DE102021204854A1

DE102021204854A1 - Verfahren zum Schalten eines Hydraulikventils

Info

Publication number: DE102021204854A1
Application number: DE102021204854.4A
Authority: DE
Inventors: Aleksandar Stanojkovski
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen eines stromlos geschlossenen hydraulischen Ventils (26) einer Bremsanlage in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung (5), wobei bei geschlossenem Ventil (26) mittels der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) ein hydraulischer Druck auf einer ersten Seite des Ventils (26) erhöht wird. Zur Verbesserung des Schaltvorgangs ist vorgesehen, dass ein geförderter Volumenstrom der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) und ein elektrischer Schaltstrom des hydraulischen Ventils (26) abhängig voneinander festgelegt und zum Öffnen des Ventils (26) eingestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Öffnen eines stromlos geschlossenen hydraulischen Ventils in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung, wobei bei geschlossenem Ventil mittels der Druckbeaufschlagungseinrichtung ein hydraulischer Druck auf einer ersten Seite des Ventils erhöht wird.
Eine entsprechende Anordnung findet sich beispielsweise in vielen hydraulischen Bremskreisen, wobei das hydraulische Ventil als Zuschaltventil zwischen der Druckbeaufschlagungseinrichtung und einem hydraulischen Aktor wie einer Radbremse angeordnet ist. Das Hydraulikventil kann beispielsweise ein „Pressure Feed Valve“ (PFV) zur Abtrennung der Druckbeaufschlagungseinheit vom Rest des Bremskreises sein. Die Hydraulikventile werden elektrisch, insbesondere elektromagnetisch geschaltet. Dabei ist die maximal mögliche Schaltkraft und damit die maximale Druckdifferenz über das Hydraulikventil bei einem Schaltvorgang begrenzt. Auch ist ein Schalten des Hydraulikventils bei großen Druckdifferenzen selbst dann nicht erwünscht, wenn das Hydraulikventil und dessen Stromversorgung einen derartigen Schaltvorgang theoretisch zulassen würden. Durch das Aufschalten eines Hydraulikventils bei großen Druckdifferenzen können Druckwellen in den nachfolgenden Leitungen entstehen, welche neben einer erhöhten Geräuschentwicklung außerdem Schäden an anderen Komponenten hervorrufen können. Daher werden Hydraulikventile bevorzugt druckfrei oder zumindest bei lediglich geringen Differenzdrücken geschaltet.
Dazu ist bekannt, mithilfe der Druckbeaufschlagungseinheit, beispielsweise einer hydraulischen Pumpe oder eines Linearaktuators, einen Druck auf einer ersten Seite des Hydraulikventils aufzubauen, insbesondere bis dieser dem Druck auf der anderen Seite des Hydraulikventils entspricht. Erst dann wird ein Schaltstrom an die Spule des Hydraulikventils angelegt, um das Hydraulikventil zu schalten. Dabei können beispielsweise Drucksensoren auf beiden Seiten des Hydraulikventils verwendet werden, um die Druckgleichheit zu detektieren. Jedoch ist die Anordnung von zwei Drucksensoren um das Hydraulikventil meist zu kostspielig für Massenanwendungen in der Industrie.
Wird eine sehr hohe Druckdifferenz in Öffnungsrichtung des Hydraulikventils angelegt, so wird das Hydraulikventil rein mechanisch aufgedrückt. Da hierbei jedoch eine größere Druckdifferenz nötig ist, ergibt sich eine Rückwirkung in nachgelagerten hydraulischen Aktoren. Zwar sollte der sensierte Systemdruckwert hinter dem Hydraulikventil sofort steigen, sobald das Zuschaltventil vom Linearaktuator aufgedrückt wird, ein Anstieg des Systemdrucks kann allerdings auch durch andere Effekte entstehen.
Aus der DE 10 2017 219 598 A1 ist ein Bremssystem bzw. eine Bremsanlage mit einem Hauptbremszylinder, einem Simulator und einer Druckbereitstellungseinrichtung, die über ein Zuschaltventil hydraulisch mit den Radbremsen verbindbar ist, bekannt. Der Systemdruck, der dem Druck im Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung entspricht, wird dabei von einem Systemdrucksensor gemessen, der von dem Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung aus gesehen hinter dem Zuschaltventil liegt.
