DE4002865C2 - Anfahr- ud bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsanlage für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten schlupfgeregelten Bremsanlage der gattungsbildenden Art nach DE 37 39 915 A1 wird als Bremsdruckgeber ein Hauptzylinder mit vorgeschaltetem pneumatischen Bremskraftverstärker verwendet. Das Hilfsdruckversorgungssystem enthält 2 Hydraulikpumpen verteilt auf jeweils einen zugeordneten Bremskreis, aus dem bei schlupfgeregelter Bremsbetätigung mit Hilfe von Regelventilen ein fußkraftproportionaler Hilfsdruck einge­ leitet wird. Dieser dynamische Druck wird einerseits auf die an den Hauptzylinder angeschlossenen statischen Bremskreise übertragen. Zum anderen wirkt dieser dynamische Druck auf die Radbremsen. Zur Schlupfregelung sind in den Hydraulikkreis Einlaßventile eingefügt, die normalerweise auf Durchlaß geschaltet sind und mit denen bei drohendem Blockieren eines Rades der Druckmittelzufluß zu den betreffenden Radbremsen gesperrt werden kann.

Desweiteren sind Auslaßventile an den Radbremsen vorgesehen, über die, wenn erforderlich, Druckmittel von der Radbremse zu dem Vorratsbehälter hin abgeleitet werden kann. Beim Einsetzen der Schlupfregelung werden über einen Elektromotor die Hilfspumpen aktiviert und über die Ein- und Auslaßventile geregelter Druck in die Radbremsen eingeleitet. Außerdem werden aus Sicherheitsgründen mit Hilfe des dynamischen Hydraulikdruckes die Kolben im Tandemhauptzylinder zurückgestellt oder arretiert. Weiterhin sind hydraulisch angesteuerte Druckbegrenzungsventile vorgesehen, die den Pumpendruck bei ASR-Betrieb auf einen festgelegten Maximalwert begrenzen. Zum Zwecke der Antriebsschlupfregelung werden die dem Hauptzylinder vorgeschalteten, als Trennventile ausge­ führten 2/2-Wegeventile gesperrt, so daß beim Einsetzen der Hilfsdruckpumpen zum Zwecke der Antriebsschlupfregelung le­ diglich die Bremsen der angetriebenen Räder unter den von den Druckbegrenzungsventilen überwachten Systemdruck gesetzt werden und ein Zurückströmen in den Hauptzylinder nur bei Überschreiten des Maximaldruckes ermöglichen. Ein in die Hauptdruckleitung integrierter Druckschalter hat die Aufgabe, den ASR-Modus zu unterbrechen, sobald während des Anfahrvorganges die Bremse pedalseitig betätigt wird.

Die Steuersignale für die Einlaß- und Auslaßventile sowie für die ASR-Trennventile werden, wie bereits bei Bremsanla­ gen dieser Art bekannt, mit Hilfe von elektronischen Schaltkreisen erzeugt, deren Eingänge mit Radsensoren, z. B. induktiven Meßwertaufnehmern, verbunden sind und die dadurch auf eine Änderung des Raddrehverhaltens, das Brems- oder Antriebsschlupfgefahr anzeigt, durch Konstanthalten, Abbau und erneuten Wiederaufbau des Druckes an dem entsprechenden Rad reagieren können.

Als nachteilig erweist sich bei dieser beschriebenen kon­ ventionellen, schlupfgeregelten Bremsanlage, daß außer der zum Teil subjektiv unangenehm empfundenen Geräuschbildung der hydraulischen Druckbegrenzerventile bei extrem niedrigen Temperaturen die Antriebsschlupfregelung ungewollt automatisch abschalten kann, sobald durch das unbeabsichtigte hydraulisch angesteuerte Öffnen der Druckbegrenzerventile infolge der temperaturabhängigen Viscositätseinflüsse auf das Betriebsmedium, eine über dem Ansprechdruck des Druckschalters liegende Druckspitze entsteht, die einen Abschaltimpuls in der Steuerelektronik verursacht und damit zur Fehlinter­ pretation des Betriebszustandes führt. In diesem Zusammen­ hang soll weiterhin auf den Nachteil der fehlenden bzw. nur mit unverhältnismässig hohem Aufwand zu praktizierende Justiermöglichkeit des hydraulisch angesteuerten konventio­ nellen Druckbegrenzerventils, wie auch auf dessen kostenin­ tensive sowie bauraumbeanspruchende separate Anordnung in der Bremsanlage verwiesen werden.

