DE102016011403A1

DE102016011403A1 - Unterdruckversorgungssystem und Betriebsverfahren dafür

Info

Publication number: DE102016011403A1
Application number: DE102016011403.7A
Authority: DE
Inventors: David Domkowski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2018-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Unterdruckversorgungssystem mit einer Unterdruckkammer (4), einem Drucksensor (16), einer Pumpe (6) zum Evakuieren der Unterdruckkammer (4) und einer Steuereinheit (17). Die Steuereinheit (17) dient zum Steuern des Betriebs der Pumpe (6) anhand eines Ausgangssignals (U) des Drucksensors (16), das den Druck in der Unterdruckkammer (4) repräsentiert. Die Steuereinheit (17) ist eingerichtet, die Pumpe (6) einzuschalten, wenn ein von dem Ausgangssignal (U) abgeleiteter Anfangsdruck (p0) in der Unterdruckkammer einen Einschaltschwellwert überschreitet. Ferner ist die Steuereinheit (17) eingerichtet, eine Anomalie des Drucksensors (16) zu diagnostizieren, wenn die aus dem Betrieb der Pumpe (6) resultierende Änderung des Ausgangssignals (U1-U0) signifikant von einer für den Anfangsdruck (p0) erwarteten Änderung abweicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterdruckversorgungssystem, insbesondere für den Betrieb eines Bremskraftverstärkers in einem Kraftfahrzeug, und ein Betriebsverfahren für ein solches Unterdruckversorgungssystem.
Unterdruck-Bremskraftverstärker für Kraftfahrzeuge haben eine starke Verbreitung und ein hohes Entwicklungsniveau erreicht, da der zu ihrem Betrieb erforderliche Unterdruck bei einem Ottomotor am Saugrohr abgegriffen werden kann, ohne dass dafür aufwendige Zusatzgeräte erforderlich wären. Dieser Vorteil entfällt jedoch bei Dieselmotoren und allgemein bei Verbrennungsmotoren mit Ladeluftkompressor. Bei solchen Verbrennungsmotoren wird zur Bereitstellung des Vakuums eine zusätzliche Pumpe benötigt, die üblicherweise an die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Auch Fahrzeuge mit Elektroantrieb benötigen eine solche Pumpe, um einen Unterdruck-Bremskraftverstärker nutzen zu können. Da die Pumpe beim Betrieb des Verbrennungs- oder Elektromotors unabhängig vom tatsächlichen Unterdruckbedarf ständig mitläuft, trägt sie zum Kraftstoff- bzw. Stromverbrauch bei.
Um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren, wäre es folglich wünschenswert, die Pumpe bedarfsgesteuert zu betreiben. Voraussetzung dafür ist, dass der verfügbare Unterdruck mit einem Drucksensor überwacht wird. Störungen eines solchen Sensors sind für die Sicherheit des Fahrzeugs relevant. Zwar bleibt bei herkömmlichen Unterdruck-Bremskraftverstärkern ein Bremsen des Fahrzeugs auch bei Ausfall des Unterdrucks möglich, doch ist die Bremskraft, die der Fahrer in einem solchen Fall aufbringen muss, deutlich und in der Regel in für den Fahrer unerwarteter Weise erhöht und kann daher zu einer Verlängerung des Bremswegs führen. Es muss daher Sorge getragen werden, dass eine Sensorstörung sich nicht unerwartet auf den Betrieb des Bremskraftverstärkers auswirkt.
Ein völliges Versagen des Drucksensors ist unproblematisch zu erkennen; wenn eine Bremsung keinen Einfluss auf das Ausgangssignal des Drucksensors hat, dann ist davon auszugehen, dass dieser defekt ist. In diesem Fall kann der Fahrer durch eine geeignete Störungsmeldung darauf hingewiesen, dass die Bremskraftverstärkung nicht zur Verfügung steht, damit er dies beim Fahren berücksichtigen und das Fahrzeug baldmöglichst zu Stehen bringen bzw. zur Behebung der Störung eine Werkstatt aufsuchen kann.
