Verfahren zum Betrieb eines Hauptzylinders

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hauptzylinders einer Bremsdruckregelvorrichtung, insbeson¬ dere Antiblockierregelvorrichtung (ABS-Vorrichtung) , Antriebsschlupfregelvorrichtung (ASR-Vorrichtung) für Kraftfahrzeuge mit mindestens einer Pumpe, deren Fördervo¬ lumen variierbar ist und im Regelmodus zur Positionierung mindestens eines Arbeitskolbens des Hauptzylinders dient, mit einem Druckmodulator, der den Druck in den Radzylin¬ dern während des Regelmodus moduliert, und mit einem elektronischen Regler, der Radsensorsignale zu Stellsig¬ nalen für die Durchlaß- und Sperrventile des Druckmodu¬ lators verarbeitet.

Antiblockiersysteme finden in immer größerer Stückzahl Anwendung in der Kraftfahrzeugindustrie, dabei werden bei bestimmten Kategorien dieser AntiblockierSysteme Hydraulikpumpen zur Erzeugung eines Hilfsdrucks im Regel¬ modus eingesetzt- Eine derartige Antiblockiervorrichtung ist beispielsweise durch die Deutsche Patentanmeldung P 37 31 603.6 bekannt geworden.

In dieser Patentanmeldung wird eine Bremsanlage, insbeson¬ dere für Kraftfahrzeuge, mit einem Hauptzylinder, Radzy¬ lindern und einer Vorrichtung zur Antiblockierregelung beschrieben. Bei dieser Bremsanlage wird im Regelmodus zur Positionierung

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des Kolbens des Hauptzylinders in einer gewünschten Posi¬ tion eine Druckmittelquelle, insbesondere eine Pumpe, vorgesehen, deren Fördervolumen variierbar ist, die durch eine hydraulische Leitung mit dem Hauptzylinder verbunden ist, und die durch ihr Fördervolumen den Kolben positio¬ niert.

Der Erfindung liegen folgende Aufgaben zugrunde:

Während des Regelmodus, insbesondere während des ABS- oder ASR-Modus soll das Pedal kontrolliert zurückgestellt •werden. Seine Position soll ^" während des Regelmodus vor der normalen Ausgangsstellung liegen.

Das Pedalgefühl soll damit verbessert werden. Außerdem soll die Sicherheit des gesamten Systems erhöht werden.

Weiterhin gehört es zur Aufgabe, die bekannten Wegsensoren im Bereich des Verstärkers oder Pedals, siehe die Deutsche Patentanmeldung P 37 31 603.6, zu vermeiden.

Es soll erreicht werden, daß die Steuerung der Pedalposi¬ tionierung durch Elemente im Bereich des Hauptzylinders bewerkstelligt ^' wird. Dies ist von großem Vorteil für die Herstellung. Die Herstellungkosten werden gesenkt, da keine zusätzlichen baulichen Maßnahmen im Bereich des Verstärkers des Pedalwerks oder des Pedals selbst notwendig sind.

Der Bauaufwand soll geringer und die Ausfallsicherheit erhöht werden. Die sonst üblichen Schaltgestänge oder Schalthebel, siehe P 37 31 603.6, sollen überflüssig werden.

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Zusätzliche Bremsleitungen und zusätzliche Ventile sollen vermieden werden. Außerdem soll eine Montagevereinfachung erzielt werden.

Eine besondere Aufgabe, die sich die Erfindung stellt, ist die Vermeidung des sogenannten Druckschalters, der bei Bremsdruckregelvorrichtungen des Standes der Technik im Antriebsschlupfregelmodus notwendig ist.