In der DE 32 36 615 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kennlinienjustierung von Elektrostellmagneten beschrieben, indem im magnetischen Eisenkreis des Magnetteils ein zusätzlicher Luftspalt angeordnet ist, der mittels eines Verstellmittels eine Justierung der Magnetkennlinie ermöglicht.

Aus der DE-GM 19 81 671 geht ferner ein unter Wirkung einer Druckfeder in der Grundstellung elektromagnetisch nicht erregtes, geschlossenes Ventil hervor, dessen Druckfeder so ausgelegt ist, daß das Ventil als Druckbegrenzungsventil wie auch als elektromagnetisch betätigtes Druckentlastungsventil wirkt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brems­ anlage der eingangs genannten Gattung zu verbessern, um un­ ter Umgehung der vorgenannten Nachteile eine vereinfachte hydraulische Schaltung bei gleichzeitiger Anpassung der Druckregelfunktion an die Bedürfnisse der Bremsanlage kostensparend zu realisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für die Bremsanlage der angegebenen Art durch die den Patentanspruch 1 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Hierdurch ist bei entsprechender erfindungsgemäßer Erweite­ rung der eigentlichen ASR-Trennventilfunktion in Kombination mit einer regulierbaren Druckbegrenzerfunktion eine erheblich vereinfachte, sowie funktionsverbesserte hydraulische Bremsanlage gegeben, die über die konventionellen Anforderungen hinaus, einen regelungstechnisch verbesserten ASR-Betrieb ermöglicht.

Die Ansteuerung des erfindungsgemäßen Trennventils mittels eines konstanten elektrischen Stromes hat den Vorteil, daß über entsprechende Sensoreinrichtungen ein nahezu ideales Druckbegrenzerregelverhalten unabhängig von der Temperatur und der peripheren Versorgungsspannung realisiert werden kann, ohne verhältnismäßig hohe konstruktive sowie kosten­ mäßige Aufwendungen erbringen zu müssen.

Zur Realisierung des angestrebten Regelverhaltens erweist es sich als vorteilhaft, die Ansteuerung der Trennventile über einen Stromregler durchzuführen, der im Gegensatz zum Strom­ begrenzer die Einstellung des hydraulischen Haltedruckes zu variieren vermag, so daß auf verblüffend einfache Weise eine Fehlerkorrektur bzw. Angleichung der Istwerte an die Soll­ werte, beispielsweise hervorgerufen durch Fertigungstoleran­ zen oder Verschleißerscheinungen, möglich ist.

Als besonders empfehlenswert erweist es sich mittels der leistungsfähigen Steuer- und Regelelektronik eine Stromreg­ lerfunktion zu verwirklichen, wodurch eine Anpassung des ASR-Vordruckes während der Regelungsphase durch Variation des elektrischen Stromes an den erforderlichen Radzylinder­ druck relativ einfach vollzogen werden kann.

Um im Besonderen die Empfindlichkeit des hydraulischen Hal­ tedruckes gegenüber Schwankungen der elektrischen Spannuns­ versorgung zu minimieren ist es vorteilhaft den Axialluft­ spalt zwischen dem Magnetkern und der eigentlichen Magnet­ kernerweiterung um lediglich einige Bruchteile eines Milli­ meters zu verändern, um auf diese Weise eine Stabilisierung des Haltedruckes herbeizuführen.