Eine auf diese Weise nicht erkennbare Störung ist eine Nullpunktverschiebung des Drucksensors. Folge einer solchen Nullpunktverschiebung ist, dass der wahre Druck höher oder niedriger ist, als anhand des Ausgangssignalpegels des Sensors erwartet. Ist der wahre Druck niedriger, als es dem Ausgangssignalpegel entspricht, dann ist zwar die Funktionsfähigkeit des Bremskraftverstärkers nicht beeinträchtigt, aber die Kraftstoffeinsparung wird nicht mehr erreicht, da die Pumpe über den tatsächlichen Bedarf hinaus läuft. Ist der wahre Druck jedoch höher, als es dem Ausgangssignalpegel entspricht, dann kann es während eines Bremsvorgangs zu einem Druckausgleich zwischen der Unterdruckkammer und der Umgebung kommen, mit der Folge, dass die Bremsunterstützung unversehens aussetzt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Unterdruckversorgungssystem zu schaffen, das in der Lage ist, eine Nullpunktverschiebung des Drucksensors zu erkennen, um eine angemessene Reaktion darauf zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, indem bei einem Unterdruckversorgungssystem mit einer Unterdruckkammer, einem Drucksensor, der ein für den Druck in der Unterdruckkammer repräsentatives Ausgangssignal liefert, einer Pumpe zum Evakuieren der Unterdruckkammer und einer Steuereinheit zum Steuern des Betriebs der Pumpe anhand des Ausgangssignals des Drucksensors, die eingerichtet ist, die Pumpe einzuschalten, wenn ein von dem Ausgangssignal abgeleiteter Anfangsdruck in der Unterdruckkammer einen Einschaltschwellwert überschreitet, die Steuereinheit ferner eingerichtet ist, eine Anomalie des Drucksensors zu diagnostizieren, wenn die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Änderung des Ausgangssignals signifikant von einer für den Anfangsdruck erwarteten Änderung abweicht.
Die Erfindung basiert auf der Einsicht, dass die Masse der Luft, die die Pumpe pro Zeiteinheit aus der Unterdruckkammer abzupumpen in der Lage ist, zum Druck in der Unterdruckkammer direkt proportional ist. Wenn das Ausgangssignal des Drucksensors diesen Druck korrekt repräsentiert, dann sollte die Geschwindigkeit, mit der der Druck bei laufender Pumpe abnimmt, zum repräsentierten Druck proportional sein. Ist dies nicht der Fall, so kann daraus gefolgert werden, dass das Ausgangssignal des Sensors eine Nullpunktverschiebung aufweist, und dass es ohne Kenntnis von deren Ausmaß nicht möglich ist, das Sensorausgangssignal in einen korrekten Druckmesswert umzusetzen.
Die Steuereinheit sollte die Pumpe wieder ausschalten, wenn der von dem Ausgangssignal abgeleitete Druck in der Unterdruckkammer einen Ausschaltschwellwert unterschreitet.
Um vom Ausgangssignal des Drucksensors den in der Unterdruckkammer herrschenden Druck ableiten zu können, muss eine Zuordnung bekannt sein, die es erlaubt, einen Ausgangssignalpegel mit dem zugehörigen Druck zu verknüpfen. Idealerweise ist diese Zuordnung eine Funktion der Form p = f(U) + c, wobei f eine eineindeutige Funktion des Ausgangssignals U und vorzugsweise eine lineare Proportionalität ist, und c ein konstanter Offset ist.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine Anomalie des Sensors zu diagnostizieren. Eine davon ist, die Geschwindigkeit zu messen, mit der sich bei laufender Pumpe das Ausgangssignal des Drucksensors ändert, und eine signifikante Abweichung festzustellen, wenn die gemessene Geschwindigkeit außerhalb eines für den erfassten Anfangsdruck erwarteten Geschwindigkeitsintervalls liegt. Wenn der Offset c der in der Steuereinheit gespeicherten Zuordnung korrekt ist und dem Ausgangssignal U folglich ein korrekter Druck p zugeordnet wird, dann ist die Zeit, die die Pumpe benötigt, um den Druck in der Unterdruckkammer auf einen bestimmten Bruchteil a·p eines Anfangsdrucks p0 zu verringern, in einem weiten Druckintervall vom Wert des Anfangsdrucks p0 praktisch unabhängig und konstant. Wenn die zeitliche Entwicklung des Ausgangssignals des Sensors den Eindruck erweckt, dass die Druckabnahme kleiner ist als erwartet, dann kann der Grund dafür darin liegen, dass der Offset des Sensors sich verändert hat und größer ist als der in der Steuereinheit gespeicherte Offset c, d. h. dass der wahre Druck in der Unterdruckkammer niedriger ist als anhand der Zuordnung angenommen, und dass folglich eine Anomalie des Drucksensors vorliegt. Diese Anomalie führt dazu, dass die Pumpe auch dann noch betrieben wird, wenn der wahre Druck in der Unterdruckkammer den Ausschaltschwellwert bereits unterschritten hat, und damit zu unnötigem Energieverbrauch. Wenn hingegen der wahre Offset des Sensors kleiner ist als der Offset c der gespeicherten Zuordnung, dann wird der Druck in der Unterdruckkammer unterschätzt, mit der Folge, dass die Pumpe bereits ausgeschaltet wird, bevor der Ausschaltschwellwert unterschritten ist, und die Bremskraftverstärkung unzureichend ist bzw. während eines Bremsvorgangs aussetzt.
