DE4015746A1

DE4015746A1 - Pressure modulator for vehicle antilocking hydraulic braking system - uses piston of magnetostrictive material enclosed by coil system controlling piston displacement

Info

Publication number: DE4015746A1
Application number: DE19904015746
Authority: DE
Inventors: Dalibor Zaviska
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1991-11-21

Abstract

The pressure modulator (5) uses a piston (8) for defining a chamber of variable vol. which is coupled to the wheel brakes (4). A blocking valve (6) separates the chamber (7) from the master braking cylinder (1). The piston (8) is made of a magnetostrictive material and is enclosed by a coil system (14) providing a magnetic field used to control the piston displacement. Pref. the piston has an attached operating rod (17) for the blocking valve (6). ADVANTAGE - Simplified operating drive.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckmodulator mit ei nem Kolben, der eine Kammer veränderlichen Volumens be grenzt, die mit den Radbremsen der Bremsanlage verbunden ist, einem Trennventil zum Sperren der Kammer gegen den Hauptbremszylinder der Bremsanlage und einem Antrieb für den Kolben.The invention relates to a pressure modulator with egg nem piston, which be a chamber of variable volume borders, which is connected to the wheel brakes of the braking system is a separating valve to lock the chamber against the Master brake cylinder of the brake system and a drive for the Piston.

Bekannterweise wird bei einem derartigen Druckmodulator der Kolben zur Regelung des Bremsschlupfes eines Rades verscho ben. Mit Beginn einer Schlupfregelung wird das Trennventil gesperrt, so daß der Hauptbremszylinder von dem Bremskreis abgetrennt ist. Wird der Kolben nun so bewegt, daß sich das Volumen der Kammer vergrößert, gelangt Druckmittel aus der Radbremse in die Kammer und der Druck in der Radbremse wird abgebaut.As is known, in such a pressure modulator Piston to control the brake slip of a wheel shifted ben. With the start of a slip control, the isolating valve locked so that the master cylinder from the brake circuit is separated. If the piston is now moved so that the Volume of the chamber increases, pressure medium comes out of the Wheel brake in the chamber and the pressure in the wheel brake is reduced.

Für den Antrieb des Kolbens sind schon die unterschied lichsten Vorschläge gemacht worden. Ein Vorschlag geht da hin, einen hydraulischen Antrieb vorzusehen. Ein derartiger Antrieb umfaßt eine Pumpe, einen Speicher und Magnetventile die den Zufluß von Druckmittel zu einer Steuerkammer regeln. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein derartiger Antrieb sehr aufwendig ist. Es ist auch schon bekannt geworden, den Kolben mittels eines Elektromotors anzutreiben. Hier besteht der Nachteil darin, daß der Kolben wegen der unvermeid lichen Passungstoleranzen im mechanischen Antrieb nicht ge nau genug positioniert werden kann.
Various proposals have already been made for driving the piston. One suggestion is to provide a hydraulic drive. Such a drive comprises a pump, an accumulator and solenoid valves which regulate the inflow of pressure medium to a control chamber. It is readily apparent that such a drive is very complex. It has also become known to drive the piston by means of an electric motor. The disadvantage here is that the piston cannot be positioned precisely enough due to the inevitable tolerance tolerances in the mechanical drive.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, einen einfachen Antrieb für einen Druckmodulatorkolben zu bestimmen und zu entwickeln, der einen einfachen Aufbau aufweist und gleich zeitig eine hinreichend genaue Positionierung des Druckmodu latorkolbens gewährleistet.The invention is therefore based on the task of a simple one To determine and to drive a pressure modulator piston develop that has a simple structure and the same Adequately accurate positioning of the print module in good time guaranteed lator piston.

Die Aufgabe wird mit den Mitteln gelöst, die im kennzeich nenden Teil des Anspruchs 1 genannt sind. Der Kolben wird damit zum Translator eines magnetostriktiven Linearmotors.The task is solved with the means indicated in the ning part of claim 1 are mentioned. The piston will thus the translator of a magnetostrictive linear motor.

