DE4445512C2 - Antiblockierregelsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antiblockierregelsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Antiblockierregelsystem ist aus der nicht vor­ veröffentlichten DE 44 22 518 A1 bekannt. Dort wird ein An­ tiblockierregelsystem beschrieben, das für wenigstens eine Radbremse ein Rückförderpumpenelement und ein Zweistellungs­ magnetventil umfaßt, wobei das Magnetventil in einer Stel­ lung den Druckaufbau zuläßt und in der anderen Stellung ei­ nen Druckabbau ermöglicht.

Aus der DE 38 26 982 A1 ist ein Hilfslenksystem verbunden mit einem Antiblockiersteuerungssystem bekannt. Das Antiblockiersteuerungssystem ist geeignet, unabhängig voneinander Bremskräfte für wenigstens ein Paar eines linken und rechten Rades zu steuern und umfasst einen Bremsbetätiger zum Einstellen der Bremskräfte, die auf das Paar des linken und rechten Rades aufgebracht werden. Der Bremsbetätiger wird so gesteuert, dass die Bremskräfte hierfür sich den Zielbremskräften annähern, die auf der Basis von Umdrehungsgeschwindigkeiten der Räder bestimmt werden. Das Antiblockier­ steuerungssystem enthält dabei wenigstens ein Rückförderpumpenelement, dessen Saugseite mit ei­ nem Reservoir verbunden ist.

Aus der DE 41 41 354 A1 ist eine Anordnung zur Modulation des Bremsdrucks bekannt. Zur Modula­ tion des Bremsdrucks in einer geregelten Bremsanlage ist in den Einlassweg von einem Hauptzylinder zu einer Radbremse ein Drossel- oder Stromregelventil eingefügt. Der Druckabbau bzw. das Abfließen von Druckmittel aus der Radbremse in einen Niederdruckbereich wird mit Hilfe eines Druckabbau­ ventils gesteuert. Dieses Ventil wird mit einem Wechselsignal oder einer Pulsfolge derart angesteuert, dass während der Druckabbauphase der Ventilkolben dieses Druckabbauventils eine Schwimmstel­ lung einnimmt.

Desweiteren sind Einfachsysteme vorgeschlagen worden, die als einzige ABS-Komponente ein Pumpenelement sowie ein 2/2-Ventil pro geregeltem Kanal besitzen.

Im ABS-Betrieb mit laufender Pumpe kann ein solches System nur die Zustände "Druckaufbau" und "Druckabbau" realisieren, ein Zustand "Druckhalten" ist nicht möglich. Die Schwierig­ keit bei der Auslegung und Ansteuerung eines solchen Systems liegt in den völlig unterschiedlichen Dynamikanforderungen, vor allem beim Druckaufbau, beim Bremsen und im ABS-Regelfall.

Während man im ABS-Regelfall an einem vergleichsweise langsamen (d. h. der Rad-Dynamik folgenden) Rad-Druckaufbau interessiert ist, verlangt die Forderung nach guter Anbremsdynamik einen mög­ lichst schnellen Rad-Druckanstieg.

Diesen gegensätzlichen Forderungen kann nur durch unterschied­ lich große Drosseln, die, hydraulisch oder elektromagnetisch be­ tätigt, je nach Bedarf umgeschaltet werden können, begegnet wer­ den. Eine solche Umschaltung mittels hydraulisch oder elektro­ magnetisch betätigbaren Drosseln wird als Gradient Switch be­ zeichnet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem ABS-Regelsystem der eingangs genannten Art die oben ange­ sprochenen Schwierigkeiten zu beheben. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des ABS ermöglicht es, ein solches System ohne Gradient Switch zu bauen. Durch entspre­ chende Ansteuerung kann die hydraulisch-mechanische Trägheit des Bremssystems ausgenutzt werden. Die Ansteuerung schaltet das Ventil zwischen den zuständen "offen" und "geschlossen" so schnell um, daß die Hydraulik nur mit vergleichsweise ge­ ringen Rad-Druckschwankungen reagieren kann.

Bei dieser Form der Ansteuerung sind zwei voneinander unab­ hängige Parameter verfügbar. Dies ist zum einen die Ansteu­ erfrequenz F, die die Amplitude der Druckschwankungen um ei­ nen Mittelwert bestimmt. Desweiteren ist es das Puls-/Pause-Verhältnis, der neben dem eingespeisten Druck im Hauptbremszylinder, den einzustellenden mittleren Druck be­ stimmt. Bei konstantem Puls-/Pause-Verhältnis bleibt auch der Raddruck konstant. Bei Variation des Puls-/Pause-Verhältnisses κ ist der mittlere Raddruck zwi­ schen dem Druck im Hauptbremszylinder und 0 bar quasi-kontinuierlich verstellbar.

Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein ABS mit einer Quasi-Konstanthaltung mit nur einem 2/2- oder einem 3/2-Ventil pro Kanal ohne zusätzliche Gradientenumschaltung erzielt werden. Durch die Wahl der Ansteuerfrequenz können Anforderungen aus den Bereichen Pedalrückwirkung und Akustik berücksichtigt werden. Durch die quasi-kontinuierliche An­ steuerung kann jeder gewünschte Rad-Mittel-Druck mit wählba­ rer Dynamik eingestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen die Fig. 1 ein Einfach-ABS-System mit einem 2/2-Ventil pro gere­ geltem Kanal, Fig. 2 ein vergleichbares System mit einem 3/2-Ventil, Fig. 3 ein Diagramm in dem das Ansteuersignal, der Druck und der Zustand des Magnetventils über der Zeit aufgetragen ist, Fig. 4 ein Diagramm in dem das Puls/-Pause-Verhältnis und der Raddruck über der Zeit aufge­ tragen ist und Fig. 5 ist der Differenzdruck über dem Puls/-Pause-Verhältnis aufgetragen.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße System am Beispiel einer hydraulischen Bremsanlage beschrieben. Die Bremsanlage hat einen pedalbetätigbaren Hauptbremszylinder 3 mit einem Druckmittel-Vorratsbehälter 4.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 führt eine erste Lei­ tung 11 vom Hauptbremszylinder 3 zu einem Radbremszylinder 12 eine Radbremse 5. In der ersten Leitung 11 befindet sich ein erstes 2/2-Magnetventil 30. Dieses nimmt federbetätigt seine Durchlaßstellung und elektromagnetisch betätigt seine Sperrstellung ein.

Eine weitere Leitung 17 ist mit einer Pumpe 18 zum Fördern von Druckmittel vom Radbremszylinder 12 zum Hauptbremszylin­ der 13 vorgesehen. Der zur Saugseite der Pumpe 18 führende Teil 17.1, der weiteren Leitung 17 steht mit dem Radbrems­ zylinder 12 in Kontakt. Der druckseitige Teil 17.2 der drit­ ten Leitung 17 steht mit der ersten Leitung 11 und dem Hauptbremszylinder 3 in Verbindung. Die Pumpe ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor antreibbar.

Das Ventil 30 ist von einer Leitung 24 umgangen. In dieser ist ein Rückschlagventil 25 mit Durchflußrichtung vom Rad­ bremszylinder 15 zum Hauptbremszylinder 3 angeordnet.

Desweiteren gehören zur Blockierschutzeinrichtung den Fahr­ zeugrädern zugeordnete Raddrehzahlsensoren 27, welche an ein Steuergerät 28 angeschlossen sind. Das Steuergerät 28 beauf­ schlagt das Ventile 30 sowie des Pumpenantriebsmotors mit schlupfabhängigen Signalen.

In der Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform mit einem 3/2-Ventil dargestellt. Es ist lediglich ein Bremskreis zur Betätigung von Radbremsen 5 und 6 dargestellt, welche dem linken Vorderrad und dem rechten Hinterrad des Fahrzeugs zu­ geordnet sind. Der zweite Bremskreis ist entsprechend aufge­ baut und ist nicht dargestellt.

Eine erste Leitung 11 führt vom Hauptbremszylinder 3 zu ei­ nem Radbremszylinder 12, der dem linken Vorderrad zugeordne­ ten Radbremse 5. In der ersten Leitung 11 befindet sich ein erstes 3/2-Magnetventil 13. Dieses nimmt federbetätigt seine Durchlaßstellung und elektromagnetbetätigt seine Sperrstel­ lung ein.

Von der ersten Leitung 11 geht zwischen dem ersten Ventil 13 und dem Hauptbremszylinder 3 eine zweite Leitung 14 aus, an welche ein Radbremszylinder 15, der dem rechten Hinterrad zugeordneten Radbremse 6, angeschlossen ist. In der zweiten Leitung 14 befindet sich ein zweites 3/2-Wegeventil 16 mit federbetätigter Durchlaßstellung und elektromagnetisch schaltbarer Sperrstellung.

