DE3240275A1

DE3240275A1 - Einrichtung zur lastabhaengigen bremskraftregelung

Info

Publication number: DE3240275A1
Application number: DE19823240275
Authority: DE
Inventors: Werner 7014 Kornwestheim Stumpe
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-10-30
Filing date: 1982-10-30
Publication date: 1984-05-03
Also published as: SE455074B; SE8305057L; FR2535269A1; SE8305057D0; FR2535269B1

Description

R. 18165 He
1652/ot/mii

13.09.1982

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Einrichtung zur lastabhärgigen Bremskraftregelung Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur lastabhängigen Bremskraftregelung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, durch einen geeigneten Achssensor ein Signal abzuleiten, welches als Maß oder Hinweis für den Beladungszustand eines mit einer Bremsanlage ausgerüsteten Kraftfahrzeugs so ausgewertet wird, daß den Beladungs zustand einbeziehende Drucksteuerwerte zu den Bremszylindern gelangen. Hierdurch wird beispielsweise vermieden, daß eine Überbremsung des Fahrzeugs durch Blockieren der Räder erfolgt, ein sehr gefährlicher Fahrzustand, wenn dies beispielsweise an den Hinterrädern

auftritt, hieraus können sich nicht mehr beherrschbare Übersteuerungstendenzen des Fahrzeugs ergeben. Das den jeweiligen Radbremsen zugeführte Druckmittelsignal ist daher

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bei solchen, eine lastabhängige Bremskraftregelung aufweisenden Fahrzeugen gebildet aus der Verknüpfung.des Ausgangssignals des Achssensors mit einem Signal vom der willkürlichen Beeinflussung der Bedienungsperson des Kraftfahrzeugs unterworfenen Bremswertgeber.

Bei einer solchen bekannten lastabhängigen Bremskraftregelung (ALB) können sich Probleme bezüglich eines hinreichend schnellen Ansprechens der Bremse ergeben, da für die Verknüpfung der einzelnen Signale eine gewisse Rechenzeit erforderlich ist und erst danach der Druckaufbau bis zu den Bremszylindern erfolgen kann.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß bei Verwendung eines den Ausgangsdruck zu den Brems zylindern letztendlich bestimmenden Proportional-Magnetventils dieses so ausgebildet ist, daß es im stromlosen Zustand offen ist, so daß die Bremse unmittelbar einsatzbereit ist, sobald vom Bremswertgeber ein entsprechendes Drucksignal erzeugt wird; hierdurch erfolgt der Druckaufbau in den Brems zylindern schon zu einem Moment, in welchem das Verknüpfungssignal des Lastgebers und des Bremswertgebers soeben erst errechnet und am Magnetventil anliegt. Dessen Reaktion setzt dann so rechtzeitig ein, daß

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der Druckaufbau in der für die lastabhängige Bremskraftregelung maßgebenden Weise aufgefangen und in den geregelten Druckverlauf übergeleitet wird.

Vorteilhaft ist ferner, daß bei der Ausbildung des verwendeten Magnetventils lediglich eine Membrandichtstelle vorhanden ist, wodurch sich bei nur sehr geringen Kraft Verlusten eine gute Steuerbarkeit des Ventils ergibt.

Schließlich kann jede Kennlinienform der lastabhängigen Bremskraftregelung; oder anderer den Bremsdruck bestimmender Größen (z. B. Verzögerung, ABS) ausgesteuert werden durch die Zuführung eines einem entsprechenden Regelalgorithmus in Form eines elektrischen Steuerstroms an das Magnetventil, welches dann aufgrund seiner Proportionaleigenschaften einen entsprechenden Ausgangsdruckverlauf aussteuert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Umgehung der das Lastsignal mit dem willkürlichen Bremswertgebersignal verknüpfenden Rechenschaltung in vorzugsweise elektronischer Ausbildung durch ein unmittelbar dem Proportional-Magnetventil zugeführtes Drucksignal, welches dem Druckmitteleingang des Magnetventils zugeführt wird und bei zunächst noch fehlendem oder soeben eine Reaktion des Ventils hervorrufenden Verknüpfungssignal unmittelbar durch das offenstehende Ventil zu den Brems zylindern weitergeleitet wird.

