DE3330482C2 - - Google Patents

Description

Es sind bereits zahlreiche Varianten von Kraftfahrzeug- Bremsanlagen mit Blockierschutzregelung bekannt und auf dem Markt eingeführt. Es werden große Anstrengungen unternommen, den Herstellungsaufwand zu verringern.

In der deutschen Patentschrift DE 19 14 765 C2 ist eine blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage be­ schrieben, bei der während eines geregelten Bremsvorgangs der Bremsdruck mit Hilfe von elektromagnetisch steuerbaren Einlaß- und Auslaßventilen in Abhängigkeit von dem Drehver­ halten der einzelnen Räder geregelt wird. Hierzu sind die Fahrzeugräder mit Raddrehzahlsensoren ausgerüstet, deren Ausgangssignale das Raddrehverhalten wiedergeben. Solche Raddrehzahlsensoren sind aufwendige Bauteile, die zudem sorgfältig und genau an den einzelnen Rädern justiert werden müssen. Der Herstellung- und Wartungsaufwand ist hoch.

Die Forderungen nach einem Ersatz der aufwendigen Raddreh­ zahlsensoren durch einfachere und billigere Meßwandler führ­ te zu dem in der deutschen Offenlegungsschrift DE 22 33 493 A1 beschriebenen Antiblockiersystem. Nach dieser Offenle­ gungsschrift sollen anstelle solcher Raddrehzahlsensoren Bremskraftsensoren verwendet werden. Hierzu werden im Be­ reich der Radaufhängung Dehnungsmeßstreifen angeordnet, mit denen die auf die einzelnen Räder einwirkenden Bremskräfte gemessen werden können. Dieser Vorschlag hat den Nachteil, daß wiederum an jedem einzelnen Rad eine derartige Meßanord­ nung installiert werden muß. Eine entsprechende Anzahl von elektronischen Auswertekanälen ist natürlich ebenfalls er­ forderlich. Der Aufwand für die radindividuelle Messung der Bremskraft und für die Auswertung dieser Daten ist immer noch verhältnismäßig hoch.

Aus der Offenlegungsschrift DE 19 01 467 A1 ist eine blockiergeschützte Kraftfahrzeugbremsanlage mit einem Haupt­ zylinder bekannt, der über Druckmittelzuleitungen mit den Radbremsen verbunden ist. Diese Bremsanlage ist weiterhin mit elektrisch betätigbaren Ein- und Auslaßventilen, mit ei­ nem Hilfsenergieversorgungssystem und mit Meßwertaufnehmern zur Ermittlung des Bremsdrucks, der Achslast und der Trans­ lationsverzögerung des Fahrzeugs sowie mit elektronischen Schaltungen zur Aufbereitung, logischen Verknüpfung und Ver­ arbeitung der Meßsignale sowie zur Erzeugung von Ventil- Steuersignalen ausgerüstet. Nach dieser bekannten Bremsanla­ ge wird in Abhängigkeit von dem Bremsdruck, der Achslast und der Translationsverzögerung ein Summensignal gebildet, das zur Steuerung eines ersten Ventils dient. Zur Blockier­ schutzregelung ist grundsätzlich noch ein zweites Ventil er­ forderlich, das von einem Signal gesteuert wird, das die Radgeschwindigkeit oder Radverzögerung wiedergibt. Eine sol­ che Bremsanlage benötigt also zahlreiche Sensoren, ein­ schließlich Raddrehzahlsensoren, und entsprechende Auswerte­ schaltungen und ist daher sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine erhebli­ che Vereinfachung und Verbilligung einer derartigen Bremsan­ lage zu erreichen.

Es hat sich herausgestellt, daß dies gelingt, wenn die vor­ genannte Bremsanlage in der im Anspruch 1 beschriebenen Wei­ se ausgestaltet wird.

Die Erfindung beruht also auf der Überlegung, daß zur Blockierschutzregelung auf Radsensoren bzw. auf die mit Hil­ fe solcher Sensoren gewonnenen Informationen über das Dreh­ verhalten der einzelnen Räder verzichtet werden kann, wenn beim Erkennen einer eine Überbremsung bzw. einen zu hohen Bremsdruck anzeigenden Anomalie zwischen der Translations­ verzögerung des Fahrzeugs und dem Bremsdruck unter Berück­ sichtigung der Achslasten der Bremsdruck in allen oder in einzelnen Radbremszylindern durch Ansteuerung der Ein­ laß- und Auslaßventile perio­ disch gesenkt und/oder konstant gehalten und wieder er­ höht wird.

