DE3820659C2 - Druckspeicher in einem Kraftfahrzeug zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckspeicher in einem Kraftfahrzeug, der zur Versor­ gung zumindest eines Verbrauchers, insbesondere eines Bremskraftverstärkers, mit einem pneumatischen oder hydraulischen Medium vorgesehen ist, und mittels eines Füllorgans, das von einer elektronischen Steuereinrichtung angesteuert wird, befüll­ bar ist, wobei die systembedingte Einschaltdauer des Füllorgans für die Erstaufla­ dung sowie für die Wiederaufladung nach einer Betätigung des Verbrauchers be­ kannt ist. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der DE 32 08 928 A1 auf die DE 32 27 264 A1 sowie die DE 32 27 265 A1 verwiesen.

Systeme mit Druckspeichern, beispielsweise Vakuumanlagen, kommen beispiels­ weise an Bremskraftverstärkern von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Dabei erzeugt eine Elektropumpe (hier Füllorgan genannt) den für den Betrieb des Verbrauchers (Bremskraftverstärkers) erforderlichen Unterdruck. Die vorliegende Erfindung be­ zieht sich jedoch auch auf ähnliche Systeme oder Anlagen, welche mit Überdruck arbeiten. Nach der Erfindung kann dabei das Füllorgan als Elektropumpe ausgebil­ det sein, daneben können jedoch auch beispielsweise von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetriebene mechanische Pumpen zum Einsatz kommen. Un­ ter den Begriff des Füllorganes fallen des weiteren elektrisch ansteuerbare Ventile, welche beispielsweise einem stets unter Druck stehenden Strömungsmittelsystem, wie es zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, gezielt Strömungsmittel-Teilmengen entnehmen können.

Um diese Elektroventile lediglich im Bedarfsfall zu öffnen bzw. um die Elektropum­ pen lediglich im Bedarfsfall zu betreiben, ist üblicherweise ein Druckschalter mit einer gewissen Schalthysterese vorgesehen, welcher das Elektroventil bzw. die Elektropumpe in Abhängigkeit von den im Druckspeicher herrschenden Druckwer­ ten ein- bzw. ausschaltet. In Ergänzung zu jenen bekannten Anlagen schlägt die eingangs erstgenannte Schrift vor, die Elektropumpe zeitlich verzögert nach einem Start des Kraftfahrzeugs in Betrieb zu setzen, um eine Überlastung der Kraftfahr­ zeug-Batterie zu vermeiden.

Wenngleich sich die Ansteuerung der Elektropumpen durch jene Druckschalter technisch bewährt hat, so weisen diese Druckschalter dennoch einige Nachteile auf. Nicht zuletzt aufgrund der harten Einsatzbedingungen in Kraftfahrzeugen erweisen sich diese Schalter oftmals als störanfällig. Extrem aufwändige und daher kostenspielige Ausbildungen sind deshalb erforderlich. Darüber hinaus unterliegen die Schaltschwellen großen Toleranzen, welche sich unter Temperatureinfluss oft­ mals noch weiter vergrößern. Als Abhilfemaßnahme für diese Problematik wurden auch bereits unterschiedliche Überwachungseinrichtungen vorgeschlagen. So zeigt die DE 32 27 264 A1 eine Überwachungseinheit, welche die theoretisch bekannte Betriebsdauer des Förderorganes, die dieses zum Befüllen des Druckspeichers be­ nötigt, sowohl für eine Erstaufladung des Druckspeichers als auch für eine Wieder­ aufladung desselben nur zu Kontrollzwecken berücksichtigt. Dabei wird dieses För­ derorgan jedoch weiterhin in Abhängigkeit von den Signalen eines druckempfindli­ chen Schalters gesteuert. Von ähnlichem Inhalt ist die DE 32 27 265 A1, aus der zwar grundsätzlich bekannt ist, dass ein Druckspeicher (beispielsweise für eine Fahrzeug-Bremsanlage) wegen unvermeidlicher Leckageverluste in gewissen Ab­ ständen nachgeladen werden muss. Vorgeschlagen wird in dieser Schrift daraufhin, dass dies einerseits mittels Warnschaltern überwacht und initiiert wird, und dass eine zusätzliche Überwachung dahingehend erfolgt, dass eine zulässige Ladezeit bzw. Betriebszeit für das sogenannte Füllorgan bestimmt wird. Innerhalb dieser zu­ lässigen Ladezeit muss der Druckspeicher von einer unteren bis zu einer oberen Druckgrenze nachgeladen sein.

