DE10308798A1

DE10308798A1 - Druckmessanordnung zur redundanten Verarbeitung von Drucksignalen in elektronischen Bremssystemen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE10308798A1
Application number: DE2003108798
Authority: DE
Inventors: Hermann ESSELBRÜGGE
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-01-08

Abstract

Es wird eine Druckmessanordnung zur redundaten Verarbeitung von Drucksignalen in elektronischen Bremssystemen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Drucksensorbaugruppe (5, 20) und einer Signalverarbeitungsschaltung (3, 4, 19) vorgeschlagen, worin die Drucksensorbaugruppe zwei oder mehrere getrennte elektrische Druckmesselemente (M1, M2) umfasst, welche auf einer gemeinsamen Membran angeordnet sind, und worin die Signalverarbeitungsschaltung und/oder die Kalibrierelektronik für die Drucksensorinformation im elektronischen Steuergerät des Bremssystems angeordnet ist.
Ferner wird die Verwendung der obigen Druckmessanordnung zur Aktivierung und/oder Steuerung eines hydraulischen Bremsassistenten beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckmessanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und deren Verwendung zur Aktivierung und/oder Steuerung eines hydraulischen Bremsassistenten.
Es ist bekannt, im Bereich der Kraftfahrzeugbremssysteme zur Messung des Drucks einer Hydraulikflüssigkeit Drucksensoren mit Wheatstone-Messbrücken einzusetzen. Üblicherweise werden in diesen Systemen bereits vom Hersteller vorkalibrierte fertig konfigurierte Drucksensoren bestehend aus Sensorelementen und integrierter Auswerteelektronik (Signalverarbeitung) eingesetzt. Bei der Auswerteelektronik kann es sich beispielsweise um einen anwenderspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) handeln. Die von der Auswerteelektronik verstärkten und ggf. kalibrierten Signale von der Messbrücke werden in einer Signalverarbeitungsschaltung aufbereitet und an das elektronische Steuergerät des Bremssystems weitergeleitet.
In den bekannten Drucksensoranordnungen ist demzufolge die integrierte Elektronik zur Vorverarbeitung des Druck- und Temperatursignals einschließlich der Kalibrierung im Drucksensor selbst angeordnet. Dies hat den Nachteil, dass die Anforderungen an Einfachheit der Druckmessanordnung und optimaler Betriebsicherheit nicht ohne weiteres gemeinsam erfüllt werden können.
Es ist ferner bekannt, eine Aktivierung eines hydraulischen Bremsassistenten (HBA) auf Basis von Drucksensorsignalen auszulösen, wobei die entsprechenden Drucksensoren beispielsweise mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbunden sind.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine Druckmessanordnung anzugeben, mit der sich in an sich bekannten Bremssystemen Bremsdrücke besonders zuverlässig und kostengünstig messen lassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Druckmessanordnung gemäß Anspruch 1.
Der Einsatz mehrere unabhängiger Druckmessbauelemente, insbesondere mehrere Messbrücken, auf einer gemeinsamen Membran hat unter anderem den Vorteil, dass bei Ausfall eines Messelements ein zuverlässiger Betrieb des Bremssystems weiterhin sichergestellt werden kann. Daher ist die erfindungsgemäße Druckmessanordnung besonders vorteilhaft zur Aktivierung eines hydraulischen Bremsassistenten geeignet.
Bei den Messbrücken kann es sich bevorzugt um Wheatstone-Vollbrücken oder -Halbbrücken handeln, deren Strukturen insbesondere vollredundant aufgebaut sind.
Die Signalverarbeitung erfolgt bevorzugt in zweifacher Redundanz, kann aber auch zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit mit drei- oder mehrfacher Redundanz erfolgen.
Nach der Erfindung werden die Signale von dem/den Drucksensorelement/-en direkt im elektronischen Steuergerät des Bremssystems verarbeitet. Eine zusätzliche Elektronik im Sensorelement kann dadurch vorteilhafterweise entfallen.
Bei Verwendung einer Messanordnung zur Aktivierung eines hydraulischen Bremsassistenten kann das hierzu erzeugte Aktivierungssignal mit weiteren Signalen logisch verknüpft werden. So können vorzugsweise zwei oder mehrere Drucksensoren sich gegenseitig überwachen. Dies sind insbesondere die beiden Drucksensoren, welche den beiden vorderen Rädern (VL, VR) zugeordnet sind. Voraussetzung ist, das in etwa gleiche Druckverhältnisse herrschen. Das ist z. B. dann der Fall, wenn im ABS-System die Ein- und Auslassventile für die Radzylinder vorne rechts und links nicht betätigt sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung von Anordnungen zur redundanten Druckmessung mit zwei getrennten Verarbeitungskanälen und
2 das Prinzipschaltbild einer Druckmessanordnung zur redundanten Druckmessung mit zwei Wheatstone-Halbbrücken.
1 a) zeigt eine Druckmessanordnung, bei der aus Gründen der Redundanz zwei Drucksignale über die Signalkanäle 1 und 2 an Signalverarbeitungseinheiten 3 und 4 übertragen werden.
