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Antiblockierregelsystem Die Erfindung t-faßt sich mit einen Antiblockierregelsystem
für drucknit-telsetätigte Fahrzeugbremsen mit; in Abhängigkeit vom Drehbewegungsverhalten
der Fahrzeugräder elektromagnetisch betätigbaren Ventilen, darunter ein normal geöffnetes
Einlaßventil, durch weiches Dluckmittel zu den Bremszylindern fließt, und ein normal
sschlossenes Auslaßventii, durch welches Druckmittel aus den Bremszylindern abfließt.
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Es ist bekannt, daß für das Anlegen der Bremsbacken bei Trommelbremsen
in verhältnismäßig großes Druckmittelvolumen erforderlich ist. Um also die Bremse
zu Beginn des Bremsvorganges möglichst rasch zur Wirkung zu bringen, d.h. die Druckaufbauzeit
beim Anbremsen klein zu machen, ist es erstrebenswert, den Strömungswiderstand der
Druckmittelzuführungswege zu verringern, insbesondere also die Ventilduerschnitt
groß zu machen. Andererseits hat sich aber ergeben, daß der sich wiederholende Druckaufbau
während des Regelvorganges langsamer als zu Beginn und über den ganzen
Druckbereich
gleichmäßig vor sich gehen sollte. Das zeigt sich insbesondere bei einem schon früher
vorgeschlagenen Bremssystem, bei den der Druck gelegentlich in kleinen Stufen mehrfach
hintereinander ansteigt. Er läßt sich dann bei unterschiedlicher und zu großer Steilheit
der Stufenflanke nicht genau genug steuern.
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Aufgabe der Erfindung ist es daner, einen schnelleren Druckanstieg
beim Anbremsen einerseits und einen langsameren Druckanstieg beim Regeln andererseits
zu verwirklichen. Irier bei kommt es darauf an, daß nach Beendigung des Bremsvorganges
der Ausgangszustand sofort wieder hergestellt ist, und zar unabhängig davon, wie
lange der Bremsvorgang andauert.
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Die Lösung dieser Aufgabe sieht vor, daE ein das Einlaßventil überbrückender
Parallelkanal mit einem elektromagnetisch betätigbaren, normal geöffneten Verschlußorgan
vorgesehen ist, welches eine Selosthalteeinrichtung aufweist, die einerseits am
elektrischen Schaltorgan für das Auslaßventil und andererseits am Bremslichtschalter
angeschlossen ist.
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Damit ist also die hohe Ansprechgeschwindigkeit der Bremsen solange
gewährleistet, bis eine so starke Drehverzögerung am Rade auftritt, daß der Bremsdruck
infolge der Arbeitsweise des Antiblockierregelsystems sinkt. Irgendwelche Störsignale,
selbst das zeitweilige Schließen des Einlaßventiles, können zunächst einen Verschluß
des Parallelkanals nicht herbeifünren.
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Auf diese Weise ist eine Gefahr gebannt, auf die gelegentlich schon
hingewiesen aorde, nämlich daß sich die hoch entwickelte und damit vielleicht störanfällige
Technik eines hntiblockierregelsystems auf die Ansprechgeschwindigkeit der Brensanlage
im Notfall auswirken könne. Ebenso steht auch nach dem Bremsen,
wenn
also der Fahrer das Bremspedal entlastet und der Bremsdruck auf einen geringen Restwert
absinkt, der Parallelkanal sofort wieder für eine neue Bremsung offen. Die Einbeziehung
eines so bewährten und betriebssicheren Elementes wie des Bremslichtkontaktes befriedigt
in besonderem Maße das Sicherhei tr1bedürfni 5.
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Bei mehreren unabhängig voneinander regelbaren Radbremszylindern,
denen jeweils ein eigenes Ein- und Auslaßventil angehört, bedarf die erfindungsgemäße
Lösung einer besonderen Weiterbildung. Ein System der erwähnten Art findet sich
z.B.
