines Bremskreises.
Beispielsweise umfasst der Aufwärtswandler DCDC zumindest vier parallele Pfade mit vier Dioden und vier Induktivitäten, wobei zur Implementierung des Aufwärtswandlers DCDC neben den Magnetspulen MS₁, MS₂ (und deren Low-Side-Schalter S₁ und S₂) der beiden Einlassventile eines Bremskreises auch die nicht dargestellten Magnetspulen der beiden Einlassventile des anderen Bremskreises (sowie zusätzlich auch deren Schalter) genutzt werden.
Zur Entkopplung des Ausgangs des Aufwärtswandlers DCDC vom normalen Versorgungsspannungspfad über U_Motor ist ein Schalter S_D vorgesehen, wobei der Schalter S_D im Boost-Betrieb des Motors mit einer erhöhten Versorgungsspannung geschlossen ist (der Aufwärtswandler DCDC ist dann aktiv) und bei Versorgung des Motors über den Eingang U_Motor geöffnet ist.
Der Kondensator C4 an den Kathoden der Dioden D1, D2 dient als Ladekondensator des Aufwärtswandlers DCDC. Bei Betrieb des Aufwärtswandlers DCDC zur Erzeugung einer erhöhten Versorgungsspannung für den Motor M ist der in Serie zum Kondensator C₄ befindliche zusätzliche elektronischer Schalter S_C4 geschlossen, so dass der Kondensator C₄ als Ladekondensator wirksam ist. Wenn der Motor über den Versorgungseingang U_Motor versorgt wird, ist der Schalter S_C4 geöffnet, um den Kondensator C₄ unwirksam zu machen.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 3 wird der Schalter S_M ferner dazu genutzt, bei Betrieb des Motors M mit erhöhter Versorgungsspannung (d. h. bei aktivem Aufwärtswandler DCDC) den Ausgang des Aufwärtswandlers DCDC (bei beispielsweise 24 V Ausgangsspannung) von dem Eingang U_Motor (hier liegt auch ungefähr 12 V an) abzukoppeln, um einen entsprechend hohen Stromfluss vom Ausgang des Aufwärtswandlers aus dem Eingang U_Motor heraus zu vermeiden. Dazu ist der Schalter S_D bei Betrieb des Motors M mit erhöhter Versorgungsspannung geschlossen.
Aufwärtswandler umfassen vorzugsweise an ihrem Eingang einen Kondensator. Der Kondensator C₃ der bei einem gewöhnlichen Hydroaggregat häufig als Eingangsfilter vorgesehen ist, kann die Funktion eines eingangsseitigen Kondensators des Aufwärtswandlers DCDC übernehmen.
In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat dargestellt. Bei dem Hydroaggregat 1'' in 4 wird im Unterschied zu dem Hydroaggregat 1' der Kondensator C₂ (und je nach Größe des Induktivität L₁ auch der Kondensator C₁) des Eingangsfilters F am Eingang U_Motor als Ladekondensator des Aufwärtswandlers C₂ genutzt. Dazu werden die Kathoden der Dioden D1, D2 mit dem Eingangsfilter F verbunden. Zum Einprägen der Ausgangsspannung des Aufwärtswandlers DCDC in den Motor M ist der Schalter S_M geschlossen; alternativ kann dieser auch mit einem PWM-Signal periodisch geschlossen und geöffnet werden, wobei dann die am Motor M wirksame Spannung des Aufwärtswandlers DCDC reduziert wird.
Da bei dem Beispiel in 4 im Unterschied zu dem Beispiel in 3 der Schalter S_M nicht mehr dazu genutzt werden kann, bei Betrieb des Aufwärtswandlers DCDC den Ausgang des Aufwärtswandlers von dem Eingang U_Motor zu entkoppeln, ist bei dem Ausführungsbeispiel in 4 ein elektronischer Schalter S_{U_Motor} zwischen dem Eingang U_Motor und dem Filter F vorgesehen. Bei Betrieb des Aufwärtswandlers DCDC ist der elektronische Schalter S_{U_Motor} geöffnet; bei gewöhnlicher Versorgung des Motors über den Eingang U_Motor ist der Schalter S_{U_Motor} geschlossen.