Vorteilhafte Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Bremsanlage sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß stets zwischen dem Bremsdruck und der Translationsverzö­ gerung des Fahrzeugs ein enger Zusammenhang besteht. Ein drohendes Instabilwerden des Fahrzeugs ist daher durch das Auftreten einer - einen Schwellwert überschreitenden - Abweichung bzw. Anomalie zwischen der Translationsver­ zögerung des Fahrzeugs und dem Bremsdruck erkennbar, wo­ bei der Schwellwert, bei dessen Überschreiten die Brems­ schlupfregelung einsetzt, als Relativwert zwischen Bremsdruck und Verzögerung oder als Differenzwert zwi­ schen dem Istdruck und dem Solldruck bei der gemessenen Translationsverzögerung vorgegeben werden kann. Eine Messung des Raddrehverhaltens ist daher nicht er­ forderlich. Durch periodisches Absenken und Wiedererhö­ hen, erforderlichenfalls unter Einfügung von Druckhalte­ phasen, wird nun der Überbremsung entgegengewirkt. Das Maß der "Anomalie" bzw. der Abweichung der Istwerte von den errechneten Sollwerten, bestimmt dabei das Maß der periodischen Druckabsenkung und die Relation der Druck­ absenkphasen zu den Druckhalte- und Druckaufbauphasen.

Werden erfindungsgemäß lediglich der Bremsdruck im Hauptzylinder, die Achslasten und die Translationsverzö­ gerung gemessen, hat dies den Vorteil, daß hierzu - im Gegensatz zu Raddrehzahlfühlern - nur einfache, an leicht zugänglichen Stellen im Fahrzeug montierbare Sen­ soren benötigt werden. Auch nachträglich kann ein Fahr­ zeug ohne Schwierigkeiten mit solchen Sensoren ausgerü­ stet werden. Die Signalverarbeitung, logische Verknüp­ fung und die Erzeugung der Steuersignalen läßt sich in integrierten elektronischen Schaltungen oder mit einem Microcontroller realisieren. Mit den elektrischen Aus­ gangssignalen werden bei der nachstehend geschilderten, besonders einfachen Ausführungsart der Erfindung elek­ tromagnetisch betätigbare Schaltventile, z. B. 2/2-Wege­ ventile direkt angesteuert, wobei bei einer diagonalen Bremskreisaufteilung je ein Einlaß- und ein Auslaß-2/2- Wegeventil für jede Diagonale genügt.

Durch zusätzliche Sensoren, die z. B. mit Hilfe eines Dehnungsmeßstreifens das Bremsmoment und die Bremskraft ermitteln, kann die Regelgenauigkeit noch verbessert werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildung hervor, die in schematisch vereinfachter Blockdarstel­ lung das Grundprinzip einer Bremsanlage nach der Erfindung zeigt.

Bei dem dargestellten, äußerst einfachen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist mit 1 ein üblicher Tandem-Haupt­ zylinder bezeichnet, dem die mit dem Pfeil F angedeutete Pedalkraft hilfskraftunterstützt durch einen Vakuumver­ stärker 2 zugeführt wird. Ein im wesentlichen aus einem Druckspeicher 3, einer Hydraulikpumpe 4 und einem Aus­ gleichsbehälter 5 bestehendes Fremdenergieversorgungs­ system ist ebenfalls symbolisch dargestellt. Anstelle des Vakuumverstärkers 2 könnte auch in bekannter Weise die Hilfsquelle 3, 4, 5 zur Verstärkung der Fußkraft herangezogen werden.

An den Hauptzylinder 1 sind zwei hydraulische Bremskrei­ se 6, 7 angeschlossen, die hier jeweils zu einer Fahr­ zeugdiagonalen 8, 9 des symbolisch mit den Vorderrädern VR und den Hinterrädern HR angedeuteten Fahrzeugs füh­ ren.