Derartige Motoren sind zum Beispiel aus den Veröffentlichun gen der technischen Universität Berlin, Institut für Fein werktechnik und biomedizinische Technik bekannt.Such motors are for example from the publications to the Technical University of Berlin, Institute for Fine plant technology and biomedical technology.

Weitere Ausgestaltungen und Anwendungsmöglichkeiten der Er findung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further configurations and possible uses of the Er invention are specified in the subclaims.

Im folgenden soll anhand von 5 Figuren der Erfindungsgedanke noch einmal verdeutlicht werden.The idea of the invention will be described below with reference to 5 figures be clarified again.

Fig. 1 Prinzipieller Aufbau eines Druckmodulators Fig. 1 Basic structure of a pressure modulator

Fig. 2 Verwendung des Druckmodulators in einer blockierge schützten Bremsanlage Fig. 2 use of the pressure modulator in a blockierge protected brake system

Fig. 3 Abwandlungen des Druckmodulators nach Fig. 1 Fig. 3 modifications of the pressure modulator of FIG. 1

Fig. 4 Verwendung eines Druckmodulators nach Fig. 3 in ei ner Bremsanlage mit Antriebsschlupfregelung Fig. 4 use of a pressure modulator according to Fig. 3 in egg ner brake system with traction control

Fig. 5 Darstellung der Funktionsweise eines magnetostrik tiven Linearmotors anhand von 8 Teilbildern.
Fig. 5 shows the operation of a magnetostrictive linear motor based on 8 fields.

Zunächst sei auf die Fig. 1 Bezug genommen. Die Bremsanlage mit dem Druckmodulator 5 besteht aus einem Hauptbremszylin der 1, der mittels eines Pedals 2 betätigt wird. An den Hauptbremszylinder 1 schließt sich über eine Bremsleitung 3 die Radbremse 4 an. In die Bremsleitung eingefügt ist ein Trennventil 6, das Bestandteil des Modulators 5 ist. Der Mo dulator 5 besteht weiterhin aus einem Raum 7 veränderlichen Volumens, der von einem Kolben 8 begrenzt wird. Die Radbrem se 4 ist unmittelbar mit der Kammer 7 verbunden. Der Kolben 8 weist eine Längsbohrung auf, durch die ein Stab 9 hin durchgeführt ist. Der Stab weist an seinen Enden je ein Kra gen 10, 11 auf, wobei der Kolben 8 am Kragen 10 anliegt und am Kragen 11 über eine Feder 12 abgestützt ist. Bei der Fe der kann es sich beispielsweise um eine Tellerfeder handeln. Mit der Feder wird eine gewisse Vorspannung auf dem Kolben ausgeübt. An dem Ende des Kolbens 8, das an die Kammer 7 grenzt, ist ein Stufenabsatz vorgesehen, der eine Dichtung 13 aufnimmt. Dabei wird die Dichtung 13 teilweise vom Kragen 10 gehalten. Der Stufenabsatz kann auch an eine Scheibe aus gebildet werden, die an den Kolben angelegt ist. Der Stab 9 kann als Schraube ausgebildet sein, wobei der Kragen 11 als Schraubenkopf und der Anschlag 10 als Mutter dargestellt sind.First, reference is made to FIG. 1. The brake system with the pressure modulator 5 consists of a Hauptbremszylin of 1 , which is operated by means of a pedal 2 . The wheel brake 4 connects to the master brake cylinder 1 via a brake line 3 . A separating valve 6 , which is part of the modulator 5, is inserted into the brake line. The Mo dulator 5 also consists of a space 7 of variable volume, which is limited by a piston 8 . The Radbrem se 4 is connected directly to the chamber 7 . The piston 8 has a longitudinal bore through which a rod 9 is passed. The rod has at its ends a Kra gene 10 , 11 , wherein the piston 8 abuts the collar 10 and is supported on the collar 11 by a spring 12 . The spring can be, for example, a plate spring. A certain preload is exerted on the piston with the spring. At the end of the piston 8 , which borders the chamber 7 , a step shoulder is provided which receives a seal 13 . The seal 13 is partially held by the collar 10 . The step heel can also be formed on a disc which is applied to the piston. The rod 9 can be designed as a screw, the collar 11 being shown as a screw head and the stop 10 as a nut.

