DE4440531C2 - Verfahren zur größenmäßigen Ermittlung von Hydraulikdrücken in einer blockiergeschützten Kfz-Bremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur größenmäßigen Ermittlung von Hydraulikdrücken in einer blockiergeschützten hydraulischen Kraftfahrzeug-Bremsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.

Hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlagen werden zunehmend mit Antiblockierregeleinrichtungen (ABS, ABV, Anti-Skid) ausgerüstet, um sicherzustellen, daß das Fahrzeug beim Betätigen der Bremse auch auf schwierigen Fahrbahnen und bei maximaler Betätigung der Bremse optimal abgebremst wird und seine Lenkfähigkeit behält, soweit dies physikalisch überhaupt möglich ist.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 40 12 167 A1 offenbart ein Antiblockiersystem, bei dem der Bremsdruck aus den Ventilschaltzeiten und aus der Fahrzeugverzögerung sowie abgespeicherten Größen und Verläufen gewonnen wird. Der wirksame Vordruck der Bremseinheit wird dabei in den Radbremszylindern geschätzt.

Erkenntnisse über die Funktionsweise von Antiblockiersystemen lassen sich aus der deutschen Patentschrift DE 40 10 507 C1 als auch der Druckschrift "Kraftfahrzeugtechnik, Technologie für Automobil- und Kraftfahrzeugmechaniker, Verlag Vieweg & Sohn, ISBN 3-528-04302-04, 1988" entnehmen, welche im folgenden näher erläutert werden.

Zur Durchführung der Antiblockierregelung müssen einerseits mit Hilfe von Sensoreinrichtungen kontinuierlich solche Betriebsparameter des Fahrzeugs erfaßt werden, aus denen der ABS-Regler ermitteln kann, ob eines oder unter Umständen auch gleichzeitig mehrere der Fahrzeugräder bei den herrschenden Betriebsverhältnissen Gefahr laufen überbremst zu werden, d. h. zu blockieren, und andererseits muß die hydraulische Bremsanlage in der Lage sein, bei erkannter Blockiergefährdung den Bremsdruck am blockiergefährdeten Rad unabhängig von der Bremspedalbetätigung den jeweiligen Regelerfordernissen entsprechend selbsttätig zu modulieren, d. h. abzusenken, konstantzuhalten und wieder zu erhöhen.

In vielen blockiergeschützten hydraulischen Bremsanlagen enthal­ ten die Einrichtungen für diese Druckmodulation u. a. in den zu den Radbremsen führenden Bremsleitungen angeordnete elektroma­ gnetisch steuerbare Einlaß- und Auslaßventile, wobei die Einlaß­ ventile im allgemeinen als stromlos offene und die Auslaßventile als stromlos geschlossene Ventile ausgebildet sind. Bei offenen Einlaßventilen stehen die Radbremszylinder der Radbremsen hy­ draulisch unmittelbar mit dem Hauptbremszylinder in Verbindung, so daß der im Hauptbremszylinder bei Betätigung des Bremspedals aufgebaute Bremsdruck auch in den Radbremszylindern wirksam ist.

Wenn infolge einer erkannten Blockiergefährdung an dem einen oder dem anderen Fahrzeugrad der Bremsdruck moduliert werden muß, dann werden das jeweils diesem blockiergefährdeten Rad zu­ geordnete Einlaßventil sowie Auslaßventil durch Ein- und Aus­ schalten ihrer Erregerströme den jeweiligen Regelerfordernissen entsprechend in ihren einen oder ihren anderen Schaltzustand ge­ steuert. So wird z. B. zum Konstanthalten des Radbremsdruckes das stromlos offene Einlaßventil durch Anlegen eines Erreger­ stroms geschlossen, wodurch der Radbremszylinder hydraulische vom übrigen Bremskreis abgetrennt wird. Zum Absenken des im Rad­ bremszylinder herrschenden Druckes wird das Einlaßventil weiter geschlossen gehalten und das stromlos geschlossene Auslaßventil durch Einschalten seines Erregerstroms in seinen geöffneten Schaltzustand umgeschaltet, so daß das im Radbremszylinder be­ findliche Druckmedium in den i. a. drucklosen Ausgleichsbehälter der Bremsanlage abfließen kann. Wenn der Bremsdruck im Radbrems­ zylinder schließlich den Regelerfordernissen entsprechend wieder erhöht werden muß, werden das Auslaßventil durch Abschalten sei­ nes Erregerstroms wieder geschlossen und das Einlaßventil durch Abschalten seines Erregerstroms wieder geöffnet.