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in einem Autonobil, bei den die Bremsen eines linken und eines rechten
des vom Vordruck eines einzigen Hauptzylinders betätigt werden jedoch jedes Rad
unter dem Einfluß eines eigenen Radsensors steht. Wenn nun die Fahrspuren der Räder
im Falle einer Regelung unterschiedliche Reitwerte aufweisen, tretcn in den Bremszylindern
unterschiealiche Drücke auf, was durch einen gemeinsamen Parallelkanal nicht vcrhindert
werden darf.
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Es wird daher für solche Systeme vorgeschlagen, daß ein gemeinsamer
Parallelkanal mit einem Verschlußorgan vorgesehen ist, welcher über Rückschlagventile
mit den einzelnen Radbremszylindern verbunden ist, und daß die Schaltorgane sämtlicher
Auslaßventile über Dioden an der Selbsthalteeinrichtung angeschlossen sind, so das
das Verschlußorgan beim erstmaligen Schließen eines beliebigen Auslaßventiles schließt.
Ein Druckausgleich zwischen den beiden Radbremszylindern wird dabei durch die beiden
einander entgegengerichteten Rückschlagventile verhindert.
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Neben dem Vorteil, daß die Bremse schneller zur Wirkung kommt, gewährleistet
das Regelsystem nach der Erfindung auch
eine Vergleichmäßigung des
Druckaufbaues bei niedrigem und hohem Druckniveau während des Regelvorganges. Dieses
rührt unter anderem daher, daß sich bei kleinem Einlaßventilquerschnitt eine turbulente
Strömung entwickelt, wobei der Strömungswiderstand stark von Ler Differenz zwischen
dem Vordruck und dem Bremsdruck im Radbremszylinder abhängt.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele nach
der Erfindung sollen weitere Erläuterungen gegeben werden: Fig. 1 zeigt in schematischer
Darstellung die elektrischen und hydraulischen Teile einer Antiblockierregeleinrichtung
für ein Rad, Fig. 2 zeigt ei. Zeitdiagramm zu der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3
zeigt eine Antiblockierregeleinrichtung für eine Achse mit individueller Regelung
der Räder, Fig. 4 zeigt in weiter vereinfachter Darstellung eine andere Ventilanordnung
bei einem System für eine Achse, das sich im übrigen mit Fig. 3 deckt, Fig. 5 zeigt
den zeitlicnen Druckaufbau beim Anbremsen von im Automobilbau üblichen Radbremsen
bei verschiedenen Zuleitungsquerschnitten, und Fig. 6 zeigt den zeitlichen Druckaufbau
während eines Regelvorganges nach bisher bekannten Bemessungsgrundsätzen und nach
der Erfindung.
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Nach Figur 1 wird beim Bremsvorgang das Druckmedium von einem Hauptbremszylinder
1 durch ein Einlaßventil E und ein Dreiwege
-Auslaßventil A zu einem
Radbremszylinder 2 gefördert.
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Beide Ventile sind in Ruhestellung dargestellt, dbs Einlaßventil ist
geöffnet, und das Auslaßventil verbindet das Einlaßventil mit dem Radbremszylinder,
während die Verbindung zwischen Radbremszylinder und einer Auslaßleitung 3 geschlossen
ist. Das Einlaßventil weist eine Steuerwicklung 4 und das Auslaßventil eine Steuerwicklung
5 auf, die an zwei parallel geschalteten Kontakten +b und -b1 bzw. -b2 eines Radsensors
6 angeschlossen sind. Die Auslaßleitung 3 des Auslaßventiles ist mit einer Speicherkammer
7 verbunden, deren Kolben 8 unter dem Druck einer so schwachen Feder 9 steht, aaß
sie praktisch als drucklos angesprochen werden kann. Die Speicherkammer ist über
eine Pumpe 10 und ein Rückschlagventil 11 mit einer Hauptdruckleitung 12 verbunden,
die zum Hauptbremszylinder 1 führt.
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Gemäß der Erfindung ist parallel zu den ventilen E und A ein Parallelkanal
13 größeren Durchlaßquerschnittes mit einem normalerweise während der Fahrt geöffnet
zusätzlichen Einlaßventil Ez aneordnet. Des Ventil Ez ist ebenfalls elektromagnetisch
betätigbar und weist eine Steuerwicklung 14 auf.
