DE4236047A1 - Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Bremsanla­ ge mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung, mit einem Bremsdruckgeber, mit elektromagnetisch betätigba­ ren Hydraulikventilen, die als Einlaß- und Auslaßventile zur Modulation des Bremsdruckes in den einzelnen Radbremsen dienen, mit einer Hydraulikpumpe zur Rückführung des in der Bremsdruckabbauphase aus den Radbremsen abgeleiteten Druck­ mittels oder zur Hilfsdruckversorgung, mit Sensoren zur Ge­ winnung der Regelgrößen und mit einer elektronischen Schal­ tung zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Bremsdruck- und Pumpenansteuerungssignalen

Es ist bereits bekannt, zur Modulation des Druckes in den einzelnen Radbremsen eines Fahrzeuges, das mit einer Blockierschutz- oder Antriebsschlupfregelung ausgerüstet ist, elektrisch betätigbare Einlaß- und Auslaßventile zu verwenden. Geeignet für diesen Zweck sind 2/2 Wegeventile, also Hydraulikventile, die nur zwei Schaltpositionen (offen oder geschlossen) kennen. Der gewünschte Druckaufbau- oder -abbaugradient wird durch Ansteuerung der Ventile mit Puls­ folgen und Variieren des pulsdauer-/Pulspausenverhältnisses erreicht. Das Einlaßventil, das in der Bremsleitung zwi­ schen dem Bremsdruckgeber bzw. Hauptzylinder und der Rad­ bremse eingefügt ist, ist im allgemeinen in seiner Ruhe­ stellung auf Durchlaß geschaltet, während das Auslaßventil, das zum Druckabbau dient, in der Ruhestellung den Druckmit­ telweg zur Rückförderpumpe oder zum Druckausgleichsbehälter sperrt.

Anstelle der Einlaß-/Auslaßventilepaare können natürlich auch Ventilanordnungen mit drei Schaltpositionen (Druckauf­ bau, Druckkonstanthaltung und Druckabbau) verwendet werden.

Natürlich sind auch schon sogenannte Proportionalventile bekannt, die eine dem Ansteuersignal proportionale Durch­ laßöffnung freigeben. Der Herstellungsaufwand für solche Ventile ist recht hoch.

Ein Nachteil der bekannten Regelung mit Hilfe der schnell schaltenden Ventile besteht darin, daß durch die schnellen Ankerbewegungen, örtliche Verzögerung und Beschleunigung der hydraulischen Flüssigkeit, Übertragung der Pulsation auf Bauteile (Körperschall) usw. erhebliche Geräusche ent­ stehen, die bei einer Blockierschutz- oder Antriebsschlupf­ regelung als störend empfunden werden. Die Geräuschstärke wird maßgeblich von der Druckdifferenz am Ventil beein­ flußt. Da diese Druckdifferenz über dem Einlaßventil in be­ stimmten Situationen, z. B. bei hoher Fußkraft und glatter Fahrbahn, besonders hoch werden kann, ist insbesondere das Einlaßventil eine Quelle störender Geräusche.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesen Nach­ teil zu überwinden und die durch die Regelung des Druckes mit Hilfe der schnell schaltenden Ventile entstehenden Ge­ räusche auf ein nicht mehr störendes Niveau zu reduzieren.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit einer Bremsanla­ ge der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Be­ sonderheit darin besteht, daß das Einlaßventil und/oder das Auslaßventil derart ausgebildet sind, daß bei Ansteuerung des Ventils mit einem Wechselsignal oder einer Pulsfolge, dessen Frequenz bzw. deren Pulsdauer-/Pulspausenverhältnis auf die Charakteristik der Ventile (5, 6) abgestimmt ist, der Ventilanker unter dem Einfluß des Wechselsignals oder der Puls folge und des hydraulischen Druckes bzw. der auf den Ventilanker wirkenden Druckdifferenz für die Dauer des Ansteuerungssignals öffnet und eine von dem Ansteuerungssi­ gnal abhängige Dosierstellung einnimmt.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsart der Erfindung wird der Durchlaßquerschnitt des Ventiles durch Variation der Frequenz bzw. der Pulsbreite und/oder der Pulsdauer-/Puls­ pausenverhältnisse des Ansteuersignales geregelt.

Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Hydraulikventi­ le, insbesondere des Einlaßventiles, mit einem relativ hochfrequenten Wechselsignal oder einer hochfrequenten Pulsfolge wird der Ventilanker während der Druckaufbauphase in einer Mittelstellung gehalten, in der in Abhängigkeit von dem Ansteuersignal ein bestimmter Durchflußquerschnitt freigegeben wird. Ein Anschlagen des Ventilankers in seinen Endstellungen "offen" und "zu" wird während der Dauer der Bremsdruckmodulation vermieden.