Die Blockiergefährdung der Fahrzeugräder wird bei den meisten blockiergeschützten Bremsanlagen ausschließlich aus dem Drehver­ halten der Fahrzeugräder ermittelt, wozu diesen Radsensoren zu­ geordnet sind, aus deren Ausgangssignalen dann in der ABS-Regel­ einrichtung mittels geeigneter Regelalgorithmen u. a. die je­ weiligen Radumfangsgeschwindigkeiten und/oder -verzögerungen bzw. -beschleunigungen, die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie die Radschlüpfe ermittelt werden und letztlich die Blockiergefähr­ dung eines oder aber auch mehrerer Fahrzeugräder erkannt wird.

An sich wäre es erstrebenswert, zur Erkennung sowie zur Regelung des Fahrzustands auch noch andere Betriebsparameter zu kennen, z. B. die in den jeweiligen Radbremsen herrschenden Bremsdrücke. Aus den geometrischen Abmessungen der Bremsanlage könnten dann nämlich in einfacher Weise unmittelbar die an den Fahrzeugrädern aufgebrachten Bremsmomente ermittelt werden. Solche Raddrucksen­ soren werden aber auch für andere Regelsysteme sinnvoll, z. B. für sogenannte Fahrdynamikregelsysteme. Der Einsatz solcher Rad­ drucksensoren scheitert im allgemeinen aber an den damit zusam­ menhängenden Kosten.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur größenmäßigen Ermittlung von Hydraulikdrücken in einer blockiergeschützten hy­ draulischen Kfz-Bremsanlage der im Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 genannten Art zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden während der Antiblockierregelzyklen auf­ tretende signifikante Veränderungen im zeitlichen Verlauf der zum Umschalten der Einlaß- und Auslaßventile aufgebrachten Erre­ gerströme jeweils unmittelbar als Indikatoren für die Höhe der vor dem Umschalten an den Ventilen wirksamen Hydraulikvordrücke ausgewertet.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten prinzipienhaften Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer an sich bekannten blockiergeschützten hydraulischen Bremsanla­ ge,

Fig. 2 den prinzipienhaften Erregerstromverlauf der Einlaß- und Auslaßventile beim Umschalten in ihren zweiten Schaltzustand,

Fig. 3 ein Zeit/Druckdiagramm und

Fig. 4 ein prinzipienhaftes Flußdiagramm für das er­ findungsgemäße Verfahren bzw. für eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung ei­ nes solchen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer an sich bekannten blockiergeschützten hydraulischen Kfz-Bremsanlage mit einem durch ein Bremspedal 2 betätigten üblichen Hauptbremszylinder 1, wobei lediglich eine der vom Hauptbremszylinder gespeisten Rad­ bremsen 3 mit den ihr zugeordneten Einlaß- und Auslaßventilen 4, 5 der Antiblockierregeleinrichtung dargestellt ist.

Wie in den meisten Fällen üblich, ist auch im dargestellten Aus­ führungsbeispiel das elektromagnetisch steuerbare Einlaßventil 4 als stromlos offenes Ventil und das elektromagnetisch steuerbare Auslaßventil 5 als stromlos geschlossenes Ventil ausgebildet. Einlaßventil und Auslaßventil sind leitungsmäßig derart angeord­ net, daß die Radbremse 3 hydraulisch einerseits über das Einlaß­ ventil 4 mit dem Hauptbremszylinder 1 und andererseits über das Auslaßventil 5 mit dem üblichen drucklosen Ausgleichsbehälter 7 des Hauptbremszylinders 1 verbindbar ist.

