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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigtes Bremssystem gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein
Beispiel eines hydraulisch betätigten Bremssystems
dieses Typs ist in dem Dokument
DE 40 20 449 A1 beschrieben.
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Dieses
bekannte Bremssystem beinhaltet wenigstens einen Radbremszylinder,
der von einem unter Druck stehenden Fluid betätigt wird, um wenigstens ein
Fahrzeugrad abzubremsen, eine Hydraulikpumpe zur Lieferung des unter
Druck stehenden Fluides zu dem Radbremszylinder, einen Elektromotor
zum Betrieb der Hydraulikpumpe und eine Motorsteuervorrichtung zur
Steuerung eines an den Elektromotor angelegten elektrischen Stromes.
Bei diesem Bremssystem wird der Fluiddruck im Radbremszylinder durch
Steuerung der Menge oder Größe des elektrischen
Stromes für
den Elektromotor gesteuert. Die Menge an elektrischem Strom, welche dem
Elektromotor zugeführt
wird, wird durch Pulsweitenmodulation erhöht, um die Ausgangsleistung
des Elektromotors zu erhöhen,
wenn der benötigte
Fluidddruck im Radbremszylinder oder die benötigte Anstiegsrate des Fluiddruckes
relativ hoch ist, um beispielsweise ein Fahrzeugrad abrupt abzubremsen.
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Ein
vergleichbares System beschreibt auch die
JP 2000-071973 A .
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Ein übliches
Verfahren zur Steuerung der Menge von elektrischem Strom für einen
Elektromotor, das beispielsweise im Dokument
DE 196 30 036 A1 beschrieben
wird, ist die PWM-Steuerung (PWM = pulse width modulation = Pulsweitenmodulation). Bei
der PWM-Steuerung wird ein kontaktloses Schaltelement in der Motorsteuervorrichtung
abwechselnd mit einem bestimmten gesteuerten Zyklus oder Taktverhältnis ein-
und ausgeschaltet, um die dem Elektromotor zuzuführende Menge an elektrischem Strom
zu steuern. Das Taktverhältnis
ist ein Verhältnis
der Ein-Zeit, während
der das Schaltelement eingeschaltet ist zu der Zykluszeit, welche
eine Summe der Ein- und Auszeiten ist. Die Menge an elektrischem
Strom, welche dem Elektromotor zugeführt wird, wird mit wachsendem
Taktverhältnis
angehoben. Zur Minimierung von Betriebsgeräuschen des Elektromotors ist
es allgemein bekannt, daß die Schaltfrequenz
des Schaltelementes (d. h. die PWM-Steuerfrequenz) wünschenswerterweise
höher als
die obere Grenze des Hörbarkeitsbereiches ist,
d. h. höher
als die obere Hörbarkeitsgrenze.
Es ist auch bekannt, daß die
von dem Schaltvorgang des Schaltelementes erzeugte Wärme mit
Anwachsen des Taktverhältnisses
und einem Anwachsen der Schaltfrequenz anwächst, so daß die zu erwartende Lebensdauer
des Schaltelementes mit einem Absenken der erzeugten Wärmemenge
verlängert
werden kann.
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Zur
Lösung
des Zielkonflikts: Verringerung der Geräuschentwicklung – Verringerung
der Wärmeentwicklung
wird gemäß
DE 196 30 036 A1 vorgeschlagen,
zwei Taktfrequenzen vorzusehen, eine hohe (über dem Hörbarkeitsbereich) und eine
niedrige (mit geringer Wärmeentwicklung),
verbunden mit einer Umschaltvorrichtung, mit der von der normalerweise
eingeschalteten hohen Taktfrequenz (ohne Geräuschentwicklung) in die niedrigere
(mit Geräuschentwicklung)
geschaltet werden kann, wenn das Temperaturniveau zu hoch ist.
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Ausgehend
von einem gattungsgemäßen Bremssystem
gemäß
DE 40 20 449 A1 liegt
daher der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein hydraulisch
betätigtes
Bremssystem zu schaffen, welches eine Hydraulikpumpe beinhaltet,
die von einem Elektromotor betrieben wird, und welches ohne für den Fahrer
spürbare
Anhebung des Geräuschpegels
eine verlängerte
Lebensdauer hat.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale,
wobei die Unteransprüche
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungsformen zum Inhalt
haben.
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Es
wird demnach ein hydraulisch betätigtes Bremssystem
geschaffen, bei dem die Motorsteuerung der elektrisch angetriebenen
Hydraulikpumpe den dem Elektromotor zuzuführenden elektrischen Strom
mittels Pulsweitenmodulation so steuert, daß die PWM-Frequenz auf einen
relativ hohen Wert höher
als eine obere Hörbarkeitsgrenze
gesetzt wird, wenn das Bremssystem in einem normalen Bremszustand
ist, während
dem die Erzeugung eines Betriebsgeräusches des Bremssystems nicht
erlaubt ist und auf einen relativ niedrigen Wert nicht höher als die
obere Hörbarkeitsgrenze
gesetzt wird, wenn das Bremssystem in einem geräuscherlaubenden Bremszustand
ist. Entsprechend Anspruch 1 sind die geräuscherlaubenden Bremszustände ein
abrupter Bremsvorgang, ein Antiblockier-Bremsvorgang, bei dem der
Radbremszylinderdruck einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet;
ein Bremsvorgang zur Antriebsschlupfbegrenzung; ein Bremsvorgang zur
Steuerung der Fahrstabilität.
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Weil
erfindungsgemäß die PWM-Frequenz höher als
die obere hörbare
Grenze gelegt wird, wenn sich das Bremssystem im normalen Bremsbetrieb
befindet, kann die Erzeugung von Betätigungsgeräuschen während des normalen Bremsvorganges vermieden
werden. Für
gewöhnlich
ist das Betätigungsgeräusch, welches
von dem Elektromotor erzeugt wird, für einen Fahrer und für Passagiere
sehr störend.