Der Kolben 8 sitzt mit Preßpassung im Gehäuse des Modula tors.The piston 8 sits with an interference fit in the housing of the modulator.

Der Kolben 8 ist von einer Spule 14 umgeben, die mehrere Segmente 15 aufweist. Die einzelnen Segmente 15 können über Anschlüsse 16 unabhängig voneinander mit Strom versorgt wer den, so daß im Bereich des Kolbens lokale Magnetfelder auf gebaut werden können. The piston 8 is surrounded by a coil 14 which has a plurality of segments 15 . The individual segments 15 can be supplied with power independently of one another via connections 16 , so that local magnetic fields can be built up in the region of the piston.

Am Stab 9 ist ein Stößel 17 befestigt, der mit der Ventilku gel 18 des Trennventils 6 zusammenwirkt. Die Grundstellung des Kolbens 8 bzw. des Stößels 9 ist so definiert, daß das Trennventil 6 gerade geöffnet ist.On the rod 9 , a plunger 17 is attached, which cooperates with the Ventilku gel 18 of the isolation valve 6 . The basic position of the piston 8 or the plunger 9 is defined so that the isolating valve 6 is just open.

Die Bremsanlage bzw. der Modulator arbeitet nach dem folgen den Schema:
Mit Betätigen der Bremse durch Niedertreten des Pedals 2 wird Druckmittel aus dem Hauptbremszylinder über das offene Trennventil 6 und der Kammer 7 zu der Radbremse verdrängt. Dadurch wird ein Bremsdruck aufgebaut. Der Kolben 8 liegt wegen der auf ihn wirkenden Preßkräfte unverrückbar in sei ner Bohrung. Das Volumen der Kammer 7 bleibt unverändert.The brake system or the modulator works according to the following scheme:
When the brake is actuated by depressing the pedal 2 , pressure medium is displaced from the master brake cylinder via the open isolating valve 6 and the chamber 7 to the wheel brake. This creates a brake pressure. The piston 8 is immovable because of the pressing forces acting on it in its bore. The volume of the chamber 7 remains unchanged.

Das Drehverhalten des abzubremsenden Rades wird laufend mit tels Sensoren überwacht. Die Sensorsignale werden ausgewer tet, so daß eine drohende Blockiertendenz des Rades ermit telt werden kann. In diesem Fall setzt der Antiblockiermodus ein. Dazu werden die Spulensegmente 15 wie weiter unten be schrieben wird mit Strom versorgt, was zur Folge hat, daß der Kolben 8 gemäß der Darstellung nach rechts wandert. Da durch löst sich zunächst der Stößel 17 von der Ventilkugel 18, so daß sich diese auf ihren Sitz aufsetzt und das Trenn ventil 6 schließt. Weiterhin wird das Volumen der Kammer 7 vergrößert, wodurch Druckmittel aus der Radbremse in diese Kammer gelangt. Dies hat zur Folge, daß der Radbremsdruck sinkt und das Rad wieder beschleunigen kann. Durch eine ange paßte Veränderung des Volumens der Kammer 7 kann der Druck in der Radbremse moduliert werden.The turning behavior of the wheel to be braked is continuously monitored by means of sensors. The sensor signals are evaluated so that an impending blocking tendency of the wheel can be determined. In this case the anti-lock mode starts. For this purpose, the coil segments 15 are supplied with current as will be described below, with the result that the piston 8 moves to the right as shown. Since the plunger 17 first loosens from the valve ball 18 so that it sits on its seat and the separating valve 6 closes. Furthermore, the volume of the chamber 7 is increased, whereby pressure medium from the wheel brake reaches this chamber. As a result, the wheel brake pressure drops and the wheel can accelerate again. By a fitting change in the volume of the chamber 7 , the pressure in the wheel brake can be modulated.