Die zur erfindungsgemäßen Regelung der Bremswirkung er­ forderlichen Teile beschränken sich auf zwei 2/2-Wege­ ventile pro Bremskreis 6, 7. Es handelt sich hierbei um elektromagnetisch betätigbare, schnellschaltende Venti­ le, von denen die beiden die Ausgänge des Hauptzylinders mit den Diagonalen 8, 9 verbindenden Ventile 10, 12 im nicht erregten Zustand auf Durchfluß geschaltet sind. Die beiden Ventile 11, 13, die die Radbremszylinder der Diagonalen 8, 9 mit den Ausgleichsbehältern 5′, 5′′ ver­ binden, sind dagegen im stromlosen Zustand gesperrt.

Das Bremsverhalten der Fahrzeuge wird in der einfachsten Ausführungsart der Erfindung allein mit Hilfe der Senso­ ren 14 bis 16 ermittelt. Mit dem Sensor 14 wird der Bremsdruck hauptzylinderseitig in einem der beiden hy­ draulischen Bremskreise, hier im Bremskreis 6, gemessen. Mit dem Sensor 15, der vorzugsweise neigungskompensiert ist, wird die Translationsverzögerung, mit dem Sensor 16 die Achslast an einer oder an beiden Achsen festge­ stellt. Über die Signalleitungen 19 bis 21 werden den sensierten Werten entsprechende elektrische Signale in den die elektronischen Schaltungen enthaltenden Block 22 eingespeist, in dem die Aufbereitung, logische Verknüp­ fung und Verarbeitung der Signale erfolgt. Zweckmäßiger­ weise werden für diesen Zweck integrierte Schaltkreise oder ein Microcontroller 22 verwendet.

Mit den Ausgangssignalen des Schaltblockes 22 werden über die elektrischen Anschlußleitungen 23 bis 25 die elektromagnetisch betätigbaren Schaltventile 10 bis 13 geschaltet.

Bei besonderen Anforderungen an die Regelgenauigkeit können zusätzlich Sensoren 17 und 18 eingebaut werden, mit denen das Bremsmoment und die Bremskraft ermittelt und entsprechende Signale in den Schaltungsblock 22 ein­ gegeben und dort mit den Sensorsignalen auf den Leitun­ gen 19 bis 21 logisch verknüpft werden.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der abgebildeten Bremsanlage beschrieben.

Solange die Elektronik in dem Schaltungsblock 22 beim Vergleich und logischer Verknüpfung der mit den Sensoren 14 bis 16 ermittelten Meßwerte - ggf. unter zusätzlicher Berücksichtigung der Ausgangssignale die Sensoren 17 und 18 - keine Anomalie feststellt, also bei allen Bremsvor­ gängen ohne blockierende bzw. zum Blockieren tendierende Räder bleiben die Elektromagnet-Ventile 10 bis 13 in der dargestellten Schaltposition, die ihrer Grundstel­ lung ohne elektromagnetische Erregung entspricht. Beide Hydraulikkreise 6, 7 des Tandem-Hauptzylinders 1 sind da­ her unmittelbar über die Ventile 10, 12 mit den beiden Fahrzeugdiagonalen 8, 9 verbunden; der Rückfluß über die Ventile 11, 13 zum Ausgleichsbehälter 5, 5′, 5′′ - dies sind miteinander verbundene Kammern eines gemeinsamen Aus­ gleichsbehälters - bleibt unterbrochen. Die Brems­ schlupfregelung tritt also noch nicht in Funktion. Auch das Fremdenergieversorgungssystem 3-5 wird in diesem Ausführungsbeispiel noch nicht benötigt, weil der Tan­ dem-Hauptzylinder 1 hier über einen Vakuum-Verstärker 2 angesteuert wird.