Von daher ist eine Vermeidung eines derartigen Betätigungsgeräusches des
Elektromotors im hydraulischen Bremssystem wertvoll und wichtig. Wenn
sich das Bremssystem in dem geräuscherlaubenden
Bremsbetrieb befindet, wird die PWM-Frequenz unter die obere Hörbarkeitsgrenze
abgesenkt, so daß die
Wärmemenge,
die von einem Schaltvorgang erzeugt wird, zur Durchführung der
Pulsweitenmodulation eingeschränkt
wird.
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Die
zu erwartende Lebensdauer des Schaltelementes ist relativ hoch,
wenn es eine relativ hohe Kapazität hat. Allerdings ist ein Schaltelement
mit hoher oder großer
Kapazität
teuer und von daher nicht angezeigt. Weiterhin beeinflußt die Lebensdauer
des Schaltelementes für
gewöhnlich
diejenige der Motorsteuervorrichtung. Insofern ist eine Einschränkung der
vom Schaltelement erzeugten Wärme
oder Hitze, wie es im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt,
auch dahingehend wirksam, die Lebensdauer der Motorsteuervorrichtung
zu verlängern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltungsform beinhaltet die Motorsteuervorrichtung
eine Frequenzabsenkvorrichtung, d. h. welche beispielsweise beim
abrupten Bremsvorgang anspricht oder arbeitet und welche die PWM-Frequenz
auf den relativ niedrigen Wert absenkt, wenn das Bremssystem in
einen abrupten Bremsvorgang als geräuscherlaubenden Bremsvorgang
versetzt wird.
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Wenn
das Bremssystem in einem abrupten Bremsvorgang ist, unterliegen
der Fahrer und die Passiere für
gewöhnlich
einer Belastung (z. B. durch die Verzögerungskräfte) und sind gegenüber Betriebsgeräuschen,
welche vom Elektromotor erzeugt werden, weniger empfindlich, selbst
wenn der Geräuschpegel
hoch sein sollte. Insofern ist es vernünftig, den abrupten Bremsvorgang
als den geräuscherlaubenden
Bremsvorgang zu klassifizieren, in welchem die Erzeugung von Betriebsgeräuschen erlaubt ist.
Der in dem hydraulisch betätigten
Bremssystem verwendete Elektromotor benötigt für gewöhnlich eine relativ hohe Strommenge,
was eine relativ hohe Wärmemenge
bewirkt, die von dem Schaltelement erzeugt wird und was zu einer
Verkürzung
der Lebensdauer des Schaltelementes aufgrund einer Überhitzung
führt.
Wenn von dem Fahrer ein abrupter Bremsvorgang gewünscht wird,
ist der gewünschte
Ausgang des Elektromotors relativ hoch und somit die benötigte Strommenge
für den
Elektromotor ebenfalls relativ hoch. Von daher ist es vorteilhaft, während des
abrupten Bremsvorganges die PWM-Frequenz abzusenken, um die vom
Schaltelement erzeugte Wärmemenge
zu verringern, so daß die
Lebensdauer des Schaltelementes und auch der Motorsteuervorrichtung
verlängerbar
ist.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Bremssystem kann
die Bestimmungsvorrichtung der Frequenzabsenkvorrichtung beim abrupten
Bremsvorgang verwenden: einen Bremskraftsensor zur Erkennung der Betätigungskraft,
welche auf das Bremsbetätigungsbauteil
(Bremspedal etc.) wirkt; einen Betätigungsgeschwindigkeitssensor
zur Erfassung einer Betätigungsgeschwindikgeit
des Bremsenbetätigungsbauteiles;
oder eine Kombination aus Bremskraftsensor und Radbremszylinderdrucksensor
zur Erkennung des momentanen oder tatsächlichen Wertes eines Druckes
des Arbeitsfluides im Radbremszylinder. Die Betätigungskraft, welche auf das
Bremsenbetätigungsbauteil
wirkt, kann direkt durch eine Lastmeßvorrichtung erkannt werden.
Allerdings kann die Betätigungskraft
auch über
den Fluiddruck in einem Hauptzylinder berechnet werden, mit welchem
das Bremsbetätigungsbauteil
betrieblich verbunden ist. Die Betätigungsgeschwindigkeit des
Bremsenbetätigungsbauteils
kann durch einen Sensor zur Erkennung einer Bewegungsgeschwindigkeit
des Bremsenbetätigungsbauteiles
erfaßt
werden. Die Betätigungsgeschwindigkeit
kann jedoch auch aus einer Anstiegsrate der Betätigungskraft berechnet werden, welche
auf das Bremsenbetätigungsbauteil
wirkt. Alternativ hierzu kann die Anstiegsrate der Betätigungskraft
als Betätigungsgeschwindigkeit
für das Bremsenbetätigungsbauteil
herangezogen werden.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Bremssystem wird
der Antiblockier-Bremsvorgang oder Traktionssteuerungs- bzw. Schlupfregel-Bremsvorgang
als geräuscherlaubender
Bremsvorgang klassifiziert, in welchem die PWM-Frequenz unter die
obere Hörbarkeitsgrenze
abgesenkt wird. Während
des Traktionssteuerungs-Bremsvorganges ist der von einer Fahrzeugantriebsquelle
(d. h. z. B. den Motor) erzeugte Geräusch für gewöhnlich hoch. Während des
Antiblockier-Bremsvorganges steht der Fahrer für gewöhnlich unter physischer und/oder
psychischer Belastung und ist nicht so empfindlich für die Betriebsgeräusche des
Bremssystems. Obgleich die auf den Elektromotor einwirkende Last
und der gewünschte Ausgang
des Elektromotors während
des Antiblockier-Bremsvorganges
oder Traktionssteuerungs-Bremsvorganges
nicht immer hoch sind, ist es vorteilhaft, die PWM-Frequenz auf
einen Wert abzusenken, der nicht höher als die obere Hörbarkeitsgrenze
ist und die erzeugte Wärmemenge
zu beschränken,
und die Lebensdauer der Schaltvorrichtung und der Motorsteuervorrichtung
zu verlängern, da
es nicht notwendig ist, die Betriebsgeräusche des Elektromotors während des
Antiblockier- oder Traktionssteuerung-Bremsvorganges des Bremssystemes zu
verringern.