Alternativ kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Grenzwert zu ermitteln, dem der vom Drucksensor erfasste Druck bei Dauerbetrieb der Pumpe zustrebt, und eine Anomalie des Drucksensors zu diagnostizieren, wenn der Grenzwert außerhalb eines Zielintervalls liegt.
Die Ermittlung dieses Grenzwerts kann auf der Ermittlung der Geschwindigkeit der Druckabnahme und einer Extrapolation der Entwicklung des Drucks anhand der ermittelten Geschwindigkeit basieren; unter Inkaufnahme einer längeren Messzeit kann der Rechenaufwand aber auch minimiert werden, indem als Grenzwert der nach einer vorgegebenen Maximalbetriebszeit der Pumpe vom Drucksensor erfasste Druck angenommen wird.
Ein Signalgeber sollte an die Steuereinheit gekoppelt sein, um im Falle einer Anomalie des Drucksensors einen Warnhinweis auszugeben. Wenn das Unterdruckversorgungssystem mit einem Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs zusammenwirkt, dann sollte der Signalgeber angeordnet sein, um ein durch den Fahrer des Fahrzeugs wahrnehmbares Signal zu erzeugen.
Alternativ, vorzugsweise ergänzend zum oben Beschriebenen sollte die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Differenz zwischen dem Anfangsdruck und einem Druck, für den die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Druckabnahme erwartet wird, zu ermitteln, und die Zuordnungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors und dem Druck in der Unterdruckkammer repräsentiert, anhand der Differenz zu korrigieren. So kann eine ordnungsgemäße Funktion des Unterdruckversorgungssystems trotz Anomalie des Drucksensors aufrechterhalten werden. Dies ist insbesondere bei Anwendung auf den Bremskraftverstärker eines Kraftfahrzeugs nützlich, da die Funktionsfähigkeit des Bremskraftverstärkers trotz Anomalie erhalten bleibt und das Fahrzeug ohne Einbuße an Sicherheit aus eigener Kraft zu einer Werkstatt gefahren werden kann, um dort die Anomalie beheben zu lassen.
Einer vereinfachten Alternative zufolge kann die Steuereinheit eingerichtet sein, im Falle einer Anomalie die Pumpe dauernd zu betreiben. In diesem Fall wird zwar das oben erwähnte Ziel der Minimierung Kraftstoffverbrauchs nicht mehr erreicht, doch kann dies insbesondere dann hingenommen werden, wenn der Fahrer durch einen entsprechenden Warnhinweis darüber informiert ist und die Möglichkeit hat, durch Beheben der Anomalie den kraftstoffsparenden Betriebszustand, in dem die Pumpe abhängig vom Druck in der Unterdruckkammer betrieben wird, alsbald wieder herzustellen.
Die Pumpe kann mechanisch, z. B. durch Kopplung an die Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, antreibbar sein; in diesem Fall ist zwischen der Abtriebswelle und der Pumpe eine von der Steuereinheit gesteuerte Kupplung erforderlich. Kostengünstiger ist es, die Pumpe elektrisch anzutreiben.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Bremskraftverstärker für ein Kraftfahrzeug, mit einer Unterdruckkammer und einer Arbeitskammer, die durch eine bewegliche Zwischenwand voneinander getrennt sind und bei dem die Unterdruckkammer die Unterdruckkammer eines Unterdruckversorgungssystems wie oben beschrieben ist.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Unterdruckversorgungssystems mit einer Unterdruckkammer, einem Drucksensor, der ein für den Druck in der Unterdruckkammer repräsentatives Ausgangssignal liefert, und einer Pumpe zum Evakuieren der Unterdruckkammer, mit den Schritten:

a) Erfassen eines Ausgangssignals des Drucksensors;
b) Einschalten der Pumpe, wenn ein von dem Ausgangssignal abgeleiteter Anfangsdruck in der Unterdruckkammer einen Einschaltschwellwert überschreitet;
c) Erfassen der aus dem Betrieb der Pumpe resultierenden Druckabnahme; und
d) Diagnostizieren einer Anomalie des Drucksensors, wenn die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Änderung des Ausgangssignals signifikant von einer für den Anfangsdruck erwarteten Änderung abweicht.