Mit 8 ist die eigentliche elektronische Antiblockierregelein­ richtung angedeutet, der einerseits in üblicher Weise u. a. die Ausgangssignale von üblichen Radsensoren 15 zugeführt werden und die andererseits bei erkannter Blockiergefährdung des relevanten Fahrzeugrades den jeweiligen Regelerfordernissen entsprechend das Umschalten der Einlaß- und Auslaßventile 4, 5 bewirkt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen worden, daß eine ABS-Anlage des Pumpentyps Anwendung findet; deren Hydrau­ likpumpe ist mit 6 beziffert.

Wenn die Einlaß- und Auslaßventile 4, 5 im Rahmen der bei Blockiergefahr einsetzenden Antiblockierregelung den jeweiligen Regelerfordernissen entsprechend vom ABS-Regler 8 von ihrem dargestellten (stromlosen) ersten Schaltzustand in ihren zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden müssen, dann geschieht dies dadurch, daß an die Erregerwicklung 16 des jeweils umzuschalten­ den Ventils eine elektrische Spannung u angelegt wird, und zwar solange, wie dieser zweite Schaltzustand aufrechterhalten werden soll.

Wegen der induktiven Eigenschaften solcher Erregerwicklungen 16 baut sich der Erregerstrom i beim Anlegen einer Erregerspannung u nicht sprunghaft auf, sondern zeitlich verzögert. In Fig. 2 ist qualitativ der typische Verlauf des durch die Erreger­ wicklung 16 eines elektromagnetisch steuerbaren Einlaß- oder Auslaßventils fließenden Erregerstroms i dargestellt, wenn an die Erregerwicklung 16 zu einem Zeitpunkt t₀ eine Erregerspan­ nung u angelegt wird. In diesem Stromverlauf tritt eine gewisse Zeit nach Anlegen der Erregerspannung u im an sich im wesentli­ chen stetig ansteigenden Erregerstromverlauf ein kurzzeitiger spürbarer Einbruch des Erregerstroms i auf. Dieser Einbruch ist offenbar darauf zurückzuführen, daß die Induktivität der Erre­ gerwicklung 16 des Einlaß- bzw. Auslaßventils 4, 5 nicht kon­ stant bleibt, sondern sich verändert, wenn der Spulenanker des Ventils infolge des Erregerstroms aus seiner zuvor eingenommenen Ruheposition in eine den zweiten Schaltzustand des Ventils be­ wirkende zweite Position verlagert wird.

Es wurde nun festgestellt, daß diese signifikante Veränderung, d. h. dieser typische kurzzeitige Einbruch im zeitlichen Verlauf des Erregerstroms i in ganz typischer Weise von der Höhe des am Ventil vor dessen Umschalten wirksamen Hydraulikdrucks, des Hy­ draulikvordrucks p_vor, abhängt.

Diese signifikante Veränderung im zeitlichen Verlauf des Erre­ gerstroms i, d. h. insbesondere der jeweils eine gewisse Zeit nach seinem Einschalten deutlich erkennbare typische kurzzeitige Einbruch, wird daher erfindungsgemäß als Indikator für die Höhe des vor dem Umschalten am betreffenden Ventil herrschenden Hy­ draulik(vor)drucks p_vor verwendet. Im Vergleich zu herkömmlichen Drucksensoreinrichtungen läßt sich dies mit wesentlich geringe­ rem Aufwand und daher sehr wirtschaftlich realisieren.