Wird nun jedoch infolge eines Überbremsens eine Brems­ anomalie sensiert, die einen vorgegebenen Toleranzwert überschreitet und daher auf ein Instabilwerden des Fahr­ zeugs bzw. eines oder mehrerer Räder schließen läßt, tritt die erfindungsgemäße Bremsschlupfregelung in Funk­ tion. Durch Umschalten und Zurückschalten der Ventile 10 bis 12 wird nämlich ein periodisches Absenken und erneu­ ter Druckaufbau in Gang gesetzt, wobei durch entspre­ chende Steuerung, d. h. durch Umschalten der Einlaßventi­ le 10, 12 und Nichterregen bzw. Sperren der Auslaßventile 11, 13 Druck-Konstanthaltephasen eingefügt werden können. Die Druckabbauphasen werden durch Sperren der Einlaßven­ tile 10, 12 und gleichzeitiges Öffnen der Auslaßventile 11, 13 eingeschaltet. Der Druckaufbau erfolgt dann durch Umschalten der Ventile in die abgebildete Ausgangslage, in der der Auslaß gesperrt und die Verbindung vom Haupt­ zylinder zum Radbremszylinder bzw. zur Diagonalen frei­ gegeben ist.

Da beim Druckabsenken Hydraulikmedium in den Ausgleichs­ behälter abgelassen wird, ist eine Rückförderung oder Rückführung von Hydraulikmedium nach einem bekannten Verfahren in die Arbeitskammern im Hauptzylinder 1 oder direkt in die Bremskreise 6, 7 erforderlich, wozu das Hilfsenergieversorgungssystem mit dem Druckspeicher 3 und der Pumpe 4 vorgesehen ist. Durch Zurückstellen, Ar­ retieren der (nicht gezeigten) Hauptzylinderkolben oder auf eine andere bekannte Art und Weise wird dabei ver­ hindert, daß während der Bremsschlupfregelung infolge des periodischen Druckabbaues eine Erschöpfung des Hy­ draulikvolumens im Hauptzylinder 1 eintreten kann.

Das Maß der erforderlichen Druckabsenkung zur Wiederher­ stellung oder Beibehaltung der Fahrstabilität des Fahr­ zeugs wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem Schaltventile 10 bis 12 als Brems­ druckmodulatoren verwendet werden, durch Steuerung der periodischen Umschaltzeiten dieser Ventile erreicht. Da­ bei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Impulsfol­ gefrequenz, mit der zum Abbau des Bremsdruckes die Aus­ laßventile 11, 13 auf Durchlaß geschaltet werden, wobei gleichzeitig die Einlaßventile 10, 12 ebenfalls umge­ schaltet bzw. der Durchfluß unterbrochen ist, konstant zu halten und das Verhältnis der Impulsbreite zur Im­ pulspause in Abhängigkeit von der erforderlichen Druck­ absenkung zu variieren. Je nach erforderlichem Druckver­ lauf und nach Auslegung der Elektronik im Block 22 kön­ nen dabei innerhalb der Impulspausen, in der die Auslaß­ ventile 11, 13 auf Sperrung geschaltet sind, die Einlaß­ ventile 10, 12 für eine vorgegebene Zeit auf Durchfluß oder auf Sperrung geschaltet werden, wobei im letzteren Fall, weil sowohl die Auslaß- als auch die Einlaßventile "zu" sind, der Druck in den Radbremszylindern konstant bleibt.

Der periodische Abbau und der Wiederaufbau sowie die Druckkonstanthaltephasen können allerdings auch durch Variation der Impulsfolgezeiten und Konstanthalten der Impulsdauer den von der elektronischen Verknüpfungs­ schaltung im Schaltungsblock 22 in Abhängigkeit von den Meßwerten ermittelten Erfordernissen angepaßt werden.

Die zulässigen Druckschwankungen, der Druckabbauzyklus usw. hängen u. a. auch von der Auslegung des Speichers 3 und der Pumpe 4 ab, weil diese Aggregate in der zur Ver­ fügung stehenden Zeit die durch den Druckausgleich über die Auslaßventile 11, 13 freiwerdende Energie aufbringen müssen.

Anstelle der Schaltventile 10 bis 13 können auch Plunger verwendet werden, mit denen sich der Druck in den Rad­ bremszylindern durch Unterbrechung der Verbindung zum Hauptzylinder und Erweiterung des Volumens, in dem sich das Hydraulikmedium befindet, abbauen läßt. Derartige Plungersysteme sind in verschiedener Form bekannt.