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Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 grob schematisch einen Regelkreis zur elektrischen, lastabhängigen Bremskraftregelung (ALB) einschließlich einer schematisierten Darstellung des verwendeten Proportional-Magnetventils, Fig. 2 in Form eines Vielfachdia gramms die verschiedenen, sich bei der Regelung ergebenden Abhängigkeiten und Fig. 3 im Querschnitt ein praktisches Ausführungsbeispiel eines Proportional-Magnetventils, wie es bei der vorliegenden lastabhängigen Bremskraftregelung zum Einsatz kommt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Regelschema für eine lastabhängige Bremskraftregelung wird davon ausgegangen, daß der vom Bremspedal 1 beaufschlagte Bremswertgeber 2 als Bremsventil oder Drucksteuerventil ausgebildet ist und unmittelbar einen entsprechenden Eingangsdruck ρ erzeugt und dem Proportional Magnetventil 3 zuführt. Bei dem Eingangsdruck ρ handelt es sich vorzugsweise um ein pneumatisches Drucksignal und die Erfindung umfaßt auch die Variante, daß der Bremswertgeber 2 ausschließlich ein elektrisches Signal erzeugt, welches dann an einem dem Bremswertgeber nachgeschalteten, in Fig. ] lediglich gestrichelt, da alternativ nachgeschalteten Drucksteuerventil 2a

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mit Vorsteuer-Elektromagnetventil in den Eingangsdruck ρ umgesetzt wird. In diesem Fall ist das Drucksteuerventil 2a an eine Druckmittelquelle angeschlossen und der in Fig. 1 mit ^bezeichnete, an seinem Ausgang ein dem Eingangsdruck ρ entsprechendes elektrisches Signal erzeugende Drucksensor kann entfallen. Es ist auch möglich, bei Wegfall des Drucksensors oder Druckwandlers 40das benötigte, dem Eingangsdruck ρ proportionale elektrische Signal separat am Bremswertgeber mittels eines geeigneten elektrischen Schaltungselement, beispielsweise eines Potentiometers zu erzeugen und der elektrischen Steuerschaltung oder Rechenschaltung 4Dzur Verknüpfung mit dem von einem Lastgeber 5 erzeugten elektrischen Lastsignal zuzuführen. Die elektronische Steuerschaltung steuert dann das nachgeschaltete Proportional-Magnetventil mit dem elektrischen verknüpften Last-Druck-Signal, welches ein Stromsignal I ist, an.

Demnach wird zur Bremskraftregelung aus einem Eingangsdruck ρ mit Hilfe eines Lastsignals vom Geber 50oder anderer bei 5Gk zugeführter Signale und dem vom Eingangsdruck ρ abgeleiteten oder unmittelbar vom Bremswertgeber erzeugten elektrischen Signal der Ausgangsdruck p₉ gesteuert. Am Proportional-Magnetventil 3 liegen parallel das Drucksignal des Eingangsdrucks ρ und das elektrische, verknüpfte Last-Druck-Signal an. Der Ausgangsdruck ρ kann dem oder den Bremszylinder(n) 60unmittelbar oder einem diesen vorgeschalteten separaten Relaisventil lözugeführt sein. Das Relaisventil steuert aus dem Versorgungsanschluß 70a

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Druck proportional dem Ausgangsdruck ρ in Bremszylinder(n) 6.

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Da Aufbau und Funktion des Proportional-Magnetventils am zweckmäßigsten anhand der Darstellung der Fig. 3 erläutert werden, wird hierauf zunächst eingegangen.

Bei dem Magnetventil handelt es sich um ein Proportional-Elektromagnetventil mit einem Einlaß 3a für das Druckmittel, einem Druckmittelauslaß 3b und einem Entlüftungsanschluß 3c. In einem Gehäuse 4 des Magnetventils 3 ist in einer den Einlaßgehäuseanschluß 3a fortsetzenden Bohrung 5 ein bewegliches Ventilglied (!gelagert, welches unter dem Druck einer Vorspannungsfeder 7 steht, die sich an einem eine mittlere Durchtrittsöffnung aufweisenden, in der Bohrung 5 in geeigneter Weise befestigten Haltering 8 abstützt. Die Position der das Magnetventil bildenden Ventil- und Schaltungselemente sind in der stromlosen Stellung des Ankers 9 des Elektromagneten 10 gezeigt, der sich durch die elektromagnetische Wicklung 11 in einer geeigneten Halterung lla vervollständigt. Die Wicklung 11 umgibt den in einer Führung 12 gleitverschie blich gelagerten Anker konzentrisch.