Eine besonders billige, jedoch zugleich sichere Einhaltung der Druckbegrenzerfunktion läßt sich durch die Ansteuerung des elektromagnetischen Trennventils mittels eines elektri­ schen Strombegrenzers realisieren.

Weitere Merkmale, Vorteile und konstruktive Ausführungsfor­ men gehen aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausfüh­ rungsbeispiele hervor.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Funktionsschema einer anfahr- und brems­ schlupfgeregelten, hydraulischen Bremsanlage mit dem im anfahrschlupfgeregelten Hydraulikkreis integrierten, er­ findungsgemäßen Trennventil

Fig. 2 eine detaillierte Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Trennventils.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die bekannte diagonal aufgeteilte und mit Antriebsschlupfre­ gelung an der Hinterachse ausgerüstete Bremsanlage im we­ sentlichen aus einem Tandem-Hauptzylinder 2 und einem vorge­ schalteten Unterdruckverstärker 3, dem hydraulischen Aggre­ gat bzw. dem Bremsdruckgeber 1. Über eine Druckstange 4 wird in bekannterweise die auf einem Bremspedal 5 ausgeübte Pe­ dalkraft F auf den Unterdruckverstärker 3 und von diesem hilfskraftunterstützt auf die Arbeitskolben 6 und 7 des Hauptzylinders 2 übertragen.

In der gezeigten Lösestellung der Bremse sind die Druckkam­ mern 8, 9 des Hauptzylinders 2 über offene Zentralventile 10, 11 über Anschlußkanäle 12, 13 im Inneren der Kolben 6, 7 sowie schließlich über Ringkammern 14, 15 über Anschlußboh­ rungen 16, 17 und über hydraulische Leitungen 18, 19 mit einem druckausgleichenden Vorratsbehälter 20 verbunden.

Die beiden Bremskreise I, II sind über elektromagnetisch be­ tätigte, in der Grundstellung auf Durchlaß geschaltete Ein­ laßventile 24, 25 bzw. 29, 30 mit den Radbremsen 31, 32, 33, 34 verbunden. Die parallel geschalteten Radbremsen 31, 32, 33, 34 sind den Diagonalen zugeordnet. Die Radbremsen 31, 32, 33, 34 sind an elektromagnetisch betätigte, in der Grundstellung gesperrte Auslaßventile 22, 23 bzw. 35, 36 angeschlossen, die über eine hydraulische Rücklaufleitung 37 einerseits mit dem Vorratsbehälter 20 und andererseits über die Saugleitung 61 mit den Saugseiten der Hilfsdruckpumpen 21, 26 mittels einem Antriebsmotor M aktivierbar. Die elektrischen Massean­ schlüsse m sind ebenfalls symbolisch angedeutet. Ausserdem ist eine Überwachungsschaltung 40 vorgesehen, mit der die Arbeitsweise des Motors M überprüfbar ist. Die Fahrzeugräder sind mit induktiven Sensoren S1 bis S4 ausgerüstet, die mit einer synchron zur Radumdrehung mitlaufenden Zahnscheibe zu­ sammenwirken und elektrische Signale erzeugen, die das Rad­ drehverhalten, d. h. die Radgeschwindigkeitsänderung erkennen lassen. Diese Signale werden über die Eingänge S1 bis S4 ei­ ner Steuer- und Regelungselektronik 28 zugeführt, die Brems­ drucksteuersignale erzeugt, mit denen beim Erkennen einer Schlupftendenz die Einlaß- und Auslaßventile 22, 23, 24, 25 so­ wie 29, 30, 35, 36 zeitphasenabhängig umschalten und dadurch den Bremsdruck konstant halten, abbauen und zur gegebenen Zeit wieder erhöhen. Für die Ausgänge A1 bis A4 werden hier­ durch die Betätigungsmagnete der Einlaß- und Auslaßventile angesteuert, sowie die elektrische Verbindungsleitung zwi­ schen den Anschlüssen A1 bis A4 und den nicht näher abgebil­ deten Magnetspulen der Ventile 22, 23, 24, 25 sowie 29, 30. 35, 36 hergestellt. Weiterhin ist im Leitungsverbund zwischen den Hilfsdruckleitungen 45, 46, den Hauptdruckleitungen 62, 63 und den Einlaßventilen 25, 30 jeweils ein Trennventil 38, 39 ge­ schaltet, die während der ASR-Regelung die hydraulische Ver­ bindung zwischen den Hilfsdruckleitungen 45, 46 und den Hauptdruckleitungen 62, 63 unterbrechen, so daß ein Rückströ­ men von Druckmittel in den am Hauptzylinder 2 angeschlosse­ nen Vorratsbehälter 20 verhindert wird. Ein an der Hauptdruckleitung 62 angeschlossener Druckschalter 27 sorgt auf bekannte Weise für die Unterbrechnung des Antriebsschlupfre­ gelvorganges, sobald das Bremspedal 5 betätigt wird.

