DE3820659A1 - Betriebsverfahren fuer ein fuellorgan eines druckspeichers in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Eine gattungsbildende Vakuumanlage für Kraftfahrzeuge ist in der DE-OS 32 08 928 beschrieben.

Derartige Vakuumanlagen bzw. Systeme mit Druckspeichern kommen beispielsweise an Bremskraftverstärkern von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Dabei erzeugt die Elektro­ pumpe den für den Betrieb des Verbrauchers (Bremskraft­ verstärkers) erforderlichen Unterdruck. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf ähnliche Systeme oder Anlagen, welche mit Überdruck arbeiten. Nach der Erfin­ dung kann dabei das Füllorgan analog zu o.g. Schrift als eine Elektropumpe ausgebildet sein. Daneben können jedoch auch beispielsweise von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges angetriebene mechanische Pumpen zum Einsatz kommen. Unter den Begriff des Füllorganes fallen des weiteren elektrisch ansteuerbare Ventile, welche beispielsweise einem stets unter Druck stehenden Strö­ mungsmittelsystem, wie es zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt, gezielt Strömungs­ mittel-Teilmengen entnehmen können.

Um diese Elektroventile lediglich im Bedarfsfall zu öffnen bzw. um die Elektropumpen lediglich im Bedarfs­ fall zu betreiben, ist üblicherweise ein Druckschalter mit einer gewissen Schalthysterese vorgesehen, welcher das Elektroventil bzw. die Elektropumpe in Abhängigkeit von den im Druckspeicher herrschenden Druckwerten ein- bzw. ausschaltet. In Ergänzung zu jenen bekannten Anlagen schlägt die oben genannte Schrift vor, die Elektropumpe zeitlich verzögert nach einem Start des Kraftfahrzeuges in Betrieb zu setzen, um eine Über­ lastung der Kraftfahrzeug-Batterie zu vermeiden.

Wenngleich sich die Ansteuerung der Elektropumpen durch jene Druckschalter technisch bewährt hat, so weisen diese Druckschalter dennoch einige Nachteile auf. Nicht zuletzt aufgrund der harten Einsatzbedingungen in Kraftfahrzeugen erweisen sich diese Schalter oftmals als störanfällig. Extrem aufwendige und daher kostspielige Ausbildungen sind deshalb erforderlich. Darüber hinaus unterliegen die Schaltschwellen großen Toleranzen, welche sich unter Temperatureinfluß oftmals noch weiter vergrößern. Auch sind nachträgliche Änderungen der Schaltwerte nicht oder nur sehr erschwert realisierbar.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Betriebsver­ fahren für ein gattungsgemäßes Füllorgan aufzuzeigen, durch welches sich der Einsatz derartiger Druckschalter erübrigt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Anspruchs gelöst. Eine Lösung der weiteren Aufgabe, eine nach dem erfindungsgemäßen Betriebsver­ fahren arbeitende Vorrichtung zu schaffen, ist in den Ansprüchen 4 und 5 angegeben.

Bislang übliche Druckschalter können ersatzlos ent­ fallen wenn der Betrieb des Füllorganes zeitlich gesteuert wird. Dazu muß lediglich die Erstaufladungs­ dauer des Druckspeichers sowie die Wiederaufladungsdauer nach Betätigung des Verbrauchers bekannt sein. Somit ist es ausreichend, nach einem Start des Kraftfahrzeuges den Druckspeicher vollständig aufzuladen, sowie nach einer Betätigung des Verbrauchers die bekannte, durch jene Betätigung verursachte Druckänderung im Druckspeicher auszugleichen. In beiden Fällen wird das Füllorgan zeitlich betrachtet solange betrieben, bis eine voll­ ständige Aufladung des Druckspeichers sichergestellt ist.

An dieser Stelle soll ausdrücklich darauf hingewiesen werden, daß der Druckspeicher sowohl als Überdruck- als auch als Unterdruckspeicher ausgebildet sein kann. Der Begriff der Aufladung des Druckspeichers ist somit als ein Vorgang zu verstehen, durch welchen das erforder­ liche Druckniveau im Druckspeicher hergestellt wird. Konkret kann es sich dabei sowohl um eine Befüllung eines Überdruckspeichers, als auch um eine Evakuierung eines Unterdruckspeichers handeln.