Am Anker befestigt ist ein Kolben oder Ventildruckteil 13, welches eine zentrale Durchtritts bohrung 13a, einen mittleren, sich radial nach außen erweiternden Ringflansch 13b, ein oberes Halte teil 13c, mit welchem er an nach unten gerichteten Verlängerungen 14 des

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Ankers befestigt, beispielsweise eingebördelt ist, und einen sich nach unten in Richtung auf das Ventilglied {!erstreckenden zylinderförmigen Vorsprung 13d aufweist. Dieser Vorsprung 13d bildet mit seiner Innenbohrung in Verbindung mit dem Ventilglied einen ersten Ventilsitz.

Ein zweiter Ventilsitz ist gebildet von dem Ventilglied 61 in· Verbindung mit einem inneren, nach unten gerichteten Ringvorsprung 15 am Bohrungsgrund der Bohrung 5, der jedoch zum Außendurchmesser des zylindrischen Vorsprungs 13d des Druckteils 13 im Abstand gehalten ist. Ferner weist der Radialflansch 13b des Druckteils 13 nach unten gerichtete, zwischen sich Freiräume bildende Vorsprünge 16 auf, wodurch sich ein erster Anschlag für die nach unten in der Zeichenebene gerichtete Bewegung des Ankers und die mit diesem verbundenen oder von diesem angetriebene Ventil-Elemente ergibt. Ein zweiter Anschlag ergibt sich dann, wenn der Federlagerring 20 an der ortsfesten Ankerführung 12 anliegt.

Der Aufbau des in Fig. 3 gezeigten Proportional-Magnetventils vervollständigt sich durch eine Vorspannungsfeder 19, die an einem in geeigneter Weise in einer Abschulterung am Anker unten befestigten Federlagerring 20 anliegt und sich andererseits bei 21 ortsfest am Gehäuse abstützt. Da es sich bei der Vorspannungsfeder 19 um eine Druckfeder handelt, befindet sich bei stromlosem Magnetteil der Anker und damit die von ihm angetriebenen Ventilteile in der in Fig. 3 dargestellten, unteren

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Position. Zwischen dem Befestigungsringbereich des Druckteils am Ankervorsprung 14 einerseits und andererseits in einer ringförmigen Gehäuseausnehmung bei 22 eingespannt oder sonstwie druckdicht befestigt ist noch eine Membran 23 vorgesehen, wodurch sich eine Unterteilung der Ausnehmungen und Bohrungen im Gehäuse 4 in zwei Druckräume ergibt, nämlich einen ersten oberen Druckraum 25, der mit dem ein Rückschlagventil 26 aufweisenden Entlüftungsanschluß 3c in Verbindung steht, und einen unteren Druckraum 27, der über einen Gehäusekanal 28 mit dem Gehäuseauslaßanschluß 3b für den Ausgangsdruck ρ in Verbindung steht.

Es ergibt sich dann folgende Funktion des in Fig. 3 gezeigten Proportional-Magnetventils 3. Die Druckfeder 19 wirkt auf den Magnetanker 9 und dieser treibt wiederum das Ventildruckteil 13 an, das auch als Kolben bezeichnet werden kann.

In der gezeichneten Position der beteiligten Ventilelemente (stromlos) ist der Druckeinlaß 3a am vom Kolben 13 von seinem Sitz 15 abgehobenen Ventilglied 61 vorbei über den Druckraum 27 mit dem Druckauslaß 3b verbunden; aufgrund der unter Federwirkung stehenden Anlage des Ventilglieds 6 an den Kolben und dem dadurch bewirkten Verschluß der Kolbenzentralbohrung ist der obere Druckraum 25 gegenüber Einlaß 3a und Auslaß 3b abgeschlossen.

Ergibt sich eine so starke Ansteuerung des Magnetteils, daß der Anker 9 an seinen anderen, oberen'Anschlag gerät - wenn man

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zunächst für das Verständnis der Funktion die beiden Extrempositionen bei diesem Proportional-Magnetveritil betrachtet - , dann legt sich das Ventilglied 61an seinen Sitz 15 und verschließt den Einlaßanschluß 3a, wohingegen bei weiterem Zurückweichen des Kolbens 13 dessen Zentralbohrung die beiden, durch die Membran 23 abgetrennten Druckräume 27 und 25 verbindet; damit ist der Druckauslaß 3b zur Atmosphäre über das Rückschlagventil 26 entlüftet.