Im bekannten Stand der Technik sind somit stets die geschilderten und in gewisser Hinsicht nachteiligen Druckschalter vorgesehen, die auch insofern ungünstig sind, als nachträgliche Änderungen der Schaltwerte nicht oder nur sehr erschwert reali­ sierbar sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Füllorgan für einen Druckspeicher bzw. einen gattungsgemäßen Druckspeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufzuzeigen, bei welchem sich der Einsatz derartiger Druckschalter erübrigt und ein Ausgleich sowohl der durch mögliche Leckageströme als auch durch die Betätigung eines Verbrauchers verursachten Druckänderungen im Druckspeicher sichergestellt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass bei einem Druckspeicher gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 der Betrieb des Füllorgans durch eine bzw. die elektronische Steuereinrichtung alleine zeitlich gesteuert wird, wozu das Füllorgan zunächst für eine Erstaufladung und nach Betätigung des Verbrau­ chers für eine Wiederaufladung jeweils für die bekannte Zeit-Dauer eingeschaltet wird, und dass der mengenmäßig bekannte Leckagestrom des Systems sowie des Druckspeichers durch zeitlich getakteten Betrieb des Füllorgans ausgeglichen wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Bislang übliche Druckschalter können ersatzlos ent­ fallen, wenn der Betrieb des Füllorganes zeitlich gesteuert wird. Dazu muß lediglich die Erstaufladungs­ dauer des Druckspeichers sowie die Wiederaufladungsdauer nach Betätigung des Verbrauchers bekannt sein. Somit ist es ausreichend, nach einem Start des Kraftfahrzeuges den Druckspeicher vollständig aufzuladen, sowie nach einer Betätigung des Verbrauchers die bekannte, durch jene Betätigung verursachte Druckänderung im Druckspeicher auszugleichen. In beiden Fällen wird das Füllorgan zeitlich betrachtet solange betrieben, bis eine voll­ ständige Aufladung des Druckspeichers sichergestellt ist.

An dieser Stelle soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß der Druckspeicher sowohl als Überdruck- als auch als Unterdruckspeicher ausgebildet sein kann. Der Begriff der Aufladung des Druckspeichers ist somit als ein Vorgang zu verstehen, durch welchen das erforder­ liche Druckniveau im Druckspeicher hergestellt wird. Konkret kann es sich dabei sowohl um eine Befüllung eines Überdruckspeichers, als auch um eine Evakuierung eines Unterdruckspeichers handeln.

Da derartige Systeme nicht absolut dicht gestaltet werden können, oftmals also mit bekannten Leckageströmen gerechnet werden muß, ist jener bekannte Leckagestrom ebenfalls durch zeitlich getakteten Betrieb des Füllorganes auszugleichen. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist es möglich, weitere Randbedingungen, beispielsweise die Temperatur des hydraulischen oder pneumatischen Mediums zu berücksichtigen. Darüberhinaus kann es bei einem Einsatz im Zusammenhang mit dem Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeuges empfehlenswert sein, als weiteren Randfaktor eventuelle Informationen eines Antiblockier­ systemes zu berücksichtigen. Ist ein erfindungsgemäßes System dagegen bei einer Speicherlenkhilfe vorgesehen, so mag die Berücksichtigung von Fahrgeschwindigkeit und Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges empfehlenswert sein.

Die elektronische Steuereinrichtung kann als analog arbeitende elektronische Steuereinrichtung oder als digital arbeitende elektronische Steuereinrichtung ausgebildet sein. Beide Varianten besitzen systemspezi­ fische Vorteile. Bei einer kostengünstigeren analogen Steuereinrichtung sind ein elektronischer Speicher sowie vorzugsweise verschiedene elektronische Verbraucher vorgesehen, deren Charakteristika denen des Druckspei­ chers sowie der Druckmedium-Verbraucher entsprechen. Eine digital arbeitende elektronische Steuereinrichtung erlaubt auf einfachste Weise die Berücksichtigung weiterer Randbedingungen. Durch Ver­ wendung von Mikroprozessoren ist es ohne weiteres möglich, verschiedene einprogrammierbare Kennlinien abzurufen oder zusätzliche Signale zu verarbeiten, wie z. B. Temperaturen, die Geschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges, Drehzahl und Lastpunkt des Kraftfahrzeugmotors, Signale eines Antiblockiersystemes o. ä.