Der periodische Druckabbau und Wiederaufbau in den bei­ den Diagonalen 8, 9 des zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispiels der Erfindung kann synchron oder phasenver­ schoben erfolgen. Bei einer Phasenverschiebung um 180° ist sichergestellt, daß während der Bremsschlupfregelung zumindest in einer Diagonalen ein Bremsdruckminimum herrscht und die Räder daher maximale Seitenführungs­ kräfte aufbringen können. Dies ist insbesondere bei Ab­ bremsungen mit extrem geringem Haftwert von Vorteil, weil in solchen Situationen das zeitweise Blockieren einiger Räder im Hinblick auf einen kurzen Bremsweg gün­ stig sein kann.

Durch eine ausreichend schnelle Aufeinanderfolge der Druckabbau- und Druckaufbauphasen mit z. B. 5 bis 10 Hz werden die Einflüsse auf die Kursstabilität gering ge­ halten; erforderlichenfalls können Auswirkungen der pul­ sierenden Bremsdruckschwankungen auf die Lenkung durch einen negativen Lenkrollradius ausgeglichen werden.

Claims (10)

1. Blockiergeschützte Kraftfahrzeug-Bremsanlage, mit einem Hauptzylinder (1), der über Druckmittelzuleitungen (6, 7) mit den Radbremsen verbunden ist, mit elektrisch betä­ tigbaren Ein- und Auslaßventilen (10, 12; 11, 13), mit ei­ nem Hilfsenergieversorgungssystem (3, 4, 5) und nur mit Meßwertaufnehmern (14-16) zur Ermittlung des Brems­ drucks, der Achslast und der Translationsverzögerung des Fahrzeugs sowie mit elektronischen Schaltungen (22) zur Aufbereitung, logischen Verknüpfung und Verarbeitung der Meßsignale und zur Erzeugung von Ventil-Steuersignalen, wobei beim Erkennen einer eine Überbremsung bzw. einen zu hohen Bremsdruck anzeigenden Anomalie zwischen der Translationsverzögerung des Fahrzeugs und dem Bremsdruck unter Berücksichtigung der Achslasten der Bremsdruck in allen oder in einzelnen Radbremszylindern durch Ansteue­ rung der Einlaß- und Auslaßventile (10, 12; 11, 13) perio­ disch gesenkt und/oder konstant gehalten und wieder er­ höht wird.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ansteuerung der Einlaß- und Auslaßventile (10, 12; 11, 13) einsetzt, wenn die Anomalie einen vorgegebenen Maximalwert bzw. Schwellwert über­ schreitet.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei konstanter Folgefre­ quenz der Druckabbau- und/oder der Druckaufbausignale die Dauer der Druckaufbau-, Druckabbau- und/oder Druck­ haltesignale in Abhängigkeit von den das Bremsverhalten des Fahrzeugs wiedergebenden Meßwerten variierbar ist.

4. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei konstanter Folgefre­ quenz der Druckabbau- und/oder der Druckaufbausignale die Amplituden der periodischen Druckschwankungen und/oder die Gradienten des Druckabbaues und Druckan­ stiegs variierbar sind.

5. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei konstanter Frequenz der periodischen Druckschwankung die Dauer der Druckab­ bausignale im Verhältnis zur Dauer der Druckaufbausigna­ le variierbar ist.

6. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Tan­ dem-Hauptbremszylinder (1) und zwei Bremskreise (6, 7) aufweist und daß in jedem Bremskreis als Einlaß- und Auslaßventil (10, 12; 11, 13) je ein schnell schaltendes 2/2-Wegeventil vorhanden sind.

7. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile (10, 11 bzw. 12, 13) eines Bremskreises (6 bzw. 7) um 180° pha­ senverschoben zu den Ventilen (12, 13 bzw. 10, 11) in dem anderen Bremskreis (7 bzw. 6) ansteuerbar sind.

8. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Brems­ drucksensors (14) oder zusätzlich ein Bremsmoment­ und/oder Bremskraft-Sensors (17, 18) vorhanden ist.

9. Bremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Bremsmoment- und der Bremskraft- Sensor einen Dehnungsmeßstreifen als Meßelement aufwei­ sen.

10. Bremsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Translationsverzögerung neigungskompensierte Sensoren (15) vorgesehen sind.