Die Verschiebung des Kolbens 8 geschieht nun auf folgende Weise. Der Kolben 8 besteht aus einem magnetostriktivem Ma terial. Das Material besteht im wesentlichen aus den Ma terialien Eisen, Terbium und Dysprosium. Der Kolben 8 wirkt damit als Translator in einem magnetostriktivem Linearmotor. Die prinzipielle Funktionsweise derartiger Motoren ist in der Fig. 5 dargestellt. In einem Magnetfeld verändert magnetostriktives Material seine Form. Ein Stab wird dünner und länger. Wirkt das Magnetfeld nur in einem abgegrenzten Bereich, so wird nur dieser Bereich dünner und länger.The piston 8 is now displaced in the following manner. The piston 8 consists of a magnetostrictive material. The material consists essentially of the materials iron, terbium and dysprosium. The piston 8 thus acts as a translator in a magnetostrictive linear motor. The basic mode of operation of such motors is shown in FIG. 5. Magnetostrictive material changes shape in a magnetic field. A stick becomes thinner and longer. If the magnetic field acts only in a limited area, only this area becomes thinner and longer.

Diese Eigenschaften können ausgenutzt werden um einen Linearmotor herzustellen. Dazu wird ein Translator 30 beste hend aus magnetostriktivem Material in ein Preßrohr 31 ein gesetzt. Das Rohr ist von einer Spule umgeben, die segment weise mit Strom versorgt werden kann. Wird nun ein Segment 15, das das Ende des Stabes erfaßt, mit Strom versorgt, so entsteht dort ein lokales Magnetfeld, das zur Folge hat, daß in diesem Bereich die Preßpassung wegen der Verdünnung des Stabes aufgehoben wird. Gleichzeitig schiebt sich das Ende des Stabes um eine Strecke L vor.These properties can be used to manufacture a linear motor. For this purpose, a translator 30 consisting of magnetostrictive material is inserted into a press tube 31 . The tube is surrounded by a coil, which can be supplied with electricity segment by segment. If a segment 15 , which detects the end of the rod, is now supplied with current, a local magnetic field is created there, with the result that the interference fit is canceled in this area because of the thinning of the rod. At the same time, the end of the rod advances a distance L.

Wandert nun das Magnetfeld am Stab entlang, so verschiebt sich gleichzeitig der verdünnte Bereich. Das Ende des Stabes tritt erneut in Preßpassung mit dem Preßrohr aber an einer Stelle, die um die besagte Strecke L gegenüber der vorheri gen Position verschoben ist. Mit der Verschiebung des Magnetfeldes verschiebt sich auch der Stab abschnittsweise um die Strecke L. Sobald das Magnetfeld das andere Ende des Stabes erreicht hat, ist der gesamte Stab verschoben. Das magnetische Wanderfeld verläuft somit gegen die Bewegungs richtung des Stabes. Mit jedem Zyklus verschiebt sich der Stab dabei um eine gewisse Strecke. If the magnetic field moves along the rod, it shifts the thinned area at the same time. The end of the staff occurs again in a press fit with the press tube but on one Point that by the distance L compared to the previous is shifted towards position. With the shift of the Magnetic field also moves the rod in sections by the distance L. As soon as the magnetic field reaches the other end of the The entire staff is moved. The magnetic traveling field thus runs against the movement direction of the rod. It shifts with each cycle Stick a certain distance.

Das Prinzip des magnetostriktiven Linearmotors wird somit unmittelbar auf den Kolben 8 des Druckmodulators 5 ange wandt, wobei der Druckmodulatorkolben die Funktion des Translators übernimmt.The principle of the magnetostrictive linear motor is thus applied directly to the piston 8 of the pressure modulator 5 , the pressure modulator piston taking over the function of the translator.

In der Fig. 2 ist eine Bremsanlage für ein Vierradfahrzeug dargestellt. Der Tandem-Hauptbremszylinder 20 weist zwei Bremskreise I, II auf. Zur Unterstützung der Pedalkräfte ist ein Unterdruckbremskraftverstärker 21 vorgesehen. Die Brems leitung 22, 23 gehört zu je einer Radbremse 4. Die in jeder Zweigleitung der Bremsleitung ist ein Modulator 5 gemäß der Fig. 1 vorgesehen. Die Drossel 24 verhindert, daß das Pedal durchfällt, wenn in der Anfangsphase der Bewegung des Kol bens 8 das Trennventil noch geöffnet ist.In FIG. 2, a brake system is shown for a four-wheel vehicle. The tandem master cylinder 20 has two brake circuits I, II. A vacuum brake booster 21 is provided to support the pedal forces. The brake line 22 , 23 belongs to a wheel brake 4th A modulator 5 according to FIG. 1 is provided in each branch line of the brake line. The throttle 24 prevents the pedal from falling through when the isolating valve is still open in the initial phase of the movement of the piston 8 .