Funktionsweise der Bremsanlage im Antriebsschlupf-Regelmodus.

Über die bereits bekannte und hinreichend detaillierte prin­ zipielle Funktionsdarstellung der hydraulischen Bremsanlage im Bremsschlupfregelmodus soll im Nachfolgenden lediglich das Funktionsschema des Antriebsschlupfregelvorganges in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Trennventilen (38, 39) beschrieben werden.

Sobald an einem der motorangetriebenen Fahrzeugräder - im dargestellten Falle sind dies die Hinterachsräder - über die Radsensoren S2, S4 Antriebsschlupfsignale registriert wer­ den, erfolgt zunächst auf bekannte Weise über die Steuer- und Regelungselektronik 28 eine elektromagnetische Erregung der Magnetspule 44, jeweils in den Trennventilen 38, 39 des zuge­ hörigen antriebsschlupfgeregelten Bremskreises. Hierdurch verschließen die Trennventile 38, 39 die hydraulischen Durch­ lässe in den Hauptdruckleitungen 62, 63, so daß bei Aktivie­ rung der Hilfsdruckpumpen 21, 26 über die der jeweiligen Hilfsdruckleitungen 45, 46 zugeordneten Rückschlagventile die geregelte Druckbeaufschlagung der antriebsschlupfgefährdeten Radbremsen 32, 34 erfolgt. Über die eigentliche Aufgabe der Trennventile 38, 39 hinaus, und zwar die Absperrung des Druckmittelstromes zum Hauptzylinder 2, erfüllen die erfin­ dungsgemäßen Trennventile 38, 39 durch ihre Ausbildung ebenso die den ASR-Systemdruck bestimmende Druckbegrenzerfunktion, indem unter Beachtung der nachfolgend beschriebenen baulichen Merkmale die Trennventile 38, 39 von einem konstanten Strom beaufschlagt werden, der über einen in der Steuer- und Regelungselektronik 28 integrierten Strombegrenzer oder Stromregler bereitgestellt wird. Durch die Schaltungsanord­ nung des in der Abbildung nicht näher dargestellten Strom­ reglers zwischen den Trennventilen 38, 39 und der Steuer- und Regelungselektronik 28 besteht auf verhältnismäßig unkompli­ zierte Weise die Möglichkeit über die eigentliche Druckbe­ grenzung hinaus, den Vordruck in der Hilfsdruckleitung 45, 46 während der Antriebsschlupfregelung durch die Variation des elektrischen Stromes beliebig an den erforderlichen Rad­ bremsdruck anzupassen. Dadurch läßt sich eine erhebliche Verbesserung der Regelgüte und gleichzeitig eine vermindern­ de Beanspruchung der Regelkomponenten, insbesondere des Mo­ torpumpenaggregates sowie der Ventile realisieren. Weiterhin ergibt sich bei der abbildungsgemäßen, diagonalen Brems­ kreisabteilung durch den Einsatz zweier in der Grundstellung stromlos offengeschalteter Trennventile 38, 39 mit integrier­ ter Druckbegrenzerfunktion, ein besonderer Regelungsvorteil in Hinsicht auf eine individuelle Vordruckregelung für die Radbremsen 32, 34 der motorseitig angetriebenen Räder.

