DE3801505A1 - Blockiergeschuetzte bremsanlage mit sequentieller bremsdruckmodulation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine blockiergeschützte Bremsanlage mit sequentieller Bremsdruckmodulation, mit einem Hauptbremszylinder und einer vorgeschalteten Rück­ stelleinrichtung, die durch eine Hilfskraft steuerbar ist, mit in der Ruhelage offenem, auf Sperren umschaltbare Ven­ tilanordnungen in den einzelnen von dem Hauptbremszylinder zu den Radbremsen der geregelten Räder oder Radgruppen führenden Druckmittelwegen, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und mit elektronischen Schaltkreisen zur Verarbeitung der Sensorsignale sowie zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen.

Es sind bereits Bremsanlagen dieser Art bekannt, bei denen zur Blockierschutzregelung der Bremsdruck in den Radbrem­ sen der einzelnen Räder oder Radgruppen nacheinander, d.h. im sogenannten Zeit-Multiplex-Betrieb variiert wird. In den DE-Offenlegungsschriften 33 17 629 und 34 28 869 sind hydraulische Bremsanlagen mit einem Einfach- oder Tan­ dem-Hauptbremszylinder beschrieben, dem ein Unter­ druck- oder ein hydraulischer Verstärker zur Pedalkraft­ verstärkung vorgeschaltet ist. In den Druckmittelwegen von dem Hauptbremszylinder zu den geregelten Rädern ist je­ weils ein 2/2-Wegeventil, das in der Ruhelage offen ist, eingefügt. Aus dem Pedalkraftverstäker kann, z.B. durch zeitweises Vertauschen des Unterdruckanschlusses mit dem Außenluftanschluß des Unterdruck-Servoaggregates, eine der Pedalkraft entgegengerichtete Hilfskraft ausgeübt werden. Der Druck in den Arbeitskammern des Hauptzylinders wird durch diese Hilfskraft abgebaut. über das auf Durchlaß ge­ schaltete 2/2-Wegeventil fließt dadurch Druckmittel aus der zugehörigen Radbremse zurück, während in den übrigen Radbremsen durch Umschalten des jeweiligen 2/2-Wegeventils auf Sperren der Bremsdruck konstant gehalten wird. An­ schließend wird der Druckmittelweg zu einer anderen Rad­ bremse freigegeben und die anderen Radventile gesperrt. Auf diese Weise wird nacheinander, nämlich im Zeit-Multi­ plex, der Bremsdruck in allen Radbremsen auf den gewünsch­ ten Wert eingestellt. Das Prinzip der seriellen Modulation schließt nicht aus, daß zeitweise der Bremsdruck in mehre­ ren Radbremsen parallel moduliert wird, wenn eine gleich­ phasige Druckänderung in diesen Radbremsen ansteht. Bei ausreichend schnellem Wechsel, d.h. schnellen Druck- und Hilfskraftänderungen, läßt sich mit sequentieller Modula­ tion zumindest theoretisch das gleiche Ergebnis wie mit einer parallelen Regelung des Bremsdruckes in allen Regel­ kanälen erreichen.

Die Geschwindigkeit, mit der während einer Blockierschutz­ regelung Bremsdruck abgebaut und aufgebaut werden kann, ist entscheidend für die Regelqualität, d.h. für die Fahr­ stabilität und den Bremsweg. Daher ist es von Nachteil, daß zwischen aufeinanderfolgenden Regelvorgängen, d.h. zwischen dem Sperren des Druckmittelwegs zu der Radbremse, in der gerade der Druck gesteuert wurde, und dem Anschal­ ten der nächsten Radbremse, eine Wartezeit eingelegt wer­ den muß, damit zunächst der Druck im Hauptzylinder, wenn eine Druckabbauphase folgt, unter den momentanen Druck im Radbremszylinder abgesenkt bzw., wenn Druckaufbau erfor­ derlich ist, über den Druck im Radbremszylinder erhöht werden kann. Ein weiterer Nachteil ist der hohe Bedarf an Hilfsenergie, die für die Pedalkraftverstärkung und zur Erzeugung der Gegenkraft bei bekannten Multiplexsystemen aufgebracht werden muß. Dies erhöht den Herstellungsauf­ wand. Da der Druck in der Praxis aus Kostengründen nicht gemessen werden kann, muß der Druck im Hauptzylinder, wenn Bremsdruck in der Radbremse abgebaut werden soll, grund­ sätzlich erst sehr weit reduziert werden, bevor das Rad­ ventil öffnen darf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu überwinden und eine Bremsanlage zu schaffen, die eine im Vergleich zu bekannten Bremsanlagen höhere Re­ gelgeschwindigkeit zuläßt und dadurch eine höhere Regel­ qualität besitzt und die mit geringerer Hilfsenergie aus­ kommt.