Eine derartige Positionierung des Systemdrucksensors außerhalb der Druckkammer hat den Vorteil, dass auch bei einem Nicht-by-Wire-Betrieb dieser Sensor für die Druckbestimmung verwendet werden kann. Zudem kann bei geschlossenem Zuschaltventil während Refill, Pressurehold etc. eine Überwachung des Systemdrucks durchgeführt werden.
Bei bekannten Bremssystemen wird der Systemdrucksensor für den Öffnungsalgorithmus des oder der Zuschaltventile verwendet. Dies wird nach einer Druckhalteprozedur durch Schließen der Ventile oder nach einem Nachfüllvorgang eines Linearaktuators benötigt. Ein weiteres Ziel der Platzierung des Systemdrucksensors außerhalb der Druckkammer der Druckbereitstellungseinrichtung ist auch, ein Aufdrücken des Zuschaltventils anhand eines Druckanstiegs im System zu erkennen. Der Druckanstieg soll also mit dem Sensor detektiert werden. Dabei kann das Zuschaltventil bei Druckausgleich zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung und dem hydraulischen System mit den Radbremsen öffnen.
Nachteilig ist, dass die Position des Systemdrucksensors zu einer Übersensibilität des Öffnungsalgorithmus des oder der Zuschaltventile führt, weil der Druckanstieg im System von anderen Phänomenen, wie Auslassventilschalten, DCV-Schalten, Aktivitäten der integrierten Parkbremse, Scheibenschlag etc. verursacht werden kann. Das Zuschaltventil ist gewöhnlich stromlos geschlossen ausgeführt und kann bei Bestromung vollständig geöffnet werden. Das Zuschaltventil ist typischerweise derart ausgebildet, dass es bei Druckgleichheit auf beiden Seiten von selbst öffnet, es wird dann gewissermaßen aufgedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist dann die vollständige Öffnung durch Bestromung vorgesehen
Aus der noch nicht veröffentlichen DE 10 2020 202 368 ist bekannt, das Zuschaltventil durch den LAC aufzudrücken, wobei zur Erkennung der Öffnung des Zuschaltventils das Motormoment und der Verfahrweg des Druckkolbens verwendet werden. Liegt eine definierte Druckdifferenz vor bzw. ein definierter Druckabfall am Zuschaltventil an, insbesondere auch Druckgleichheit, so kann das Zuschaltventil durch den Schaltstrom der jeweiligen Ventilspule geöffnet werden. Wird das Zuschaltventil durch Schaltstrom oder durch den Linearaktuator geöffnet, so kann der Stößel durch die magnetische Kraft der Spule in seiner Position gehalten werden, damit das Ventil offen bleibt. Die Erkennung der Druckgleichheit und damit der Zeitpunkt, zu dem der Schaltstrom beaufschlagt werden kann, ist jedoch wesentlich ungenauer als mittels einer Druckmesseinrichtung.
Um den Druck in den einzelnen Radbremsen nicht über einen Sollwert überschießen zu lassen, wird der Zieldruck sehr langsam angefahren. Daher und wegen der ungenaueren Druckbestimmung muss jedoch das hydraulische Ventil länger mit dem Schaltstrom beaufschlagt werden. Folglich kann es zu thermischen Problemen am Ventil kommen da der Öffnungsprozess des Ventils sich in die Länge ziehen kann und der genaue Moment des Öffnens nicht exakt abgepasst werden kann. Zusätzlich gibt es bei einer Unterspannung der Systemenergieversorgung das Problem, dass der benötigte Schaltstrom teilweise am Ventil nicht aufgebracht werden kann. Als Folge dessen müssten alle Volumenverbrauchenden Bremsfunktionen (z.B. ABS) bei Unterspannung degradiert werden, weil ein dem Refill folgendes Ventil-Öffnen nicht möglich wird.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Öffnen des hydraulischen Ventils anzugeben, welches vorstehende Nachteile vermeidet.
Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass der Volumenstrom, die Schaltstromhöhe und die Schaltdauer miteinander in Beziehung stehen. Die Aufgabe wird basierend auf dieser Erkenntnis gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
So ist erfindungsgemäß vorgesehen, zum Öffnen eines stromlos geschlossenen hydraulischen Ventils in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung, bei geschlossenem Ventil mittels der Druckbeaufschlagungseinrichtung einen hydraulischen Druck auf einer ersten Seite des Ventils zu erhöhen. Dazu kann die Druckbeaufschlagungseinrichtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit, einer festgelegten Leistung oder Drehmoment geregelt angesteuert werden. Der geförderte Volumenstrom der Druckbeaufschlagungseinrichtung und ein elektrischer Schaltstrom des hydraulischen Ventils werden erfindungsgemäß abhängig voneinander festgelegt und zum Öffnen des Ventils eingestellt. Durch die hydraulische Verbindung fließt das geförderte hydraulische Volumen zumindest teilweise durch das hydraulische Ventil und beeinfluss somit die Position des Stößels und wirkt eine Kraft auf den Stößel aus. Die veränderte Position und die Kraft beeinflussen die benötigte elektromagnetische Kraft und damit den Schaltstrom zum Öffnen des Ventils. Durch die abgestimmte Auswahl der Größen wird das Ventil immer bedarfsgerecht geschaltet, wodurch insbesondere eine übermäßige Wärmeentwicklung vermieden wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der geförderte Volumenstrom der Druckbeaufschlagungseinrichtung bestimmt werden und basierend auf dem geförderten Volumenstrom ein benötigter elektrischer Schaltstrom bestimmt werden. Die Höhe des elektrischen Schaltstroms ist daher nicht fest, sondern wird bedarfsgerecht basierend auf dem Volumenstrom gewählt. Der somit bestimmte benötigte elektrische Schaltstrom wird folglich an das hydraulische Ventil angelegt, um dieses zu öffnen.
Durch die bedarfsgerechte Auswahl des Schaltstroms wird vermieden unnötige Wärmeleistung in die Spule des hydraulischen Ventils einzutragen. So können die Spulen kleiner ausgelegt sein, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein überhaupt zur Verfügung stehender elektrischer Schaltstrom bestimmt werden. Beispielsweise bei Überhitzung der Spule des Ventils oder einer Unterspannung des Bordnetzes kann sich der maximal zur Verfügung stehende Schaltstrom drastisch verringern. Durch den Zusammenhang zwischen Schaltstrom und Volumenfluss kann entsprechend basierend auf dem zur Verfügung stehenden elektrischen Schaltstrom ein benötigter Volumenfluss bestimmt werden und die Druckbeaufschlagungseinrichtung angesteuert werden, den benötigten Volumenfluss zu fördern. Der elektrischer Schaltstrom wird dann an das hydraulische Ventil angelegt. Da auch in diesem Fall, der Schaltstrom auf den geförderten Volumenfluss abgestimmt ist, ist ein sicheres Schalten des Ventils möglich.
Es ist also in beiden Fällen erfindungsgemäß vorgesehen den durch die Druckbeaufschlagungseinrichtung geförderten Volumenstrom und den Schaltstrom aufeinander abzustimmen und bedarfsgerecht einzustellen, sodass die hydraulische Kraft und die elektrische Kraft gemeinsam das hydraulische Ventil öffnen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Bremsanlage eine Kennlinie hinterlegt, die den geförderten Volumenstrom mit dem benötigten Schaltstrom des Ventils in Verbindung setzt. Die Kennlinie wird dann genutzt, um aus dem geförderten Volumenstrom den benötigten elektrischen Schaltstrom zu bestimmen und/oder um aus dem zur Verfügung stehenden maximalen Schaltstrom einen Volumenfluss zu bestimmen, der benötigt wird, sodass mit dem zur Verfügung stehenden Schaltstrom das Ventil sicher geöffnet werden kann. Alternativ können zwei oder mehr Einzelwerte vorgesehen sein, welche mit einem oder mehreren zugehörigen Schwellwerten verknüpft sind. Beispielsweise kann der Schaltstrom mit einem ersten Wert betrieben werden, solange der Volumenfluss kleiner als ein Schwellwert ist. Sobald der Volumenfluss den Schwellwert überschreitet, wird ein zweiter, kleinerer Schaltstrom verwendet. In einer anderen Ausführungsform kann der Volumenfluss auf einen ersten Wert eingestellt werden, wenn der zur Verfügung stehende Schaltstrom einen Mindestwert erreicht. Ist der zur Verfügung stehende Schaltstrom kleiner als ein Mindestwert, so wird ein höherer Volumenfluss eingestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt das Ventil in Richtung der ersten Seite, sodass das Ventil ab einem größeren Grenzdruck auf der ersten Seite relativ zur zweiten Seite des Ventils aufgedrückt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Druckbeaufschlagungseinrichtung ein Linearaktuator. Bei Linearaktuatoren wird zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
