DE19645338A1 - Blockiergeschützte hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine blockiergeschützte hy­ draulische Kraftfahrzeugbremsanlage (ABS), mit einem zweikreisigen Bremsdruckgeber und mit diagonaler Bremskreis­ aufteilung, mit je einem elektrisch betätigbaren Hydraulik­ ventil pro Rad zur radindividuellen Regelung des Bremsdruckes, wobei in der Ruhelage der Hydraulikventile ein von dem Bremsdruckgeber zu der jeweiligen Radbremse führen­ der Druckmittelweg offen und ein Druckmittelabflußweg aus der Radbremse geschlossen ist, sowie mit je einem Nieder­ druckspeicher pro Bremskreis, der das in den Bremsdruckab­ bauphasen aus den Radbremsen abgeleitete Druckmittel auf­ nimmt und nach dem Lösen der Bremse in den Bremsdruckgeber zurückgibt, der zwei getrennte Eingänge für den Anschluß eines Hinterrades und eines Vorderrades aufweist und derart ausgebildet ist, daß beim Erreichen eines vorgegebenen Füll­ grades oder Restvolumens des Niederdruckspeichers der Druckmittelabfluß aus der Vorderradbremse gesperrt wird.

Eine derartige Bremsanlage ist aus der DE 43 34 838 A1 (P 7571) bekannt. Es handelt sich um eine zweikreisige, kosten­ günstige Bremsanlage, die vor allem durch die Verwendung besonderer, mit getrennten Eingängen für den Hinterrad- und Vorderradanschluß ausgerüsteter Niederdruckspeicher, die beim Erreichen eines bestimmten Füllgrades von den Vorder­ radbremsen abgetrennt werden, ohne Hydraulikpumpen auskommt bzw. pumpenlos betrieben werden kann. Die radindividuelle Bremsdruckregelung wird bei dieser bekannten Anlage mit Hil­ fe von je einem Einlaß-/Auslaßventil pro Radbremse oder mit einem entsprechenden 3/3-Wegeventil, also einem Ventil mit drei Anschlüssen und drei Schaltpositionen, erreicht. Zu­ sätzlich wird die Regelungsphilosophie auf sparsamen Umgang mit dem Druckmittel beim Bremsdruckabbau ausgelegt, damit das Speichervolumen der Niederdruckspeicher nur bei beson­ ders ungünstigen, selten auftretenden Fällen erschöpft bzw. vollständig ausgenutzt wird.

Pumpenlose geregelte Bremsanlagen dieser Art zeichnen sich durch vergleichsweise geringe Herstellungskosten in Verbin­ dung mit einer in den meisten Fällen durchaus ausreichenden Blockierschutzregelung aus. Nur in seltenen Fällen, wenn die Niederdruckspeicher bis auf das Restvolumen gefüllt sind, ist nur noch eine eingeschränkte Regelung möglich. Solche Situationen können theoretisch nur nach überlangen Brems­ vorgängen auf extrem glatter Fahrbahn auftreten. Preisgün­ stige Bremsanlagen dieser Art kommen vor allem für den Ein­ bau in besonders preiswerte Kraftfahrzeuge, vor allem im Kleinwagen, in Frage. Bei solchen Fahrzeugen wird die Akzep­ tanz des Blockierschutz- Regelungssystems (ABS) weitgehend durch den Preis bestimmt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brems­ anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, die beson­ ders einfach aufgebaut ist und sich daher mit vergleichs­ weise geringen Kosten herstellen läßt. Natürlich sollte trotz weiterer Einsparungen eine wirkungsvolle, für die mei­ sten Situationen ausreichende Blockierschutzregelung, die einem Vergleich mit bekannten ABS standhält, sichergestellt sein.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 beschriebene Kraftfahrzeugbremsanlage gelöst wird, deren Besonderheit darin besteht, daß die Hydraulikventile in Form von 3/2-Wegeventilen ausgebildet sind, die nach Umschaltung aus ihrer Ruhestellung in ihre zweite Schaltposition den Druckmittelweg von dem Bremsdruckgeber zu der jeweiligen Radbremse schließen und den Druckmittelweg von der Radbremse zu dem Niederdruckspeicher öffnen, und daß in den von den Radbremsen zu den Niederdruckspeichern führenden Druckmit­ telwegen Drosselstellen, nämlich Festblenden oder Blenden mit steuer- oder regelbarem Querschnitt, eingefügt sind.