Hierzu folgendes: Bremsdruckregelvorrichtungen nach dem Stand der Technik weisen ein sogenanntes ASR-Ventil auf, das die Aufgabe hat, im ASR-Modus den Arbeitsraum des Hauptzylinders vom Bremskreis der angetriebenen Achse zu trennen. Das ASR-Ventil wird daher auch als ASR-Sperr- ventil bezeichnet. Das ASR-Ventil wird im ASR-Modus elek¬ tromagnetisch betätigt, es erhält sein Schaltsignal von dem elektronischen Regler und sperrt im ASR-Modus die hydraulische Druckleitung vom Hauptzylinder zum Druckmodu¬ lator der Bremsdruckregelvorrichtung.

Der Druckschalter ist ein Sicherheitselement. Wenn im ASR-Modus das Bremspedal getreten wird, kann sich der Druck im Hauptzylinder über das zulässige Maß hinaus erhöhen. Der Druck im Haup zylinder wird durch den Druck¬ schalter sensiert. Wenn die zulässige Druckschwelle über¬ schritten wird, gibt der Druckschalter ein Signal an den elektronischen Regler. Der elektronische Regler veran¬ laßt daraufhin durch Fortfall der Aktivierung des Betäti¬ gungsmagneten des ASR-Ventils, daß das ASR-Ventil in seine Offen-Position , gleich Ruhepositon, zurückbewegt wird .

Damit wird eine direkte Verbindung zwischen dem Arbeits¬ raum des Hauptzylinders und dem Radzylinder hergestellt.

Wie dargelegt, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den soeben beschriebenen Druckschalter zu vermeiden.

Die gestellten Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an mindestens einer Stelle des Zylinders, die vom Arbeitskolben überfahren wird, der hydraulische Druck sensiert wird, daß der Unterschied des sensierten Drucks im Arbeitsraum des Hauptzylinders einerseits und des im Nachlaufraum des Hauptzylinders andererseits ein Signal (Druckdifferenzsignal) auslöst, daß aufg ^' rund des Druckdifferenzsignals, vorzugsweise nach dessen Verarbei¬ tung im elektronischen Regler, das für die gewünschte Positionierung des Arbeitskolbens in den Arbeitsraum zu fördernde Volumen gesteuert wird.

Dieses Verfahren kann so ausgestaltet sein, daß mindestens an einer Stelle des Hauptzylinders festgestellt wird, ob Druck, insbesondere Überdruck, vorhanden ist oder nicht, daß aufgrund des Vorhandenseins beziehungsweise NichtVorhandenseins von Druck ein Ja/Nein-Signal erzeugt wird und vorzugsweise dem elektronischen Regler der Brerasdruckregelvorrichtung zugeführt wird.

Zur Durchführung der beschriebenen Verfahren wird vorge¬ schlagen, daß im Hauptzylinder ein Druckwandler vorgesehen ist, der die Druckdifferenz in ein elektrisches Signal wandelt.

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In mehreren Ausführungsbeispielen wird vorgeschlagen, daß der Druckwandler einen elektrischen Schalter auffaßt.

Dieser Schalter kann ein Halbleitersensor sein. In einem alternativen Ausführungsbeispiel umfaßt der Druckwandler einen Dehnmeßstreifen-Sensor. Weiterhin wird vorgeschla¬ gen, daß der Druckwandler einen piezoresistiven Sensor umfaßt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Druckwandler einen optoelektrischen Sensor aufweisen.

Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der Druckwandler einen Membran umfaßt. In Fortführung dieses Gedankens kann der Druckwandler einen Sensor aufweisen, der die elasti¬ sche Durchbiegung eines Teils der Innenwand des Zylinders in ein elektrisches Signal umwandelt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, daß eine Kapillare vorgesehen ist, die mit dem Arbeitsraum beziehungsweise dem Nachlaufraum des Hauptzylinders in Verbindung steht.

Der Druckwandler kann, wenn er mit einer Membran arbeitet, mit einem Sensorelement und einem Druckübertragungsmedium versehen sein.

Arbeitet der Druckwandler mit einer Kapillare, so kann vorgesehen sein, daß er zusätzlich ein steifes Volumen, insbesondere aus viskoelastischem Stoff, aufweist, das zur Druckübertragung dient.

