DE10242959A1

DE10242959A1 - Verfahren zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE10242959A1
Application number: DE10242959A
Authority: DE
Inventors: Stefan A Schmitt; Martin Baechle; Thorsten Neu
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2003-11-06

Abstract

Zur Messung der Viskosität einer Bremsflüssigkeit (11) wird auf eine bekannte Füllstandsmessvorrichtung, bei der eine sich mit dem Füllstand ändernde Induktivität genutzt wird, um den Füllstand zu bestimmen, aufgebaut. DOLLAR A Zur Messung der Viskosität wird eine Spule (6) der Füllstandsmessvorrichtung mit einem Gleichstrom beaufschlagt, so dass der mit einem Schwimmer (5) verbundene Anker (3) aus der Spule (6) herausgedrängt wird und der Schwimmer (5) in die Bremsflüssigkeit (11) eintaucht. Der zeitliche Verlauf des durch die Spule (6) fließenden elektrischen Stromes lässt Rückschlüsse auf die dem Schwimmer (5) entgegenwirkenden Kräfte und damit auf die Viskosität der Bremsflüssigkeit (11) zu. DOLLAR A Diese Information wird zur Steuerung und Überwachung (Lufteintrag) einer Bremsanlage benötigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit in einem eine Füllstandsmessvorrichtung aufweisenden Vorratsbehälter, wobei die Füllstandsmessvorrichtung einen Schwimmer und einen mit dem Schwimmer gekoppelten Anker eines Elektromagneten besitzt, dessen Induktivität mit dem Füllstand korreliert ist, und wobei am Beginn des Verfahrens die Spule des Elektromagneten an eine Spannungsquelle angeschlossen wird.

Die Notwendigkeit, die Viskosität einer Flüssigkeit zu bestimmen, ergibt sich vor allem bei "Brake-by-Wire"- Bremsanlagen, also insbesondere bei Bremsanlagen mit einem pedalbetätigten Hauptbremszylinder, mit einem vom im Hauptbremszylinder herrschenden Hauptbremszylinderdruck betätigbaren Pedalwegsimulator und mit einem Drucksensor zum Erfassen des Hauptbremszylinderdruckes und einem Pedalwegsensor zum Erfassen des Pedalweges, wobei aus der Zuordnung des Hauptbremszylinderdruckes zum Pedalweg im Vergleich mit einer Kennlinie auf die Luftbelastung der Bremsflüssigkeit und/oder auf einen Strömungswiderstand geschlossen wird. Die Bestimmung der Luftbelastung beruht auf der Tatsache, dass die an sich nahezu inkompressible Bremsflüssigkeit durch eingeschlossene kompressible Luftblasen kompressibel auf Druck und damit auf eine Pedalbetätigung wie eine nachgiebige Feder reagiert.

Die Kenntnis über die Luftbelastung der Bremsflüssigkeit ist aus zwei Gründen notwendig:
Aus der Art der Pedalbetätigung wird bei diesen Bremsanlagen auf den Wunsch des Fahrers geschlossen, das Fahrzeug mit einer bestimmten Verzögerung abzubremsen. Bei der Bestimmung der Wunschverzögerung werden sowohl Informationen über den Pedalweg als auch über Hauptbremszylinderdruck herangezogen, wobei eine Änderung des Zusammenhanges wegen der Luftbelastung zu einer Falschberurteilung des Fahrerwunsches führen kann.

Außerdem kommt hinzu, dass kalte Bremsflüssigkeit zäher wird, also eine größere Viskosität als warme Bremsflüssigkeit besitzt, so dass bei tiefen Temperaturen in engen Kanälen der Bremsanlage Strömungswiderstände aufgebaut werden, die quasi als Störung des Zusammenhanges zwischen Hauptbremszylinderdruck und Pedalweg wirken.

Dies macht es notwendig, die Viskosität der Bremsflüssigkeit zu bestimmen. Bisher wurde dazu die Temperatur der Bremsflüssigkeit bestimmt und daraus die Viskosität berechnet. Dies kann aber nicht immer befriedigen:
Zum Einen kann die Temperaturmessung nicht immer in den kritischen Bereichen der Bremsanlage durchgeführt werden. Zum Anderen ändert sich der Zusammenhang zwischen Temperatur und Viskosität aufgrund von Alterungsprozessen der Bremsflüssigkeit, so dass nicht sicher genug von der Temperatur der Bremsflüssigkeit auf die Viskosität geschlossen werden kann.

Die Erfindung geht dabei von einer Füllstandsmessvorrichtung aus, wie sie in der DE 10 10 2594 beschrieben ist.

Dort wird im Einzelnen ausgeführt, wie die Füllstandsmessvorrichtung auf Funktionsfähigkeit überprüft werden kann: Dazu wird die Spule des Elektromagneten an eine Gleichspannung gelegt, und der zeitliche Verlauf der Stromstärke des durch die Spule fließenden elektrischen Stromes ermittelt. Eine Auswertung der gemessenen Daten lässt Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Füllstandsmessvorrichtung zu.