Vorzugsweise wird dabei die vom Einschalten des Erregerstroms i bis zu dessem kurzzeitigen Einbruch vergangene Zeit t_Peak unmit­ telbar als Maß für die Höhe des Hydraulik(vor)drucks p_vor ausge­ wertet. Es hat sich nämlich gezeigt, daß zwischen der Höhe des Hydraulikvordrucks p_vor und dem Zeitpunkt t_Peak dieses typischen Erregerstromeinbruchs nach Anlegen der Erregerspannung u zumin­ dest bei den meisten heute serienmäßig zum Einsatz kommenden elektromagnetisch gesteuerten Einlaß- und Auslaßventilen jeweils eine feste Beziehung besteht. Untersuchungen ergaben, daß eine zumindest annähernde lineare Abhängigkeit zwischen dem Zeitpunkt t_Peak und der Höhe des Hydraulikvordrucks p_vor besteht, welche mathematisch durch eine Geradengleichung beschrieben werden kann, nämlich

p_vor = a + b.t_Peak,

worin a und b ventilabhängige Faktoren darstellen, die vorzugs­ weise experimentell, grundsätzlich aber wohl auch rechnerisch ermittelt werden können.

Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, andere Elemente der si­ gnifikanten Veränderungen im zeitlichen Erregerstromverlauf zur Bestimmung der Höhe des am umzuschaltenden Ventil herrschenden Hydraulikvordrucks auszuwerten, beispielsweise das unmittelbar vor t_Peak auftretende Strommaximum I₁ des Erregerstroms, den Zeitpunkt t₁, zu dem dieses Strommaximum auftritt, den Stromwert I₂, auf den der Erregerstrom i absinkt oder auch eine Kombinati­ on aus diesen Werten.

Da jedoch der Zeitpunkt t_Peak sehr einfach zu erfassen und aus­ zuwerten ist und im übrigen zwischen dem Zeitpunkt t_Peak und dem Hydraulikvordruck p_vor eine sehr eindeutige Beziehung besteht, ist es von Vorteil, diesen Zeitpunkt t_Peak unmittelbar als Maß für den Hydraulikvordruck p_vor auszuwerten.

In Fig. 3 ist für ein übliches elektromagnetisch gesteuertes Einlaß- oder Auslaßventil beispielhaft und rein qualitativ die experimentell ermittelte Abhängigkeit des Zeitpunkts t_Peak vom am umzuschaltenden Ventil herrschenden Hydraulikvordruck p_vor dargestellt. Es ist gut erkennbar, daß zwischen beiden eine li­ neare Abhängigkeit besteht, die wie oben bereits erwähnt durch eine Geradengleichung beschrieben werden kann. Bei Kenntnis des Zeitpunkts t_Peak kann daher mit Hilfe üblicher Elektronikbau­ steine sehr einfach der zugehörige Hydraulikvordruck p_vor ermit­ telt und gegebenenfalls im Rahmen spezieller Regeleinrichtungen verwertet werden.

Wie anhand der Fig. 4 erkennbar ist, kann der am umzuschalten­ den Einlaß- oder Auslaßventil 4, 5 herrschende Hydraulikvordruck p_vor in einfacher Weise mit Hilfe zweier vergleichsweise einfa­ cher elektronischer Einrichtungen 9, 10 sowie einer ebenfalls vergleichsweise einfachen Auswerteelektronik 12 ermittelt wer­ den.

Eine erste elektronische Einrichtung 9 enthält im wesentlichen einen Spannungsmesser 91, der kontinuierlich die an der Erreger­ wicklung 16 des betreffenden Einlaß- oder Auslaßventils 4 bzw. 5 anliegende Erregerspannung erfaßt. Da jeweils nur zwei Zustände vorliegen können, nämlich entweder ist an der Erregerwicklung 16 eine Erregerspannung 11 angelegt oder nicht, kann das Einschal­ ten des Erregerstroms i durch diesen Spannungssprung sehr leicht, z. B. mittels eines üblichen Triggers oder Differenzie­ rers erfaßt werden, was in Fig. 4 durch das Glied 92 angedeutet ist. Wenn die erste elektronische Einrichtung 9 nun das Anlegen einer Erregerspannung u feststellt, dann startet sie ein üb­ liches elektronisches Zeitglied 11, das in Fig. 4 ebenfalls nur symbolisch dargestellt ist.