Im einfachsten Fall wird im Falle einer Anomalie des Drucksensors eine Warnung ausgegeben.
Einer bevorzugten Weiterentwicklung zufolge wird im Falle einer Anomalie eine Differenz zwischen dem Anfangsdruck und einem Druck, für den die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Druckabnahme erwartet wird, ermittelt, und eine Zuordnungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors und dem Druck in der Unterdruckkammer repräsentiert, wird anhand der Differenz korrigiert.
Alternativ kann im Falle einer Anomalie die Pumpe dauernd betrieben werden.
Weitere Erfindungsgegenstände sind ein Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, als Steuereinheit eines Unterdruckversorgungssystems oder eines Bremskraftverstärkers wie oben beschrieben zu arbeiten oder das oben beschriebene Verfahren auszuführen, und ein computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, in der angegebenen Weise zu arbeiten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbespielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Bremskraftverstärkers mit Unterdruckversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 die zeitliche Entwicklung des Drucks in der Arbeitskammer während des Evakuierens;
3 ein Flussdiagramm eines Arbeitsverfahrens der Steuereinheit aus 1;
4 ein alternatives Arbeitsverfahren; und
5 ein weiteres alternatives Arbeitsverfahren.
1 zeigt schematisch einen Unterdruck-Bremskraftverstärker 1 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Unterdruck-Bremskraftverstärker 1 umfasst in an sich bekannter Weise ein druckfestes Gehäuse 2, das durch einen Kolben 3 in eine Unterdruckkammer 4 und eine Arbeitskammer 5 unterteilt ist. Eine Pumpe 6 ist an die Unterdruckkammer 4 angeschlossen. Ein Doppelventil 7 steuert die Verbindung der Kammern 4, 5 untereinander und zur Umgebung. In der schematischen Darstellung der 1 hat das Doppelventil 7 ein zentrales Element 8 und ein äußeres Element 9, die durch Auslenken eines Bremspedals 10 gegeneinander und gegen das Gehäuse 2 axial beweglich sind. In einer Ruhestellung fluchten Bohrungen 11, 12 des zentralen Elements 8 und des äußeren Elements 9 miteinander, so dass in beiden Kammern 4, 5 derselbe Unterdruck herrscht.
Durch eine Betätigung des Bremspedals 10 wird zunächst das zentrale Element 8 ausgelenkt, so dass der Überlapp zwischen den Bohrungen 11, 12 verloren geht und die Kammern 4, 5 voneinander getrennt werden. Anschließend wird auch das äußere Element 9 ausgelenkt, so dass es sich von einem Ventilsitz 13 am Gehäuse 2 löst und die Arbeitskammer 5 mit der Umgebung verbunden wird. Die in die Arbeitskammer 5 einströmende Umgebungsluft erhöht den Druck auf den Kolben 3 und damit auch den Druck, den dieser über einen Druckstift 14 auf einen nicht dargestellten Bremszylinder ausübt.
Wird das Bremspedal 10 wieder freigegeben, so treibt zunächst eine Druckfeder 15 den Kolben 3 und das äußere Element 9 zurück in die Ruhestellung, in der das äußere Element 9 dicht am Ventilsitz 13 anliegt; anschließend kehrt auch das zentrale Element 8 in seine Ruhestellung zurück und stellt die Verbindung zwischen den Kammern wieder her.
Die bei dem Bremsvorgang in die Arbeitskammer 5 eingedrungene Umgebungsluft muss beseitigt werden, um den Bremskraftverstärker 1 für den nächsten Bremsvorgang bereit zu machen. Zu diesem Zweck ist an einer der Kammern, hier der Unterdruckkammer 4, ein Drucksensor 16 angeordnet und mit einer Steuereinheit 17 verbunden, die den Betrieb der Pumpe 6 steuert.
Der Drucksensor 16 liefert ein Ausgangssignal, z. B. in Form eines Spannungspegels U, der für den Druck in der Unterdruckkammer 4 repräsentativ ist. Allgemein hat der Zusammenhang zwischen dem Spannungspegel U und dem Druck p die Form p = f(U) + c, wobei f(U) eine streng monoton steigende oder fallende Funktion von U mit f(0) = 0 ist und c ein Offset ist, der in der Praxis aufgrund von Alterung des Drucksensors 16 langfristig variieren kann. Der einfacheren Erläuterung wegen wird im Folgenden nur der Fall betrachtet, dass zwischen U und p ein linearer Zusammenhang der Form p = bU + c (1) besteht, d. h. eine eventuell vorhandene Nichtlinearität des Drucksensors 16 wird vernachlässigt.