Da jedem Rad ein Modulator zugeordnet ist, kann der Druck in den Radbremsen unabhängig voneinander geregelt werden.Since a modulator is assigned to each wheel, the pressure in the wheel brakes are controlled independently of each other.

In der Fig. 3 ist ein Bremsdruckmodulator dargestellt, der auch für eine Bremsanlage eingesetzt werden kann, mit der eine Antriebsschlupfregelung realisiert werden kann. Der Aufbau der Modulatoren gemäß Fig. 1 und Fig. 3 ist prinzi piell identisch. Der Unterschied besteht darin, daß das Vo lumen der Kammer 7 in der Grundstellung des Kolbens 8 so groß ist, daß die eingeschlossene Druckmittelmenge ausreicht die angeschlossene Radbremse zu füllen. Die Grundstellung des Kolbens 8 ist dadurch definiert, daß in dieser Position das Trennventil 6 gerade noch offen ist. Für den Kolben 8 muß daher ein ausreichender Verschiebeweg (Distanzpfeil 40) gewährleistet sein. Auch für die Ventilkugel 18 muß ein ent sprechender Verschiebeweg (Distanzpfeil 39) vorgesehen wer den. Zu berücksichtigen ist dabei der Arbeitshub der Feder 44. Damit der Kolben 8 bei nichtbetätigter Bremse diese Grundstellung einnimmt, kann ein Schalter 45 vorgesehen wer den, der in einen entsprechenden Regelkreis eingebaut ist. FIG. 3 shows a brake pressure modulator that can also be used for a brake system with which traction control can be implemented. The structure of the modulators according to Fig. 1 and Fig. 3 is Prinzi Piell identical. The difference is that the volume of the chamber 7 in the basic position of the piston 8 is so large that the amount of pressure medium enclosed is sufficient to fill the connected wheel brake. The basic position of the piston 8 is defined in that the isolating valve 6 is just still open in this position. A sufficient displacement path (distance arrow 40 ) must therefore be ensured for the piston 8 . A corresponding displacement path (distance arrow 39 ) must also be provided for the valve ball 18 . The working stroke of the spring 44 must be taken into account. So that the piston 8 assumes this basic position when the brake is not actuated, a switch 45 can be provided for who is installed in a corresponding control circuit.

Um den Verschiebeweg für den Ventilkörper 18 zu realisieren, muß die Haltefeder 44 entsprechend zusammendrückbar sein.In order to realize the displacement path for the valve body 18 , the retaining spring 44 must be compressible accordingly.

In der Fig. 4 ist der Einsatz eines Modulators nach Fig. 3 in einer Bremsanlage eingesetzt, die angetriebene Räder auf weist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind dies die Vorderräder VL und VR, die Hinterräder HL und HR seien nicht angetrieben. In den Zweigleitungen zu den Hinterrädern sind Modulatoren gemäß der Fig. 1 eingesetzt. In den Zweigleitun gen zu den Vorderrädern sind Modulatoren gemäß der Fig. 3 eingesetzt. Gleichzeitig befindet sich in der Zweigleitung zwischen dem Hauptzylinder und dem Modulator ein elektro magnetisch betätigbares Sperrventil 41. Dem Sperrventil 41 ist ein Rückschlagventil 42 parallel geschaltet, das zum Hauptzylinder hin sperrt.In FIG. 4, the insert is of a modulator of FIG used in a brake system. 3, the driven wheels has. In the present exemplary embodiment, these are the front wheels VL and VR, the rear wheels HL and HR are not driven. Modulators according to FIG. 1 are used in the branch lines to the rear wheels. In the Zweigleitun conditions to the front wheels modulators are used according to FIG. 3. At the same time, there is an electromagnetically actuated check valve 41 in the branch line between the master cylinder and the modulator. The check valve 41 is connected in parallel with a check valve 42 which blocks towards the master cylinder.