Eine Bewegung des Linearaktuators aus seiner Ruhelage nach vorn in den Druckraum hinein verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Ventile in die Radbremsen und bewirkt somit einen Druckaufbau. Im umgekehrten Fall führt die Bewegung des Linearaktuators zurück in Richtung seiner Ruhelage zu einem Druckabbau in den Radbremsen. Die Einstellung eines geforderten Systemdruckes erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Druckreglers bzw. eines geeigneten Druckregelsystems.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Schaltstrom für eine Schaltzeit gehalten und danach auf einen geringeren Haltestrom reduziert wird. Die Schaltzeit beträgt insbesondere zwischen 10 ms und 200ms, bevorzugt 50 und 150 ms, besonders bevorzugt 70 bis 100 ms. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schaltzeit, für die der elektrische Schaltstrom an dem Ventil angelegt wird basierend auf der Höhe des benötigten Schaltstroms bestimmt. Bevorzugt stehen die beiden Größen in umgekehrt proportionalem Verhältnis. Je geringer die Höhe des Schaltstroms, desto länger wird die Schaltzeit gewählt. Somit kann die gesamte eingekoppelte Leistung begrenzt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zeitpunkt zu dem der elektrische Schaltstrom angelegt wird, basierend auf einem Drehmoment der Druckbeaufschlagungseinrichtung bestimmt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Druckbeaufschlagungseinrichtung nicht mit einem Drucksensor ausgestattet ist. Damit lassen sich die Kosten für den Drucksensor einsparen ohne vollständig auf Druckinformationen verzichten zu müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Schaltstrom angelegt, wenn Druckgleichheit über dem Ventil herrscht. Das heißt die hydraulischen Drücke auf den beiden Seiten des Ventils sind bis auf eine festgelegte Abweichung gleich groß. Während auf der Seite der Druckbeaufschlagungseinrichtung der Druck über Informationen der Druckbeaufschlagungseinrichtung abgeschätzt werden kann, kann auf der gegenüberliegenden zweiten Seite ein Drucksensor vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Schaltstrom angelegt, wenn ein Druckanstieg auf einer zweiten Seite des Ventils mittels eines Drucksensors detektiert wird. Dabei kann insbesondere ein plötzlicher rapider Druckanstieg detektiert werden.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Druckbeaufschlagungseinrichtung und ein mit dieser verbundenes hydraulisches Ventil, wobei eine Steuereinheit vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist eines der vorstehenden Verfahren auszuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zum Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Bremsanlage,
2 zeigt eine Schaltstrom-Volumen-Kennlinie,
3 zeigt wichtige Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Ein in 1 dargestelltes Bremssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 8a-8d. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren Hauptbremszylinder 2, einen mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammenwirkenden Wegsimulator bzw. eine Simulationseinrichtung 3, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbeaufschlagungseinrichtung 5, und radindividuelle Bremsdruckmodulationsventile, welche beispielsgemäß als Einlassventile 6a-6d und Auslassventile 7a-7d ausgeführt sind. Weiterhin umfasst das Bremssystem eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Bremssystems. Diese kann auch aus mehreren einzelnen Steuereinrichtungen aufgebaut sein.
Beispielsgemäß ist die Radbremse 8a dem linken Vorderrad (FL), die Radbremse 8b dem rechten Vorderrad (FR), die Radbremse 8c dem linken Hinterrad (RL) und die Radbremse 8d dem rechten Hinterrad (RR) zugeordnet.
Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 16 einen Hauptbremszylinderkolben 15 auf, der eine hydraulische Druckkammer 17 begrenzt, und stellt einen einkreisigen Hauptbremszylinder dar. Die Druckkammer 17 nimmt eine Rückstellfeder 9 auf, die den Kolben 15 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positioniert. Die Druckkammer 17 steht einerseits über in dem Kolben 15 ausgebildete radiale Bohrungen sowie eine entsprechende Druckausgleichsleitung 41 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei diese durch eine Relativbewegung des Kolbens 17 im Gehäuse 16 absperrbar sind. Die Druckkammer 17 steht andererseits mittels eines hydraulischen Leitungsabschnitts (auch als erste Zufuhrleitung bezeichnet) 22 mit einer Bremsversorgungsleitung 13 in Verbindung, an welche die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a-6d angeschlossen sind. So ist die Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 mit allen Einlassventilen 6a-6d verbunden.
In der Druckausgleichsleitung 41 bzw. in der Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ist beispielsgemäß kein Ventil, insbesondere kein elektrisch oder hydraulisch betätigbares Ventil und kein Rückschlagventil, angeordnet.
