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Dokumentenidentifikation DE3530280C2 29.05.1991
Titel Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage
Anmelder FAG Kugelfischer Georg Schäfer KGaA, 8720 Schweinfurt, DE
Erfinder Dittner, Adam, 8552 Höchstadt, DE
DE-Anmeldedatum 24.08.1985
DE-Aktenzeichen 3530280
Offenlegungstag 26.02.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.05.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.05.1991
IPC-Hauptklasse B60T 8/42

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, insbesondere für ein Kraftrad.

Aus der DE 31 19 144 A1 ist eine blockiergeschützte Fahrzeugbremsanlage bekanntgeworden, die folgendermaßen wirkt:

Die Elektronik der Antiblockier-Vorrichtung erkennt eine Überbremsung des Rades bei einer Drehverzögerung von 12 m/s2. Mittels eines hydraulisch angesteuerten Druckmodulators wird die Verbindung zwischen Hauptzylinder und dem entsprechenden Radzylinder unterbrochen und durch eine Volumenvergrößerung im Druckmodulator wird der im Radzylinder wirkende Bremsdruck kontinuierlich bis zu einer zweiten Drehverzögerungsschwelle von 10 m/s2 reduziert, darauf erfolgt eine exakt definierte, weitere Bremskraftreduktion, deren Betrag sich aus dem Trägheitsmoment des rotierenden Rades errechnet, was zu einer erneuten Beschleunigung des gebremsten Rades führt. Daran schließt sich eine Volumenverkleinerung an, bis aus dem ansteigenden Bremsdruck wieder eine Drehverzögerung des Rades von 12 m/s2 resultiert und ein erneuter Regelzyklus beginnt. Die Volumenänderung wird durch einen im Druckmodulator angeordneten Stufenkolben bewirkt, der zwei voneinander getrennte Druckräume bildet, von denen der eine - als Ausgleichsraum - mit dem Radzylinder und der andere - als Arbeitsraum - über ein Servoventil mit einem zweiten Hydraulikkreis verbunden ist, welcher aus einer motorisch angetriebenen Pumpe mit nachgeschaltetem Rückschlagventil und einem dazu parallel geschaltetem Druckspeicher gebildet wird.

Bei einer Überbremsung des Rades wird das Servoventil so verstellt, daß sich im Arbeitsraum des Druckmodulators Druck aufbaut, der den Stufenkolben in Richtung seines Unteren Totpunkts schiebt, wodurch der Ausgleichsraum vergrößert und der wirksame Bremsdruck im Radzylinder reduziert wird. Zur Bremskrafterhöhung schaltet das Servoventil so, daß das Hydraulikmedium aus dem Arbeitsraum in den Tank abfließen kann, während der Stufenkolben durch Federkraft in Richtung Oberer Totpunkt geschoben wird.

Eine nach diesem Verfahren arbeitende Antiblockiervorrichtung, die für den Einsatz in Zweispurfahrzeugen entwickelt wurde, kann nicht oder nur sehr schlecht in Krafträder integriert werden, weil der zweite Hydraulikkreis mit seinen zahlreichen Bauelementen einen hohen Platzbedarf hat, der innerhalb der Baueinheit Motorrad nicht vorhanden ist, und weil durch das zwangsläufig ansteigende Fahrzeuggewicht die Handlungseigenschaften negativ beeinflußt würden.

Die DE 19 16 662 A1 zeigt einen Bremsschlupfregler, bei dem die nicht lineare Verschiebekraft eines Elektromagneten über einen Kniehebelmechanismus als ebenfalls nicht linearen Kraft am Stellkolben wirkt. Damit verbunden ist der Nachteil des großen baulichen Aufwandes für die Kniehebelkinematik und des notweniger Weise sehr starken und damit großbauenden Elektromagneten. Nur der "starke" Elektromagnet ist nämlich in der Lage, die erforderlichen hohen Anfangsverschiebekräfte zu erzeugen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, insbesondere für ein Kraftrad so zu verbessern, daß diese weniger Einzelteile aufweist und wesentlich leichter baut.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme sind demnach nicht räumlich abgeschlossen. Auf den Stufenkolben des aus der DE 31 19 144 A1 bekannten Druckmodulators wirkt eine von außen - nämlich von der Pumpe bzw. dem Druckspeicher - aufgebrachte Kraft und die Volumenvergrößerung wird durch Zufuhr hydraulischer Energie bewirkt.

Bei einer magnetbetätigten Modulatoreinrichtung nach der DE 26 48 042 A1 sind die Volumina von Radzylinder und Modulator nicht permanent miteinander verbunden.

Mit der Fahrzeugbremsanlage nach der Erfindung ist es erstmals möglich, blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlagen mit einem sehr geringen Gewicht zu bauen. Diese Gewichtsreduzierung, verbunden mit der Verringerung der Anzahl der notwendigen Teile ist von ausschlaggebender Bedeutung für den praktischen Einsatz in Zweiradfahrzeugen.