Die weitere Funktion, insbesondere die jeweils erreichten Druckgleichgewichte, werden nunmehr anhand der Diagrammdarstellung der Fig. 2 betrachtet, die in vier Quadranten jeweils die gegenseitigen Funktionsabhängigkeiten der bei dem gesamten Steuerungsprozeß beteiligten variablen Größen und Signale· darstellen.

Bei dem Magnetventil 3 handelt es sich um ein Kraftproportionales Magnetventil, wobei die Kolben-Betätigungskraft F sich aus der Federkraft F₁-, und der Magnetkraft F₁., zusammensetzt. Es ergibt sich daher die folgende Funktion:

F = f (F_F, F_M) (I)

Es sei angenommen, daß die Federkraft F über den maximal

zurücklegbaren Ankerweg im wesentlichen konstant und fähig ist, das Ventil bis zu den üblichen maximalen Bremsdrücken offenzuhalten. Der Federkraft direkt entgegenwirkend arbeitet die auf den Anker jeweils einwirkende zu dem der Wicklung zugeführten Strom im

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wesentlichen proportionale Magnetkraft, so daß sich für die a.uf

im wesentlichen

den Kolben wirkende Gesamtbetätigungskraft F die durch den/ geradlinigen Kurvenverlauf I im dritten Quadranten des Diagramms angegebene Abhängigkeit vom Magnetstrom I ergibt. Je kleiner der die Wicklung durchfließende Strom, umso größer ist die sich auf den Kolben auswirkende Kraft, die dann zunehmend von der Federkraft gestellt wird.

Durch die Abdichtung des Kolbens 13 mit der Membran 23 ergibt sich die Wirkung, daß die Kolbenbetätigungskraft und der durch das Ventil ausgesteuerte Druck am Kolben ausgewogen werden,' d. h. sich im Gleichgewicht befinden, denn der Ausgangsdruck p„ ist gleichzeitig auch der Druck, der auf die Membranringfläche einwirkt und zur jeweiligen Gleichgewichtsposition mit der Kolbenbetätigungskraft führt. In der Gleichgewichtsposition ist der Kolben 13 mit dem Ventilglied 61 soweit zurückgewichen, daß das Ventilglied Slam Ventilsitz (Ringvorsprung 15) anliegt und von 3a keine Verbindung nach 27 und von dort keine nach 25 besteht.

Der Kennliniencharakteristik der Fig. 2 (siehe zweiten Quadranten, Kennlinie η verlauf II) läßt sich entnehmen, daß bei Eingangs druck p=0 der Magnet stromlos ist (I = 0). Sobald dann eine gewisse Druckhöhe erreicht wird, wird der Magnet zugeschaltet, wobei der Magnetstrom wiederum von der Last und dem Druck ρ abhängig ist, was daraus hervorgeht, daß sich der Kurvenverlauf II ab dem Druck ρ in eine Kurvenschar Ila, Hb, lic auffächert, wodurch die Lastabhängigkeit zum Ausdruck kommt. Zu jedem Wertepaar ergibt sich ein entsprechender Ausgangsdruck p₀. Ferner können auch dynamische Achslaständerungen berück-

/11 ^DAr> ^¹« im al

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sichtigt werden, wenn die Elektronik im Regelalgorithmus der elektronischen Steuer- oder Verknüpfungsschaltung 4 entsprechend ausgelegt ist; ein solcher dynamischer Teilachslastverlauf ist in den Kurvenverläufen des ersten und zweiten Quadranten der Fig. 2 strichpunktiert dargestellt.

Verfolgt man einen sich aus den jeweiligen Abhängigkeiten ergebenden Steuerzyklus, dann kann im ersten Quadranten bei (1) von einem gegebenen Eingangsdruck ρ ausgegangen werden, der sich beispielsweise durch die ge willkürte Bremswertgeberbetätigung einstellt. Dieser Eingangsdruck führt zu einem vorgegebenen Ausgangsstrom I entsprechend (2) im zweiten Quadranten bei teilbeladenem Fahrzeug und dieser Strom führt am Punkt (3) der Kennlinie I zu einem gegebenen, am Kolben angreifenden Gesamtkraftniveau, welches entsprechend dem Kennlinienverlauf im vierten Quadranten, in welchem der Ausgangsdruck ρ als