Die Luftmasse, die die Pumpe 6 im Betrieb pro Zeiteinheit aus der Unterdruckkammer 4 absaugt, ist proportional zum in der Unterdruckkammer 4 herrschenden Druck p; deswegen konvergiert der Druck p im Laufe der Zeit t exponentiell gegen einen Grenzwert p_∞, und die Betriebszeit der Pumpe 6 lässt sich in eine Vielzahl von Intervallen Δt unterteilen, in denen der die Differenz p – p_∞ jeweils um einen gleichen Faktor a < 1 abnimmt. Entsprechend konvergiert U exponentiell gegen (p_∞ – c)/b.
Der Druck p0, der unmittelbar nach Beendigung eines Bremsvorgangs in den Kammern 4, 5 herrscht, ist kleiner oder gleich dem Atmosphärendruck 1 bar. Sein genauer Wert ist abhängig von der Stärke der Bremspedalbetätigung und daher a priori unbekannt. Unter dem Einfluss dieses Drucks p0 liefert der Drucksensor 16 ein Ausgangssignal U0, das von der Steuereinheit 17 anhand der Formel (1) in einen Druckmesswert p0 umgerechnet wird. Diese Umrechnung ist nur dann korrekt, wenn der Sensor 16 keine Nullpunktverschiebung aufweist, d. h. wenn entsprechend der Kurve A von 2 der aktuelle Offset c' des Sensors 16 mit dem der Umrechnung zugrundegelegten Offset c übereinstimmt, und auch nur dann verringert sich die Differenz p – p_∞ in jedem Zeitintervall Δt um den Faktor a. Wenn eine positive Nullpunktverschiebung Δc = c' – c > 0 vorliegt, das Ausgangssignal U also zu höheren Pegeln verschoben ist, entsprechend der Kurve B von 2, dann ist an dem Punkt b der Kurve B, der dem Messwert U0 entspricht, der wahre Druck niedriger als der nach Formel (1) berechnete, die Abnahmegeschwindigkeit des Drucks ist gegenüber der Kurve A verringert, und das Ausgangssignal U konvergiert gegen einen erhöhten Grenzwert (p_∞ – c')/b. Entsprechend ist bei negativer Nullpunktverschiebung Δc < 0, entsprechend der Kurve C, der wahre Druck am Punkt c höher als der berechnete, die Abnahmegeschwindigkeit ist höher und der Grenzwert (p_∞ – c')/b des Ausgangssignals U ist vermindert.
Ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens, mit dem die Steuereinheit 17 in der Lage ist, eine Nullpunktverschiebung zu erkennen und darauf in zweckmäßiger Weise zu reagieren, wird im Folgenden anhand des Flussdiagramms von 3 erläutert.
Der erste Verfahrensschritt S1 besteht darin, abzuwarten, bis das Ausgangssignal des Drucksensors 16 über eine Einschaltschwelle U_ein steigt, was normalerweise nach einem Bremsvorgang der Fall ist. Der Ausgangssignalpegel U0 zu diesem Zeitpunkt wird aufgezeichnet (S2) und die Pumpe 6 eingeschaltet (S3). Der Ausgangssignalpegel U0 wird gemäß Formel (1) in einen Druckpegel p0 umgerechnet (S4).
Wenn die Pumpe 6 in Betrieb ist, nimmt die Differenz p – p_∞ in jedem Zeitintervall Δt um den Faktor a ab; deswegen müsste, wenn der aktuelle Offset c' des Sensors 16 mit dem in Formel (1) verwendeten Offset c übereinstimmt, nach einer Laufzeit der Pumpe 6 von Δt der Druck auf p1' = a(p0 – p_∞) + p_∞ abgenommen haben. Die Steuereinheit berechnet diesen Prognosewert p1' in Schritt 55 und wartet die Zeitspanne Δt ab (S6).
Das Ausgangssignal U1 des Sensors 16 nach Verstreichen der Zeitspanne Δt wird aufgezeichnet (S7) und anhand Formel (1) in einen Druckpegel p1 umgerechnet (S8).