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Weitere
Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsformen
anhand der Zeichnung.
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Es
zeigt:
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1 schematisch
ein hydraulisch betätigtes
Bremssystem, welches gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer Motorsteuervorrichtung, welche im Bremssystem
von 1 enthalten ist;
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3 ein
Flußdiagramm
eines Bestimmungsprogrammes für
eine PWM-Steuerfrequenz, welches gemäß einem Motorsteuerprogramm
durchgeführt
wird, das in einem ROM der Motorsteuervorrichtung von 2 abgespeichert
ist; und
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4 schematisch
den Aufbau eines hydraulisch betätigten
Bremssystems gemäß einer
weiteren Ausführüngsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehemend
auf 1 umfaßt
das dort gezeigte hydraulisch betätigte Bremssystem ein Bremsenbetätigungsbauteil
in Form eines Bremspedals 10, einen Hauptzylinder 12,
wenigstens einen Radbremszylinder 14, eine Hydraulikpumpe 16 und einen
Elektromotor 18. Der Hauptzylinder 12 wird durch
das Bremspedal 10 aktiviert und ist so ausgelegt, daß er ein
Arbeitsfluid (Bremsflüssigkeit)
auf einen Druckpegel bringt, der einer Betätigungskraft entspricht, die
auf das Bremspedal 10 einwirkt. Das unter Druck stehende
Fluid wird unter bestimmten Bedingungen oder Umständen gemäß nachfolgender
Beschreibung dem Radbremszylinder 14 zugeführt. Zwischen
dem Hauptzylinder 12 und dem Radbremszylinder 14 ist
ein magnetbetätigtes
Abschaltventil 20 angeordnet. Wenn die Hydraulikpumpe 16 und
der Elektromotor 18 im normalen Betrieb sind, wird das
Abschaltventil 20 in einem geschlossenen Zustand gehalten,
in welchem der Radzylinder 14 vom Hauptzylinder 12 getrennt
ist. Für
den Fall, daß irgendeine
Abnormalität
in der Hydraulikpumpe 16 und/oder dem Elektromotor 18 auftritt,
wird das Abschaltventil 20 in einen offenen Zustand gebracht,
in welchem vom Hauptzylinder 12 unter Druck gesetztes Fluid
dem Radzylinder 14 zugeführt wird, so daß eine im
Bremsvorrichtung, welche für
wenigstens ein Rad 26 eines Fahrzeuges vorgesehen ist und
den Radbremszylinder 14 enthält, aktiviert wird, um das Rad 26 abzubremsen.
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Die
Hydraulikpumpe 16 ist dafür vorgesehen, ein Arbeitsfluid
(Bremsflüssigkeit)
unter Druck zu setzen, wel ches von einem Hauptreservoir 22 kommt,
so daß das
unter Druck stehende Fluid dem Radbremszylinder 14 zugeführt wird.
Während
das Bremspedal 10 und der Hauptzylinder 12 als
manuell betätigte
Hydraulikdruckquelle dienen, arbeitet die Hydraulikpumpe 16 mit
dem Elektromotor 18 zusammen, um eine elektrisch betätigte Hydraulikdruckquelle
zu bilden. Mit anderen Worten, die Hydraulikpumpe 16 ist
ein Element der elektrisch betätigten Hydraulikdruckquelle.
Der Druck und die Zufuhr- oder Flußrate des von der Hydraulikpumpe 16 unter Druck
gesetzten Fluides werden durch Steuerung eines elektrischen Stromes
gesteuert, der dem Elektromotor 18 zugeführt wird,
so daß der
Fluiddruck im Radbremszylinder 14 gesteuert werden kann.
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Ein
magnetbetätigtes
Abschaltventil 24 ist zwischen der Hydraulikpumpe 16 und
dem Radbremszylinder 14 vorgesehen, während ein weiteres magnetbetätigtes Abschaltventil 25 zwischen
dem Radbremszylinder 14 und dem Hauptreservoir 22 vorgesehen
ist. Der Fluiddruck im Radbremszylinder 14 wird durch Steuerung
der Abschaltventile 24 und 25 nach Bedarf angehoben
oder verringert. Das so ausgelegte Bremssystem ist in der Lage,
eine Antiblockiersteuerung des Fluiddruckes im Radbremszylinder 14 durchzuführen, wenn
die Rutschneigung des Rades 26, welches bei Betätigung des
Radbremszylinders 14 abgebremst wird, größer als
ein oberer Wert oder Grenzwert ist, der durch den Reibkoeffizienten
auf der Fahrbahnoberfläche
bestimmt wird, auf welchem das Rad 26 läuft. Bei der Antiblockiersteuerung
wird der Fluiddruck im Radbremszylinder 14 so gesteuert,
daß der
Rutschbetrag des Rades 26 innerhalb eines bestimmten optimalen
Bereiches gehalten wird. Das Bremssystem gemäß obiger Auslegung ist weiterhin
in der Lage, eine Traktionssteuerung des Rades 26 durchzuführen, wenn
das Rad 26 durch eine Antriebsquelle getrieben wird, und hierbei
eine überhohe
Rutschneigung hat; dies erfolgt im wesentlichen auf gleiche Weise
wie bei der Antiblockiersteuerung.
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Ein
Ziel-oder Wunschwert des an den Radzylinder 14 während eines
normalen Bremsvorgang anzulegenden Fluidruckes wird auf der Grundlage
eines Ausgangssignals von einem Bremspedalkraftsensor 27 bestimmt,
der eine auf das Bremspedal 10 einwirkende Betätigungskraft
erfaßt.