Damit das erfindungsgemäße Trennventil 38, 39 gegenüber den gebräuchlichen ASR-Trennventilen das aus dem Stand der Tech­ nik bekannte sowie separat dem Hauptzylinder 2 vorgeschalte­ te Druckbegrenzerventil ersetzen kann, ist der Öffnungsduck konstruktiv auf den ASR-Systemdruck herabgesetzt. Prinzipell eignet sich hierzu sowohl die Verstärkung der Rückstellfeder 49, wie auch die Verwendung einer kleineren Magnetspule 44 oder die Verwendung eines verkleinerten Magnetankers 50, so­ wie auch das Anlegen einer geringeren Versorgungsspannung. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 2 eine besonders geeignete Ausführungsform des Trennventiles 38, 39, das die angestrebte Reduzierung auf den erforderlichen ASR-Systemdruck durch die Verkürzung des Magnetankers 50 um 0,4 mm ermöglicht.

Fig. 2 veranschaulicht die erfindungsrelevante Ausbildung eines der Trennventile 38, 39 im Querschnitt, wonach der vom Ventilgehäuse 41 im Bereich des Absatzes 64 eingeformte, hohlzylinderförmige sowie abgestufte Magnetkern 43 in der Ventilgehäuseöffnung zusammen mit dem Endbereich der Ventil­ hülse 51 mittels Verstemmung befestigt ist. Der Magnetanker 50 ist axial beweglich sowie radial in der abschnittsweise erweiterten Bohrung des Magnetkerns 43 geführt. Zur strö­ mungsoffenen Grundpositionierung des Magnetankers 50 ist zwischen der abgesetzten Bohrung des Magnetkerns 43 und der Magnetkernerweiterung 47 die Rückstellfeder 49 eingespannt, die im erregungslosen Zustand für einen permanenten Druck­ mitteldurchfluß zwischen dem Ventilsitz 48 und dem am Mag­ netanker 50 angeformten kugelförmigen Ventilschließglied 42 sorgt, so daß erst in Abhängigkeit vom Stromfluß in der Mag­ netspule 44 das Ventilschließglied 42 die Öffnung des Ven­ tilsitzes 48 zu verschließen vermag. In der abbildungs­ gemäßen Stellung des Magnetkerns 50 ergibt sich zwischen der Magnetkernerweiterung 47 und dem im Ventilgehäuse 41 be­ festigten Magnetkern 43 ein axial gerichtetes Spaltmaß, das aus dem Axialluftspalt X und dem zur Verfügung stehenden Ventilhub gebildet ist, so daß nach Ausführung der Schließ­ bewegung lediglich ein Restluftspalt bzw. der Axialluftspalt X verbleibt. Hierbei ist, wie bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 erwähnt, in Abhängigkeit von der Größe des elektrischen Stromes, der konstruktiven Auslegung der Vorspannkraft an der Rückstellfeder 49, der Dimensionie­ rung von Magnetspule 44 und Magnetanker 50 der ASR-System­ druck regulierfähig. Hierbei zeigt es sich in der Praxis als überraschend vorteilhaft, lediglich eine Vergrößerung des Restluftspaltes bzw. des Axialluftspaltes X nach Ausführung des erregten Ventilhubes zwischen dem Magnetkern 43 und der Magnetkernerweiterung 47 um wenige Bruchteile eines Millime­ ters vorzunehmen, um das erforderliche Haltedruckniveau im Sinne einer Funktionserweiterung eines konventionell bekann­ ten elektromagnetischen ASR-Trennventiles auf die zuschalt­ fähige Druckbegrenzerfunktion vorzubereiten. Durch diese Maßnahme der Vergrößerung des Axialluftspaltes X ist gleich­ zeitig eine Stabilisierung des Haltedruckes in Bezug auf ei­ ne etwaige Spannungsschwankung der Stromversorgung möglich. Das anzustrebende ideale Druckbegrenzerverhalten des erfin­ dungsgemäßen Trennventils 38, 39 erfolgt sodann in Verbindung mit einer Beaufschlagung der Magnetspule 44, beispielsweise über einen Strombegrenzer mit konstantem Strom, wodurch et­ waige Betriebstemperatur sowie Spannungsschwankungen der Stromversorgung sich gänzlich wirkungslos auf die Regelgüte niederschlagen. Im Hinblick auf die Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Trennventils 38, 39 zusätzlich mit einer Erwei­ terung auf Druckbegrenzerfunktion, ermöglicht der Einsatz eines Stromreglers anstelle eines Strombegrenzers die indi­ viduelle Vordruckregelung der antriebsschlupfgeregelten Rad­ bremsen, so daß erheblich verbesserte Traktionsvorteile wäh­ rend der ASR-Phase erzielt werden können.