In Schritt S9 wird verglichen, ob p1 in einem Toleranzintervall [p1' – ε, p1' + ε] um p1' liegt. Wenn ja, dann ist die Nullpunktverschiebung des Sensors 16 vernachlässigbar; in diesem Fall wird in Schritt S11 ein neuer Prognosewert p1' für den Druck nach abermaligem Verstreichen der Zeitspanne Δt berechnet, und das Verfahren kehrt solange zu Schritt S6 zurück, bis in Schritt S12 festgestellt wird, dass das Ausgangssignal U unter eine Ausschaltschwelle U_aus gefallen ist. Sobald dies geschehen ist, wird die Pumpe 6 wieder ausgeschaltet (S13), und das Verfahren endet.
Wenn in Schritt S9 festgestellt wird, dass p1 außerhalb des Toleranzintervalls [p1' – ε, p1' + ε] liegt, verzweigt das Verfahren zu Schritt S10. Dieser Schritt kann sich darauf beschränken, dass die Steuereinheit 17 ein Anzeigeinstrument 18 am Armaturenbrett des Fahrzeugs anspricht, um einen Warnhinweis auszugeben, der den Fahrer darauf hinweist, dass der Sensor 16 der Wartung oder des Austauschs bedarf, und anschließend zum normalen Verfahrensablauf in Schritt S11 zurückkehrt.
Alternativ kann ein Fehlerzähler vorgesehen sein, der, sofern er nicht auf Null steht, in regelmäßigen Zeitabständen oder nach einer vorgegebenen Zahl von Bremsvorgängen dekrementiert wird. In Schritt S10 wird dieser Fehlerzähler inkrementiert und mit einem positiven Schwellwert verglichen, und der Warnhinweis wird nur ausgegeben, wenn der Zählwert den Schwellwert überschritten hat. So ist sichergestellt, dass eine einzelne fehlerhafte Messung nicht zur Ausgabe des Warnhinweises führt.
Im Falle einer negativen Nullpunktverschiebung, d. h. wenn der wahre Druck in der Unterdruckkammer 4 höher ist als der mit der Formel (1) berechnete, kann als weitere Maßnahme im Rahmen des Schritts S10 vorgesehen werden, dass immer dann, wenn die Bedingung für die Ausgabe des Warnhinweises erfüllt ist, das Verfahren mit dem Schritt S10 endet. So bleibt die Pumpe 6 solange eingeschaltet, bis die Anomalie des Sensors 16 behoben und die Steuereinheit 17 zurückgesetzt wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Druck in der Unterdruckkammer 4 immer niedrig genug für eine ordnungsgemäße Bremskraftverstärkung ist.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Arbeitsverfahrens. Die Schritte S1–S3 sind mit denen der 3 identisch und brauchen nicht erneut beschrieben zu werden. Nach Einschalten der Pumpe 6 wird auch hier die Zeitspanne Δt abgewartet (S6), und ein weiterer Wert U1 des Ausgangssignals wird gemessen (S7). Die Länge von Δt ist so gewählt, dass die Differenz zwischen dem aktuellem Druck p in der Unterdruckkammer 4 und dem Enddruck p der Pumpe 6 um den Faktor a verringert ist. Wenn die Formel (1) das Verhalten des Sensors 16 korrekt beschreibt, dann konvergiert dessen Ausgangssignal U während des Betriebs der Pumpe 6 gegen (p_∞ – c)/b, und die Differenz U – (p_∞ – c)/b verringert sich ebenfalls in jeder Betriebszeitspanne Δt um den Faktor a, d. h. es gilt
Dieser Ausdruck lässt sich nach dem Offset c auflösen:
Die Formel (3) wird in Schritt S14 benutzt, um basierend auf den in S2 und S7 erhaltenen Ausgangssignalpegeln einen Offset c' des Sensors 16 zu schätzen.
In Schritt S15 wird entschieden, ob die Abweichung zwischen dem in Formel (1) verwendeten Offset c und dem abgeschätzten Offset c' eine zulässige Grenze überschreitet. Wenn ja, liegt eine Anomalie des Sensors 16 vor, und es kann, wie oben für den Schritt S10 beschrieben, sofort oder wenn ein Fehlerzähler einen Schwellwert überschritten hat, ein Warnhinweis ausgegeben werden. Zusätzlich wird hier in Schritt S16 der bislang in Formel (1) verwendete Offset c mit dem neuen Offset c' (oder einem Mittelwert von mehreren nacheinander erhaltenen geschätzten Offsets c') überschrieben, um so trotz Nullpunktverschiebung die Ausgangssignale des Sensors 16 wieder korrekt in Druckwerte umrechnen zu können.