Es hat sich nun herausgestellt, daß diese Aufgabe durch eine Bremsanlage der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Besonderheit darin besteht, daß die Ventilan­ ordnungen jeweils aus der Parallelschaltung von zwei unab­ hängig voneinander steuerbaren, in der Ruhelage offenen Mehrwegeventilen mit jeweils einem in Reihe liegenden Rückschlagventil, von denen das eine zum Hauptbremszylin­ der, das andere zur Radbremse hin öffnet, bestehen.

Erfindungsgemäß werden also der Druckmittelzufluß in die Radbremsen, d.h. der Druckaufbau, und der Druckmittelrück­ fluß, also der Druckabbau, über unabhängig voneinander schaltbare Ventile geleitet. Die Strömungsrichtung wird durch sehr einfache Rückschlagventile, die keine Feder be­ nötigen, festgelegt. Im Vergleich zu den bekannten Brems­ anlagen ist außerdem je Regelkanal ein zusätzliches, steu­ erbares Ventil erforderlich. Diesem Mehraufwand steht eine entscheidend verbesserte Regelqualität und Erhöhung der Regelgeschwindigkeit gegenüber. Nach Beendigung eines Re­ gelvorganges kann nämlich sofort der Druckmittelweg zu der oder den nächsten Radbremsen freigegeben werden, wobei die Regelung je nach Richtung der gewünschten Druckänderung, d.h. Druckabbau oder Druckaufbau, sofort mit Hilfe der un­ abhängig voneinander steuerbaren parallelen Ventile den einen oder anderen Druckmittelweg zur Bremse bzw. von der Bremse zum Hauptzylinder freigeben kann. Ist z.B. ein Druckabbau erforderlich, wird das Rückschlagventil in dem entsprechenden Druckmittelweg den Druckmittelfluß von der Radbremse zu dem Hauptzylinder erst dann ermöglichen, so­ bald der Druck in der Arbeitskammer des Hauptzylinders un­ ter den Druck der Radbremse sinkt. Soll der Bremsdruck in einer Radbremse erhöht werden im Anschluß an einen Regel­ vorgang mit geringem Bremsdruck im Hauptzylinder, tritt in prinzipiell gleicher Weise das zweite Ventil in Funktion.

Durch die erfindungsgemäße Trennung in Druckaufbau- und Druckabbauwege und die Einfügung der Rückschlagventile wird es möglich, z.B. in einer Druckabbauphase alle Regel­ kanäle, in denen Druckabbaubedarf besteht, durch Öffnen der Druckabbauwege gleichzeitig an den Hauptbremszylinder anzuschalten. Die Rückschlagventile sorgen dafür, daß der Druckabbau in den einzelnen Kanälen einsetzt, sobald der Druck im Hauptzylinder unter das momentane Druckniveau in der Radbremse absinkt. Der Druckabbau in den einzelnen Ka­ nälen kann durch entsprechende Ansteuerung der Ventile un­ terschiedlich bemessen werden bzw. nach unterschiedlichen Zeitspannen beendet werden. In der Druckaufbauphase können in gleicher Weise mehrere Kanäle, in denen der Bremsdruck erhöht werden soll, zeitweise parallel geschaltet werden. Durch die erfindungsgemäße Ventilanordnung wird also im Vergleich zu bekannten Anlagen mit sequentieller Brems­ druckmodulation eine wesentlich höhere Regelgeschwindig­ keit und damit eine höhere Regelqualität erreicht.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung sind die Mehrwegeventile in Form von elektromagnetisch betätig­ baren 2/2-Wegeventilen, also sehr einfachen und mit gerin­ gem Aufwand herstellbaren Ventilen, ausgebildet. Aus Ko­ stengründen ist es oft sinnvoll, die Mehrwegeventile und die zugehörigen Rückschlagventile baulich in einem Ventil­ block zu vereinen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung weiterer Details anhand eines Ausführungsbeispieles und der beige­ fügten Abbildung der Erfindung hervor, die in schemati­ scher Darstellung die wichtigsten Teile einer Bremsanlage der erfindungsgemäßen Art wiedergibt.