Ein momentaner oder tatsächlicher
Wert des Fluiddruckes im Radbremszylinder 14 wird durch
einen Radbremszylinder-Drucksensor 28 erfaßt. Eine
Umdrehungsgeschwindigkeit des Fahrzeugrades 26 wird von
einem Radgeschwindigkeitssensor 29 erfaßt. Das Ausgangssignal des
Radgeschwindigkeitssensors 29 wird verwendet, eine geschätzte Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeuges und den Rutschzustand des Rades 26 zu ermitteln.
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Der
an den Elektromotor 18 anzulegende elektrische Strom wird
von einer Motorsteuervorrichtung 30 gesteuert, welche eine
Steuerung 32 und einen Inverter 34 beinhaltet,
wie in 2 gezeigt. Die Steuerung 32 wird im wesentlichen
durch einen Computer realisiert. Der elektrische Strom wird von
einer Energiequelle in Form einer Batterie 36 dem Elektromotor 38 zugeführt, wobei
dies von dem Inverter 34 gesteuert wird, der wiederum von
der Steuerung 32 gesteuert wird. Der Inverter 34 beinhaltet
einen PWM-Steuerabschnitt 38 und ein kontaktfreies oder kontaktloses
Schaltelement 40. Das Schaltelement 40 wird von
dem PWM-Steuerabschnitt 38 abwechselnd ein- und ausgeschaltet,
so daß der
Betrag oder die Menge des dem Elektromotor 18 zuzuführenden elektrischen
Stromes durch ein Impulssignal gesteuert wird. Der PWM-Steuerabschnitt 38 steuert
das Schaltelement 40 mittels Pulsweitenmodulation abhängig von
einem Steuerbefehl, der von der Steuerung 32 kommt, sowie
auf der Grundlage des momentanen Betrages des an den Elektromotor 18 gelieferten
elektrischen Stromes.
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Die
Steuerung 32 beinhaltet eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 50, einen Nur-Lesespeicher (ROM) 51, einen
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (ROM) 52, einen Eingangsabschnitt 53 und
einen Ausgangsabschnitt 54. Mit dem Eingangsabschnitt 53 sind
der Bremspedalkraftsensor 27, der Radbremszylinder-Drucksensor 28 und
der Radgeschwindigkeitssensor 29 verbunden, welche bereits weiter
oben beschrieben wurden. Mit dem Ausgangsabschnitt 54 sind
der Inverter 34 und die magnetbetätigten Abschaltventile 20, 24 und 25 gemäß obiger Beschreibung
verbunden. Das ROM 51 speichert verschiedene Steuerprogramme,
beispielsweise ein Motorsteuerprogramm einschließlich eines PWM-Steuerfrequenz-Bestimmungsprogrammes
zur Durchführung
eines Programmes gemäß dem Flußdiagramm
von 3; ein normales Bremssteuerprogramm; ein Antiblockier-Steuerprogramm;
und ein Traktionssteuerprogramm. Der PWM-Steuerfrequenz-Bestimmungsablauf
von 3, der abhängig von
dem PWM-Steuerfrequenz-Bestimmungsprogramm durchgeführt wird,
ist so formuliert, daß die Schaltfrequenz
f des Schaltelementes 40 bestimmt wird (PWM- oder Pulsweitenmodulation-Steuerfrequenz).
Der Ziel- oder Wunschfluiddruck im Radbremszylinder 14 (Bremsdruck)
und die Ziel- oder Wunschänderungsrate
des Bremsdruckes werden abhängig
vom normalen Bremssteuerprogramm, dem Antiblockier-Steuerprogramm
oder dem Traktionssteuerprogramm bestimmt und der Ziel- oder Wunschausgang
des Elektromotors 18 wird auf der Grundlage des bestimmten
Ziel-Bremsdruckes und der Änderungsrate
des Bremsdruckes abhängig
von dem Motorsteuerprogramm bestimmt. Steuersignale, welche die
Schaltfrequenz f des Schaltelementes 40 (bestimmt abhängig von
dem PWM-Steuerfrequenz-Bestimmungsprogramm) und den Zielausgang
des Elektromotors 18 (bestimmt abhängig vom Motorsteuerprogramm)
darstellen, werden dem Inverter 34 zugeführt.
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Der
dem Elektromotor 18 zuzuführende elektrische Strom wird
durch Steuerung der Schaltfrequenz f (PWM-Steuerfrequenz) und dem
Taktverhältnis
des Schaltelementes 40 gesteuert. Das Taktverhältnis ist
ein Verhältnis
der Ein-Zeit, während der das
Schaltelement 40 eingeschaltet ist zur Zykluszeit, welche
gleich einer Summe aus den Ein- und Auszeiten des Schaltelementes 40 ist.
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Die
Menge von dem Elektromotor 18 zuzuführenden Strom wächst mit
einem Anwachsen im Taktverhältnis
des Schaltelementes 40. Ein Ausgang Pw des Elektromotors 18 wächst mit
einem Anwachsen der zugeführten
Strommenge an, vorausgesetzt, daß die Spannung der Batterie 36 konstant
ist. Somit wird das Taktverhältnis
angehoben, wenn der Zielwert des Ausgangs Pw des Elektromotors 18 anwächst. Die
Schaltvorgänge
des Schaltelementes 40 können Betriebsgeräusche des
Elektromotors 18 verursachen. Um die Erzeugung derartiger
Betriebsgeräusche
zu verhindern, wird die Schaltfrequenz oder PWM-Steuerfrequenz höher als
der obere Grenzwert des Hörbereiches
gemacht, d. h. höher
als die obere Hörgrenze
oder Hörschwelle,
wenn das Fahrzeug in einem normalen Fahrzustand ist bzw. wenn das
Bremssystem in einem normalen Bremsbetrieb ist. Andererseits bewirkt
der Schaltvorgang des Schaltelementes 40 Wärmeerzeugung.
Die Menge an erzeugter Wärme
wächst
mit einem Anwachsen der Schaltfrequenz und einem Anwachsen des Taktverhältnisses.