Erfindungsgemäß wird also pro Rad nur ein einziges hydrau­ lisches Umschaltventil benötigt. Dies bedeutet im Vergleich zu der zuvor beschriebenen Bremsanlage mit je einem Einlaß- /Auslaßventilpaar oder einem entsprechenden 3/3-Wegeventil eine beachtliche Kostenreduzierung. Es wird nicht nur der reine Ventilaufwand verringert, sondern es werden auch durch die Vereinfachung der Ansteuerungselektronik, der Überwa­ chungsmaßnahmen etc. die Herstellungskosten gesenkt. Der erforderliche Mehraufwand für die erfindungsgemäß vorgesehe­ nen Drosselstellen ist dagegen, insbesondere bei Verwendung von Festblenden als Drosselstellen, vernachlässigbar.

Einige besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der er­ findungsgemäßen Bremsanlage sind in den beigefügten Unter­ ansprüchen beschrieben. Zweckmäßigerweise ist der Eingang des Niederdruckspeichers, über den die Radbremse des Vorder­ rades dieses Diagonalzweigs an den Niederdruckspeicher an­ geschlossen ist, über ein Rückschlagventil, das sich zum Bremsdruckgeber hin öffnet, an den zugehörigen Bremskreis angeschlossen. Über dieses Rückschlagventil wird nach dem Lösen der Bremse der Niederdruckspeicher entleert.

Zur indirekten Ermittlung des Niederdruckspeicher-Füllgrades können die Ventilschaltzeiten, der (gemessene) Bremsdruck oder eine den Bremsdruck indirekt wiedergebende, abgeleitete Größe ausgewertet werden. Auch hierbei wird man die kosten­ günstigen Maßnahmen wählen und beispielsweise die indirekte Ermittlung des Druckes durch die Bestimmung von Ventil­ schaltzeiten oder dergleichen der Verwendung von Sensoren vorziehen.

Ein weiteres wichtiges Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, daß durch Verwendung eines aktiven Boosters anstelle des herkömmlichen, passiven Bremsdruckgebers die Bremsanlage zu einem kombinierten Blockierschutz- und Antriebsschlupfregelungssystem erweitert wird. Ein solcher aktiver Booster gelangt immer dann zum Einsatz, wenn auch ohne Betätigung der Bremsanlage durch den Fahrer oder un­ abhängig von der von dem Fahrer ausgeübten Pedalkraft ein bestimmter Bremsdruck in die Radbremsen eingesteuert werden soll.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildungen von Ausführungsbeispielen hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer, vereinfachter Darstellung die wichtigsten hydraulischen Komponenten einer Brems­ anlage nach der Erfindung und

Fig. 2 in gleicher Darstellungsweise, als Teildarstellung eine weitere Ausführungsart der Erfindung mit einem aktiven Booster.

Nach Fig. 1 besteht eine zweikreisige hydraulische Brems­ anlage nach der Erfindung im wesentlichen aus einem Brems­ druckgeber 1, der sich hier aus einem Tandem-Hauptzylinder 2 mit einem vorgeschalteten, pedalbetätigten Unterdruck-Brems­ kraftverstärker 3 herkömmlicher Bauart zusammensetzt, aus je einem elektrisch betätigbaren 3/2-Wegeventil 4, 5 pro Fahr­ zeugrad, aus einem Niederdruckspeicher 6 pro Bremskreis (I) und aus Drosselstellen 7, 8, die in dem Druckmittelabfluß bzw. in dem von dem Hydraulikventil 4 bzw. 5 zu dem Nieder­ druckspeicher 6 führenden Druckmittelweg 9 bzw. 10 eingefügt sind. Schließlich ist noch ein Rückschlagventil 11 vorhan­ den, das zur Entleerung des Niederdruckspeichers 6 nach dem Lösen der Bremse dient und sich daher, sobald der Druck im Hauptzylinder 2 abgebaut ist, zum Bremsdruckgeber 1 hin öff­ net.