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Eine besonders raumsparende Lösung besteht darin, daß der Druckwandler in den Hauptzylinder einschraubbar ausge¬ bildet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß im Druckraum des Druckstangenkolbens und im Druckraum des Schwimmkolbens mindestens Je ein Druckwandler vorgesehen ist.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß in mindestens einem Druckraum mehrere Druckwandler in Reihe angeordnet sind.

Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:

Die vielfältigen Forderungen der Aufgabenstellung werden erfüllt. Dadurch, daß die Zylinderinnenwand an der Me߬ stelle dünn, das heißt als Membran ausgebildet wird, wird die Primärmanschette des Arbeitskolbens nicht beschä¬ digt, wenn sie über die Meßstelle fährt.

Von besonderem Vorteil ist, daß der Druckschalter des Standes der Technik dadurch überflüssig geworden ist, daß nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Druck im Arbeitsraum sensiert wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Diese Ausführunsbeispiele werden anhand von vier Figuren erläutert.

Figur 1 zeigt eine Antiblockierregelvorrichtung .

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Figur 2 zeigt eine Antiblockiervorrichtung als Weiter¬ entwicklung der Vorrichtung gemäß Figur 1.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Detail der Figur 2 in alternativen Ausführungen.

Das ABS-System nach Figur 1 umfasst folgende Aggregate: einen vom Bremspedal 1 betätigten Vakuumbremskraftver¬ stärker 9, einen Tandemhauptzylinder 16, einen Modulator

2 für die Druckregelung im Antiblockiermodus , einen elek¬ tronischen Regler 5 zur Verarbeitung von Sensorsignalen und eine Hydraulikdruckpumpe 8, die von einem Elektromotor 7 angetrieben wird.

In Figur 1 ist die Bremsanlage in Lösestellung gezeigt. Die Druckkammern 10, 15 des Hauptzylinders sind in bekannter Weise über offene Zentralregelventile, über Anschlußkanäle im Innern der Kolben sowie über eine Ring¬ kammer im Zwischenkolben, über Bohrungen und über hydrau¬ lische Leitungen 19, 20 mit dem Druckmittelvorratsbehälter

3 verbunden.

Die beiden Druckkreise 21, 22 des Hauptzylinders sind über elektromagnetisch betätigbare, in der Grundstellung auf Durchlaß geschaltete Ventile, sogenannte "Stromlos- Offen-Ventile" (SO-Ventile) oder Einlaßventile 23, 24, 25, 26 mit den Radbremsen 27, 28, 29, 30 verbunden.

Die parallel geschalteten Radbremsen 27, 28 beziehungs¬ weise 29, 30, sind den diagonal angeordneten Druckkreisen (Bremskreisen) 21, 22 zugeordnet.

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Für die Anordnung der zu den genannten Bremsen korrespon¬ dierenden Fahrzeugrädern wurden folgende Kurzbezeichnungen benutzt: VL für vorn links, HR für hinten rechts, VR für vorn rechts, HL für hinten links.

Die Radbremsen 27, 28, 29, 30 sind außerdem über elektro¬ magnetisch betätigbare, in der Grundstellung sperrende Ausgangsventile 31, 32, 33, 34, sogenannte "Stromlos-Ge- schlossen-Ventile" (SG— entile) , über eine hydraulische Rückflußleitung 35, und über die Leitung 4 an den Vorrats¬ behälter oder Druckausgleichsbehälter 3 anschließbar.

Die Fahrzeugräder sind mit Sensoren 36, 37, 38, 39 ausgerüstet, die mit synchron zur Radumdrehung mitlaufenden Zahnscheibeπ zusammenwirken und elektrische Signale erzeugen, die das Raddrehverhalten, das heißt die Radumfangsgeschwindigkeit und Änderungen dieser Geschwindigkeit, erkennen lassen. Diese Signale werden über die Eingänge 40, 41, 42, 43 dem elektronischen Regler 5 zugeführt.