Bei dem elektronischen Schalter S_{U_Motor} kann es sich um einen Leistungstransistor handeln. Ein derartiger Leistungstransistor kann als Verpolschutz ohnehin am Spannungseingang U_Motor vorgesehen sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem elektronischen Schalter S_{U_Motor} um einen selbstsperrenden p-Kanal MOSFET (Metall-Oxiod-Halbleiter-Feldeffekttransistor).
Bei normalem Betrieb des Hydroaggregats ohne Verwendung des Aufwärtswandlers DCDC wird das Gate des MOSFET mit einem entsprechend geringen Potential (z. B. Massepotential) angesteuert, so dass der als MOSFET realisierte Schalter S_{U_Motor} niederohmig wird.
Bei Verwendung des Aufwärtswandlers DCDC wird der Gate-Anschluss G des MOSFET mit einem entsprechend hohen Potential angesteuert, so dass der innere Transistor des MOSFET nicht leitend wird. In diesem Fall entspricht der Drain-Source-Übergang einer Diode (Drain-Anschluss D = Anode der Diode und Source-Anschluss S = Kathode der Diode). Diese Diode sperrt, wenn V_Source > V _Drain – U_{Schwellspannung,Diode}. Diese Bedingung ist im Allgemeinen erfüllt, wenn der Aufwärtswandler DCDC verwendet wird. Durch die gesperrte Diode wird ein hoher Stromfluss aus dem Eingang U_Motor heraus vermieden.
Sofern bei Verwendung des Aufwärtswandlers DCDC bei einem autonomen Bremsmanöver der Bremsdruck stark steigt und dann die Leistungsaufnahme des Motors M so stark steigt, dass die Leistung des Aufwärtswandlers DCDC nicht ausreicht, sinkt das Potential V_S am Source-Anschluss S und die Diode des MOSFETS wird leitend. Damit wird der Schalter S_{U_Motor} leitend, so dass der Motor M dann wieder über U_Motor versorgt werden kann.
In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Hydroaggregat 1''' dargestellt, das sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel in 4 dadurch unterscheidet, dass die Magnetspule MS₁ und die Magnetspule MS₂ jeweils einen Mittelabgriff aufweisen, der die Magnetspule MS₁ in die Teilinduktivitäten MS_1,a und MS_1b bzw. die Magnetspule MS₂ in die Teilinduktivitäten MS_2,a ^und MS_2,b aufteilt.
Vorzugsweise teilt der Mittelabgriff die Gesamtinduktivität der jeweiligen Magnetspule MS₁ bzw. MS₂ in einem Verhältnis n_a/n_b auf, mit n_a/n_b im Bereich 1/3 bis 1/200, insbesondere im Bereich 1/20 bis 1/80. Das Größe n_a entspricht dabei dem Induktivitätsanteil MS_1a bzw. MS_2a vom Mittelabgriff in Richtung Gleichspannungsversorgungs-Eingang U_Ventile, und die Größe n_b entspricht dabei dem Induktivitätsanteil MS_1b bzw. MS_2b vom Mittelabgriff Richtung elektrischer Schalter S₁ bzw. S₂ des Ventils.
Ferner sind im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 4 in 5 zusätzliche elektronische Schalter S_1,B und S_2,B zum periodischen Schalten der Knoten der Mittelabgriffe und damit der Teilinduktivitäten MS_1,a bzw. MS_2,a gegen Masse vorgesehen. Die Schalter S_1,B und S_2,B werden dazu bei Betrieb des Aufwärtswandlers DCDC jeweils mit einem PWM-Signal angesteuert; die beiden PWM-Signale sind vorzugsweise zueinander phasenverschobene Versionen des gleichen PWM-Signals. Die Schalter S₁ und S₂ werden bei Betrieb des Aufwärtswandlers DCDC beispielsweise im geöffnet en Zustand betrieben.