Nach dieser Abbildung besteht die erfindungsgemäße Brems­ anlage aus einem Bremsdruckgeber 1, aus drei Ventilanord­ nungen 2, 3, 4, über die die Radbremsen 5 bis 8 des Fahrzeu­ ges mit dem Bremsdruckgeber verbunden sind, aus einer Rückstelleinrichtung 9, die baulich mit einem Bremskraft­ verstärker vereint ist, aus Radsensoren 10 bis 13 und aus einem elektronischen Regler 14.

Der Bremsdruckgeber 1 setzt sich wiederum im wesentlichen aus einem Tandem-Hauptbremszylinder 15 und aus einem vor­ geschalteten Servoaggregat 16, das sowohl einen Unter­ druck-Bremskraftverstärker als auch die Rückstelleinrich­ tung umfaßt, zusammen. Ein Mehrwegeventil, nämlich ein 4/2-Wegeventil 17, gehört ebenfalls zu der Rückstellein­ richtung 9.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bremsanlage ist eine individuelle Bremsdruckregelung an den Vorderrä­ dern VR und eine gemeinsame Bremsdruckregelung an den Hin­ terrädern HR vorgesehen. Daher ist jedem Vorderrad und den parallelgeschalteten Hinterrädern jeweils eine Ventilan­ ordnung 2 bzw. 3,4 zugeordnet. Es sind also drei Regelka­ näle vorhanden.

Innerhalb der einzelnen Ventilanordnungen 2, 3, 4, die in dem Verbindungsweg zwischen dem Hauptbremszylinder 15 und den Radbremsen 5 bis 8 eingefügt sind, wird der Druckmit­ telzufluß zu den Radbremsen und der Rückfluß in den Haupt­ bremszylinder 15 über parallele Druckmittelwege 18, 19; 20, 21; bzw. 22, 23 geleitet. Die Auftrennung wird durch die in jedem Kanal antiparallelgeschalteten Rückschlagventile 24, 25; 26, 27 bzw. 28, 29 herbeigeführt. Der Zufluß und der Rückfluß von Druckmitteln ist mit Hilfe von elektromagne­ tisch betätigbaren 2/2-Wegeventilen 30, 31; 32, 33; 34, 35 steuerbar. Es handelt sich bei allen Ventilen 30 bis 35 um sogenannte SO-Ventile (stromlos offene Ventile), also um in der Ruhelage offene, d.h. auf Durchlaß geschaltete Ven­ tile, die elektrisch auf Sperren umschaltbar sind.

Das Servoaggregat 16 arbeitet, solange sich das 4/2-Wege­ ventil 17 in der dargestellten Ruhelage befindet, wie ein bekannter Unterdruck-Bremskraftverstärker. In beiden Ar­ beitskammern 36, 37 wird zunächst Unterdruck aufgebaut. Bei Bremsbetätigung, d.h. Ausüben einer Bremskraft F auf das Pedal 38, wird in bekannter Weise über ein nur angedeute­ tes Außenluft-Steuerventil 39 der Druck in der Arbeitskam­ mer 36 erhöht und dadurch eine zu der Pedalkraft F propor­ tionale, durch die Hilfsenergie (Unterdruck) verstärkte Kraft auf die Kolben des Hauptbremszylinders 15 übertra­ gen. Durch Umsteuern des Mehrwegeventiles 17, d.h. durch Vertauschen des Außenluftanschluss mit dem Unterdruckan­ schluß ("Vakuum") wird eine der Pedalkraft F entgegenge­ richtete Kraft erzeugt.

Zur Blockierschutzregelung werden schließlich noch die Meßwertaufnehmer oder Radsensoren 10 bis 13 und der Regler 14 benötigt. Die Sensorsignale, die Informationen über das Raddrehverhalten enthalten, werden über die Sensoreingänge S 1 bis S 4 dem Regler 14 zugeführt und dort mit Hilfe elek­ tronischer Schaltkreise ausgewertet. Es werden Brems­ druck-Steuersignale erzeugt, die an den Ausgängen A 1 bis A 7 des Reglers 14 zur Verfügung stehen und mit de­ nen die Ventile 17 sowie 30 bis 35 steuerbar sind.