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Ein Ende der Wicklung liegt wie die anderen beiden Steuerwicklungen
an Nasse, während das andere Ende über einen Relaiskontakt 15 mit einer Speiseleitung
16 verbunden ist, an der auch die Radsensorkontakte angescllossen sind. Die Speiseleitung
erhält ihren Strom vom Pluspol einer Batterie über den an sich bekannten Bremslichtkontakt
17, der mittels einer mechanischen Verbindung 19 von einem druckempfindlichen Organ
18 gesteuert wird, welches an die Hauptdruckleitung bzw. den vor den zusätzlichen
Einlaßventil liegenden Teil des Parallelkanales 13 angeschlossen ist. Der normalerweise
geöffnete Relaiskontakt 15 wird von einer Relaiswicklung 19 betätigt. Diese liegt
einerseits an Masse und erhält andererseits
Strom von den das Auslaßventil
steuernden Kontakt -b2 über eine Diode 20 und vom eigenen Relaiskontakt 15 über
eine Diode 21.
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Anhand des Diagrammes nach Fig. 2 soll die Wirkungsweise der Anordnung
nach Fig. 1 beschrieben werden. Die gestrichelte Linie vF gibt den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit
während des Bremsvorganges, vR die Radumfangsgeschwindigkeit des bremsenden Rades
und P den Bremsdruck im Radbremszylinder 2 wieder. Die drei Impulsdiagramme E, Ez
und A im unteren Teil der Figur geben in Verbindung mit den Inschriften "auf" und
"zu" die Stellungen der Ventile im Verlauf des geregelten Bremavorganges wieder.
Obwohl die Einzelheiten der Wirkungsweise des Antiblockierregelsystems für d'e vorliegende
Erfindung unbedeutend sind und keinesfalls in beschränkendem Sinne für diese ausgelegt
werden sollen, wird doch der Verlauf eines Regelzyklus der Vollständigkeit halber
erläutert.
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Wichtig im HinbLick auf die Erfindung ist zunächst, daß das zusätzliche
Einlaßventil Ez ebenso wie da bisherige Einlaßventil E zu Beginn des Bremsvorganges
geöffnet ist. Der Bremsdruck kann also über den Parallelkanal schnell und ungehindert
ansteigen. Dabei schließt zunächst der Bremslichtschalter 17. Das nicht gezeigte
Bremslicht leuchtet auf und das Antiblockierregelsystem kommt in Betriebsbereitschaft,
weil der Radsensor an Spannung liegt. Es wird dann davon ausgegangen, daß der Druck
schon auf eine gewisse Höhe angestiegen ist, die ein Uberbrensen des Rades befürchten
läßt.
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Zum Zeitpunkt t1 schließt der Sensorkontakt -b1 und damit das Einlaßventil
, weil eine gewisse Drehverzögerung auf-getreten ist, die jedoch im Augenblick eine
Druckabsenkung noch nicht notwendig macht. Erst das eitere Anwachsen der Drehverzögerung
des Fahrzeugrades hat zur Folge, daß zum Zeitpunkt t2 über den Kontakt -b2 des-Sensors
das Auslaßventil A umschaltet und
damit einen Druckabfall herbeiführt.
Gleichzeitig wird über die Diode 20 die Relaiswicklung 19 erregt und der Kontakt
15 schließt. Das hat zur Folge, daß das zusätzliche Einlaßventil Ez schließt und
das Relais sich gleichzeitig über die Diode 21 -selbst hält. Bei gewissen ausgeführten
Systemen kann -vor dem Beginn der Wiederbeschleunigung das Einlaßventil kurz öffnen,
was gestrichelt angedeutet ist, für das zusätzliche Einlaßventil aber außer Betracht
bleibt. Zum Zeitpunkt t3 schließt der Kontakt +b infolge der nunmehr aufgetretenen
Beschleunigung des Fahrzeugrades und gleichzeitig öffnet -b2, so daß die Auslaßleitung
3 nunmehr wieder verschlossen ist und der Bremsdruck sich nicht mehr ändern kann.