Die dargestellte Bremsanlage ist zweikreisig. Da beide Bremskreise I, II, an die jeweils die Räder einer Fahrzeug­ diagonalen angeschlossen sind, gleich aufgebaut und ver­ schaltet sind, sind in Fig. 1 lediglich die Komponenten ei­ nes der beiden Bremskreise (I) wiedergegeben. Der Anschluß des Bremskreises II ist mit einem Pfeil symbolisiert.

Ferner wurde in Fig. 1 auf die Darstellung der zugehörigen elektrischen und elektronischen Komponenten (Sensoren, Re­ gelschaltung etc.) verzichtet, weil diese für das Verständ­ nis der Erfindung nicht erforderlich sind.

An den dargestellten Bremskreis I sind über die Hydraulik­ ventile 4 und 5 das linke Hinterrad HL und das rechte Vor­ derrad VR angeschlossen. Folglich führt Bremskreis II zu dem linken Vorderrad VL und rechten Hinterrad HR.

Obwohl zu jedem Rad lediglich ein 3/2-Wegeventil 4 bzw. 5 gehört, ist eine radindividuelle Bremsdruckregelung möglich. Dies wird aus der folgenden Erläuterung verständlich:
In der Ruhestellung der Hydraulikventile 4, 5 ist der Druck­ mittelweg von dem Bremsdruckgeber 1 bzw. Hauptzylinder 2 zu den angeschlossenen Radbremsen 12, 13 offen. Der Druckmittel­ abflußweg 9, 10 ist gesperrt. Diese Grundposition nehmen die Hydraulikventile 4, 5 im Teilbremsbereich und in den Druck­ aufbauphasen während einer Regelung ein. Tritt eine Bloc­ kiertendenz auf, wird das zu dem entsprechenden Rad führende Hydraulikventil 4, 5 elektrisch angesteuert und dadurch in seine zweite Position umgeschaltet. Nunmehr ist der Druck­ mittelzufluß aus dem Hauptzylinder 2 gesperrt. Über das um­ geschaltete Ventil 4, 5, über die Drosselstelle 7, 8 erfolgt nun ein Druckmittelabfluß in den Niederdruckspeicher 6.

Der Druckabbaugradient bei umgeschaltetem Hydraulikventil 4, 5 wird von der Drosselstelle 7, 8, die vorzugsweise eine Festblende ist, vorgegeben. Dies gilt uneingeschränkt zu Beginn eines Regelungsvorganges, solange der Druck im Nie­ derdruckspeicher 6 noch vernachlässigbar ist. Sobald ein erneuter Bremsdruckanstieg zweckmäßig ist oder das Raddreh­ verhalten eine Bremsdruckerhöhung zuläßt, wird das entspre­ chende Hydraulikventil 4, 5 für eine vorgegebene, durch den (nicht dargestellten) Regler errechnete Zeitspanne in die in Fig. 1 dargestellte Ruheposition zurückgeschaltet. Auf eine spezielle Bremsdruck-Konstanthaltephase, die bei bekannten Systemen durch Sperren des Druckmittel-Zuflusses und des Druckmittelabflusses eingestellt wird, wird verzichtet. In­ folge der Einfügung der Drosselstellen 7, 8 ist dennoch durch Ansteuern der Hydraulikventile 4, 5 eine hinreichend genaue Dosierung des für die Regelung günstigsten Bremsdruckes in der jeweiligen Radbremse 12, 13 möglich.