Die darstellte Bremsanlage arbeitet wie folgt:

Solange keine Blockiertendenz auftritt, bleiben alle Ven­ tile 30 bis 35 der Ventilanordnungen 2, 3, 4 in ihrer Ruhe­ lage, sind also auf Durchlaß geschaltet. Das Servoaggregat 16 verstärkt die auf das Pedal 38 ausgeübte Bremskraft F und überträgt diese verstärkte Kraft auf den Hauptbremszy­ linder 15. Bei Bremsbetätigung fließt Druckmittel über die Druckmittelleitungen 18, 20, 22 über die in Reihe geschalte­ ten Rückschlagventile 24, 26, 28 zu den Radbremsen 5 bis 8. Zurückfließen kann das Druckmittel über die Leitungen 19, 21, 23 über die Rückschlagventile 25, 27, 29 und die SO-Ventile 31, 33 und 35.

Bei einer Panikbremsung, einer zu starken Bremsbetätigung auf Glatteis usw. entsteht Blockiergefahr, so daß die Blockierschutzregelung einsetzen muß. Durch logische Ver­ knüpfung und Auswertung der Sensorsignale stellt der Reg­ ler 14 fest, an welchem Rad zuerst Bremdruck abgebaut wer­ den muß, beispielsweise in dem linken Vorderrad bzw. in der Radbremse 5. Es werden zunächst alle SO-Ventile oder zumindest die Ventile 33 und 35 in den Druckmittel-Rück­ flußleitungen 21 und 23 auf Sperren umgeschaltet. Durch Umschalten des 4/2-Wegeventiles 17 werden Außenluft- und Unterdruck-Anschluß für eine bestimmte Zeitspanne ver­ tauscht. Es entsteht eine der Pedalkraft F entgegengerich­ tete Kraft, die zu einem Druckabbau in den Arbeitskammern 44 und 45 des Tandem-Hauptbremszylinder 15 führt. Über das weiterhin offene oder auf Durchlaß zurückgeschaltete SO-Ventil 31 wird Druckmittel aus der Radbremse 5 zum Hauptbremszylinder 15 hin abgeleitet.

In dieser Phase spielt es keine Rolle, welche Schaltposi­ tion die anderen SO-Ventile 18, 20, 22 einnehmen.

Tritt die Blockiertendenz gleichzeitig an mehreren Rädern auf oder ist es angebracht, die Bremskraft an mehreren Rä­ dern zu reduzieren, werden gleichzeitig mit dem Öffnen des SO-Ventils 31 auch die entsprechenden Druckabbauwege über die Ventile 33 und/oder 35 geöffnet. In dieser Phase sind also mehrere Radbremsen parallel geschaltet. Druckabbau setzt jeweils nur ein, sobald der Druck im Hauptbremszy­ linder unter den momentanen Druck in der Radbremse ab­ sinkt.

Nach dem Druckabbau in der Radbremse 5 und ggf. in anderen Radbremsen folgt eine Bremsdruckkonstanthaltephase oder z.B. eine Fortsetzung des Bremsdruckaufbaus in einem oder in mehreren Regelkreisen. Soweit es die von der Regelung ermittelte Bremsdruckkorrektur zuläßt, werden sowohl in den Druckabbau- als auch in den Druckaufbauphasen jeweils mehrere Regelkanäle gleichzeitig an den Hauptbremszylinder angeschlossen, um möglichst schnell das gewünschte Brems­ druckniveau einzustellen.

War beispielsweise der Bremsdruck nur an dem geregelten Vorderrad zu hoch und kann der Bremsdruckanstieg an den anderen Rädern fortgesetzt werden, wird nun das SO-Ventil 30 im Druckmittelzuflußweg zu der Radbremse 5 gesperrt und durch Zurückschalten des Ventiles 17 der Druck im Haupt­ bremszylinder wieder erhöht. Das oder die SO-Ventile 32 und/oder 34 im Druckmittelzuflußweg der Radbremsen 6 bis 8 werden dabei ohne Verzögerung in den Durchflußzustand zu­ rückgeschaltet, sofern sie überhaupt geschlossen waren. Wegen der Rückschlagventile 26 und 28 ist ein Druckabbau über diese Wege auch dann nicht möglich, wenn der Druck im Hauptbremszylinder 15 zunächst noch nicht wieder das höhe­ re Niveau in den Radbremsen 6 bis 8 erreicht hat.