In 6 ist ein beispielhafter Verlauf der Motordrehzahl n des Motors M im Zuge eines Bremsdruckaufbaus bei einem autonomen Bremsmanöver für eines der beispielhaften Hydroaggregate 1', 1'' oder 1''' dargestellt. Bis zum Zeitpunkt t₁ (z. B. 50 ms) wird der Motor M zum Pumpenanlauf über den Versorgungseingang U_Motor versorgt. Hierbei würde sich nach einem vorgegeben Zeitpunkt t₂ (z. B. t₂ = 300 ms zum Druckaufbau) ein bestimmte Drehzahl n₁ ergeben. Es wird aber vorzugsweise zum Zeitpunkt t₂ das Hydroaggregat 1', 1'' bzw. 1''' umgeschaltet, so dass der Motor M über den Aufwärtswandler DCDC mit einer erhöhten Spannung versorgt wird. Hierzu werden bei den Beispielen in 3 und 4 die Schalter S₁, S₂ jeweils über ein PWM-Signal dann passend angesteuert, der Schalter S_D geschlossen und im Fall von 3 der Schalter S_M geöffnet und der Schalter S_C4 geschlossen bzw. im Fall von 4 der Schalter S_{U_Motor} geöffnet und der Schalter S_M geschlossen. Im Fall von 5 werden die Schalter S_1,B und S_2,B jeweils über ein PWM-Signal angesteuert, der Schalter S_D geschlossen, der Schalter S_{U_Motor} geöffnet und der Schalter S_M geschlossen. Dies bewirkt eine deutlich erhöhte Drehzahl n₂ zum Zeitpunkt t₂. Die Ansteuerung sämtlicher Schalter erfolgt über die Steuereinrichtung SE.
7 zeigt ein beispielhaftes PWM-Signal s_PWM mit den beiden Signalwerten w₁ und w₀ zum Ansteuern der Schalter S₁ und S₂ des Hydroaggregats 1' oder 1'' (bzw. der Schalter S_1,B und S_2,B im Fall des Hydroaggregats 1''') ab dem Zeitpunkt t₁, ab dem der Aufwärtswandler DCDC zur Erzeugung einer erhöhten Spannung betrieben wird. Das PWM-Signal s_PWM wechselt periodisch zwischen den Signalwerten w₀ und w₁. Bei dem PWM-Signal handelt es sich beispielsweise um ein PWM-Signal mit einer Frequenz von ca. 50 KHz.
Es wird darauf hingewiesen, dass für die beiden Schalter S₁ und S₂ (bzw. der Schalter S_1,B und S_2,B im Fall des Hydroaggregats 1''') beispielsweise nicht das gleiche PWM-Signal s_PWM verwendet wird (dies wäre aber möglich). Beispielsweise kann es sich bei dem Aufwärtswandler um einen sogenannten Mehrphasen-Aufwärtswandler handeln, wobei zueinander phasenverschobene PWM-Signale (bei gleichen Frequenz und gleichem Tastverhältnis) zur Ansteuerung der beiden Schalter S₁ und S₂ verwendet werden. Vorzugsweise werden also zur Ansteuerung der Schalter S₁ und S₂ (bzw. S_1,B und S_2,B) unterschiedliche Versionen des PWM-Signals s_PWM verwendet, die phasenverschoben zu einander sind. Wenn beispielsweise auch die beiden anderen Einlassventile verwendet werden, können beispielsweise 4 unterschiedliche Phasen des PWM-Signals s_PWM verwendet werden, um Induktivitäten der Elektromagnete der vier Einlassventile periodisch gegen Masse zu schalten. Es können aber auch beispielsweise jeweils 2 Induktivitäten der Elektromagnete phasengleich gegen Masse geschaltet werden.
Im Folgenden wird angenommen, dass bei den Hydroaggregaten 1' oder 1'' die Schalter S₁ und S₂ bei einem Signalwert w₀ offen sind und damit kein Strom über die jeweilige Magnetspule MS₁ und MS₂ fließt, und bei einem Signal w₁ geschlossen sind und damit ein Strom über die jeweilige Magnetspule MS₁ und MS₂ fließt. Die Einschaltdauer t_an beschreibt die Zeitdauer, in der das PWM-Signal s_PWM sich einen Signalwert (hier w₁) aufweist, bei dem die jeweilige Magnetspule MS₁ und MS₂ bestromt wird. Die Einschaltdauer t_an ist so kurz, dass die beiden Einlassventile EV, die über die Magnetspulen MS₁ und MS₂ geschaltet werden, in ihrer offenen Position verharren. Die offene Position entspricht dabei der stromlosen Position dieser Ventile.