Der elektronische Regler verarbeitet die Sensorsignale aufgrund eines in ihm gespeicherten Regelalgorithmus zu Ausgangssignalen (Bremsdrucksteuersignale) , mit denen im Bremsdruckregelmodus, die SO— entile und SG-Ventile geschaltet werden, wodurch in den einzelnen Radzylindern der Scheibenbremsen entsprechend dem Regelalgorithmus die Bremsdrücke abgebaut, konstant gehalten oder wieder erhöht werden. Ober die Ausgänge 44, 45, 46, 47 des elek¬ tronischen Reglers werden hierzu die Betätigungsmagnete der SO-Ventile ^" und SG-Ventile angesteuert. Die elektri¬ schen Verbindungsleitungen

zwischen den Ausgängen 44, 45, 46, 47 und den Wicklungen der SO- und SG-Ventile sind in den Figuren nicht dargestellt.

Im Bremsdruckregelmodus wird der Elektromotor 7 der Pumpe

8 in Betrieb gesetzt. Das Einschaltsignal erhält der Motor vom Ausgang 48 des elektronischen Reglers 5. Die Pumpe baut im Regelmodus Druck in den Druckleitungen

49, 50, 51 auf. Diese Leitungen stellen eine Druckmittel¬ führung dar, die mit der Druckmittelführung des Tandem¬ hauptzylinders, in Form der Druckleitungen 21, 22, verbun¬ den ist. Im Regelmodus werden also die Druckräume 10, 15 des Tandemhauptzylinders durch die Pumpe unter Druck gesetzt.

Bei Brerasbetätigung im Normalbremsmodus wird die Pedal¬ kraft F, unterstützt durch den Unterdruck im Verstärker

9 auf die Hauptzylinderkolben übertragen. Die zentralen Regelventile in diesen Kolben schließen, so daß sich nunmehr in den Druckkammern 10, 15 und damit in den Brems¬ kreisen 21, 22 Bremsdruck aufbauen kann, der über die SO-Ventile 23, 24, 25, 26 zu den Radbremszylindern gelangt.

Wird nun mit Hilfe der Sensoren 36, 37, 38, 39 und des elektronischen Reglers 5 eine Blockiertendenz an einem oder mehreren Rädern erkannt, setzt der Antiblockierre- gelmodus ein. Der Antriebsmotor 7 der Pumpe 8 schaltet sich ein, wodurch in den Druckleitungen 49, 50, 51 Druck aufgebaut wird, der einerseits über die SO-Ventile auf die Radzylinder der Radbremsen einwirkt und andererseits die Druckkammern des Hauptzylinders mit Druck, wie darge¬ stellt, beaufschlagt.

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Entsprechend dem Regelalgorithmus führen weitere Signale des elektronischen Reglers zur Umschaltung der elektromag¬ netisch betätigbaren SO— und SG-Ventile.

Infolge des Pumpendrucks in den Arbeitskammern 10 und 15 verden die Arbeitskolben 11 und 12 in der Figur 1 nach rechts verschoben. Der Druckstangenkolben 11 fährt bei den Bremskraftverstärkern des Standes der Technik bis an seinen rechten Anschlag 6 (Figur 1). Dadurch wird das Bremspedal 1 zurückgestellt, es nimmt seine Grundposi- ti.oιr ein. Der Fuß des Fahrers tritt also gegen ein zurück¬ gestelltes Pedal.

In dieser Position öffnen die Zentralventile des Druck¬ stangenkolbens 11 und des Zwischenkolbens 12. Druckmittel kann über diese Zentralventile in an sich bekannter Weise über die Rückflußleitungen 19 und 20 in den Vorratsbehäl¬ ter 3 zurückfließen.

Beim Zwischenkolben geschieht dies über den drucklosen Ringraum 82 des Zwischenkolbens. Beim Druckstangenkolben geschieht dies über den drucklosen Nachlaufräum 13, die Nachlaufbohrung 14 in die Rückflußleitung 20.