Es ist möglich und bevorzugt, einen oder mehrere dieser elektrischen Signalkanäle außer zur Übertragung eines Drucksignals zusätzlich auch für die Übertragung eines Temperatursignals mitzuverwenden. Das Umschalten zwischen Druck und Temperatur auf dem doppelt belegten Kanal erfolgt insbesondere durch zeitliches Multiplexen. Teilbild a) zeigt eine vollredundante Ausführungsform mit zwei vollständig getrennten Signalkanälen. Teilbild b) zeigt eine teilredundante Druckmessanordnung, bei der ein einziger Drucksensor 5, allerdings insbesondere mit redundanten Messstrukturen, für zwei oder mehrere Kanäle genutzt wird.
Für sicherheitskritische Funktionen in elektronischen Bremssystemen, wie hydraulischer Bremsassistent etc., die auf Grundlage der gemessenen Drucksignale aktiviert werden, ist es aus Gründen der Sicherheit besonders sinnvoll, die Signale von zwei Druckmesselementen auszuwerten (redundante Verarbeitung). Auf diese Weise kann eine durch z. B. eine Fehlfunktion des Drucksensors hervorgerufene, unerwünschte Aktivierung des hydraulischen Bremsassistenten, abgesehen von relativ unwahrscheinlichen Doppelfehlern, im wesentlichen ausgeschlossen werden.
Das weiter oben beschriebene Prinzip der zeitlich getriggerten Signalumschaltung (zeitliches Multiplexing) kann beispielsweise gemäß der in der DE-A 100 54 745 (P 9874) beschriebenen Weise durchgeführt werden. Wie dort beschrieben, wird einer von zwei Signalkanälen mehrfach genutzt, z. B. zur Übertragung eines Drucksignals und eines Temperatursignals. Nachteilhafterweise steht durch das dabei vorgenommene zeitliche Multiplexen bei einer Panikbremsung lediglich der nicht zweifach belegte Signal immer ohne Zeitverzögerung zur Verfügung. Für das Auslösekriterium kann der doppelt belegte Kanal nicht herangezogen werden, da zu ungünstigen Zeitpunkten dieser gerade die Temperaturinformation überträgt.
In Druckmessanordnung in 2 sind an zwei verschiedenen Orten auf einer gemeinsamen Membran zwei Halbbrücken M1 und M2 angeordnet. Bei den Halbbrücken handelt es sich um Teile einer Wheatstone-Messbrücke. Die Widerstände R1 bis R4 sind dabei üblicherweise druckempfindlich. Es können hierfür bevorzugt an sich bekannte piezoresistive Widerstände eingesetzt werden, es sind aber auch andere Technologien denkbar.
Von den Halbbrücken M1 und M2 werden jeweils elektrische Signale VINP und VINM zwei getrennten Differenzverstärkern 6, 7 zugeführt, welche mit Eingängen von ebenfalls für jeden Signalpfad getrennt vorliegenden Analog/Digital-Wandlerstufen 8, 9 verbunden sind. Die in Digitalsignale gewandelten Druckinformationen können dann einem Speicher 10 zugeführt werden bzw. zur weiteren Verarbeitung durch einen Rechner 11 bzw. 18 genutzt werden, wobei diese Rechner im Gehäuse der Elektronikeinheit (ECU) angeordnet sind. Im dargestellten Beispiel sind zusätzlich zum Hauptrechner der ECU zusätzliche Rechner 11 bzw. 18 mit jeweils separaten Speichern 10 bzw. 17 für jeden Kanal getrennt vorgesehen. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Kapazität des vorhandenen Rechnersystems erweitert. Unabhängig von der Zahl der verwendeten Speicher kann es zweckmäßig sein, die zur Kalibrierung benötigten Daten für jeden Messkanal getrennt zu speichern. Das durch Rechner 11 erzeugte Ausgangssignal 12 bzw. 15 wird zur Aktivierung eines hydraulischen Bremsassistents genutzt, wobei eine Aktivierung des Bremsassistenten nur dann erfolgt, wenn gleichzeitig die Signale 12 und 15 beider Signalkanäle auf eine entsprechende Druckänderung hinweisen. Die Verknüpfung der Signale 12 und 15 kann im einfachsten Fall durch eine Hardware-Logik 21 durchgeführt werden.
Über einen weiteren A/D-Wandler 14, der mit Versorgungsspannungsanschluss 13 der Brücken M1 und M2 verbunden ist, kann zusätzlich auch eine Überwachung der Brückenspannung und/oder eine Messung der Brückentemperatur erfolgen.
Durch die Druckmessanordnung kann insbesondere zusätzlich überprüft werden, ob bei steigendem bzw. fallendem Druck die elektrischen Spannungen VINP an Klemme 22 und VINM an Klemme 23 in Abhängigkeit vom Druck den gleichen Gradienten, im Beispiel mit unterschiedlichem Vorzeichen, im Signal zeigen. Wenn dies nicht der Fall ist, liegt wahrscheinlich ein Fehler in der Brücke oder in den Zuleitungen zur Brücke vor, was auf einfache Weise zur Generierung eines Fehlersignals ausgenutzt werden kann.
Mit der vorgeschlagenen Druckmessanordnung ist es bevorzugt möglich, die elektrischen Drucksignale von Fehlern, wie etwa Temperatureinflüssen, zu bereinigen. Diese Bereinigung bzw. Kalibrierung wird gemäß der Erfindung im elektronischen Steuergerät durchgeführt. Zusätzlich ist in einer nicht dargestellten bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Überwachungsschaltung vorhanden ist, die den Drucksensor auf parasitäre Widerstände, Leitungsunterbrechungen und dergleichen überwacht.