Im Fall des Hydroaggregats 1'' in 5 wirkt im Aufwärtswandler DCDC nur jeweils ein Teil der Induktivität der Magnetspule MS₁ bzw. MS₂, so dass bei Ansteuerung der Schalter S_1,B und S_2,B mit PWM-Signalen s_PWM die magnetische Kraft bei passender Aufteilung der Induktivitäten der Magnetspulen MS₁ bzw. MS₂ nicht ausreicht, die Einlassventile in die geschlossene Position umzuschalten.
Zusätzlich zu der Ventilbetätigung der vier Einlassventile könnte auch die Ventilbetätigung der vier Auslassventile für den Aufwärtswandler DCDC verwendet werden, so dass beispielsweise acht parallele Pfade zur Erzeugung der Ausgangsspannung verwendet werden können. Hierbei können beispielsweise 8 verschiedene Phasenlagen zur Ansteuerung der elektrischen Schalter der Ventile verwendet werden. Alternativ können beispielsweise jeweils 2 Induktivitäten verschiedener Elektromagnete phasengleich gegen Masse geschaltet werden, so dass sich 4 verschiedene Phasenlagen in der Ansteuerung der Schalter ergeben. Dabei können jeweils ein Schalter eines Einlassventils und ein Schalter eines Auslassventils phasengleich angesteuert werden; alternativ können auch jeweils 2 Schalter gleichartiger Ventile (d. h. Einlassventil oder Auslassventil) phasengleich angesteuert werden.
Vorstehend wurden erfindungsgemäße Hydroaggregate 1', 1'', 1''' beispielhaft für ein 12-V-Bordnetz dargestellt; es wären aber auch erfindungsgemäße Hydroaggregate beispielsweise für ein 24-V-Bordnetz oder ein 48-V-Bordnetz denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Fahrstabilisierungssysteme und Fahrerassistenzsysteme”, Konrad Reif, Vieweg + Teubner Verlag, 1. Auflage, 2010 auf den Seiten 96 bis 103 [0004]

Claims

Hydroaggregat (1', 1'') für ein hydraulisches Kraftfahrzeug-Bremssystem, umfassend – elektrisch betätigbare Magnetventile, – einen Motor (M), – eine Pumpe (PE), welches über den Motor (M) betreibbar ist, und – einen ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang (U_Ventile) zur Spannungsversorgung der elektrischen Ventilbetätigung der elektrisch betätigbaren Magnetventile, dadurch gekennzeichnet, dass – das Hydroaggregat (1', 1'') einen Gleichspannungswandler (DCDC) zur Erhöhung einer über den ersten Gleichspannungsversorgungs-Eingang (U_Ventile) entgegen nehmbaren ersten Gleichspannung in eine gegenüber der ersten Gleichspannung erhöhte zweite Gleichspannung umfasst, und – die über den Gleichspannungswandler (DCDC) erzeugbare erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Motors (M) verwendbar ist, wobei – der Gleichspannungswandler (DCDC) ein induktiver Wandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher ist und die mindestens eine Induktivität mittels mindestens eines Elektromagneten (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung der Magnetventile realisiert ist, und/oder – der Gleichspannungswandler (DCDC) mindestens einen elektronischen Schalter umfasst und der mindestens eine elektronische Schalter mittels mindestens eines elektronischen Schalters (S₁, S₂) zum Schalten eines Elektromagneten (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist.
Hydroaggregat nach Anspruch 1, wobei – das Hydroaggregat einen zweiten Gleichspannungsversorgungs-Eingang (U_Motor) zur Spannungsversorgung des Motors (M) umfasst, und – bei Bedarf zur Erzeugung einer erhöhten Drehzahl des Motors (M) die über den Gleichspannungswandler (DCDC) erzeugbare erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Motors (M) verwendbar ist.
Hydroaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Gleichspannungswandler ein Aufwärtswandler (DCDC) oder ein Synchronwandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher und mindestens einem elektronischen Schalter zum Schalten der mindestens einen Induktivität gegen Masse ist, und – die mindestens eine Induktivität mittels mindestens eines Elektromagneten (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist.