Mit der zweiten elektronischen Einrichtung 10 wird der signifi­ kante spürbare Einbruch im Erregerstromverlauf sensiert und als Folge davon das Zeitglied 11 gestoppt. Hierzu enthält diese elektronische Einrichtung einen im Erregerstromkreis der Erre­ gerwicklung 6 liegenden Strommesser 101, der den zeitlichen Ver­ lauf des Erregerstroms i erfaßt. Zur Sensierung des Einbruchs im an sich im wesentlichen stetig ansteigenden Erregerstroms i wird ein übliches elektronisches Differenzierglied 13 sowie ein die­ sem nachgeschalteter Elektronikbaustein 14 eingesetzt. Das Dif­ ferenzierglied 13 ermittelt in üblicher Weise den Gradienten, d. h. die erste zeitliche Ableitung di/dt des Erregerstromverlaufs, wobei auftretende Nulldurchgänge einer solchen ersten Ableitung bekanntlich Maxima oder Minima der Grundgröße signalisieren. Ob diese Nulldurchgänge der zeitlichen Ableitung dabei ein Maximum oder ein Minimum repräsentieren, ist dadurch leicht erkennbar, daß der Nulldurchgang bei einem Maximum von Plus nach Minus und bei einem Minimum von Minus nach Plus verläuft, was meßtechnisch sehr einfach zu erfassen ist. In Fig. 4 ist mit 14 ein solcher Logikbaustein zur Erfassung eines von Minus nach Plus verlaufen­ den Nulldurchgangs der ersten zeitlichen Ableitung di/dt symbo­ lisiert.

Durch diesen Logikbaustein 14 wird somit auch das zum Zeitpunkt t_Peak auftretende Stromminimum I₂ des Erregerstroms als von Mi­ nus nach Plus verlaufender Nulldurchgang der zeitlichen Ablei­ tung di/dt sensiert, mit der Folge, daß das elektronische Zeit­ glied 11 gestoppt wird bzw. dessen Zählerstand ausgelesen und einer nachgeschalteten Auswerteelektronik 12 zugeführt wird, die daraus u. a. mit Hilfe der in ihr für die eingesetzten Einlaß- und Auslaßventile abgespeicherten Abhängigkeit zwischen t_Peak und p_vor den jeweils zugehörigen Hydraulikvordruck errechnet und ein entsprechendes Ausgangssignal p_vor erzeugt, das dann je nach Bedarf für die unterschiedlichsten Regelerfordernisse weiterver­ wertet werden kann.

Bei den meisten heute eingesetzten blockiergeschützten hydrauli­ schen Bremsanlagen öffnen die im Rahmen der Antiblockierregel­ einrichtung eingesetzten Auslaßventile, wie z. B. auch im Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, zu einem drucklosen Vorrats- oder Ausgleichsbehälter. An diesen Auslaßventilen ist daher wäh­ rend ihres in Fig. 1 dargestellten stromlos geschlossenen Zu­ stand jeweils der im Radbremszylinder der zugeordneten Radbremse 3 herrschende Druck als Hydraulikvordruck wirksam. Durch die Auswertung der beim Umschalten dieses Auslaßventils auftretenden signifikanten Veränderung im Erregerstromkreis, d. h. durch das Auswerten des dabei auftretenden deutlichen kurzzeitigen Ein­ bruchs im Erregerstrom kann so in meßtechnisch einfacher Weise die Größe des zu diesem Zeitpunkt im Radbremszylinder herrschen­ den Bremsdrucks und damit mittelbar auch die Größe des an diesem Rad aufgebrachten Bremsmoments ermittelt werden.