Da derartige Systeme nicht absolut dicht gestaltet werden können, oftmals also mit bekannten Leckageströmen gerechnet werden muß, empfiehlt es sich, jenen bekannten Leckagestrom ebenfalls durch zeitlich getakteten Betrieb des Füllorganes auszugleichen. In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens empfiehlt es sich darüber hinaus, weitere Randbedingungen, beispielsweise die Temperatur des hydraulischen oder pneumatischen Mediums zu berücksichtigen. Darüber hinaus kann es bei einem Einsatz im Zusammenhang mit den Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeuges empfehlenswert sein, als weiteren Randfaktor eventuelle Informationen eines Antiblockier­ systemes zu berücksichtigen. Ist ein erfindungsgemäßes System dagegen bei einer Speicherlenkhilfe vorgesehen, so mag die Berücksichtigung von Fahrgeschwindigkeit und Lenkwinkel des Kraftfahrzeuges empfehlenswert sein.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach Anspruch 4 als analog arbeitende elektronische Steuereinrichtung, oder aber nach Anspruch 5 als digital arbeitende elektronische Steuereinrichtung ausgebildet sein. Beide Varianten besitzen systemspezi­ fische Vorteile. Bei einer kostengünstigeren analogen Steuereinrichtung sind ein elektronischer Speicher sowie vorzugsweise verschiedene elektronische Verbraucher vorgesehen, deren Charakteristika denen des Druckspei­ chers sowie der Druckmedium-Verbraucher entsprechen. Eine digital arbeitende elektronische Steuereinrichtung erlaubt auf einfachste Weise die Berücksichtigung weiterer Randbedingungen gemäß Anspruch 3. Durch Ver­ wendung von Mikroprozessoren ist es ohne weiteres möglich, verschiedene einprogrammierbare Kennlinien abzurufen oder zusätzliche Signale zu verarbeiten, wie z. B. Temperaturen, die Geschwindigkeit des Kraftfahr­ zeuges, Drehzahl und Lastpunkt des Kraftfahrzeugmotors, Signale eines Antiblockiersystemes o. ä.

Nach Anspruch 6 ist die elektronische Steuereinrichtung mit einem elektronischen bzw. elektrischen Schalter des Druckmittel-Verbrauchers verbunden. Hierdurch erhält die Steuereinrichtung auf einfache Weise die nötigen Infor­ mationen über einen Betrieb des Verbrauchers. Vorzugs­ weise kommt dabei ein bereits ohnehin vorhandener elektrischer Schalter zum Einsatz; handelt es sich bei dem Verbraucher um den bereits zitierten Bremskraftver­ stärker, so kann als Schalter beispielsweise der Brems­ lichtschalter herangezogen werden.

Bei der Auslegung der elektronischen Steuereinrichtung empfiehlt es sich, den jeweils ungünstigsten Fall aus den bekannten Toleranzbändern zu simulieren. So wird für die Aufladung beispielsweise die minimale Förderleistung der Elektropumpe zugrundegelegt; der Entladevorgang wird sicherheitshalber durch die größtmögliche Entnahmemenge, so beispielsweise durch die maximal mögliche Systemun­ dichtigkeit bei Leckage simuliert. Da ein Zusammentref­ fen aller ungünstigen Toleranzlagen in der Praxis unwahrscheinlich ist, wird beispielsweise die Elektro­ pumpe in der Regel länger laufen als dies erforderlich wäre, so daß sich im Druckspeicher ein höherer Unter- bzw. Überdruck einstellen wird als erforderlich. Dies erhöht die Sicherheit des Systemes. Bei Vakuum-Elektro­ pumpen ist eine Systemüberlastung ausgeschlossen, auch können sie über einen längeren Zeitraum an der Leistungsgrenze betrieben werden. Bei Überdrucksystemen empfiehlt es sich gemäß Anspruch 7, den Druckspeicher bzw. den durch Druck beaufschlagten Teil des Gesamt­ systemes mit einem Druckbegrenzungsventil zu versehen.

Anstelle eines Ausführungsbeispieles, welches zu er­ stellen einem Fachmann anhand obiger Erläuterungen möglich sein müßte, wird die vorliegende Erfindung im folgenden anhand eines prinzipiellen Druckverlauf- Zeit-Diagrammes für einen Unterdruck-Bremskraftver­ stärker mit einer Elektrovakuumpumpe als Füllorgan näher erläutert.

Die Abszisse des Diagrammes stellt die Zeitachse dar, auf der Ordinate sind die Unterdruckwerte im Druck­ speicher aufgetragen. Der jeweils herrschende Unterdruck wird dabei durch fünf verschiedene Aufladungs- bzw. Entladungsmöglichkeiten, welche als einzelne Kurvenzüge dargestellt sind, bestimmt:

• - Kurve 1 stellt die Aufladungskurve des Druck­ speichers dar und wird bei gegebenem Speichervolu­ men im wesentlichen durch die Förderleistung der Elektropumpe bestimmt. Bei Start des Kraftfahrzeu­ ges (t =0) beginnt der Aufladungsvorgang. Da für den optimalen Betrieb des Bremskraftverstärkers Unterdruckwerte zwischen 0,7 und 0,8 bar erfor­ derlich sind, muß für das hier gezeigte Beispiel die Elektropumpe über eine Zeitdauer von 14 Sekun­ den betrieben werden.
• - Kurve 2 stellt den Leckagestrom des gesamten Systemes dar. Dieser Leckagestrom läßt sich durch einen annähernd linearen Verlauf beschreiben und beträgt maximal 0,1 bar in 60 Sekunden. Ohne weitere Entladungsvorgänge wird die Elektropumpe alle 60 Sekunden für die Zeitdauer von 4 Sekunden angesteuert.
• - Kurve 3 zeigt den Druckverlauf bei Betätigung der Kraftfahrzeug-Bremsanlage. Dabei reduziert sich der Unterdruck im Druckspeicher nahezu schlagartig um 0,1 bar.
• - Kurve 4 zeigt einen typischen Bremsvorgang. Durch Dosieren und Regeln erfolgt dabei ein linearer Druckanstieg um 0,1 bar je Sekunde.
• - Kurve 5 zeigt den Vorgang beim Lösen der Bremse. Hierbei erfolgt ein weiterer Unterdruckabfall um 0,2 bar.
• - Der gesamte gezeigte Bremsvorgang (Kurven 3-5) erfordert zur Kompensation des Energiebedarfs eine Pumpenlaufzeit von ca. 9 Sekunden, wobei die Pumpe bereits mit dem Schalten des Bremslichtschalters zu laufen beginnt.

In Kenntnis all jener Druckverläufe bzw. Kurventeil­ stücke 1 bis 5 ist es möglich, den jeweils im Druck­ speicher vorliegenden Unterdruckwert auf elektronischem Wege nachzuvollziehen. Die nötigen Informationen hierzu erhält die elektronische Steuereinrichtung im Startfall des Kraftfahrzeuges beispielsweise vom Zündschalter, sowie für einen Bremsvorgang, also für die Kurvenver­ läufe 3 bis 5, vom Bremslichtschalter. Da der Leckage­ strom (Kurve 2) sowie der Aufladungsvorgang (Kurve 1) systemimmanent vorgegeben ist, ist es ohne weiteres möglich, den jeweils im Druckspeicher herrschenden Druckwert auf elektronischem Wege zu simulieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie eine nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtung erlauben es nicht nur, die bislang üblichen Druckwertgeber im Druckspeicher vollständig entfallen zu lassen, sondern bieten da­ rüberhinaus weitere Vorteile. Über die nahezu unbe­ grenzte Lebensdauer ist bei hoher Zuverlässigkeit eine gleichbleibende hohe Genauigkeit gewährleistet. Even­ tuelle Temperaturabhängigkeiten lassen sich einfach eliminieren. Ebenso sind die Schaltzeiten für das Füllorgan, also die in Druckspeicher gewünschten Druck­ werte einfach veränderbar, so beispielsweise durch Umprogrammieren oder Verändern von Widerständen oder Kapazitäten. All jene Vorteile sind erzielbar, wenn in einem gattungsgemäßen mit einem Druckspeicher versehenen System die bislang üblichen Druckwertaufnehmer ersatzlos entfallen und der Druckverlauf im Druckspeicher auf elektronischem Wege nachgebildet wird. Neben dem oben erläuterten Einsatzfall für Bremskraftverstärker eignet sich dieses Prinzip auch für Energieversorgungen anderer Servosysteme, wie z. B. Niveauregulierung, Speicherlenk­ hilfe o. ä.

Claims (7)

1. Betriebsverfahren für ein Füllorgan eines Druck­ speichers in einem Kraftfahrzeug, welcher zur Versorgung zumindest eines Verbrauchers, insbeson­ dere eines Bremskraftverstärkers mit einem pneuma­ tischen oder hydraulischen Medium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllorgan in Kenntnis der Erstaufladungsdauer des Druckspeichers sowie der Wiederaufladungsdauer nach Betätigung des Verbrauchers für die bekannte Zeitdauer in Betrieb ist.

2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mengenmäßig be­ kannte Leckagestrom des Systemes sowie des Druck­ speichers durch zeitlich getakteten Betrieb des Füllorganes ausgeglichen wird.

3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Ansteue­ rung unter Berücksichtigung weiterer Randbedin­ gungen erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine analog arbeitende elek­ tronische Steuereinrichtung mit einem der Charak­ teristik des Druckspeichers entsprechenden elektro­ nischen Speicher sowie einem der Charakteristik des Verbrauchers entsprechenden elektronischen Ver­ braucher.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine digital arbeitende elektronische Steuereinrichtung.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuereinrichtung mit einem elektrischen Schalter des Verbrauchers verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher mit einem Druckbegrenzungsventil versehen ist.