Ci

Funktion der Kolbenbetätigungskraft F sowie der Membrandruckfläche A dargestellt ist, zu einem Ausgangsdruck p₉ ent-

Ci

sprechend (5) führt. Der Kreis schlje ßt sich dann bei (6) auf der den Teilbeladungszustand angebenden Kennlinie der Abhängigkeit

ρ von ρ im ersten Quadranten.
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Ab
Leerseite

Claims

R. 18165 He 1652/ot/mü 13.09.1982 ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1 Patentansprüche

1. ^Einrichtung zur Bremskraftregelung, mit wenigstens einem Sensor, z. B. zur Lasterfassung,und einer dessen Ausgangssignal verarbeitenden Steuerschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus gangs signal (I) der Steuerschaltung nach Verknüpfung mit einem Bremswertgeber-Ausgangssignal einem Proportional-Magnetventil (3) zur Einsteuerung eines mindestens mittelbar dem oder den Bremszylinder(n) beaufschlagenden Ausgangsdrucks (p ) zugeführt ist, wobei zur ständigen Einsatzbereitschaft das Magnetventil (3) im stromlosen Zustand offen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der die Belastungs- und Drucksignale verknüpfenden elektrischen oder elektronischen Steuerschaltung (4) ein direkter Druckmittelweg vom Bremswertgeber zum Proportional Magnetventil (3) vorgesehen ist, derart, daß der vom Brems-

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wertgeber (2) variable Eingangsdruck (ρ ) des Druckmittels dem Ausgangsdruck (p ) entspricht mit praktisch unmittelbar nachfolgender oder gleichzeitiger Aussteuerung in Abhängigkeit zu dem verknüpften Belastungs-Druck-p -Signal am Proportional Magnetventil (3).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportional-Magnetventil durch mechanische Mittel, vorzugsweise Vorspannung einer Feder (19), offengehalten ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an das vom Bremswertgeber gegelieferte pneumatische Eingangsdrucksignal (p ) ein Druck/ Spannungswandler (4) angeschlossen ist, dessen Ausgangssignal zusammen mit einem elektrischen, z. B. der Belastung proportionalen Signal eines Lastgebers (5) der elektronischen Steuerschaltung (4) zur Erzeugung des Steuerstroms (I) für den Magnetteil des Proportional-Magnetventils (3) zugeführt sind.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportional-Magnetventil (3) ein Elektromagnetventil ist mit wahlweiser Verbindung des Druckeinlasses (3a) mit dem Druckauslaß (3b) oder des Druckauslasses mit einem Entlüftungsanschluß (3c), jeweils in den Endanschlagpositionen, und einer Mittelstellung ohne Verbindung des Druckeinlasses (3a) mit dem Druckauslaß (3b) und des Druckauslasses (3b) mit dem Entlüftungsanschluß (3c).

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BAD ORiGIHAU

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6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5., dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetanker (9) des Proportional-Magnetventils (3) . in Gegenrichtung zur einwirkenden Magnetkraft (F ) unter Federvorsoannung (F ) steht zur Offenhaltung des Verbindungsdurchlasses zwischen dem Druckeinlaß (3a) und dem Druckauslaß (3b) und daß eine an einem vom Anker (9) angetriebenen Kolben (13) abdichtend befestigte Membran (23) unter der Druckwirkung des vom Ventil (6/15) ausgesteuerten Ausgangsdruck (p ) steht, derart, daß die am Kolben (13) angreifende Kolbenbetätigungskraft, die sich aus Feder- und Magnetkraft zusammensetzt, jeweils einen Gleichgewichtszustand einnimmt mit der im wesentlichen auf die Membran einwirkerden Druckkraft des Ausgangsdrucks (p₉).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das den Verbindungsdurchlaß zwischen dem Druckeinlaß (3a) und dem Druckauslaß (3b) bildende Ventil aus einem unter Federvorspannung stehenden unter der Druckwirkung des Kolbens stehende Ventilglied (6) und einem stationären Ringsitz (15) gebildet ist derart, daß mit zunehmender vom Einlaßdruck (p ) und der Belastung abhängigen Magnetkraft der Strömungsquerschnitt reduziert wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Endanschlag bei vollem einwirkenden Magnetstrom eine zentrale Bohrung (13a) im Kolben (13) einen Druckmitteldurchlaß zum Entlüftungsanschluß (3c) öffnet.

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