Alternativ kann in der Druckausgleichsleitung 41 bzw. zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ein, insbesondere stromlos offenes, Diagnoseventil, bevorzugt eine Parallelschaltung eines stromlos offenen Diagnoseventils mit einem zum Druckmittelvorratsbehälter 4 hin schließenden Rückschlagventil, enthalten sein.
Zwischen der an die Druckkammer 17 angeschlossenen Zufuhrleitung 22 und der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein Trennventil 23 angeordnet bzw. Druckkammer 17 ist mit der Bremsversorgungsleitung 13 über die erste Zufuhrleitung 22 mit einem Trennventil 23 verbunden. Das Trennventil 23 ist als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (SO-), 2/2-Wegeventil ausgebildet. Durch das Trennventil 23 kann die hydraulische Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und der Bremsversorgungsleitung 13 abgesperrt werden.
Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem vorzugsweise redundant ausgeführten Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch eines Fahrzeugführers.
Ein an die erste Zufuhrleitung 22 angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den in der Druckkammer 17 durch ein Verschieben des Kolbens 15 aufgebauten Druck. Dieser Druckwert kann ebenso zur Charakterisierung oder Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers ausgewertet werden. Alternativ zu einem Drucksensor 20 kann auch ein Kraftsensor 20 zur Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers verwendet werden.
Die Simulationseinrichtung 3 ist beispielsgemäß hydraulisch ausgeführt und hydraulisch an den Hauptbremszylinder 2 angekoppelt. Die Simulationseinrichtung 3 weist beispielsweise im Wesentlichen eine Simulatorkammer 29, eine Simulatorrückkammer 30 sowie einen die beiden Kammern 29, 30 voneinander trennenden Simulatorkolben 31 auf. Der Simulatorkolben 31 stützt sich durch ein in der (beispielsgemäß trockenen) Simulatorrückkammer 30 angeordnetes elastisches Element 33 (z. B. Simulatorfeder) an einem Gehäuse ab. Die hydraulische Simulatorkammer 29 ist beispielsgemäß mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen Simulatorfreigabeventils 32 mit der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 verbunden.
Das Bremssystem bzw. die Bremsanlage umfasst je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8a-8d ein Einlassventil 6a-6d und ein Auslassventil 7a-7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremse 8a-8d angeschlossen sind. Den Einlassventilen 6a-6d ist jeweils ein zu der Bremsversorgungsleitung 13 hin öffnendes, nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil parallelgeschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a-7d sind über eine gemeinsame Rücklaufleitung 14 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden.
Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung (bzw. als ein einkreisiger, elektrohydraulischer Aktuator (Linearaktuator)) ausgebildet, deren Kolben 36 von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes 39 betätigbar ist. Der Kolben 36 begrenzt den einzigen Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet.
An den Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist ein Leitungsabschnitt (auch als zweite Zufuhrleitung bezeichnet) 38 angeschlossen. Die Zufuhrleitung 38 ist über ein elektrisch betätigbares, stromlos geschlossenes, Zuschaltventil 26 mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Durch das Zuschaltventil 26 kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 und der Bremsversorgungsleitung 13 (und damit den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a-6d) gesteuert geöffnet und abgesperrt werden.
Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das im Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die zweite Zufuhrleitung 38 eingespeist. In einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart, insbesondere in einem fehlerfreien Zustand der Bremsanlage, wird die Zufuhrleitung 38 über das Zuschaltventil 26 mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Auf diesem Weg erfolgt bei einer Normalbremsung ein Radbremsdruckauf- und -abbau für alle Radbremsen 8a-8d durch Vor- und Zurückfahren der Kolbens 36.
Bei einem Druckabbau durch Zurückfahren des Kolbens 36 strömt das vorher aus dem Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 in die Radbremsen 8a-8d verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück.
Alternativ können radindividuell unterschiedliche Radbremsdrücke einfach mittels der Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d eingestellt werden. Bei einem entsprechenden Druckabbau strömt der über die Auslassventile 7a-7d abgelassene Druckmittelanteil über die Rücklaufleitung 14 in den Druckmittelvorratsbehälter 4. Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenem Zuschaltventil 26 möglich, indem Druckmittel aus dem Behälter 4 über die Leitung 42 mit einem in Strömungsrichtung zum Aktuator 5 öffnenden Rückschlagventil 45 in den Akuatordruckraum bzw. Druckraum 37 strömen kann.