Eine weitere Ausführungsart der Erfindung besteht darin, daß Spule, Anker, Magnetkern und Luftspalt des Ventiles derart ausgebildet sind, daß die Ankerkraft im Arbeitsbe­ reich annähernd proportional zum Ansteuerstrom bzw. Erre­ gungsstrom der Spule ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung eines Ausfüh­ rungsbeispiels anhand der beigefügten Abbildung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Vereinfachung und Teildarstellung die wichtigsten hydraulischen Komponenten einer Bremsanlage nach der Erfindung und deren hydrauli­ sche Zusammenschaltung, und

Fig. 2 im Detail ein Ausführungsbeispiel eines Einlaßven­ tils der Bremsanlage nach Fig. 1.

In Fig. 1 sind zur Veranschaulichung der Erfindung ledig­ lich diejenigen Komponenten einer blockiergeschützten Bremsanlage wiedergegeben, die zur Erläuterung der Erfin­ dung erforderlich sind. Dargestellt ist der Anschluß einer Radbremse 1 an einen Bremskreis I eines Tandemhauptzylin­ ders 2 einer hydraulischen Bremsanlage. Der Hauptzylinder 2 wird über einen vorgeschalteten Unterdruckverstärker 3 mit Hilfe eines Bremspedals 4 betätigt. In dem Druckmittelweg, der von dem Hauptzylinder 2 zu der Radbremse 1 führt, ist ein Einlaßventil 5. Obwohl dieses Ventil an sich ein 2/2-Wegeventil ist, wird es erfindungsgemäß, wie nachfol­ gend beschrieben wird, als Dosierventil betrieben. In der Ruhestellung ist dieses Ventil auf Durchlaß geschaltet, bei Dauererregung - in bestimmten Regelphasen - nimmt es seine Sperrstellung ein.

Dargestellt wird die Erfindung hier anhand eines sogenann­ ten "geschlossenen" hydraulischen Systems. Das in der Druckabbauphase über ein Auslaßventil 6 aus der Radbremse 1 abgeleitete Druckmittel wird über eine Rückförderpumpe 8 in den Bremskreis I bzw. in den Hauptzylinder 2 und in die Radbremse 1 zurückgefördert. Bei einem "offenen" hydrauli­ schen System würde bekanntlich das aus der Radbremse 1 in der Druckabbauphase abgeleitete Druckmittel zunächst in ei­ nen Druckausgleichsbehälter gelangen, an den auch die Saug­ seite einer Hydraulikpumpe, die in einem solchen Fall zur Hilfsdruckversorgung dient, angeschlossen wäre.

In dem dargestellten geschlossenen System ist an den Aus­ gang des Auslaßventils 6 ein Niederdruckspeicher 7 ange­ schlossen, der das zu Beginn eines Blockierschutzregelungs­ vorganges bzw. einer Druckabbauphase über das Auslaßventil 6 abgeleitete Druckmittel zunächst aufnimmt, bevor dann das Druckmittel mit Hilfe der Rückförderpumpe 8 zurückgefördert wird. Der Niederdruckspeicher 7 dient insbesondere zur Er­ höhung der Druckabbaugeschwindigkeit in der Anlaufphase der Hydraulikpumpe 8.

Den Aufbau eines als Einlaßventil 5 dienenden Hydraulikven­ tils zeigt Fig. 2. Dargestellt ist ein Längsschnitt durch das Ventil. Es besteht im wesentlichen aus einem Ventilan­ ker 9, der in einem Ventilgehäuse 10 axial verschiebbar an­ geordnet ist. Ein Ventilstößel 11 ist Bestandteil dieses Ankers 9. Der Anker 9 mit dem Ventilstößel 11 wird durch die Kraft einer Schraubenfeder 12 in der dargestellten Po­ sition, die seine Ruhelage ist, gehalten. In dieser Ruhela­ ge besteht eine hydraulische Verbindung von einem Hydrau­ likanschluß oder Eingang 13 zu einem Ausgang 14; der An­ schluß 13 führt zu dem Hauptzylinder 2, der Ausgang zu der Radbremse 1 (siehe Fig. 1).

Das dargestellte Ventil besitzt eine Ventilbetätigungsspule 15 und einen Magnetkern 16. Der Ventilanker 9 und der Ma­ gnetkern 16 sind durch einen Luftspalt 17 getrennt, dessen Ausbildung für die Ventilcharakteristik wesentlich ist. Durch den angedeuteten, teilweise axialen, teilweise radia­ len Verlauf des Luftspaltes 17 wurde eine annähernd lineare Abhängigkeit der bei Erregung der Spule 15 auf den Anker ausgeübten Kraft von dem Erregerstrom erreicht. Konstruk­ tionsmaßnahmen für Ventile dieser Art sind bekannt. Die elektrischen Ventilanschlüsse sind mit 15a und 15b bezeich­ net.