Während des gesamten Regelraodus werden die Arbeitskolben in der Grundposition gehalten. Ebenso wird das Bremspedal während des gesamten Regelmodus in seiner Ausgangsstellung gehalten.

Die Deutsche Patentanmeldung P 37 31 603.6 zeigt eine Sensierung des Druckstangenkolbens oder des Blechkolbens des Vakuumbremskraftverstärkers. Je nach Ist-Position des: Arbeitskolbens fördert die Pumpe

des Standes der Technik bestimmte Volumina in den Arbeitsraum des Hauptzylinders um den Arbeitskolben in seine Soll-Position zu bringen. Damit soll auch das wirkungsraäßig mit dem Arbeitskolben verbundene Bremspedal vor seiner normalen Grundstellung während des Regelmodus positioniert werden.

Im Unterschied zu Figur 1 ist die Vorrichtung gemäß Figur 2 mit Zentralregelventilen versehen, die Ventilschließkör¬ per aufweisen, die gezogen werden. Bei dem Ausführungsbei¬ spiel gemäß Figur 2 übernimmt der elektronische Regler 17 zusätzliche Aufgaben im Vergleich zum elektronischen Regler 5 der Figur 1.

Der Regler 17 nach Ziffer 2 besitzt einen zusätzlichen Eingang 18 und einen zusätzlichen Ausgang 52. Die Bedeu¬ tungen dieses Eingangs und dieses Ausgangs werden weiter unten erläutert.

In Figur 2 sind an den Stellen A und/oder B am Hauptzylin¬ der Druckwandler vorgesehen. In Figur 2 ist aus Verein¬ fachungsgründen nur der Druckwandler in der Position B eingezeichnet.

Die Figuren 3 und 4 zeigen je ein Ausführungsbeispiel für den Druckwandler.

Wie im Zusammenhang mit Figur 1 erläutert, werden die Arbeitsräume 53, 54 des Hauptzylinders mit Pumpendruck beaufschlagt. Im vorliegenden Fall sind hierzu zwei Pumpen 55, 56 vorgesehen, die über die Leitungen 57, 58 einer¬ seits und 59, 60 andererseits den Arbeitsraum 53 des Druckstangenkolbens 61

beziehungsweise den Arbeitsraum 54 des schwimmenden Kolbens 62 mit Druck beaufschlagen.

An den Stellen A und B wird der Druck in den Arbeitsräumen 54 beziehungsweise 53 sensiert.

Bei der weiteren Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 werden die wechselnden Drucksituationen aus Vereinfachungsgründen nur an der Stelle B beschrieben.

Wenn bei Betätigung des Bremspedals im Bremsdruckregel¬ modus der Druckstangenkolben 61 mit seiner Primärman¬ schette 63 die Kapillare 64 überfährt, ändert sich in der Kapillare und in den Elementen beziehungsweise Räumen, die der Kapillare nachgeschaltet sind, der Druck und zwar in Abhängigkeit vom Druck im Arbeitsraum beziehungs¬ weise in Abhängigkeit vom drucklosen Zustand im Nachlauf¬ raum 65.

Dieser Druckunterschied vor und hinter der Primärman¬ schette wird durch den Druckwandler, der in seiner Gesamt¬ heit mit 66 bezeichnet wird, in ein elektrisches Signal (Druckdifferenzsignal) umgesetzt. Dieses elektrische Signal wird über die Leitung 67 dem Eingang 18 des elek¬ tronischen Reglers 17 zugeleitet.

Das Druckdifferenzsignal wird im elektronischen Regler nach einem dort installierten Regelalgorithmus verarbei¬ tet. Der'Regler stellt an seinem ^" Ausgang 52 ein Stellsig¬ nal zur Verfügung. Dieses Stellsignal wird über die elek¬ trische Leitung 68 dem Schaltrelais, das in seiner Gesamt¬ heit mit 69 bezeichnet ist, zugeführt. Das Schaltrelais besteht im wesentlichen aus einem

elektrischen Schalter 70, der durch einen Elektromagneten 71 betätigt wird. Der Schalter schließt oder öffnet die Stromzuführungsleitung 73 zum Motor 72. Der Motor wird also entsprechend dem vom elektronischen Regler erarbeiteten Stellsignal gestartet oder gestoppt.