Anhand von Zeichnungen soll das Verfahren näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 das Kraft-/Luftspalt-Diagramm eines Elektromagneten,

Fig. 2 das Diagramm des erforderlichen Kraft-/Volumen- Verlaufes am Druckentlastungskolben,

Fig. 3 den elektromagnetisch betreibbaren Druckmodulator im Längsschnitt,

Fig. 4 eine Ausführungsform des Druckmodulators mit Kraftänderungsgeschwindigkeits- Aufnehmer,

Fig. 5 das Systemschaubild der Antiblockiervorrichtung.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß sich die Verschiebekraft des Ankers eines kompakten Elektromagneten nicht proportional mit dem Luftspalt S ändert. Da sich die Kraft am Druckentlastungskolben des Druckmodulators, um einen geregelten und reproduzierbaren Bremsdruckauf- und -abbau zu ermöglichen, linear mit der Volumenänderung, also dem Weg des Kolbens ändern muß, kann ein kompakter, leichtgewichtiger Elektromagnet nur dann zum Einsatz kommen, wenn der Kraftverlauf seines Ankers so übersetzt wird, daß sich am Druckentlastungskolben ein linearer Kraftverlauf einstellt (Fig. 2).

Fig. 3 zeigt die entsprechende Ausbildung des Druckmodulators im Längsschnitt.

Über einen Hebel 8 und einer auf diesem ablaufenden Rolle 7 steht der Druckentlastungskolben 2 mit dem Anker 6 des Elektromagneten 5 in Verbindung. Der Hebel 8 ist als Kurvenscheibe ausgebildet, deren Steigungen so bemessen sind, daß der Kraftverlauf des Ankers 6, gemäß Fig. 1, in den Kraftverlauf des Druckkolbens, gemäß Fig. 2, übersetzt wird. Die Vorspannkraft der Druckfeder 9 ist so gewählt, daß der Kolben 2 erst dann in Richtung Unterer Totpunkt verschiebbar ist, wenn die auf ihn einwirkende Druckkraft größer als die maximale zum Blockieren des Rades führende Bremskraft ist (beispielsweise bei einem Bremsdruck von 60 bar).

Zieht der Anker 6 durch Erregen der Spule 12 an, wird der Ausgleichsraum 14 vergrößert, der Hauptzylinder 15 vom Radzylinder 16 mittels des Kugelsitzventils 3 getrennt und der wirksame Bremsdruck im Radzylinder 16 vermindert. Entsprechend umgekehrt erfolgt eine Bremskrafterhöhung. Dieser Zyklus spielt sich innerhalb der zuvor beschriebenen Drehverzögerungsschwellen von 12 m/s2 bzw. 10 m/s2 ab, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, bzw. bis der Bremsdruck im Hauptzylinder unter dem Blockierdruck des Rades liegt.

Ein am Druckentlastungskolben 2 angeordnetes Lagemeßsystem 4 liefert entsprechend der Volumenänderung ein kontinuierlich steigendes bzw. fallendes Ist-Signal an den Vergleicher 17, der dieses mit dem von der Elektronik der Antiblockiervorrichtung abgegebenen Soll-Signal vergleicht, wie nachfolgend noch beschrieben wird.

Fig. 4 zeigt dieselbe konstruktive Gestaltung des Druckmodulators 1, dessen Wirkungsweise mit der zuvor beschriebenen identisch ist.

Ein der Druckfeder 9 nachgeschalteter Piezoquarz 4a ermittelt ihre Kraftänderungsgeschwindigkeit und liefert entsprechende Spannungssignale (Ist-Signale) an den Vergleicher 17a. Der Vorteil des Piezoquarzes 4a ist der, daß ihm als passives Element keine elektrische Energie von außen zugeführt werden muß.

Aus dem in Fig. 5 gezeigten Systemschaubild der gesamten Antiblockier-Vorrichtung geht deren Wirkungsweise hervor. Um einen einfachen Überblick zu gewährleisten ist die elektronische Schaltung nur in Blocksymbolen wiedergegeben - der exakte Aufbau kann der DE-PS 31 19 144 entnommen werden. Außerdem ist für den vorderen Bremskreis der Druckmodulator gemäß Fig. 3, für den hinteren der gemäß Fig. 4 stilisiert dargestellt, deren Wirkungsweise aber identisch ist, so daß sie untereinander austauschbar sind.

Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf den vorderen Bremskreis, die entsprechenden Bauteile des hinteren Bremskreises erhalten den Index "a".