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Wie
oben erwähnt,
ist es notwendig, das Taktverhältnis
des Schaltelementes 40 anzuheben, um den Ausgang Pw des
Elektromotores 18 zu erhöhen und es ist wünschenswert,
die Schaltfrequenz auf einen Wert zu setzen, der höher als
die obere Hörbarkeitsgrenze
ist. Zur Verlängerung
der zu erwartenden Lebensdauer des Schaltelementes 40 wäre es jedoch
andererseits wünschenswert,
die Schaltfrequenz abzusenken. Unter Berücksichtigung dieser kontradiktorischen
Anforderungen wird die PWM-Steuerung des Schaltelementes 40 beim
Gegenstand der vorliegenden Erfindung implementiert, um die Schaltfrequenz
und das Taktverhälnis
zu bestimmen, wie nachfolgend im Detail beschrieben wird.
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Wenn
sich das Bremssystem im normalen Bremsbetrieb oder Bremsvorgang
befindet, wird die Schaltfrequenz oder PWM-Steuerfrequenz des Schaltelementes 40 auf
20 kHz gesetzt, was höher als
die obere Hörbarkeitsgrenze
ist, so daß die Erzeugung
von Betriebsgeräuschen
des Elektromotores 18 verhindert werden kann. Wenn das
Bremssystem in einem geräuscherlaubenden
oder geräuschtolerierenden
Bremsbetrieb ist, wird die Schaltfrequenz auf 500 Hz gesetzt, was
erheblich unter der oberen Hörbarkeitsgrenze
liegt, so daß die
von dem Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge verringert und damit
die zu erwartende Lebensdauer verlängert werden kann. Der geräuscherlaubende
Vorgang des Bremssystem wird als eine der nachfolgenden Bremsvorgänge definiert:
- (1) ein abrupter Bremsvorgang, bei welchem
ein abrupter Bremsenzugriff am Fahrzeugrad 26 notwendig
ist;
- (2) ein Antiblockier-Bremsvorgang, bei dem der Radbremszylinderdruck
einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet;
- (3) ein Traktionssteuer-Bremsvorgang bzw. ein Bremsvorgang zur
Antriebsschlupfbegrenzung, bei welchem die oben erwähnte Traktionssteuerung
durchgeführt
wird; und
- (4) ein Bremsvorgang zur Steuerung der Fahrstabilität.
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Der
abrupte Bremsvorgang wird erkannt, wenn wenigstens eine der beiden
nachfolgenden Bedingungen erfüllt
ist, nämlich:
(a) der Zielfluiddruck im Radbremszylinder 14, der abhängig von
der Betätigungskraft
bestimmt wird, die auf das Bremspedal 10 einwirkt, höher als
ein bestimmter Schwellenwert ist; und (b) eine Differenz zwischen
dem Zielfluiddruck und dem tatsächlichen
Fluiddruck im Radbremszylinder 14 ist größer als
ein bestimmter Schwellenwert.
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Eine
Bestimmung, ob ein Antiblockierbremsvorgang durchgeführt wird
oder nicht, erfolgt auf der Basis eines Antiblockier-Steuerflags,
welches abhängig
von dem Antiblockier-Steuerprogramm gesetzt oder zurückgesetzt
wird.
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Eine
Bestimmung, ob ein Traktionssteuerungs-Bremsvorgang durchgeführt wird
oder nicht, wird auf ähnliche
Weise auf der Grundlage eines Traktionssteuerflags durchgeführt, welches
abhängig von
dem Traktionssteuerprogramm gesetzt und zurückgesetzt wird.
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Das
PWM-Steuerfrequenz-Bestimmungsprogramm, das von der Steuerung 32 durchgeführt wird,
ist im Flußdiagramm
von 3 gezeigt. Dieser Programmablauf beginnt mit Schritt
S1, in welchem das Ausgangssignal vom Bremspedalkraftsensor 27 gelesen
wird, welches die Betätigungskraft
darstellt, die auf das Bremspedal 10 wirkt. Dem Schritt
S1 folgt Schritt S2 zur Bestimmung, ob das Bremspedal 10 betätigt worden
ist, d. h., ob das Bremssystem in einem Bremszustand ist oder einen
Bremsvorgang durchführt.
Diese Bestimmung im Schritt S2 basiert auf der erkannten Betätigungskraft 10,
wie sie vom Ausgangskraftsensor 27 dargestellt wird. Genauer gesagt,
das Bremssystem wird als sich in einem Bremszustand befindlich bestimmt,
wenn die erkannte Betätigungskraft
größer als
Null ist. Wenn im Schritt S2 die Entscheidung JA ist, geht der Steuerablauf
zu den Schritten S3 bis S6, um zu bestimmen, ob das Bremssystem
in dem geräuschtolerierenden Bremsvorgang
ist. Schritt S3 ist vorgesehen, um zu bestimmen, ob das Fahrzeug
steht, indem bestimmt wird, ob die geschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit
unter einem festgelegten Grenzwert liegt, unterhalb dem das Fahrzeug
als stehend betrachtet werden kann. Wenn im Schritt S3 die Entscheidung
NEIN ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S4, um zu bestimmen,
ob der Antiblockier-Bremsvorgang durchgeführt wird. Wenn im Schritt S2
die Entscheidung JA ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S5, um
zu bestimmen, ob der Fluiddruck im Radbremszylinder 14 höher als
ein bestimmter Schwellenwert ist. Wenn die Entscheidung im Schritt
S4 NEIN ist, geht der Steuerablauf zum Schritt S6, um zu bestimmen,
ob der abrupte Bremsvorgang durchgeführt wird. Wenn im Schritt S3
die Entscheidung JA ist, d. h., wenn das Bremssystem in einem Bremsvorgang
ist, während das
Fahrzeug steht, geht der Steuerablauf zum Schritt S7, um zu bestimmen,
daß das
Bremssystem im normalen Bremsbetrieb ist und die PWM-Steuerfrequenz
oder Schaltfrequenz des Schaltelementes 40 wird auf 20
kHz gesetzt, um die Erzeugung eines Betriebsgeräusches des Elektromotors 18 zu
verhindern. Hierbei sei festzuhalten, daß die Erzeugung von Betriebsgeräuschen bevorzugt
verhindert wird, wenn das Fahrzeug steht, d. h., wenn es im Fahrzeuginnenraum
relativ ruhig ist.