Claims (6)

1. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage für ein Kraftfahrzeug, mit zwischen dem Hauptzylinder und den Bremsen der motorseitig ange­ triebenen Räder vorgeschalteten Trennventilen, einem Vorratsbehälter, mit Radbremsen, die über eine Hauptdruckleitung mit dem Hauptzylinder und über eine Rücklaufleitung oder über ein im Hauptzylinder integriertes Zentralventil mit dem Vorratsbehälter in Verbindung stehen, mit einem jeder Radbremse zugeordneten elektromagnetischen Einlaßventil und Auslaßventil, wobei das Auslaßventil in die Rücklaufleitung eingefügt ist und in seiner Ruhestellung die Rücklaufleitung sperrt, mit einem Druckschalter, der vom Druck des Hauptzylinders beaufschlagbar ist, mit einer Hilfsdruckpumpe, die aus dem Vorratsbehälter Druckmittel ansaugt und dieses über eine Hilfsdruckleitung in den Hauptzylinder fördert, sowie mit im Abzweig zur Hilfsdruck- und Hauptdruckleitung angeordneten Druckbegrenzerventilen, mit Sensoren zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit des jeweils abzubremsenden Rades, und einer elektronischen Auswerteeinheit, die die Sensorsignale auswertet und Schaltsignale für den Pumpenantrieb und die Ventile erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweils zwischen dem Hauptzylinder (2) und der an­ fahrschlupfgeregelten Radbremse (32, 34) angeordnete Trennventil (38, 39) als Druckbegrenzerventil schaltbar ist, dessen Schließdruck sowie die von der Versorgungsspannung abhängige Größe des Schließdrucks zum Halten des Trennventils (38, 39) in der Schließstellung mittels der Steuer- und Regelelektronik (28) variabel einstellbar ist.

2. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Öff­ nungsdruck zur Begrenzung des Schließdrucks über eine Verringerung der Versorgungsspannung am Trennventil (38, 39) reduzierbar ist.

3. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennventil (38, 39) von einem konstanten elektrischen Strom ansteuerbar ist.

4. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung des Trennventils (38, 39) über einen Stromregler erfolgt, so daß eine variable Einstellung des Schließdrucks bzw. eine Anpassung des hydraulischen Vordruckes an den erforderlichen Radzylinderdruck während der Antriebsschlupfregelungsphase vollziehbar ist.

5. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Variation des elektrischen Stromes zur Anpassung des ASR-Vordruckes während der Regelphase an den erforderlichen Radzylinderdruck der Antriebsräder über eine integrierte Schaltung des Stromreglers in der Steuer- bzw. Regelungselektronik (28) in der elektronischen Auswerteeinheit erfolgt.

6. Anfahr- und bremsschlupfgeregelte, hydraulische Bremsan­ lage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung des Trennventiles (38, 39) über einen elektronischen Strombe­ grenzer erfolgt.