Bei Ansteuerung des Ventils bzw. der Ventilspule 15 wird auf den Ventilanker 9 eine Kraft ausgeübt, die zur axialen Verschiebung des Ventilstößels und damit zur Verringerung des Durchschlußquerschnittes des Ventils 18 führt. In der Endposition 17 sitzt der Ventilstößel auf und schließt da­ durch den Druckmittelweg von dem Eingang 13 zum Ausgang 14. Die in Fig. 2 angedeutete Ventilsitzgeometrie ist so aus­ geführt, daß die freigegebene Durchfluß-Querschnittsfläche weitgehend proportional zum Hub des Stößels 11 ist. Durch Variation der Frequenz des Ansteuersignals oder des Puls­ dauer-/Pulspausenverhältnisses der Ansteuer-Pulsfolge wird erfindungsgemäß eine bestimmte Ankerkraft und dadurch eine bestimmte Position des Stößels 11, die den gewünschten Durchflußquerschnitt von Eingang 13 zum Ausgang 14 ergibt, eingestellt. Auf diese Weise läßt sich die Geschwindigkeit des Druckanstiegs bzw. der Gradient des Druckaufbaus in der Radbremse 1 quasikontinuierlich regeln.

Die Bremsanlage nach Fig. 1 mit dem Ventil nach Fig. 2 arbeitet im Prinzip wie folgt:
Solange keine Blockiertendenz sensiert wird, befinden sich die Ventile in der gezeigten Ruhelage. Wird das dargestell­ te Fahrzeugrad instabil, schließt das Einlaßventil 5, und der Bremsdruck wird durch Ansteuerung des Auslaßventiles 6 und gleichzeitige Einschaltung der Rückförderpumpe 8 abge­ baut. Zum dosierten Wiederaufbau des Bremsdruckes in der Radbremse 1 wird nun das Einlaßventil 5 wieder auf Durchlaß geschaltet und mit einem relativ hochfrequenten Wechselsi­ gnal oder mit einer Pulsfolge angesteuert, durch dessen bzw. deren Modulation in der beschriebenen Weise der ge­ wünschte Druckaufbaugradient eingestellt wird. Anstelle des schnellen Öffnens und Schließens des Ventils, das bisher zu der störenden Geräuschentwicklung führte, wird das darge­ stellte Einlaßventil gewissermaßen wie ein Proportionalven­ til betrieben, obwohl es den einfachen Aufbau eines Schalt­ ventils, das nur zwei Schaltstellungen kennt, besitzt.

Auf prinzipiell gleiche Weise kann das Druckabbauventil 6 angesteuert werden, um auch die durch das Hin- und Her­ schalten dieses Ventils hervorgerufenen Geräusche zu ver­ ringern. Die quasikontinuierliche Regelung des Druckan­ stiegs führt jedoch in der Praxis zu einer höheren Ge­ räuschminderung, weil in vielen Situationen die Druckdiffe­ renz über dem Einlaßventil im Vergleich zur Druckdifferenz über dem Auslaßventil höher ist; die Höhe der Druckdiffe­ renz hat einen starken Einfluß auf die Geräuschentwicklung beim Umschalten der Magnetventile von der einen zur anderen Endposition.

Erfindungsgemäß wird also mit einer sehr einfachen Maßnah­ me, die höchstens mit minimalem Mehraufwand bei der Her­ stellung der Ventile verbunden ist, eine erhebliche Kom­ fortverbesserung erreicht.

Claims (3)

1. Hydraulisch Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder An­ triebsschlupfregelung, mit einem Bremsdruckgeber, mit elektromagnetisch betätigbaren Hydraulikventilen, die als Einlaß- und Auslaßventile zur Modulation des Brems­ druckes in den einzelnen Radbremsen dienen, mit einer Hydraulikpumpe zur Rückführung des in der Bremsdruckab­ bauphase aus den Radbremsen abgeleiteten Druckmittels oder zur Hilfsdruckversorgung, mit Sensoren zur Gewin­ nung der Regelgrößen und mit einer elektronischen Schal­ tung zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Erzeu­ gung von Bremsdruck- und Pumpenansteuerungssignalen, da­ durch gekennzeichnet, daß das Einlaßven­ til (5) und/oder das Auslaßventil (6) derart ausgebildet sind, daß bei Ansteuerung des Ventils mit einem Wechsel­ signal oder einer Pulsfolge, dessen Frequenz bzw. deren Pulsdauer-/Pulspausenverhältnis auf die Charakteristik der Ventile (5, 6) abgestimmt ist, der Ventilanker (9) unter dem Einfluß des Wechselsignals oder der Puls folge und des hydraulischen Druckes bzw. der auf den Ventilan­ ker (9) wirkenden Druckdifferenz für die Dauer des An­ steuerungssignals öffnet und eine von dem Ansteuerungs­ signal abhängige Dosierstellung einnimmt.

2. Bremsanlage nach Anspruch 1 dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Durchlaßquerschnitt des Ven­ tiles (5, 6) durch Variation der Frequenz bzw. der Puls­ breite und/oder des Pulsdauer-/Pulspausenverhältnisses variierbar ist.

3. Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spule (15), der Anker (9), der Magnetkern (16) und der Luftspalt (17) zwischen Magnetkern und Anker derart ausgebildet sind, daß die Ankerkraft im Arbeitsbereich annähernd proportional zum Ansteuerstrom bzw. zum Erregerstrom der Spule ist.