Das Drehverhalten der Räder wird, wie schon erläutert lau fend überwacht. Die Auswerteeinheit, die die Sensorsignale empfängt, kann auch feststellen, wenn eines der angetriebe nen Räder droht durchzudrehen. In diesem Fall wird auf das Rad ein Bremsmoment ausgeübt, das das überschüssige An triebsmoment kompensieren soll. Dazu wird das Sperrventil 41 umgeschaltet, so daß die Radbremse vom Hauptzylinder abge trennt ist. Das Spulensystem 14 wird nun so angesteuert, daß sich der Kolben 8 im Sinne einer Verkleinerung der Kammer 7 bewegt. Dadurch wird Druckmittel aus der Kammer 7 in die Radbremse verdrängt, wodurch dort ein Bremsdruck aufgebaut wird. Durch Variation des Volumens des Modulatorraumes kann auch der Radbremsdruck moduliert werden, so daß er einen op timalen Wert einnimmt, bei dem das Rad einen Schlupf auf weist, bei dem sowie maximale Antriebskräfte als auch aus reichende Seitenführungskräfte übertragen werden können.As already explained, the turning behavior of the wheels is continuously monitored. The evaluation unit, which receives the sensor signals, can also determine when one of the driven wheels threatens to spin. In this case, a braking torque is exerted on the wheel to compensate for the excess drive torque. For this purpose, the check valve 41 is switched over so that the wheel brake is separated from the master cylinder. The coil system 14 is now controlled so that the piston 8 moves in the sense of a reduction in the size of the chamber 7 . As a result, pressure medium is displaced from the chamber 7 into the wheel brake, whereby a brake pressure is built up there. By varying the volume of the modulator space, the wheel brake pressure can also be modulated so that it assumes an optimum value, in which the wheel has a slip, in which maximum driving forces as well as sufficient cornering forces can be transmitted.

Die Bremsanlage ist mit einem Pedalschalter 43 vorgesehen, mit dessen Hilfe festgestellt werden kann, ob die Bremse be tätigt wird. Ist dies der Fall während einer Bremsschlupfre gelung, so wird diese unterbrochen und die Anlage in den Normalbremsmodus überführt.The brake system is provided with a pedal switch 43 , by means of which it can be determined whether the brake is being operated. If this is the case during a brake slip control, this is interrupted and the system is switched to normal braking mode.

Claims

1. Pressure modulator ( 5 ) for an anti-lock, hy metallic brake system with a piston ( 8 ) which limits a chamber ( 7 ) variable volume, which is connected to the wheel brakes ( 4 ) of the brake system, a separating valve ( 6 ) Locking the chamber ( 7 ) against the master brake cylinder ( 1 ) of the brake system and a drive for the piston ( 8 ), characterized in that the piston ( 8 ) consists of magnetostrictive material and is surrounded by a coil system ( 14 ) which in able to generate a magnetic traveling field.

2. Pressure modulator according to claim 1, characterized in that the piston ( 8 ) has a longitudinal bore through which a rod ( 9 ) is guided, each of which has a collar ( 10, 11 ) at its ends, the piston ( 8 ) is applied to a Kra gene ( 10 ) and is supported on the other collar ( 11 ) by means of a spring ( 12 ).

3. Pressure modulator according to claim 2, characterized in that a plunger ( 17 ) is formed on the rod ( 9 ), which actuates the isolating valve ( 6 ).

4. Pressure modulator according to one of the preceding claims, characterized in that the Druckmodula tor in its rest position has a central position, which is determined by the fact that the isolating valve ( 6 ) is just still open and that the drive from this middle position allows movement of the piston in one direction or the other.

5. Brake system for controlling the drive slip with one Pressure modulator according to claim 4, characterized characterized in that the brake line between between the master brake cylinder and the pressure modulator an electromagnetically actuated valve can be blocked.