Claims

Druckmessanordnung zur redundanten Verarbeitung von Drucksignalen in elektronischen Bremssystemen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einer Drucksensorbaugruppe (5, 20) und einer Signalverarbeitungsschaltung (3,4, 19), dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensorbaugruppe zwei oder mehrere getrennte elektrische Druckmesselemente (M1, M2) umfasst, welche auf einer gemeinsamen Membran angeordnet sind, und dass die Signalverarbeitungsschaltung und/oder die Kalibrierelektronik für die Drucksensorinformation im elektronischen Steuergerät des Bremssystems angeordnet ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksignale der Druckmesselemente zwei oder mehreren voneinander getrennten Signalverarbeitungsstufen (8, 10, 11, 18), insbesondere Analog/Digital-Wandlerstufen, zugeführt werden.
Druckmessanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessanordnung einen Schaltungsträger (19) umfasst, welcher die zwei oder mehreren Signalverarbeitungsstufen beinhaltet, wobei der Schaltungsträger insbesondere in einem elektronischen Bremsensteuergerät integriert ist.
Druckmessanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltungsträger der Schaltungsträger des Hauptrechners des elektronischen Bremssystems ist.
Druckmessanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensorbaugruppe und die Signalverarbeitungsstufen über höchstens vier trennbare elektrische Kontakte miteinander verbunden sind.
Druckmessanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksignale der Druckmessbauelemente A/D-gewandelt und anschließend digital weiterverarbeitet werden, wobei die Weiterverarbeitung insbesondere durch einen Mikrorechner oder ein Mikrorechnersystem erfolgt.
Druckmessanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte analoge und digitale Signalkanal für das Drucksignal zwei oder mehrfach ausgeführt ist.
Druckmessanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der elektrischen Auswerteschaltung ein Fehlererkennungsverfahren durchgeführt wird, welches die Druckmesselemente und die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen Druckmesselementen und Auswerteschaltung durch Vergleich der elektrischen Ausgangssignale mit Sollwerten und/oder vorgegebenen Vergleichswerten und/oder Vergleichswertebereichen überprüft, so dass Fehler der Sensorbaugruppe oder in den Verbindungsleitungen erkannt werden können.
Verwendung der Druckmessanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Aktivierung und/oder Steuerung eines hydraulischen Bremsassistenten.