Durch Abstimmung des Speichervolumens, das der Niedrigdruck­ speicher 6 aufnehmen kann, auf den Drosselquerschnitt der Blenden 7, 8 ist es möglich, die Regelbarkeit des Bremsdruckes, die maximal mögliche Dauer der Regelung unter besonders ungünstigen Umständen etc. den Anforderungen anzupassen. Sobald ein vorgegebener Füllgrad des Niederdruckspeichers 6 bzw. ein bestimmtes Restvolumen dieses Speichers infolge einer relativ lange andauernden Regelung erreicht sind, wird zunächst durch das Schließen der Ventilöffnung 14 ein wei­ terer Zufluß aus der Radbremse 13 des angeschlossenen Vor­ derrades über den Eingang E2 des Niederdruckspeichers 6 und damit ein weiterer Bremsdruckabbau in dieser Vorderradbremse 13 verhindert. Der von dem Kolben 16 abhebende Ventilstößel 15 erlaubt dagegen in dieser Phase eine weitere Druckmittel­ aufnahme des Speichers über den Eingang E1 und damit einen weiteren Abbau des Bremsdruckes in der Radbremse 12 des Hin­ terrades HL. Sobald das Speichervolumen des Niederdruckspei­ chers 6 erschöpft ist, endet die Regelbarkeit; dieser Fall tritt bei ausreichendem Speichervolumen des Niederdruckspei­ chers 6 nur in extrem seltenen Fällen ein.

Nach dem Lösen der Bremse wird der Niederdruckspeicher 6 über das Rückschlagventil 11 entleert.

Natürlich ist es auch - abweichend von der dargestellten Ausführungsart des Niederdruckspeichers 6 - möglich, mit Hilfe von Wegschaltern, Druckschaltern oder dergleichen den Füllungsgrad des Niederdruckspeichers und das Erreichen ei­ nes kritischen Restvolumens festzustellen und bei Erreichen dieses Zustandes die Regelung bzw. die Regelungsabläufe zu modifizieren. Beispielsweise wird beim Erreichen dieses kri­ tischen Zustandes dann nur noch, wie erläutert, ein Brems­ druckabbau an den Hinterrädern, nicht jedoch an den Vorder­ rädern zugelassen, um ein wirkungsvolles Abbremsen mit kur­ zem Bremsweg sicherzustellen und gleichzeitig ein Schleudern des Fahrzeugs, das bei blockierenden Hinterrädern eintreten könnte, zu verhindern.

In Fig. 2 ist symbolisch ein sogenannter aktiver Booster 16 dargestellt, der anstelle des Bremsdruckgebers 1 in Fig. 1 für eine Bremsanlage der erfindungsgemäßen Art verwendet werden kann. An die Bremskreise I', II' sind die hydrauli­ schen Komponenten und Radbremsen in der gleichen Art und Weise, wie dies anhand der Fig. 1 erläutert wurde, an­ geschlossen.

Ein solcher Booster 16 besteht wiederum aus einem Hauptzy­ linder 17, hier: Tandem-Hauptzylinder, und aus einem vor­ geschalteten Unterdruck-Verstärker 18, der jedoch nicht nur über das Bremspedal betätigt wird, sondern außerdem über ein Steuerventil 19 aktiviert werden kann. Ein Ersatzbild 19' dieses Steuerventils 19 ist ebenfalls in Fig. 2 wiederge­ geben.

Ein Unterdruckverstärker 18 (oder Unterdruck-Servoaggregat) dieser Art enthält bekanntlich zwei Kammern 21, 22, die an eine Vakuumquelle Vac und an Atmosphäre Atm angeschlossen sind. Grundsätzlich wird mit Hilfe einer Membran 20, die die beiden Kammern 21, 22 trennt, eine Servokraft erzeugt, wenn in der hauptzylinderseitigen Kammer 21 Unterdruck Vac und in der pedalseitigen Kammer 22 Atmosphärendruck Atm herrscht. Dies ist bekannt und bedarf daher keiner weiteren Erläute­ rung.

Zur Aktivierung des aktiven Boosters 16 wird mit Hilfe des symbolisch dargestellten Steuerventils 19, 19' bzw. durch Umschaltung dieses elektrisch betätigbaren Ventils (19'), unabhängig von einer Pedalkraft und auch bei nicht betätig­ ter Bremse, durch das Umschalten dieses Ventils eine Hilfs­ kraft hervorgerufen, die auf die Membran 20 wirkt und von dieser auf die (nicht gezeigten) Kolben im Tandem-Hauptzy­ linder 17 übertragen wird.