Die Erfindung beruht auf dem Problem, die bekannte Füllstandsmessvorrichtung zum Messen der Viskosität der Flüssigkeit zu nutzen.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass in einem Messintervall die mittlere Geschwindigkeit des Schwimmers und zu einem bestimmten Zeitpunkt des Messintervalls die Stromstärke ermittelt wird, und dass aus den ermittelten Werten die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt wird.

Dabei wird die Tatsache genutzt, dass bei einer Strombeaufschlagung des Elektromagneten der mit dem Schwimmer verbundene Anker aus der Spule des Elektromagneten herausgedrängt wird, wobei der jeweils fließende Strom ein Maß für die auf den Schwimmer wirkende elektromotorische Kraft ist. Bestimmt man außerdem die Geschwindigkeit, mit der sich der Schwimmer bewegt, lässt sich aus dem Verhältnis von Kraft und Geschwindigkeit die Viskosität der Flüssigkeit direkt und ohne eine Temperaturmessung bestimmen.

Die Methode hat weiterhin den Vorteil, dass auf eine schon bekannte Füllstandsmessvorrichtung zurückgegriffen werden kann. Diese erfährt keine Änderung in der Bauweise; lediglich die Steuerung bzw. die Auswertung der gemessenen Spulenströme muss programmtechnisch geändert werden.

Zur Messung der mittleren Geschwindigkeit des Schwimmers kann wie folgt vorgegangen werden:

- Für den Schwimmer ist ein einen minimalen Füllstand markierender Anschlag vorgesehen.
- Die an den Elektromagneten angelegte Spannung wird so hoch gewählt, dass aufgrund der dadurch erzeugten elektromotorischen Kraft des Elektromagneten der Schwimmer gegen diesen Anschlaggefahren wird.
- Die Zeitdifferenz zwischen zwei Nulldurchgängen der zeitlichen Stromänderung wird ermittelt.
- Aus der vor Anlegung einer Spannung an den Elektromagneten bestimmten Lage des Schwimmers oberhalb des Anschlages wird die mittlere Geschwindigkeit des Schwimmers errechnet.

Mit den beiden Nulldurchgängen ergeben sich klare, leicht zu bestimmende Bezugspunkte zur Bestimmung des Messintervalls. Die Lage des Schwimmers über den Anschlag lässt sich z. B. mit der Methode bestimmen, die in der DE 10 102 594 beschrieben ist.