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Wenn
der Antiblockier-Bremsvorgang durchgeführt wird, wobei der Fluiddruck
im Radbremszylinder 14 höher als der Schwellenwert ist,
während
das Fahrzeug läuft
und das Bremspedal 10 mit einer sehr hohen Betätigungskraft
betätigt
wird, wobei eine Fahrbahnoberfläche
einen relativ hohen Reibungskoeffizienten hat, ist die in den beiden
Schritten S4 uns S5 erhaltene Entscheidung JA und der Steuerablauf
geht zum Schritt S8, um zu bestimmen, daß das Bremssystem im geräuscherlaubenden
Bremszustand ist, wobei dann die Schaltfrequenz auf 500 Hz gesetzt
wird. Während
des Antiblockier-Bremsvorganges mit einer sehr hohen Betätigungskraft
des Bremspedals 10 ist der Zielausgang Pw des Elektromotors 18 relativ
hoch und das Taktverhältnis
des Schaltelementes 40 ist relativ hoch, was zu einer relativ
hohen Last führt,
die auf den Elektromotor 18 einwirkt. Unter diesen Umständen ist
es daher wünschenswert,
die vom Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge durch Absenken der
Schaltfrequenz auf 500 Hz zu minimieren. Wenn der Antiblockier-Bremsvorgang
während
einer Fahrt des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei eine relativ
kleine Betätigungskraft
am Bremspedal 10 vorliegt und das Fahrzeug beispielsweise
auf einer schneebedeckten Fahrbahn oder einer anderen Fahrbahn mit
relativ geringem Reibungskoeffizienten fährt, wird im Schritt S5 die
Entscheidung NEIN erhalten und der Steuerablauf geht zum Schritt
S7, um zu bestimmen, daß das
Bremssystem sich im normalen Bremsbetrieb befindet und die relativ
hohe Schaltfrequenz fH = 20 kHz wird ausgewählt. Unter diesen Umständen, wobei
der Fluiddruck im Radbremszylinder 14 relativ niedrig ist,
ist der Zielausgang Pw des Elektromotors 18 relativ klein
und die vom Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge ist ebenfalls relativ
klein.
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Der
Schritt S6, der durchgeführt
wird, wenn der Antiblockier-Bremsvorgang nicht durchgeführt wird,
ist vorgesehen, um zu bestimmen, ob der abrupte Bremsvorgang durchgeführt wird.
Eine im Schritt S6 erhaltene bejahende Entscheidung wird immer dann
erhalten, wenn mindestens eine der beiden oben genannten Bedingungen
erfüllt
ist, d. h., wenn der Zielfluiddruck im Radbremszylinder 14 höher als
der bestimmte Schwellenwert ist und/oder wenn die Differenz zwischen
dem Zielfluiddruck und dem tatsächlichen
Fluiddruck bzw. die Differenz dieser Werte des Radbremszylinders 14 größer als
ein bestimmter Schwellenwert ist. Wenn im Schritt S6 die Entscheidung
JA ist, geht der Ablauf zum Schritt S8, um zu bestimmen, daß das Bremssystem
in dem geräuscherlaubenden
Bremsbetrieb ist und es wird die relativ niedrige Schaltfrequenz
fL = 500 Hz ausgewählt. Wenn keine der beiden
genannten Bedingungen erfüllt
ist, wird im Schritt S6 die Entscheidung NEIN erhalten und der Steuerablauf
geht zum Schritt S7, um die relativ hohe Schaltfrequenz fH = 20 kHz auszuwählen.
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Wenn
der abrupte Bremsvorgang durchgeführt wird, ist der Fahrer des
Fahrzeuges für
gewöhnlich
mehr oder weniger in einer Streßsituation
und es wenig wahrscheinlich, daß er
die vom Elektromotor 18 mit der relativ niedrigen Schaltfrequenz
fL erzeugten Betriebsgeräusche wahrnimmt oder störend empfindet.
Mit anderen Worten, das Betriebsgeräusch des Bremssystems ist während des
abrupten Bremsvorganges für
gewöhnlich
ohne weiteres tolerierbar. Obgleich während des abrupten Bremsvorganges
die auf den Elektromotor 18 wirkende Last relativ hoch
ist, ist die vom Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge
durch Auswahl der relativ niedrigen Schaltfrequenz fL von
500 Hz minimiert.
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Wenn
das Bremspedal 10 nicht betätigt wird, d. h. wenn im Schritt
S2 eine Entscheidung NEIN erhalten wird, geht der Steuerablauf zum
Schritt S9, um zu bestimmen, ob das Bremssystem im Traktionssteuer-Bremsvorgang
ist. Wenn im Schritt S9 die Entscheidung JA erhalten wird, geht
der Steuerablauf zum Schritt S8, um zu bestimmen, daß das Bremssystem
in dem geräuscherlaubenden
Bremsvorgang ist und wählt
die relativ niedrige Schaltfrequenz 500 Hz. Während des Traktionssteuer-Bremsvorganges erzeugt
die Fahrzeugantriebsquelle (d. h. in der Regel der Motor) ohnehin
für gewöhnlich ein
relativ lautes Arbeitsgeräusch,
so daß das
Arbeitsgeräusch des
Bremssystems relativ erträglich
oder tolerierbar ist und nicht verringert werden muß.
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Den
Schritten S7 und S8 folgt ein Schritt S10, in welchem Daten, die
die Schaltfrequenz fH oder fL des
Schaltelementes 40, welche von der Steuerung 32 bestimmt
wurde, dem Inverter 34 zugeführt werden und die dem Elektromotor 18 zugeführte elektrische
Strommenge wird durch den Schaltvorgang des Schaltelementes 40 mit
der bestimmten Schaltfrequenz gesteuert. Der Elektromotor 18 wird nicht
mit elektrischem Strom versorgt, wenn das Bremssystem nicht in Betrieb
ist, d. h., wenn das Bremspedal 10 in der nicht betätigen Position
ist und wenn der Traktionssteuer-Vorgang nicht durchgeführt wird,
d. h., wenn im Schritt S9 die Entscheidung NEIN erhalten wird.