Bevorzugt ist die elektronische Steuereinrichtung mit einem elektronischen bzw. elektrischen Schalter des Druckmittel-Verbrauchers verbunden. Hierdurch erhält die Steuereinrichtung auf einfache Weise die nötigen Infor­ mationen über einen Betrieb des Verbrauchers. Vorzugs­ weise kommt dabei ein bereits ohnehin vorhandener elektrischer Schalter zum Einsatz; handelt es sich bei dem Verbraucher um den bereits zitierten Bremskraftver­ stärker, so kann als Schalter beispielsweise der Brems­ lichtschalter herangezogen werden.

Bei der Auslegung der elektronischen Steuereinrichtung empfiehlt es sich, den jeweils ungünstigsten Fall aus den bekannten Toleranzbändern zu simulieren. So wird für die Aufladung beispielsweise die minimale Förderleistung der Elektropumpe zugrundegelegt; der Entladevorgang wird sicherheitshalber durch die größtmögliche Entnahmemenge, so beispielsweise durch die maximal mögliche Systemun­ dichtigkeit bei Leckage simuliert. Da ein Zusammentref­ fen aller ungünstigen Toleranzlagen in der Praxis unwahrscheinlich ist, wird beispielsweise die Elektro­ pumpe in der Regel länger laufen als dies erforderlich wäre, so daß sich im Druckspeicher ein höherer Unter- bzw. Überdruck einstellen wird als erforderlich. Dies erhöht die Sicherheit des Systemes. Bei Vakuum-Elektro­ pumpen ist eine Systemüberlastung ausgeschlossen, auch können sie über einen längeren Zeitraum an der Leistungsgrenze betrieben werden. Bei Überdrucksystemen empfiehlt es sich, den Druckspeicher bzw. den durch Druck beaufschlagten Teil des Gesamt­ systemes mit einem Druckbegrenzungsventil zu versehen.

Anstelle eines Ausführungsbeispieles, welches zu er­ stellen einem Fachmann anhand obiger Erläuterungen möglich sein müßte, wird die vorliegende Erfindung im folgenden anhand eines prinzipiellen Druckverlauf- Zeit-Diagrammes für einen Unterdruck-Bremskraftver­ stärker mit einer Elektrovakuumpumpe als Füllorgan näher erläutert.

Die Abszisse des Diagrammes stellt die Zeitachse dar, auf der Ordinate sind die Unterdruckwerte im Druck­ speicher aufgetragen. Der jeweils herrschende Unterdruck wird dabei durch fünf verschiedene Aufladungs- bzw. Entladungsmöglichkeiten, welche als einzelne Kurvenzüge dargestellt sind, bestimmt:

• - Kurve 1 stellt die Aufladungskurve des Druck­ speichers dar und wird bei gegebenem Speichervolu­ men im wesentlichen durch die Förderleistung der Elektropumpe bestimmt. Bei Start des Kraftfahrzeu­ ges (t = 0) beginnt der Aufladungsvorgang. Da für den optimalen Betrieb des Bremskraftverstärkers Unterdruckwerte zwischen 0,7 und 0,8 bar erfor­ derlich sind, muß für das hier gezeigte Beispiel die Elektropumpe über eine Zeitdauer von 14 Sekun­ den betrieben werden.
• - Kurve 2 stellt den Leckagestrom des gesamten Systemes dar. Dieser Leckagestrom läßt sich durch einen annähernd linearen Verlauf beschreiben und beträgt maximal 0,1 bar in 60 Sekunden. Ohne weitere Entladungsvorgänge wird die Elektropumpe alle 60 Sekunden für die Zeitdauer von 4 Sekunden angesteuert.
• - Kurve 3 zeigt den Druckverlauf bei Betätigung der Kraftfahrzeug-Bremsanlage. Dabei reduziert sich der Unterdruck im Druckspeicher nahezu schlagartig um 0,1 bar.
• - Kurve 4 zeigt einen typischen Bremsvorgang. Durch Dosieren und Regeln erfolgt dabei ein linearer Druckanstieg um 0,1 bar je Sekunde.
• - Kurve 5 zeigt den Vorgang beim Lösen der Bremse. Hierbei erfolgt ein weiterer Unterdruckabfall um 0,2 bar.
• - Der gesamte gezeigte Bremsvorgang (Kurven 3-5) erfordert zur Kompensation des Energiebedarfs eine Pumpenlaufzeit von ca. 9 Sekunden, wobei die Pumpe bereits mit dem Schalten des Bremslichtschalters zu laufen beginnt.