Beispielsgemäß ist Druckraum 37 außerdem in einem unbetätigten Zustand des Kolbens 36 über ein oder mehrere Schnüffellöcher mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Diese Verbindung zwischen Druckraum 37 und Druckmittelvorratsbehälter 4 wird bei einer (ausreichenden) Betätigung des Kolbens 36 in Betätigungsrichtung getrennt.
In der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein elektrisch betätigbares, stromlos offenes Kreistrennventil 40 angeordnet, durch welches die Bremsversorgungsleitung 13 in einen ersten Leitungsabschnitt 13a, welcher (über das Trennventil 23) mit dem Hauptbremszylinder 2 verbunden ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 13b, welcher (über das Zuschaltventil 26) mit der Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbunden ist, trennbar ist. Der erste Leitungsabschnitt 13a ist mit den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b verbunden und der zweite Leitungsabschnitt 13b ist mit den Einlassventilen 6c, 6d der Radbremsen 8c, 8d verbunden.
Bei geöffnetem Kreistrennventil 40 ist die Bremsanlage einkreisig ausgeführt. Durch Schließen des Kreistrennventils 40 kann die Bremsanlage, insbesondere situationsgerecht gesteuert, in zwei Bremskreise I und II aufgetrennt oder aufgeteilt werden. Dabei ist im ersten Bremskreis I der Hauptbremszylinder 2 (über das Trennventil 23) mit nur noch den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b der Vorderachse VA verbunden, und im zweiten Bremskreis II die Druckbereitstellungseinrichtung 5 (bei geöffnetem Zuschaltventil 26) mit nur noch den Radbremsen 8c und 8d der Hinterachse HA verbunden.
Die Eingangsanschlüsse aller Einlassventile 6a-6d können bei offenem Kreistrennventil 40 mittels der Bremsversorgungsleitung 13 mit einem Druck versorgt werden, der in einer ersten Betriebsart (z. B. „Brake-by-Wire“-Betriebsart) dem Bremsdruck entspricht, der von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellt wird. Die Bremsversorgungsleitung 13 kann in einer zweiten Betriebsart (z. B. in einer stromlosen Rückfallbetriebsart) mit dem Druck der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt werden.
Vorteilhafterweise umfasst die Bremsanlage eine Pegelmesseinrichtung 50 zur Bestimmung eines Druckmittelpegels/-standes in dem Druckmittelvorratsbehälter 4. Vorteilhafterweise erfolgt eine Situationserkennung zur Kreistrennung mittels des Kreistrennventils 40 über die Pegelmesseinrichtung 50.
Beispielsgemäß sind die hydraulischen Komponenten, nämlich der Hauptbremszylinder 2, die Simulationseinrichtung 3, die Druckbereitstellungseinrichtung 5, die Ventile 6a-6d, 7a-7d, 23, 26, 40 und 32 sowie die hydraulischen Verbindungen inklusive der Bremsversorgungsleitung 13, zusammen in einer hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 (HCU) angeordnet. Der hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 ist die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) 12 zugeordnet. Bevorzugt sind hydraulische und elektronische Steuer und Regeleinheit 60, 12 als eine Einheit (HECU) ausgeführt.
Das Bremssystem umfasst einen Drucksensor 19 bzw. Systemdrucksensor zur Erfassung des von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellten Druckes. Der Drucksensor 19 ist hierbei von der Druckkammer 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 gesehen hinter dem Zuschaltventil 26 angeordnet.
Wird über einen längeren Zeitraum oder mehrmals hintereinander Druck über die Auslassventile 7a bis 7d der Radbremsen 8a bis 8d abgebaut, so bewegt sich der Kolben 36 des Linearaktuators 5 sukzessive nach vorne bis dieser an seiner vordersten Position angekommen ist, von der aus ein weiterer Volumenstrom nicht mehr bereitgestellt werden kann. Spätestens zu diesem Zeitpunkt muss der Linearaktuar mittels eines Refills nachgefüllt werden.