Mit Hilfe eines solchen aktiven Boosters läßt sich also auf sehr einfache Weise die erfindungsgemäße Bremsanlage zu ei­ nem System erweitern, das bei Bedarf - unabhängig von einer Pedalbetätigung - Bremsdruck in dem Hauptzylinder 17 er­ zeugt. Ein solches System wird z. B. für eine Antriebs­ schlupfregelung benötigt. Mit einem derartigen System wurde bekanntlich bei durchdrehenden Rädern infolge zu hoher An­ triebskraft das Fahrzeug stabilisiert.

Claims (10)

1. Blockiergeschützte hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, mit einem zweikreisigen Bremsdruckgeber und mit diagona­ ler Bremskreisaufteilung, mit je einem elektrisch be­ tätigbaren Hydraulikventil pro Rad zur radindividuellen Regelung des Bremsdruckes, wobei in der Ruhelage der Hy­ draulikventile ein von dem Bremsdruckgeber zu der jewei­ ligen Radbremse führender Druckmittelweg offen und ein Druckmittelabflußweg aus der Radbremse geschlossen ist, sowie mit je einem Niederdruckspeicher pro Bremskreis, der das in den Bremsdruckabbauphasen aus den Radbremsen abgeleitete Druckmittel aufnimmt und nach dem Lösen der Bremse in den Bremsdruckgeber zurückgibt, der zwei ge­ trennte Eingänge für den Anschluß eines Hinterrades und eines Vorderrades aufweist und derart ausgebildet ist, daß beim Erreichen eines vorgegebenen Füllgrades oder Restvolumens des Niederdruckspeichers der Druck­ mittelabfluß aus der Vorderradbremse gesperrt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß die Hydraulikventile (4, 5) in Form von 3/2-Wegeventilen ausgebildet sind, die nach Um­ schaltung von ihrer Ruhestellung in ihre zweite Schaltpo­ sition den Druckmittelweg von dem Bremsdruckgeber (1, 16) zu der jeweiligen Radbremse (12, 13) schließen und den Druckmittelweg von der Radbremse zu dem Niederdruckspeicher (6) öffnen, und daß in den von den Radbremsen (12, 13) zu den Niederdruckspeichern (6) füh­ renden Druckmittelwegen (9, 10) Drosselstellen (7, 8) ein­ gefügt sind.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (7, 8) in Form von Festblenden ausge­ bildet sind.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (7, 8) in Form von Blenden mit steuer- oder regelbarem Querschnitt ausgebildet sind.

4. Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckspeicher (6) jeweils über ein Rückschlagventil (11), das sich zu dem Bremsdruckgeber (1, 16) hin öffnet, an den zugehörigen Bremskreis (I, II, I', II') angeschlossen sind.

5. Bremsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (11) an dem mit dem Vorderrad (13) verbundenen Eingang (E2) des Niederdruckspeichers (6) angeschlossen ist.

6. Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad des Nieder­ druckspeichers (6) durch Messen und Auswerten der den Druckmittelzufluß in den Niederdruckspeicher (6) bestim­ menden Größen näherungsweise ermittelt wird.

7. Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Füllgrades die Schaltzeiten der Venti­ le (4, 5), der Bremsdruck oder eine den Bremsdruck indi­ rekt wiedergebende Größe unter Berücksichtigung der Ventil- und/oder System-Kennlinien, z. B. der Niederdruckspeicher-Kennlinien, ausgewertet werden.

8. Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckspeicher (6) einen bei Volumenaufnahme gegen den Druck einer Feder verschiebbaren Kolben (16) aufweist, dessen Position und Weg mit Hilfe eines Wegsensors ermittelt wird.

9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) des Niederdruckspeichers (6) mit ei­ nem Ventilglied (14) in Verbindung steht, das den Zufluß von Druckmittel aus der Vorderradbremse (13) in den Niederdruckspeicher (6) sperrt, sobald der Kolben (14) eine Position erreicht, die einem vorgegebenen Füllgrad entspricht.

10. Bremsanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese zu einem Blockierschutz- und Antriebsschlupfregelungssystem er­ weitert ist und als Bremsdruckgeber einen aktiven Bremskraftverstärker (16) enthält, der zur Antriebsschlupfregelung aktiviert wird.