Ein Geschwindigkeitssensor überwacht das Fahrzeugrad und liefert ein digitales, der Winkelgeschwindigkeit entsprechendes elektrisches Signal. In der Signalaufbereitung 10 wird dieses digitale Signal in ein analoges umgeformt und die weiteren, zur Bremsdruckregelung erforderlichen Signale gebildet. Ein nachgeschalteter Begrenzer 20 soll sicherstellen, daß auch bei plötzlich stehendem Rad der Schwellendiskriminator 30 ein Eingangssignal erhält und eine Bremsdruckregelung möglich wird.

Wie bekannt, spricht der Schwellendiskriminator 30 bei einer Drehverzögerung von 12 m/s2 bzw. 10 m/s2 an und gibt bei Erreichen der oberen Schwelle ein Signal an den Sollwertführer 40, der den Vergleicher 17 mit einem kontinuierlich ansteigenden Spannungssignal beaufschlagt. Ebenfalls auf den Vergleicher 17 wird ein Spannungssignal vom Wegemeßsystem 4 bzw. dem Kraftänderungsgeschwindigkeits-Meßglied 4a geliefert. Solange eine Abweichung des Istwertes vom Sollwert besteht wird die Spule des Elektromagneten 5 über den Vergleicher 17 erregt und der Bremdruck abgebaut.

Durch Verringerung der wirksamen Bremskraft erreicht das Rad die Drehverzögerungsschwelle von 10 m/s2, der Schwellendiskriminator 30 gibt ein Spannungssignal - wie bei 50 angedeutet -, die Bremskraft um den exakt aus dem rotatorischen Trägheitsmoment errechneten Betrag weiter abzusenken und anschließend wieder kontinuierlich bis zur oberen Drehverzögerungsschwelle zu erhöhen, bei deren Erreichen ein erneuter Regelzyklus beginnt. An die Phase der Druckabsenkung kann sich die Phase der Druckerhöhung unmittelbar anschließen - wie bei 40a angedeutet - oder erst nach einer Konstanthaltungsphase, wie bei 40 gezeigt.

Eine derartige Regelung findet statt, bis das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, bzw. bis der vom Hauptzylinder am Druckmodulator 1 anstehende Bremsdruck unterhalb dessen liegt der zu einer Blockierung des Rades führen würde.

Durch die besondere Ausgestaltung des Druckmodulators 1 wird es möglich, sehr hochfrequente Regelzyklen zu erreichen, wodurch ein optimaler Bremsweg erzielt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, mit einem Drehzahlfühler, der die Drehzahl eines nicht angetriebenen Fahrzeugrades elektrisch mißt, mit einer Auswerteschaltung, welche dieses Drehzahlsignal in einem Differentiator differenziert, beim Überschreiten einer ersten Drehverzögerungsschwelle von 12 m/s² ein Signal zum Absenken des Bremsdruckes abgibt, so dann beim Unterschreiten einer Drehverzögerungsschwelle von 10 m/s² ein Signal zum Beenden der Bremsdruck-Absenkung abgibt, bei der dem Differentiator ein Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzer vorgeschaltet ist und beim Unterschreiten der zweiten Drehverzögerungsschwelle ein elektrisches Abbild des zu diesem Zeitpunkt anstehenden Bremsdruckes ermittelt und dieser Bremsdruck nochmals um einen Betrag vermindert wird, der sich aus der Trägheitsmasse des Fahrzeugrades errechnet, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Hydraulikbremskreis getrennten, räumlich abgeschlossenes System durch einen Druckmodulator (1) gebildet ist, der einen Elektromagneten (5) und einen über einen veränderlichen Hebel (8) mit dem Elektromagneten (5) in Wirkverbindung stehenden Druckentlastungskolben (2) aufweist, derart, daß die vom Elektromagneten (5) erzeugte nicht lineare Verschiebekraft als lineare Kraft auf den Druckentlastungskolben (2) einwirkt.
  2. 2. Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Hebel (8) als eine an den Kraft-Luftspalt-Verlauf des Elektromagneten (5) angepaßte Kurvenscheibe ausgebildet ist.
  3. 3. Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckentlastungskolben (2) mit einem in dem Druckmodulator (1) angeordneten Ventil (3) so in Wirkverbindung steht, daß bei Überschreiten eines vorgebbaren maximalen Bremsdruckes der Radzylinder (16) vom Hauptzylinder (15) trennbar ist.
  4. 4. Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg des Druckentlastungskolbens (2) durch ein Wegemeßsystem (4) kontinuierlich ermittelt und einem elektronischen Lagerregelkreis, welcher mit dem Regelkreis der Blockierschutzschaltung in Wirkverbindung steht, zugeführt wird.
  5. 5. Blockiergeschützte hydraulische Fahrzeugbremsanlage, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftänderungsgeschwindigkeit des Ankers (6) durch einen Piezoquarz (4a) über einen geschlossenen elektronischen Lagerregelkreis dem Regelkreis der Blockierschutzschaltung zugeführt wird.






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