Eine solche Korrektur des Offsets kann bereits im anschließenden Schritt S12 berücksichtigt werden, indem der aktuelle Ausgangswert U des Sensors 16 zunächst nach der Formel (1) mit ggf. korrigiertem Offset c in einen Druckwert p umgerechnet und dieser mit einem Schwellwert p_aus verglichen wird, um zu entscheiden, ob der Betrieb der Pumpe 6 mit dem Schritt S7 fortgesetzt oder mit Schritt S13 beendet wird.
Die laufende Korrektur des Offsets c gemäß dem Verfahren der 4 erlaubt einen energiesparenden, druckgesteuerten Betrieb der Pumpe auch dann noch, wenn der Offset c des Sensors 16 deutlich verschoben ist. Da allerdings die Korrektur des Offsets mit einer nicht zu vernachlässigenden Messungenauigkeit behaftet ist, ist es zweckmäßig, nach einer Offsetkorrektur auch den Schwellwert p_aus herabzusetzen, um sicherzustellen, dass der Druck in der Unterdruckkammer 4 beim Ausschalten der Pumpe 6 tatsächlich niedrig genug ist, um eine störungsfreie Bremskraftverstärkung zu gewährleisten, und durch die Ausgabe des Warnhinweises darauf hinzuwirken, dass der Fahrer den Sensor 16 warten oder ersetzen lässt, um wieder einen optimal energiesparenden Betrieb zu ermöglichen.
Einer vereinfachten Abwandlung zufolge kann eine Aktualisierung des Offsets in Schritt S10 des Verfahrens nach 3 stattfinden, indem geprüft wird, ob die Zeitspanne, in der die Pumpe 6 seit dem Schritt S3 ununterbrochen in Betrieb ist, lang genug ist, damit der aktuelle Druck in der Unterdruckkammer 4 praktisch gleich dem Enddruck p_∞ der Pumpe sein müsste, d. h. dass die ununterbrochene Betriebszeit größer als nΔt, wobei n eine so große positive Zahl ist, dass aⁿ als 0 angenähert werden kann. Falls dies der Fall ist, wird anhand des aktuellen Ausgangssignalpegels U ein neuer Offset c' = bU – p_∞ berechnet und der Offset c in Formel (1) mit c' überschrieben.
Einer in 5 gezeigten vereinfachten Abwandlung zufolge wird, wenn das Ausgangssignal U unter U_ein abgefallen ist (S1) die Pumpe eingeschaltet (S3) und solange betrieben, bis entweder das Ausgangssignal U die Ausschaltschwelle U_aus unterschreitet (S12) oder die ununterbrochene Betriebszeit der Pumpe 6 größer als nΔt ist (S17). In letzterem Fall wird angenommen, dass der Enddruck p_∞ erreicht ist und das Ausgangssignal U sich folglich aus Beiträgen des Offsets und des Enddrucks zusammensetzt:
Da p_∞ bekannt ist, kann anhand des obigen Ausdrucks aus dem Ausgangssignal U ein aktueller Wert c' des Offsets berechnet werden (S18). Es folgt derselbe Schritt S15 wir mit Bezug auf 4 beschrieben; ist die Abweichung zwischen c' und c größer als zulässig, dann wird eine Anomalie festgestellt und der entsprechende Warnhinweis ausgegeben; außerdem wird der Offset c durch c' aktualisiert.
Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
Bezugszeichenliste

1: Bremskraftverstärker
2: Gehäuse
3: Kolben
4: Unterdruckkammer
5: Arbeitskammer
6: Pumpe
7: Doppelventil
8: zentrales Element
9: äußeres Element
10: Bremspedal
11: Bohrung
12: Bohrung
13: Ventilsitz
14: Druckstift
15: Druckfeder
16: Drucksensor
17: Steuereinheit
18: Anzeigeinstrument

Claims

Unterdruckversorgungssystem mit einer Unterdruckkammer (4), einem Drucksensor (16), der ein für den Druck in der Unterdruckkammer (4) repräsentatives Ausgangssignal liefert, einer Pumpe (6) zum Evakuieren der Unterdruckkammer (4) und einer Steuereinheit (17) zum Steuern des Betriebs der Pumpe (6) anhand des Ausgangssignals (U) des Drucksensors (16), die eingerichtet ist, die Pumpe (6) einzuschalten, wenn ein von dem Ausgangssignal (U) abgeleiteter Anfangsdruck (p0) in der Unterdruckkammer einen Einschaltschwellwert überschreitet, und eine Anomalie des Drucksensors (16) zu diagnostizieren, wenn die aus dem Betrieb der Pumpe (6) resultierende Änderung des Ausgangssignals (U1-U0) signifikant von einer für den Anfangsdruck (p0) erwarteten Änderung abweicht.
Unterdruckversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinheit (17) eingerichtet ist, die Pumpe (6) auszuschalten, wenn der von dem Ausgangssignal (U) abgeleitete Druck (p) in der Unterdruckkammer einen Ausschaltschwellwert (p_aus) unterschreitet.
Unterdruckversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Steuereinheit (17) eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Änderung des Ausgangssignals (U0-U1) zu beurteilen und eine signifikante Abweichung festzustellen (S9), wenn die gemessene Änderung (U0-U1) außerhalb eines für den erfassten Anfangsdruck (p0) erwarteten Intervalls liegt.
Unterdruckversorgungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Steuereinheit eingerichtet ist, einen Offset (c') zu ermitteln (S14), dem das Ausgangssignal des Drucksensors (16) bei Dauerbetrieb der Pumpe (6) zustrebt, und eine Anomalie des Drucksensors (16) zu diagnostizieren (S10), wenn der Offset (c') außerhalb eines Zielintervalls liegt (S15).
Unterdruckversorgungssystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit eingerichtet ist, den nach einer vorgegebenen Maximalbetriebszeit (nΔt) der Pumpe erreichten Ausgangssignalpegel (U) des Drucksensors (16) als Summe aus Offset (c') und einem zum Enddruck (p_∞) der Pumpe (6) proportionalen Term (bp_∞) anzunehmen (S18).
Unterdruckversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Signalgeber (18) an die Steuereinheit (17) gekoppelt ist, um im Falle einer Anomalie des Drucksensors (16) einen Warnhinweis auszugeben.
Unterdruckversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit (17) eingerichtet ist, eine Differenz zwischen dem Anfangsdruck und einem Druck, für den die aus dem Betrieb der Pumpe (6) resultierende Druckabnahme erwartet wird, zu ermitteln, und eine Zuordnungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors (16) und dem Druck in der Unterdruckkammer (4) repräsentiert, anhand der Differenz zu korrigieren (S16).
Unterdruckversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Steuereinheit (17) eingerichtet ist, im Falle einer Anomalie die Pumpe (6) dauernd zu betreiben.
Unterdruckversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pumpe (6) elektrisch angetrieben ist.
Unterdruck-Bremskraftverstärker (1) mit einer Unterdruckkammer (4) und einer Arbeitskammer (5), die durch einen Kolben (3) voneinander getrennt sind und bei dem die Unterdruckkammer (4) die Unterdruckkammer (4) eines Unterdruckversorgungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Verfahren zum Betreiben eines Unterdruckversorgungssystems mit einer Unterdruckkammer (4), einem Drucksensor (16), der ein für den Druck in der Unterdruckkammer (4) repräsentatives Ausgangssignal (U) liefert, und einer Pumpe (6) zum Evakuieren der Unterdruckkammer (4), mit den Schritten: a) Erfassen eines Ausgangssignals des Drucksensors (S2); b) Einschalten der Pumpe (S1), wenn ein von dem Ausgangssignal (U0) abgeleiteter Anfangsdruck (p0) in der Unterdruckkammer (4) einen Einschaltschwellwert (p_ein) überschreitet; c) Erfassen der aus dem Betrieb der Pumpe resultierenden Änderung des Ausgangssignals (S7); und d) Diagnostizieren (S10) einer Anomalie des Drucksensors (16), wenn die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Änderung des Ausgangssignals (U1-U0) signifikant von einer für den Anfangsdruck erwarteten Druckabnahme abweicht (S9, S15).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem im Falle einer Anomalie des Drucksensors eine Warnung ausgegeben wird (S10).
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem im Falle einer Anomalie eine Differenz zwischen dem Anfangsdruck und einem Druck, für den die aus dem Betrieb der Pumpe resultierende Druckabnahme erwartet wird, ermittelt und eine Zuordnungsfunktion, die den Zusammenhang zwischen dem Ausgangssignal des Drucksensors und dem Druck in der Unterdruckkammer repräsentiert, anhand der Differenz korrigiert wird (S16).
Computerprogramm-Produkt mit Programmcode-Mitteln, die einen Computer befähigen, als Steuereinheit eines Unterdruckversorgungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder des Bremskraftverstärkers nach Anspruch 9 zu arbeiten oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem Programmanweisungen aufgezeichnet sind, die einen Computer befähigen, als Steuereinheit eines Unterdruckversorgungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder des Bremskraftverstärkers nach Anspruch 9 zu arbeiten oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 auszuführen.