Nacheinander, nämlich im Zeit-Multiplex, oder gleichzei­ tig, soweit eine gleichphasige Druckänderung möglich ist, wird der Druck in allen Regelkanälen auf das gewünschte Niveau angehoben oder gesenkt.

Durch die Trennung des Druckmittelzuflußes und -rückflußes mit Hilfe der Rückschlagventile 24 bis 29 und durch die unabhängig voneinander steuerbaren SO-Ventile 30 bis 35 kann also nach einer Druckkorrektur in einem Kanal sofort der Druckmittelzuflußweg oder -rückflußweg des oder der nächsten Kanäle freigegeben werden, unabhängig von der Druckanstieg- oder Druckabbau-Geschwindigkeit in den Ar­ beitskammern 44, 45 des Hauptbremszylinders 15. Solange der ansteigende Druck noch nicht das Druckniveau erreicht hat, das in dieser Phase noch erhöht werden soll, oder solange der Druck in den Arbeitskammern 44, 45 noch nicht unter das Niveau des noch weiter zu reduzierenden Bremsdruckes ge­ sunken ist, verhindert das jeweilige Rückschlagventil ei­ nen Druckmittelfluß in die "falsche" Richtung. Ist Druck­ abbau gewünscht kann also das betreffende Druckabbauventil (31, 33, 35) ohne Verzögerung und ohne Rücksicht auf den mo­ mentanen Druck im Hauptbremszylinder 15 in die Ruhelage zurückgeschaltet werden. Ist eine Fortsetzung des Druck­ aufbaus oder ein Druckwiederaufbau erforderlich, kann das entsprechende Ventil 30, 32, 34 im Druckmittelzuflußweg in entsprechender Weise sofort wieder geöffnet werden oder geöffnet bleiben. Dadurch wird eine erhebliche Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des Systems erreicht. Die er­ forderlichen Verzögerungszeiten waren bisher nämlich rela­ tiv lang, weil, wie bereits erläutert wurde, Informationen über die Druckhöhe im Hauptzylinder und in den Radbremsen nicht vorhanden sind und weil die Druckdifferenzen in den einzelnen Kanälen, z.B. bei Kurvenfahrt, unterschiedlichem Reibwert rechts/links, unterschiedlich belasteten Achsen usw., sehr groß bzw. der Bremsdruckbedarf in den einzelnen Radbremsen sehr unterschiedlich sein kann.

Die schnellere und präzisere Regelung durch die zeitweise Parallelschaltung mehrerer Regelkanäle, was durch die Trennung in individuell steuerbare Hin- und Rückflußwege und durch die Einfügung von Rückschlagventilen erreicht wird, hat eine erhebliche Verminderung des Energiebedarfs bzw. des Bedarfs an Hilfsenergie (Vakuum oder hydrauli­ scher Hilfsdruck) zur Folge. Dies wiederum führt zu einem relativ geringen Herstellungsaufwand.

Claims (3)

1. Blockiergeschützte Bremsanlage mit sequentieller Brems­ druckmodulation, mit einem Hauptbremszylinder und einer vorgeschalteten Rückstelleinrichtung, die durch eine Hilfskraft steuerbar ist, mit in der Ruhelage offenen, auf Sperren umschaltbaren Ventilanordnungen in den ein­ zelnen von dem Hauptbremszylinder zu den Radbremsen der geregelten Räder oder Radgruppen führenden Druckmittel­ wegen, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und mit elektronischen Schaltkreisen zur Verarbeitung der Sensorsignale sowie zur Erzeugung von Brems­ druck-Steuersignalen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventilanordnungen (2, 3, 4) jeweils aus der Parallelschaltung von zwei unabhängig voneinander steu­ erbaren, in der Ruhelage offenen Mehrwegeventilen (30, 31; 32, 33; 34, 35) mit jeweils einem in Reihe liegen­ den Rückschlagventil (24, 25; 26, 27; 28, 29), von denen das eine (25, 27, 29) zum Hauptbremszylinder (15) hin, das andere (24, 26, 28) zur Radbremse (5, 6; 7, 8) hin öffnet, bestehen.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mehrwegeventile (30 bis 35) in Form von elektromagnetisch betätigbaren 2/2-Wegeventilen ausgebildet sind.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mehrwegeventile (30 bis 35) und die zugehörigen Rückschlagventile (24 bis 29) baulich vereint sind.