Vorzugsweise wird die Stromstärke zur Zeit des ersten Nulldurchganges der Berechnung der elektromotorischen Kraft zugrunde gelegt. Diese ist dort maximal, so dass die Messung mit nur einem relativ kleinen Fehler behaftet ist.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen mit einer Füllstandsmessvorrichtung versehenen Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter,
Fig. 2 eine mit der Füllstandsmessvorrichtung in dem Vorratsbehälter zusammenwirkende Brückenschaltung und
Fig. 3 den Verlauf einzelner Messgrößen über die Zeit beim Anlegen eines Gleichspannungssprungs zur Feststellung der Viskosität der Flüssigkeit im Vorratsbehälter.
Gemäß Fig. 1 ist ein Schwimmer-Schalter im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter 1 durch einen induktiven Geber dargestellt, der nach dem Prinzip der "Induktionsänderung durch Luftspalt" arbeitet. Dieser induktive Geber besteht aus einem Elektromagneten 2 mit einer Spule 6 und mit einem darin geführten Anker 3. Die Füllstandshöhe im Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter 1 bestimmt die Lage eines Schwimmers 5 auf der Bremsflüssigkeit 11, welcher mit dem Anker 3 mittels einer Schubstange 4 verbunden ist. Je nach Ankerposition besitzt die Einheit aus Spule 6 und Anker 3 eine andere Induktivität, die durch eine Brückenschaltung gemäß der Fig. 2 ausgewertet werden kann. In der in Fig. 1 gezeigten Lage ist die Induktivität des Elektromagneten 2 vergleichsweise gering. Ist dagegen der Anker 3 vollkommen in dem hülsenförmigen Kern 10 der Spule 6 eingeführt, so ergibt sich eine hohe Induktivität. Somit wird die Induktivität des Elektromagneten 2 durch die Lage des Ankers 3 gesteuert, dessen Lage wiederum von der Füllhöhe des Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälters 1 abhängt. Allerdings wird die Lage des Ankers 3 auch von dem durch die Spule 6 fließenden Strom beeinflusst. Dieser Strom verschiebt unabhängig von der Stromrichtung den Anker 3 aus den Kern 10. Dieser Einfluss des Spulenstromes ist bei der Zuordnung der Brücken-Spannung U_B (siehe Fig. 2) zu der Füllstandshöhe in dem Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälter 1 zu berücksichtigen.
Fig. 2 zeigt eine Brückenschaltung mit den Induktivitäten L₁ und L₂ und den Widerständen R. Die zu messende Brückenspannung U_B ist ein Maß für die Füllhöhe des Bremsflüssigkeits-Vorratsbehälters 1, da die Induktivität L₁ die Induktivität des Elektromagneten 2 ist.
Soll die Funktionsweise der Füllstandsmessvorrichtung überprüft werden, so kann dies durch Umlegen des Schalters S1 geschehen. In der mit "0" bezeichneten Stellung ist die Brückenschaltung geschlossen, so dass eine an die Brückenschaltung angeschlossene Wechselspannungsquelle 12 eine bestimmte Brückenspannung U_B erzeugt. In der mit "1" bezeichneten Stellung des Schalters S1 ist der Elektromagnet 2 mit der Induktivität L₁ aus der Brückenschaltung herausgelöst und an eine Gleichspannungsquelle 13 angeschlossen, wobei mittels eines Amperemeters 14 der fließende Strom I_M ermittelt wird. Wird somit der Schalter S1 in die Stellung "1" geschaltet, fließt durch die Spule 6 ein Gleichstrom I_M, dessen Verlauf in Fig. 3b skizziert ist.
Ab einer Stromstärke 11 setzt sich der Anker 3 in Bewegung und verändert wie oben angesprochen die Induktivität L₁ des Elektromagneten 2. Diese Induktivitätsänderung wirkt dem Strom I_M entgegen, bis der Anker 3 auf seinen mechanischen Anschlag 7 entsprechend einem minimalen Füllstand trifft, und dort zur Ruhe kommt. Dies äußert sich in einem Plateau im Verlauf der Kurve der Fig. 3c, die den Schwimmerweg S zeigt. Die Ableitung des Stroms I_M nach der Zeit dI_M/dt ergibt einen Kurvenverlauf wie in Fig. 3d dargestellt.
Die Messkurve gemäß der Fig. 3b ist durch zwei Punkte A und B ausgezeichnet: An diesen Stellen ist die zeitliche Ableitung des Stromverlaufs null, was sich an den Nulldurchgängen bei t₀₁ und t02 der Kurve der Fig. 3d gut erkennen lässt.
Die beiden Nulldurchgänge zu den Zeitpunkten t₀₁ und t₀₂ sind durch zwei verschiedene Vorgänge bestimmt. Beim ersten Nulldurchgang induziert der sich im hülsenförmigen Kern 10 bewegende Anker 3 einen Gegenstrom, der den Strom, der durch die äußere Gleichspannung erzeugt wird, gerade so weit kompensiert, dass der Gesamtstrom I_M nicht weiter ansteigt und danach durch den induzierten Gegenstrom sogar abfällt.
Der zweite Nulldurchgang ist dadurch bestimmt, dass der Anker 3 an den Anschlag 7 gelangt und damit gestoppt wird. Dadurch kann der von der äußeren Gleichspannung erzeugte Strom wegen der nun wieder konstanten Induktivität L₁ des Elektromagneten 2 wieder ansteigen.
Der vom Anker 3 bzw. vom Schwimmer 5 zurückgelegte Weg wird aus einer Füllstandsmessung am Beginn der Viskositätsmessung errechnet. Da der mit dem Anschlag 7 verknüpfte, minimale Füllstand bekannt ist, lässt sich aus der Differenz der beiden Füllstände der vom Schwimmer 5 zurückgelegte Weg ermitteln. Unter Berücksichtigung der Zeitspanne t₀₂ - t₀₁ ergibt sich somit die mittlere Geschwindigkeit des Schwimmers 5.
Die elektromotorische Kraft ermittelt sich unter Berücksichtigung eines bekannten und in der Auswerteelektronik abgelegten Kennfeldes aus der Stromstärke zum Zeitpunkt t₀₁.
Aus dem Verhältnis von Kraft und mittlerer Geschwindigkeit lässt sich die Viskosität der Flüssigkeit bestimmen. Diese wird der Steuer- und Auswerteelektronik der Bremsanlage zur Verfügung gestellt, so dass für die Bestimmung einer Fahrerwunschverzögerung bedeutsamen Parametern entsprechend angepasst werden können.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Viskosität einer Flüssigkeit in einem eine Füllstandsmessvorrichtung aufweisenden Vorratsbehälter, wobei die Füllstandsmessvorrichtung einen Schwimmer und einen mit dem Schwimmer gekoppelten Anker eines Elektromagneten besitzt, dessen Induktivität mit dem Füllstand korreliert ist, und wobei am Beginn des Verfahrens die Spule des Elektromagneten an eine Spannungsquelle angeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Messintervall die mittlere Geschwindigkeit des Schwimmers und zu einem bestimmten Zeitpunkt des Messintervalls die Stromstärke ermittelt wird, und dass aus den ermittelten Werten die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Schwimmer ein einen minimalen Füllstand markierender Anschlag vorgesehen ist, dass die an den Elektromagneten angelegte Spannung so hoch gewählt wird, dass aufgrund der dadurch erzeugten elektromotorischen Kraft des Elektromagneten der Schwimmer gegen diesen Anschlag gefahren wird, wobei die Zeitdifferenz zwischen zwei Nulldurchgängen der zeitlichen Stromänderung ermittelt wird, und dass aus der vor Anlegung einer Spannung an den Elektromagneten bestimmten Lage des Schwimmers oberhalb des Anschlags die mittlere Geschwindigkeit des Schwimmers errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke zur Zeit des ersten Nulldurchganges der Berechnung zugrunde gelegt wird.