Hydroaggregat nach Anspruch 3, wobei – der Elektromagnet (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung einen elektrischen Mittelabgriff aufweist, und das Potential am elektrischen Mittelabgriff zur Erzeugung der zweiten Gleichspannung abgegriffen wird.
Hydroaggregat nach Anspruch 4, wobei – der Elektromagnet (MS₁, MS₂) eine Spule umfasst, und der elektrische Mittelabgriff des Elektromagneten (MS₁, MS₂) ein elektrischer Mittelabgriff der Spule ist.
Hydroaggregat nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Aufwärtswandler (DCDC) bzw. Synchronwandler einen elektronischen Schalter (S_1,B, S_2,B) zum Schalten des Mittelabgriffs gegen Masse umfasst.
Hydroaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Gleichspannungswandler ein Aufwärtswandler (DCDC) oder ein Synchronwandler mit mindestens einer Induktivität als Energiespeicher und mindestens einem elektronischen Schalter zum Schalten der mindestens einen Induktivität gegen Masse ist, und – der mindestens eine elektronische Schalter des Wandlers mittels mindestens eines elektronischen Schalters (S₁, S₂) zum Schalten eines Elektromagneten (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist.
Hydroaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei – der Aufwärtswandler (DCDC) bzw. Synchronwandler ein Mehrphasen-Aufwärtswandler bzw. Mehrphasen-Synchronwandler mit pro Phase mindestens einer Induktivität und mindestens einem Schalter zum Schalten der Induktivität ist, und – die Induktivitäten der verschiedenen Phasen bzw. die Schalter der verschiedenen Phasen mittels Elektromagneten (MS₁, MS₂) verschiedener Magnetventile bzw. mittels elektronischer Schalter (S₁, S₂) verschiedener Magnetventile realisiert sind.
Hydroaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Induktivität bzw. der mindestens eine elektronische Schalter des Gleichspannungswandlers mittels eines Elektromagnets (MS₁, MS₂) bzw. eines elektronischer Schalters (S₁, S₂) mindestens eines Magnetventils, insbesondere eines Einlassventils (EV) oder eines Auslassventils (AV), realisiert ist, welches sich beim Druckaufbau zum selbstständigen Bremsen in seiner stromlosen Position befindet.
Hydroaggregat nach Anspruch 9, wobei es sich bei dem Magnetventil (MS₁, MS₂) um ein Magnetventil handelt, welches sich beim Druckaufbau zum selbstständigen Bremsen in einer offenen Position befindet, insbesondere um ein Einlassventil (EV).
System mit – einem Hydroaggregat (1', 1'') nach einem der vorhergehenden Ansprüche und – einer elektronischen Steuereinrichtung (SE) zur Steuerung des Hydroaggregats (1', 1''), wobei die Steuereinrichtung (SE) eingerichtet ist, das Hydroaggregat (1', 1'') derart anzusteuern, dass über den Gleichspannungswandler (DCDC) die erhöhte zweite Spannung zur Spannungsversorgung des Motors (M) erzeugt wird, insbesondere bei Bedarf zur Generierung einer erhöhten Drehzahl des Motors.
System nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Drehzahl des Motors im Zuge eines autonomen Bremsmanövers zu erhöhen.
System nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei – das Hydroaggregat ein Hydroaggregat (1', 1'') nach einem der Ansprüche 5 oder 6 ist, und – die Steuereinrichtung (SE) ausgestaltet ist, bei Betrieb des Gleichspannungswandlers (DCDC) den zum Schalten der Induktivität verwendeten elektronischen Schalter des Gleichspannungswandlers, der insbesondere mittels eines elektronischen Schalters (S₁, S₂) zum Schalten eines Elektromagneten (MS₁, MS₂) der elektrischen Ventilbetätigung realisiert ist, mit einem periodischen Ansteuersignal mit derart kurzer Einschaltdauer (t_an) zu schalten, dass dasjenige Magnetventil, dessen Elektromagnet (MS₁, MS₂) zur Realisierung der Induktivität und/oder dessen Schalter (S₁, S₂) zur Realisierung des elektronischen Schalters des Gleichspannungswandlers verwendet wird, trotz Ansteuerung mit dem periodischen Ansteuersignal in seiner stromlosen Position verharrt.