Außerdem ist eine dritte Leitung 17 mit einer Pumpe 18 zum Fördern von Druckmittel von den Radbremszylindern 12 und 15 zum Hauptbremszylinder 13 vorgesehen. Der zur Saugseite der Pumpe 18 führende Teil 17.1, der dritten Leitung ist über die beiden Magnetventile 13 und 16 mit den Radbremszylindern in Kontakt. Der druckseitige Teil 17.2 der dritten Leitung 17 steht mit der ersten Leitung 11 und der zweiten Leitung 14 und dem Hauptbremszylinder 3 in Verbindung. Die Pumpe ist mit einem nicht dargestellten Antriebsmotor antreibbar.

Das zweite Ventil 16 ist von einer vierten Leitung 22 umgan­ gen. In dieser ist ein Rückschlagventil 23 mit Durchfluß­ richtung vom Radbremszylinder 15 zum Hauptbremszylinder 3 angeordnet. Außerdem ist noch eine fünfte Leitung 24 vorge­ sehen, welche das erste Ventil 13 umgeht. In dieser Leitung 24 befindet sich ein Rückschlagventil 25 mit Durchflußrich­ tung vom Radbremszylinder 12 zum Hauptbremszylinder 3.

Die vorgenannten Elemente sind in einem Hydroaggregat verei­ nigt, was in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Um­ randung angedeutet ist.

Desweiteren gehören zur Blockierschutzeinrichtung den Fahr­ zeugrädern zugeordnete Raddrehzahlsensoren 27, welche an ein Steuergerät 28 angeschlossen sind. Das Steuergerät 28 beauf­ schlagt die Ventile 13 und 16 sowie des Pumpenantriebsmotors mit schlupfabhängigen Signalen.

Die Bremsanlage arbeitet wie folgt. Bei einer Betätigung des Bremspedals wird der Bremsdruck in den Radbremszylindern 12 und 15 aufgebaut.

Erkennt das Steuergerät 28 eine zu große Schlupf- bzw. Ge­ schwindigkeitsdifferenz zwischen den Rädern beider Achsen, so schaltet es das Ventil 16 bzw. 30 in Sperrstellung, so daß ein weiterer Bremsdruckaufbau an der Hinterachse unter­ bunden wird. Durch entsprechendes Zurückhalten des Drucks in den Radbremszylindern 15 der Hinterachse wird während der Bremsung die Bremskraft dem Verlauf der idealen Bremskraft­ verteilung angeglichen.

Tritt bei einer Bremsung Blockiergefahr beispielsweise am rechten Hinterrad auf, so arbeitet die Blockierschutzein­ richtung wie folgt. Das Steuergerät sperrt mit Hilfe des er­ sten Ventils 13 bzw. des Ventils 30 die erste Leitung und setzt die Pumpe 18 in Betrieb. Dies bewirkt durch die Ent­ nahme von Druckmittel aus den Radbremszylindern der Vorder­ räder einen Druckabbau an der Radbremse. Dieser Abschnitt wird als "Druckabbau" bezeichnet.

Um den Bremsdruck bei sich stabilisierenden Raddrehverhalten wieder anzuheben, schaltet das Steuergerät 28 das erste We­ geventil 13 bzw. das Ventil 30 in die Durchlaßstellung, so daß Druckmittel bei laufender Pumpe 18 vom Hauptbremszylin­ der 3 zu den beiden Radbremszylindern 12 und 15 nachströmen kann. Diese Phase wird mit Druckaufbau bezeichnet.

Mit einer solchen Einrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 ist es nicht möglich den Druck im Radbremszylinder kanstant zu halten. Der Zustand "Druck halten" läßt sich nicht realisie­ ren.

In Fig. 3 sind verschiedene Signale über der Zeit aufgetra­ gen. In Fig. 3a ist das Ansteuersignal, mit dem das Ventil 30, 13 bzw. 16 von der Steuereinheit 28 beaufschlagt wird, über der Zeit aufgetragen. In Fig. 3b ist der Hub des Magnetventils und in Fig. 3c der Druck P_rad im Radbrems­ zylinder 12 bzw. 15 aufgetragen.

Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel wird das Magnetven­ til zum Zeitpunkt 0 mit einer Spannung von 5 Volt beauf­ schlagt. Dies führt dazu, daß das Magnetventil in seine Sperrstellung G übergeht, was bei laufender Pumpe 18 zur Folge hat, daß der Druck P_rad im Radbremszylinder abnimmt (Druckabbau).

Zum Zeitpunkt κT wird die Ansteuerung zurückgenommen. Dies bewirkt, daß das Magnetventil seine in Fig. 1 bzw. Fig. 2 eingezeichnete Ruheposition O übergeht. Das Magnetventil gibt die Verbindung zwischen Hauptbremszylinder 3 und den Radbremszylindern 12 bzw. 15 frei. Dies führt zu einem Druckanstieg beim Druck P_rad im Radbremszylinder 12 (Druckaufbau).

Durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses κ und der Fre­ quenz F = 1/T kann der Druck P_rad im Radbremszylinder 12 so eingestellt werden, daß er um einen mittleren Druck PM schwankt. Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Ansteuerung auch der Zustand "Druck halten" realisierbar. Desweite­ ren kann durch geeignete Wahl des Tastverhältnisses κ und der Frequenz F = 1/T ein in weiten Grenzen beliebiger Druck­ gradient eingestellt werden. Der Druckgradient ist eine Größe, die angibt, um welchen Betrag sich der Druck inner­ halb eines bestimmten Zeitraums ändert.

Durch Ausnutzung der hydraulischen mechanischen Trägheit des Bremssystems und durch die spezielle Ansteuerung sind zwei voneinander unabhängige Parameter verfügbar. Die Ansteuerung schaltet das Ventil zwischen den Zuständen offen O und ge­ schlossen G so schnell um, daß die Hydraulik nur mit ver­ gleichsweise geringen Rad-Druckschwankungen reagieren kann. Die Ansteuerfrequenz F entscheidet über die Amplitude der Druckschwankungen um den Mittelwert PM. Vorzugsweise wird eine Frequenz im Bereich zwischen 30 und 100 hz gewählt.

In Fig. 4 ist das Puls-/Pause-Verhältnis κ sowie der Druck P_rad im Radbremszylinder über der Zeit t aufgetragen. Bei kleinen κ ergibt sich ein großer Raddruck und bei großen κ ergibt sich ein relativ kleiner Raddruck. Durch Variation des Puls-/Pause-Verhältnisses κ über der Zeit t kann ein ge­ wünschter zeitlicher Verlauf des Drucks P_rad im Radbrems­ zylinder erzielt werden. Ohne Blockierneigung wird ein klei­ ner Wert für κ gewählt. Dies hat einen hohen Druck P_rad zur Folge. Bei erkannter Blockierneigung wird der Wert von κ er­ höht, was einen Abfall des Drucks P_rad bewirkt. Durch Varia­ tion von κ kann der Druck ensprechend verändert werden.

In Fig. 5 ist der Zusammenhang zwischen κ und dem Differenzdruck aufgetragen. Der Differenzdruck entspricht der Druckdifferenz zwischen dem Druck P_rad im Radbremszylin­ der und dem Druck P_hz im Hauptbremszylinder. Bei einem κ von 0 ergibt sich ein Differenzdruck von 0 und bei einem κ von nahezu 1 ergibt sich der maximal möglich Differenzdruck.

Das Puls-/Pause-Verhältnis κ bestimmt neben dem vom Fahrer über die Pedalbetätigung eingestellten Druck P_hz im Haupt­ bremszylinder den sich einstellenden mittleren Druck PM. Bei konstantem κ bleibt auch der Raddruck konstant. Bei einer Variation von κ zwischen 0 und 1 ist der mittlere Raddruck zwischen dem Druck P_hz im Hauptbremszylinder und 0 quasi kontinuierlich einstellbar. Dieses Verhältnis wird im ABS- Regelfall vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 0,9 ge­ wählt.

Claims (5)

1. Antiblockierregelsystem enthaltend wenigstens ein Rückförder­ pumpenelement und für jeden Radbremszylinder wenigstens ein Zweistellungsmagnetventil, wobei die Magnetventile in einer Stellung einen Druckaufbau zulassen und in der anderen Stellung und bei laufendem Rückförderpumpenelement einen Druckabbau er­ möglichen, dadurch gekennzeichnet,
dass durch das Rückförderpumpenelement ein Fördern von Druckmit­ tel vom Radbremszylinder zum Hauptbremszylinder erfolgt und
dass die Magnetventile derart mit Impulsen einer vorgebbaren Frequenz und einem vorgebbaren Puls-/Pauseverhältnis (κ) ange­ steuert werden, daß der Druck im Radbremszylinder um einen vor­ gebbaren Mitteldruck (P_M) schwankt.

2. Antiblockierregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz so vorgebbar ist, daß sich eine gewünschte Amplitude der Druckschwankung einstellt.

3. Antiblockierregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Frequenz vorzugsweise im Bereich zwischen 30 und 100 Hz wählbar ist.

4. Antiblockierregelsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Puls- /Pause-Verhältnis so vorgebbar ist, daß sich eine gewünschte Druckdifferenz und/oder der vorgebbare Mitteldruck im Rad­ bremszylinder einstellt.

5. Antiblockierregelsystem nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Puls- /Pause-Verhältnis vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 0,9 wählbar ist.