Durch den elektronischen Regler wird damit in Abhängigkeit vom Signal am Eingang 18 der Volumenstrom für den Arbeits¬ raum des Druckstangenkolbens und/oder der Volumenstrom für den Arbeitsraum des Schwimmkolbens, gesteuert. Mit dieser Volumensteuerung wird die Stellung des Pedals vor der Ausgangsposition des Pedals kontrolliert.

Der Druckwandler gemäß Figur 3 besitzt eine Kapillare 64 und einen Raum 74, der mit einem steifen Volumen, insbesondere mit einem viskoelastischem Stoff, gefüllt ist. Der hydraulische Druck, der im Arbeitsraum des Haupt¬ zylinders herrscht, pflanzt sich durch die Kapillare fort und wirkt auf den viskoelastischen Stoff. Von dort wird der Druck auf einen Sensor weitergeleitet, der den Druck in ein elektrisches Signal umgewandelt, das über die Signalleitung 75 an den elektronischen Regler geleitet wird .

Die Druckwandler nach den Figuren 3 und 4 sind in die Hauptzylinderwand 76 einschraubbar.

Der Druckwandler der Figur 4 weist einen relativ dünnen Teil 77 der Zylinderinnenwand 78 auf.. Dieser dünne Wand¬ teil wirkt als Membran, die sich in Abhängigkeit vom Druck im Arbeitsraum des Hauptzylinders durchbiegt. Im Raum 79 des Druckwandlers ist ein Druckübertragungsmediura und ein Sensorelement 80 vorgesehen.

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Durch die Durchbiegung der Membran wird eine Kraft auf das Druckübertragungsmediura geäußert, die durch das Druckübertragungsmediura an das Sensorelement 80 weitergeleitet wird. Das Sensorelement wandelt die Kraft im ein elektrisches Signal. Das so vom Druckwandler erzeugte elektrische Signal wird über die Signalleitung 81 an den elektronischen Regler weitergeleitet.

Liste der Einzelteile

1 Bremspedal

2 Modulator

3 Vorratsbehälter

4 Rücklaufleitung elektronischer Regler

6 Anschlag

7 Elektromotor

Pumpe

VakuumbremskraftVerstärker

10 Druckraum

11 Arbeitskolben

12 Arbeitskolben

13 Nachlaufräum

14 Nachlaufbohrung

15 Druckraum

16 Tandemhauptzylinder

17 Regler

18 Eingang

19 hydraulische Leitung

20 hydraulische Leitung

21 Druckkreis

22 Druckkreis

23 SO-Ventil 4 SO-Ventil 5 SO-Ventil 6 SO-Ventil 7 Radbremse 8 Radbremse 9 Radbremse

/- •

Radbremse

SG-Ventil

SG-Ventil

SG-Ventil

SG-Ventil

Rückflußleitung

Sensor

Sensor

Sensor

Sensor

Eingang

Eingang

Eingang

Eingang

Ausgang

Ausgang

Ausgang

Ausgang

Ausgang

Druckleitung

Druckleitung

Druckleitung

Ausgang

Raum

Raum

Pumpe

Pumpe

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Kolben

Kolben

/ . .

- 1 7

63 Manschette

64 Kapillare

65 Raum .

66 Druckwandler

67 Leitung

68 Leitung

69 Schaltrelais

70 elektrischer Schalter

71 Magnet

72 Motor

73 Leitung

74 Raum

75 elektrische Leitung

76 Zylinderwand

77 Teil, Membran

78 Wand

79 Raum

80 Element

81 Leitung

82 Ringraum

A Stelle/Position

B Stelle/Position