Während kleiner Beschleunigungsspitzen, die im folgenden zwischen t4 und t5 sowie
zwischen t und t7 -auftreten, öffnet der Sensorkontakt +b und mit ihn das Einlaßventil
E, so daß Jedesmal der Bremsdruck in Stufen langsam ansteigt. Zum Zeitpunkt t8 endlich
öffnet der +b-Kontakt infolge Verschwindens der Beschleunigung, denn nun ist der
beschriebene Regelzykliis beendet. egebenenfalls fiigen sich ihm weitere Zyklen
an.
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Unabhängig davcn jedoch bleibt das zweite Einlaßventil Ez solange
geschlossen, bis der Bremslichtkontakt 17 wieder öffnet, was im schema zum Zeitpunkt
tg angedeutet ist. Zu diesem Qeitpunk: hat der Fahrer den Fuß vom Bremspedal genommen.
Die volle Ansprechgeschwindigkeit der Bremse ist damit augenblicklich wieder hergestellt.
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Aus Fig. 3 ist ein Regelsystem für eine Achse mit getrennter Regelung
beider Räder zu ersehen, wobei eine schematische Darstellung der Ventile gewählt
und die gemeinsame Rückförderanlage von den Auslaßleitungen 23 und -24 zur gemeinsamen
Hauptdruckleitung 22 weggelassen wurde. In die zu einem Radbtemszylindev 25 führende
Druckleitung sind in Reihe ein Einlaßventil E3a und ein Auslaßventil A3a eingefügt.
Entsprechend
liegen in der Druckleitung zu einem zweiten Radbremszylinder
26 ein Einlaßventil E3b und ein Auslaßventil A3b.
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In einem Parallelkanal 27 zu diesen beiden Druckleitungen liegt das
zusätzliche Einlaßventile Ez , wobei der Parallelkanal über zwei Rückschlagventile
28 und 29 mit den Radbremszylindern verbunden ist. Wenn Ez geöffnet ist, vermag
also der Parallelkanal beide Radbremszylinder zu speisen und damit einen schnellen
Druckaufbau herbeizuführen. Andererseits ist infolge der Rückschlagventile ein Druckausgleich
zwischen den Radbremszylindern ausgeschlossen.
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Die Ventile der linken und rechten Druckleitung werden von eigenen
Radsensoren 30 und 31 betätigt, die hier vereinfachend mit nur zwei Kontakten dargestellt
sind. Wie in Fig. 1 speist der Bremslichtkontakt 17 die Sensoren und den Relaiskontakt
15 für das zusätzliche Einlaßventil. Die Re1iswicklung 19 hingegen kann wahlweise
von dem AuslaßventI.-Schaltkontakt jedes der beiden Sensoren erregt werden, wobei
zwei Dioden 32 und 33 die oteuerleitu;gen entkoppeln. Im übrigen arbeitet dieses
Relais wie in Fig. 1 beschrieben. ilesent-Jich ist nur, daß beim erstmaligen Seh
ießen eines der beiden Auslaßventile innehalb eines Regelvorganges auch das zusätzlich
Einlaßventil schließt, wobei es nicht darauf ankommt, welches dXr beiden AuslaPJventile
zuerst anspricht.
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Auch Fig. 4 zeigt eine Drucksteuereinheit für eine Achse mit unabhängig
regelbaren Radbremsen, wobei jedoch eine andere Ventilanordnung gewählt ist. Der
elektrische Teil deckt sich mit Fig. 3 und ist daher nicht dargestellt. Der Unterschied
zur Ventil anordnung nach Fig. 3 liegt darin, daß die Auslaßventile A4a und A4b
keine Dreiwegeventile1 sondern normale geschlossene Zweiwegeventile sind. Sie sind
daher nicht im Zuge der Druckleitungen zu den Radbremszylindern eingefügt,
sondern
liegen in Leiturgszweigen, die von den Radbremszylindern zu einer gemeinsamen Auslaßleitung
35 führen. Der das zusätzliche Einlaßventil Ez enthaltende Parallelkanal überbrückt
mit seinen beiden die Rückschlagventile 28 und 29 enthaltenden Zweigen nurmehr die
Einlaßventile allein.