In Kenntnis all jener Druckverläufe bzw. Kurventeil­ stücke 1 bis 5 ist es möglich, den jeweils im Druck­ speicher vorliegenden Unterdruckwert auf elektronischem Wege nachzuvollziehen. Die nötigen Informationen hierzu erhält die elektronische Steuereinrichtung im Startfall des Kraftfahrzeuges beispielsweise vom Zündschalter, sowie für einen Bremsvorgang, also für die Kurvenver­ läufe 3 bis 5, vom Bremslichtschalter. Da der Leckage­ strom (Kurve 2) sowie der Aufladungsvorgang (Kurve 1) systemimmanent vorgegeben ist, ist es ohne weiteres möglich, den jeweils im Druckspeicher herrschenden Druckwert auf elektronischem Wege zu simulieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung erlauben es nicht nur, die bislang üblichen Druckwertgeber im Druckspeicher vollständig entfallen zu lassen, sondern bieten da­ rüberhinaus weitere Vorteile. Über die nahezu unbe­ grenzte Lebensdauer ist bei hoher Zuverlässigkeit eine gleichbleibende hohe Genauigkeit gewährleistet. Even­ tuelle Temperaturabhängigkeiten lassen sich einfach eliminieren. Ebenso sind die Schaltzeiten für das Füllorgan, also die im Druckspeicher gewünschten Druck­ werte einfach veränderbar, so beispielsweise durch Umprogrammieren oder Verändern von Widerständen oder Kapazitäten. All jene Vorteile sind erzielbar, wenn in einem gattungsgemäßen mit einem Druckspeicher versehenen System die bislang üblichen Druckwertaufnehmer ersatzlos entfallen und der Druckverlauf im Druckspeicher auf elektronischem Wege nachgebildet wird. Neben dem oben erläuterten Einsatzfall für Bremskraftverstärker eignet sich dieses Prinzip auch für Energieversorgungen anderer Servosysteme, wie z. B. Niveauregulierung, Speicherlenk­ hilfe o. ä.

Claims (3)

1. Druckspeicher in einem Kraftfahrzeug, der zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers, insbesondere eines Bremskraftverstärkers, mit einem pneumatischen oder hydraulischen Medium vorgesehen ist, und mittels eines Füllorgans, das von einer elektronischen Steuerein­ richtung angesteuert wird, befüllbar ist, wobei die systembedingte Ein­ schaltdauer des Füllorgans für die Erstaufladung sowie für die Wie­ deraufladung nach einer Betätigung des Verbrauchers bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des Füllorgans durch die elektronische Steuereinrichtung alleine zeitlich gesteuert wird, wozu das Füllorgan zunächst für eine Erstaufladung und nach Betätigung des Verbrauchers für eine Wiederaufladung jeweils für die bekannte Zeit-Dauer eingeschaltet wird, und dass der mengenmäßig bekannte Leckagestrom des Systems sowie des Druckspeichers durch zeitlich getakteten Betrieb des Füllorgans ausgeglichen wird.

2. Kraftfahrzeug-Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung analog arbeitet und einen der Charakteristik des Druckspeichers ent­ sprechenden elektronischen Speicher sowie einen der Charakteristik des Verbrauchers entsprechenden elektronischen Verbraucher auf­ weist.

3. Kraftfahrzeug-Druckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher mit einem Druckbe­ grenzungsventil versehen ist.