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Wie
oben beschrieben ist die Motorsteuervorrichtung 30 des
erfindungsgemäßen Bremssystems
dieser Ausführungsform
so angeordnet oder aufgebaut, daß das Schaltelement 40 derart
gesteuert wird, daß es
mit der relativ hohen Schaltfrequenz fH von
20 kHz und damit höher
als die obere Hörbarkeitsgrenze
arbeitet, wenn das Bremssystem im normalen Bremsbetrieb ist (was
einen Antiblockier-Bremsvorgang auf einer Fahrbahnoberfläche mit relativ
niedrigem Reibungskoeffizienten einschließt). Beim normalen Bremsvorgang
wird somit ein Betriebsgeräusch
des Elektromotors 18 nicht er zeugt, so daß der Innenraum
des Fahrzeuges ruhig bleibt. Beim normalen Bremsvorgang ist der
Ziel- oder Wunschausgang des Elektromotors 18 relativ klein
und die auf den Elektromotor 18 wirkende Last ist ebenfalls
relativ klein, so daß der
Schaltvorgang des Schaltelementes 40 mit der relativ hohen
Schaltfrequenz 20 kHz kein Problem hinsichtlich einer Wärmeerzeugung
verursacht.
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Bei
dem abrupten Bremsvorgang oder dem Antiblockier-Bremsvorgang auf einer Fahrbahnoberfläche mit
relativ hohem Reibungskoeffizienten, d. h. in dem geräuscherlaubenden
oder geräuschtolerierenden
Bremsvorgang wird die relativ niedrige Schaltfrequenz fL von
500 Hz ausgewählt,
um die Wärmemenge,
welche vom Schaltelement 40 erzeugt wird, zu beschränken, da
der Zielausgang und die Last des Elektromotors 18 relativ
groß mit
einem relativ hohen Taktverhältnis
des Schaltelementes 40 sind. Obgleich der Zielausgang des
Elektromotors 18 in dem Traktionssteuer-Bremsvorgang nicht
so groß ist,
wird die relativ niedrige Schaltfrequenz fL =
500 Hz ausgewählt,
um die durch das Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge
zu minimieren, so daß die
zu erwartende Lebensdauer des Schaltelementes erheblich verbessert
wird.
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Bei
einem Bremsenbetätigungsvorgang während das
Fahrzeug steht, wird angenommen, daß das Bremssystem im normalen
Bremsbetrieb ist, so daß die
Schaltfrequenz des Schaltelementes 40 auf dem relativ hohen
Wert von fH gehalten wird, auch wenn die
Betätigungskraft,
welche auf das Bremspedal 10 einwirkt erhöht wird,
was zu einem Anwachsen des Zielausganges des Elektromotors 18 führt. Die Verhinderung
einer Erzeugung von Betriebsgeräuschen
des Elektromotors 18 ist somit dominierend gegenüber der
Verhinderung der Wärmeerzeugung durch
das Schaltelement 40. Somit kann das Bremssystem gemäß der vorliegenden
Ausführungsform der
Erfindung den vom Schaltelement 40 erzeugten Wärmebetrag
minimieren, so daß die
Lebensdauer des Bremssystems verbessert wird, wobei gleichzeitig
Betriebsgeräusche
minimiert sind. Es versteht sich, daß ein Abschnitt der Motorsteuerung 30,
der dafür
vorgesehen ist, die Schritte S6 und S8 durchzuführen, als eine Frequenzabsenkvorrichtung
beim abrupten Bremsvorgang dient, um die Schaltfrequenz f des Schaltelementes 40 während des
abrupten Bremsvorganges im Bremssystem abzusenken. Es versteht sich
weiterhin, daß ein
Abschnitt der Steuervorrichtung 30, der für die Realisierung
der Schritte S4, S5, S8 und S9 vorgesehen ist, als Frequenzabsenkvorrichtung
beim Rutschsteuervorgang dient, um die Schaltfrequenz f des Schaltelementes 40 während eines
Rutschsteuer-Bremsvorganges
im Bremssystem abzusenken, beispielsweise beim Antiblockier-Bremsvorgang
mit dem relativ hohen Fluiddruck im Radbremszylinder 14 oder
beim Traktionssteuer-Bremsvorgang.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
ist der Antiblockier-Bremsvorgang mit einer relativ geringen Bremskraft
als normaler Bremsvorgang klassifiziert. Es kann jedoch jeglich
Art von Antiblockier-Bremsvorgang als geräuscherlaubender Bremsvorgang klassifiziert
werden. Weiterhin kann der Traktionssteuer-Bremsvorgang als normaler
Bremsvorgang klassifiziert werden, da die auf den Elektromotor 18 übertragende
Last während
des Traktionssteuer-Bremsvorganges nicht zu hoch ist. Die Schaltfrequenz
f des Schaltelementes 40 kann abgesenkt werden, wenn die
Menge von elektrischem Strom, welche tatsächlich durch den Elektromotor 18 fließt, einen
bestimmten oberen Grenzwert überschreitet, oder
wenn die Drehzahl des Elektromotors 18 einen bestimmten
oberen Grenzwert überschreitet.
Derartige Anordnungen machen es möglich, die vom Schaltelement 40 erzeugte
Wärmemenge
einzuschränken, um
die zu erwartende Lebensdauer zu verlängern, wenn die auf den Elektromotor 18 wirkende
Last relativ hoch ist.