In ganz ähnlicher Weise könnte während der Antiblockierregelung grundsätzlich beim Umschalten des Einlaßventils 4 aus seinem nicht dargestellten geschlossenen Zustand in den dargestellten stromlos offenen Zustand aus der Auswertung des dann abklingen­ den Erregerstroms der vor dem Umschalten des Ventils wirksame Hydraulikvordruck und damit letztlich auch der vom Hauptbremszy­ linder 1 gelieferte Hydraulikdruck ermittelt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Hauptbremszylinder

2

Bremspedal

3

Radbremse; Radbremszylinder

4

stromlos offenes Einlaßventil

5

stromlos geschlossenes Auslaßventil

6

Hydraulikpumpe

7

druckloser Ausgleichsbehälter

8

ABS-Regler

9

erste elektronische Einrichtung

91

Spannungsmesser

92

Trigger oder Differenzierer

10

zweite elektronische Einrichtung

101

Strommesser

11

elektronisches Zeitglied

12

Auswerteelektronik

13

Differenzierglied

14

Glied zur Erfassung des Null­ durchgangs

15

Radsensor

16

Erregerspulen der Ventile
u Erregerspannung
i Erregerstrom
p_vor

Vordruck
t_Peak

Zeitpunkt des Erregerstromeinbruchs
a, b ventilabhängige Faktoren

Claims (6)

1. Verfahren zur größenmäßigen Ermittlung von Hydraulikdrücken in einer blockiergeschützten hydraulischen Kfz-Bremsanlage, die der Steuerung des den Radbremsen (3) zugeführten Hydrau­ likdrucks dienende elektromagnetisch gesteuerte Einlaß- und Auslaßventile (4, 5) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß signifikante Veränderungen im zeitlichen Verlauf der zum Umschalten der Einlaß- und Auslaßventile (4, 5) aufgebrach­ ten Erregerströme (i) jeweils als Indikatoren für die Höhe der vor dem Umschalten an den Ventilen (4, 5) wirksamen Hy­ draulik(vor)drücke (p_vor) ausgewertet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweils eine gewisse Zeit nach dem Ein- bzw. Aus­ schalten des Erregerstroms (i) deutlich erkennbarer typi­ scher kurzzeitiger Einbruch im sich im wesentlichen stetig ändernden Erregerstromverlauf als Indikator für die Höhe des Hydraulik(vor)drucks (p_vor) ausgewertet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Ein- bzw. Ausschalten des Erregerstroms (i) bis zu dessem kurzzeitigen Einbruch vergangene Zeit (t_Peak) als Maß für die Höhe des Hydraulik(vor)drucks (p_vor) ausgewertet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Hydraulik(vor)drucks (p_vor) nach der Bezie­ hung
p_vor = a + b.t_Peak
bestimmt wird, worin a und b ventilabhängige, vorzugsweise experimentell zu bestimmende Faktoren sind.

5. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprü­ chen 1 bis 4, gekennzeichnet
durch eine erste elektronische Einrichtung (9) zum Sensie­ ren des Ein- bzw. Ausschaltens des Erregerstroms (i) sowie zum Starten eines elektronischen Zeitglieds (11) als Folge davon,
durch eine zweite elektronische Einrichtung (10) zum Sen­ sieren eines spürbaren Einbruchs im sich im wesentlichen stetig ändernden Erregerstromverlauf sowie zum Stoppen des elektronischen Zeitglieds (11) als Folge davon
sowie durch eine aus der zwischen Start und Stop des Zeit­ glieds (11) vergangenen Zeit. (t_Peak) die Höhe des Hydrau­ lik(vor)drucks (p_vor) errechnende Auswerteelektronik (12).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (10) ein elektronisches Differen­ zierglied (13) zur Ermittlung des Erregerstromgradienten (di/dt) sowie ein Glied (14) zur Erfassung dessen Nulldurch­ gangs von Minus nach Plus enthält.