Für einen solchen Refill des Linearaktuators 5 wird das Zuschaltventil 26 geschlossen und danach der Kolben 36 zurückgefahren. Dadurch wird über das Rückschlagventil 120 Bremsflüssigkeit aus dem Reservoir 4 angesaugt. Für das nachfolgende Öffnen des Zuschaltventils 26 wird nun erfindungsgemäß der Motor 35 des Linearaktuators angesteuert, bereits bei noch geschlossenem Zuschaltventil, bevor dieses mit einem Schaltstrom beaufschlagt wird, den Kolben wieder nach vorne zu fahren. Dies kann beispielsweise mit einem vorgegebenen Drehmoment erfolgen. Dabei wird mittels des Rotorlagensensors oder Wegstreckensensors 44 die momentane Position und damit eine Vortriebsgeschwindigkeit des Linearaktuators gemessen. Diese entspricht einem durch den Linearaktuator 5 geförderten Volumenstrom, welcher zumindest zum Teil durch das geschlossene Zuschaltventil 26 gedrückt wird. Aus dem Volumenstrom wird nun mittels einer in dem Bremssystem hinterlegten Kennlinie, wie sie in 2 dargestellt ist, ein zugehöriger Schaltstrom bestimmt.
Durch die Ausrichtung des Zuschaltventils 26, welches in Richtung des Linearaktuators schließt und in Richtung Radbremsen öffnet, wirkt ein durch den Linearaktuator erzeugter Druck in Öffnungsrichtung des Ventils. Das heißt, das Ventil wird ab einem bestimmten Druck aufgedrückt. Da der Druck auch vorher die Öffnung unterstützt, reduziert dieser einen benötigten Schaltstrom. Je höher der angelegte Druck, desto niedriger kann der Schaltstrom gewählt werden.
Der Zeitpunkt, ab dem der Schaltstrom an das Ventil angelegt wird, wird anhand des Motormoments des Linearaktuators bestimmt. Dazu kann das Motormoment über die geometrischen Größen des Linearaktuators in einen Druckwert umgerechnet, und dieser mit einem Druckwert des Systemdrucksensor 19 verglichen. Sobald diese im Rahmen einer vorbestimmten Abweichung, beispielsweise 10%, übereinstimmen, wird der Schaltstrom an das Ventil angelegt. Nach einer Schaltdauer von beispielsweise 80 ms wird der Schaltstrom auf einen Haltestrom reduziert.
An Stelle der Kennlinie der 2, welche einen im Wesentlichen linearen Zusammenhang zwischen dem Schaltstrom und dem Volumenstrom angibt, können auch andere Kennlinien in der Bremsanalage hinterlegt sein.
Auch können alternativ zu einer Kennlinie in einfachster Umsetzung zwei verschiedene Schaltstromwerte vorgesehen sein, die passend für einen aktuellen Volumenstrom ausgewählt werden. Dies ist in 3, in Form eines Flussdiagramms dargestellt. In Schritt 100 wird der Linearaktuator aktiviert, wodurch sich dessen Kolben 36 nach vorne bewegt und ein Volumenstrom gefördert wird. In Schritt 101 wird überprüft, ob der geförderte Volumenstrom größer als ein hinterlegter Schwellwert ist. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 103 ein erster Schaltstrom an das Ventil angelegt, der kleiner ist als ein zweiter Schaltstrom. Überschreitet der geförderte Volumenstrom nicht den Schwellwert, so wird in Schritt 102 der zweite Schaltstrom an das Ventil angelegt.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren auch zur Festlegung des Volumenstroms genutzt werden, wie in 4 mittels eines Flussdiagramms dargestellt ist. Dazu wird in Schritt 200 bestimmt, welcher Schaltstrom maximal zur Verfügung steht. Dazu kann beispielsweise ein kurzzeitiger Teststrom an das Ventil angelegt werden, oder andere Parameter bestimmt werden, welche den zur Verfügung stehenden Strom beeinflussen. Dies sind insbesondere die Bordspannung und/oder die Temperatur der Ventilspule. In Schritt 201 wird nun überprüft, ob der zur Verfügung stehende Schaltstrom größer als ein Schwellwert ist, wobei der Linearaktuator beim Öffnen des Zuschaltventils 26 mit einer ersten Geschwindigkeit oder Drehmoment angesteuert wird, wenn der Schwellwert erreicht oder überschritten wird. Dies stellt den normalen, fehlerfreien Fall dar. Liegt hingegen, ein Problem, wie eine Unterspannung der Energieversorgung des Bordnetzes des Fahrzeugs vor oder ist beispielsweise die Ventilspule überhitzt, sodass deren elektrischer Widerstand erhöht ist, so kann der Schaltstrom den Schwellwert nicht erreichen. In diesem Fall kann der Linearaktuator 5 zum Öffnen des Zuschaltventils 26 mit einer zweiten, größeren Geschwindigkeit angesteuert werden, sodass dieser einen größeren Volumenstrom fördert. Durch den größeren Volumenstrom kann wiederum auch mit dem geringeren Schaltstrom das Ventil sicher geschaltet werden.