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Obgleich
Schritt S4 zur Bestimmung, ob der Antiblockier-Bremsvorgang durchgeführt wird,
von Schritt S6 gefolgt wird, um zu bestimmen, ob der abrupte Bremsvorgang durchgeführt wird,
kann Schritt 6 auch genauso gut von Schritt S4 gefolgt
werden. Die Bestimmung im Schritt S6, ob der abrupte Bremsvorgang
durchgeführt
wird, kann auf geeigneten Betriebsbedingungen des Bremssystemes
basieren, welche nicht die beiden oben beschriebenen Zustände (a)
und (b) sind. Beispielsweise kann die Bestimmung im Schritt S6 dadurch
gemacht werden, daß bestimmt
wird, ob die Betätigungsrate
des Bremspedales 10, die Anstiegsrate der Betätigungskraft des
Bremspedals 10 oder die Anstiegsrate des Fluiddruckes im
Radbremszylinder 14 höher
als entsprechende obere Grenzwerte sind. Die Bestimmung im Schritt
S2, ob das Bremspedal 10 betätigt wurde, kann auf der Grundlage
eines Ausgangssignales von einem Bremsenschalter erfolgen, der so
angeordnet ist, daß er
eine Betätigung
des Bremspedals 10 erkennt. Weiterhin kann die Bestimmung
im Schritt S3, ob das Fahrzeug steht, auf der Grundlage eines Ausgangssignales
von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erfolgen, der die tatsächliche
Fahrgeschwindigkeit erfaßt
und nicht auf der Grundlage der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die Hydraulikpumpe 16 kann durch eine Hydraulikpumpe ersetzt werden,
die verwendet wird, ein Hochdruck-Arbeitsfluid zu einem Hydraulikdruck-Verstärker zu
liefern oder sie kann durch eine Hydraulikpumpe 80 gemäß 4 ersetzt
werden.
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Wie
beim Bremssystem gemäß der ersten oben
beschriebenen Ausführungsform
umfaßt
ein hydraulisch betätigtes
Bremssystem gemäß einer zweiten
Ausführungsform
nach 4 das Bremspedal 10, den Hauptzylinder 12 und
den wenigstens einen Radbremszylinder 14, welche bereits
beschrieben wurden, sowie die bereits erwähnte Hydraulikpumpe 80 und
einen Elektromotor 82. Ein magnetbetätigtes Abschaltventil 86 ist
zwischen dem Hauptzylinder 12 und dem Radbremszylinder 14 angeordnet und
ein magnetbetätigtes
Abschaltventil 88 ist zwischen dem Abbremszylinder 18 und
einem Reservoir 84 angeordnet. Der Fluiddruck im Radbremszylinder 14 wird
durch die magnetbetätigten
Abschaltventile 86 und 88 gesteuert. Der Antiblockier-Bremsvorgang wird
durchgeführt,
während der
Radbremszylinder 14 in Verbindung mit dem Hauptzylinder 12 ist.
Die Hydraulikpumpe 80 ist in einer Pumpenleitung 90 angeordnet,
welche mit dem Reservoir 84 verbunden ist und das von der
Hydraulikpumpe 80 unter Druck gesetzte Fluid wird dem Hauptzylinder 12 zurückgeführt. Der
Fluiddruck im Hauptzylinder 12 wird durch einen Hauptzylinderdrucksensor 92 erfaßt.
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Der
Elektromotor 82 zur Betätigung
der Hydraulikpumpe 80 wird von einer Motorsteuervorrichtung 98 gesteuert,
welche eine Steuerung 94 und einen Inverter 96 enthält. Bei
dieser Ausführungsform wird
die Hydraulikpumpe 80 während
des Antiblockier-Bremsvorganges in Betrieb gehalten und wird während des
normalen Bremsvorganges abgeschaltet. Während des Antiblockier-Bremsvorganges, während der
Fluiddruck im Hauptzylinder 12 höher als ein bestimmter Schwellenwert
ist, wird die Schaltfrequenz des Schaltelementes 40 auf
500 Hz abgesenkt. Hierbei sei festzuhalten, daß die auf den Elektromotor 80 wirkende
Last relativ hoch ist, wenn der Fluiddruck im Hauptzylinder 12 relativ
hoch ist. Während
des Antiblockier-Bremsvorganges, wird, wenn der Fluiddruck im Hauptzylinder 12 nicht
höher als der
Schwellenwert ist, die Schaltfrequenz bei 20 kHz gehalten, um die
vom Schaltelement 40 erzeugte Wärmemenge einzuschränken, so
daß die
zu erwartende Lebensdauer des Schaltelementes verlängert wird.
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Der
Elektromotor 18 bzw. 82 der zur Betätigung der
Hydraulipumpe 17 bzw. 80 verwendet wird, kann
entweder ein Gleichspannungs- oder ein Wechselspannungsmotor sein.
Die Anordnung der Inverter 34 bzw. 96 hängt davon
ab, ob der Elektromotor ein Gleichstrom- oder Wechselstrommotor
ist. Der Inverter 34 bzw. 96 kann eine Mehrzahl
von Schaltelementen verwenden.
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Beschrieben
wurde ein hydraulisch betätigtes
Bremssystem mit einer Hydraulikpumpe, welche von einem Elektromo tor
betrieben wird und einer Motorsteuervorrichtung, welche mit dem
Elektromotor verbunden ist und einen an den Elektromotor anzulegenden
elektrischen Strom steuert, und zwar mittels Pulsweitenmodulation,
so daß eine
PWM-Frequenz, mit der der elektrische Strom durch Pulsweitenmodulation
gesteuert wird, auf einen relativ hohen Wert höher als eine obere Hörbarkeitsgrenze
gesetzt wird, wenn das Bremssystem in einen normalen Bremsbetrieb
versetzt ist, während
dem die Erzeugung eines Betriebsgeräusches des Bremssystems nicht
erlaubt ist und auf einen relativ niedrigen Wert gesetzt ist, der nicht
höher als
die obere Hörbarkeitsgrenze
ist, wenn das Bremssystem in einem geräuscherlaubenden Betrieb ist,
während
dem die Erzeugung von Betriebsgeräuschen erlaubt ist.