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In dem Diagramm nach Fig. 5 sind die Druckkurven beim Anbremsen von
Trommel- und Scheibenbremsen über der Zeit aufgetragen, wie sie mit den bisher gebräuchlichen
und den erfindungsgemäßen Antiblockierregeleinrichtungen erzielt werden.
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T1 und S1 stellen die Druckkurven für die Trommel- und Scheibenbremsen
dar, wie sie bei einem Bremssystem ohne zusätzliches Einlaßventil ermittelt wurden.
Mit T2 und S2 sind die entsprechenden Kurven bezeichnet, wie sie mit der erfindungsgemäßen
Anordnung erzielt werden. Aus der Druckkurve T1 ist zu ersehen, daß eine verhältnismßig
große Zeit verstreicht, bis die Bremsbacken der Trommelbremse zum Anliegen kommen
und der Druckaufbau beginnen kant. Die entsprechende Druckkurve fiir die Scheibenbremse
S1 erfordert ebenfalls eine für diese Bremsenart verhältnismäßig große Druckaufbauzeit.
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Bisher war man daher bemüht, die Strömungswiderstände der Einlaßventile
gerade so groß zu machen, da3 eine noch vertretbare Druckaufbauzeit beim Anbremsen
erzielt wurde.
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Die entsprechenden Kurven T2 und S2 zeigen die Wirkung des zusätzlichen
Einlaßventiles Ez. Die Druckaufbauzeit kann, wie ersichtlich, wesentlich abgekürzt
werden. messungen an einer LKV-Trommelbremse haben gezeigt, daß beispielsweise für
den Aufbau des Druckes von Null auf 100 atü die Zeit ta= 700 msec durch Einsatz
des zusätzlichen Einlaßventiles auf tb= 300 msec abgekürzt werden kann. Wird gemäß
diesem Beispiel eine Bremsverzögerung von etwa 0,8 g angenommen, so läßt sich zeigen,
daß
bei einer Vollbremsung aus 30 km/h durch die Einsparung von 400 msec beim erstmaligen
Druckaufbau der Bremsweg von 9,7 auf 7,2 m, also um rund 25 °ó, verkürzt werden
kann.
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Schließlich zeigt die Fig. 6 den Druckaufbau während des Regelvorganges,
wobei die rechte ausgezogene Kurve den Verhältnissen bei geöffnetem Einlaßventil
und geschlossenem sätzlichem Einlaßventil entspricht. Die linke gestrichelte Kurve
zeigt den Druckaufbau bei Verwendung nur eines einzigen Einlaßventiles, das nach
einem Kompromiß. bemessen werden mußte, d.h. im Interesse der zu Fig. 5 angestellten
Uberlegungen nicht weiter gedrosselt werden konnte, weil sonst die Druckaufbauzeit
beim Anbremsen zu groß geworden wäre. Die Kurven haben ein anderes Aussehen als
in Fig. 5, weil hier vor2usgesetzt wird, daß der Fahrer schon voll bremst und somit
in der Hauptbremsleitung ein Druck von etwa 140 atü ansteht. Der Druckanstieg im
unteren Bereich der Kurven ist steiler, da hier die Druckditferenz zwischen der
Haptdruckleitung und dem Radbremszylinder nm größen ist.
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Die Erfindung gibt also für die Wahl der Druckaufbaugeschwindigkeit
während des Regelvorganges nunmehr völlig freie Hand.
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Selbstverständlich ist die rechte, ganz ausgezogene Kurve für die
gute Wirkungsweise eines Antiblockierregelsystems günstiger, da eine größere Toleranz
für den Schaltzeitzpunkt der Ventile zugelassen werden kann. Außerdem ist der Druckanstieg
gleichmäßiger. Während das Verhältnis der Drucksteigerungen im oberen und unteren
Druckbereich bei gleichen Öffnungszeiten des Einlaßventiles bisher etwa 1 : 5 betrug
(linke Kurve), so kann dieses Verhältnis nunmehr auf etwa 1 : 2 verbessert werden
(rechte Kurve) - Patentansprüche