Erfindungsgemäß werden somit der geförderte Volumenstrom und der Schaltstrom des Ventils abhängig voneinander festgelegt, um ein sicheres Schalten zu gewährleisten und eine Überhitzung zu vermeiden.
Bezugszeichenliste

1: Bremspedal
2: Hauptbremszylinder
3: Simulationseinrichtung
4: Druckmittelvorratsbehälter
5: Druckbeaufschlagungseinrichtung
6: a bis d Einlassventile
7: a bis d Auslassventile
8: a bis d Radbremse
9: Rückstellfeder
12: Steuersystem
13: Bremsversorgungsleitung
14: Rücklaufleitung
16: Gehäuse
17: Druckkammer
19: Systemdrucksensor
20: Hauptzylinderdrucksensor
22: erste Zufuhrleitung
23: Trennventil
24: Kolbenstange
25: Wegsensor
26: Zuschaltventil
29: Simulatorkammer
30: Simulatorrückkammer
31: Simulatorkolben
32: Simulatorfreigabeventils
33: Elastisches Element
35: Kolben
36: Elektromotor
37: Druckraum
38: Zufuhrleitung
39: Rotations-Translationsgetriebe
40: Kreistrennventil
41: Druckausgleichsleitung
42: Leitung
44: Rotorlagensensor
45: Rückschlagventil
50: Kennlinie
100: Aktivieren Linearaktuator
101: Überprüfen Volumenstrom
102: Einstellen Zweiter Schaltstrom
103: Einstellen Erster Schaltstrom
200: Bestimmung zur Verfügung stehender Schaltstrom
201: Überprüfen zur Verfügung stehender Schaltstrom
202: Einstellen Zweiter Volumenstrom
203: Einstellen Erster Volumenstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017219598 A1 [0005]
DE 102020202368 [0009]

Claims

Verfahren zum Öffnen eines stromlos geschlossenen hydraulischen Ventils (26) einer Bremsanlage in Verbindung mit einer Druckbeaufschlagungseinrichtung (5), wobei bei geschlossenem Ventil (26) mittels der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) ein hydraulischer Druck auf einer ersten Seite des Ventils (26) erhöht wird dadurch gekennzeichnet, dass ein geförderter Volumenstrom der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) und ein elektrischer Schaltstrom des hydraulischen Ventils (26) abhängig voneinander festgelegt und zum Öffnen des Ventils (26) eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der geförderte Volumenstrom der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) bestimmt wird und basierend auf dem geförderten Volumenstrom ein benötigter elektrischer Schaltstrom bestimmt wird und der benötigte elektrische Schaltstrom an das hydraulische Ventil (26) angelegt wird, um dieses zu öffnen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Verfügung stehender elektrischer Schaltstrom bestimmt wird und basierend auf dem zur Verfügung stehenden elektrischen Schaltstrom ein benötigter Volumenfluss bestimmt wird und die Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) angesteuert wird, den benötigten Volumenfluss zu fördern und der elektrischer Schaltstrom an das hydraulische Ventil (26) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Ventil (26) in Richtung der ersten Seite schließt, sodass das Ventil (26) ab einem Grenzdruck auf der ersten Seite aufgedrückt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) ein Linearaktuator ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltstrom für eine Schaltzeit gehalten wird und danach auf einen geringeren Haltestrom reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltzeit, für die der elektrische Schaltstrom an dem Ventil (26) angelegt wird basierend auf der Höhe des benötigten Schaltstroms bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt zu dem der elektrische Schaltstrom angelegt wird, basierend auf einem Drehmoment der Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltstrom angelegt wird, wenn Druckgleichheit über dem Ventil (26) herrscht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schaltstrom angelegt wird, wenn ein Druckanstieg auf einer zweiten Seite des Ventils (26) mittels eines Drucksensors (19) detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in der Bremsanlage hinterlegte Kennlinie (50) zur Bestimmung des Schaltstroms aus dem Volumenstrom und/oder zur Bestimmung des Volumenstroms aus dem Schaltstrom verwendet wird.
Bremssystem für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (5) und ein mit dieser verbundenes hydraulisches Ventil (26), gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (12), dazu eingerichtet eines der vorstehenden Verfahren auszuführen.