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1. (WO2019025282) HYDRAULISCHES BREMSSYSTEM MIT ELEKTRONISCHER REGELEINHEIT SOWIE VERFAHREN ZUM BETRIEB DESSELBEN
Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

Hydraulisches Bremssystem mit elektronischer Regeleinheit sowie

Verfahren zum Betrieb desselben

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Bremssystem zum Bremsen eines Fahrzeugrades nach Maßgabe einer Bremsdruckregelung, unifassend eine von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe zur hydraulischen Druckerzeugung, eine elektronische Regeleinheit zur Ermittlung mindestens eines Stellwerts zum Ausgleich einer

Regelabweichung, ausgehend von einem gemessenen Ist-Bremsdruck im Vergleich zu einer Soll-Druckvorgabe, welche mindestens ein Stellglied zur Druckerhöhung und/oder

Druckverminderung des Ist-Bremsdrucks in Anpassung zur Soll-Druckvorgabe ansteuert. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bremsen eines Fahrzeugrades nach Maßgabe dieser Bremsdruckregelung sowie ein sich hierauf beziehendes

Computerprogrammprodukt,

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf sogenannte Light Rai! Vehicles (LRV), beispielsweise Straßenbahnen, welche üblicherweise mit hydraulisch betätigten Reibungsbremsen ausgerüstet sind, Solehe hydraulisch betätigten Reibungsbremsen lassen sich wegen der wesentlich höheren Drücke des Arbeitsmediums viel kompakter als pneumatische Bremsausrüstungen ausführen. Derart kompakte Komponenten ermöglichen wiederum einen hohen Niederfluranteil des Fahrzeugs.

Bei den hier interessierenden hydraulisch betätigten Reibungsbremsen wird die' Bremskraft über eine Reibpaarung aus Belag und Bremsscheibe aufgebracht. Die hierfür erforderlichen Anpresskräfte des Belages an die Bremsschetbe werden über einen mit einem hydraulischen Druck beaufschlagten Kolben erzeugt. Werden Einflüsse aus Reibwertschwankungen, nicht-I .K :

linearen Federkennlinien und variierenden mechanischen Wirkungsgraden vernachlässigt, ist die sich ergebende Bremskraft im Falle von aktiven Bremskrafterzeugern direkt proportional zum anliegenden hydraulischen Druck. Im Falle von federkraftbetätigten und hydraulisch zu lösenden passiven Bremskrafterzeugern bestellt eine indirekte Proportionalität .zum anliegenden hydraulischen Druck.

Im Allgemeinen soll die Bremskraft hinsichtlich des Betrages und der Änderungsrate

(Gradient) möglichst frei und genau einstellbar sein. Ein Bedarf nach hohen Druckgradienten entsteht insbesondere bei durch niedrigen Kraftschluss hervorgerufenem Gleiten des

Rades/Radsatzes sowie auch beim Anfahren des Fahrzeuges mit gleichzeitiger Aufschaltung der Anfahrzugkraft, was eine schnelle Reaktion der Bremse erfordert.

Aus der DE 10 2016 219 314 A I geht ein hydraulisches Bremssystem hervor, bei welchem zwei von einem Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpen den Bremsdruck für jeweils zwei zugeordnete Seheibenbremsen generieren. Beide hier zugeordneten hydraulischen Kreise enthalten jeweils zwei elektromagnetisch ansteuerbare Ventile, von denen ein Ventil für eine Druckerhöhung und das andere Ventil für eine Druckverminderung des Bremsdrucks vorgesehen ist. Die zugeordnete Hydraulikpumpe pumpt die angesaugte Hydraulikflüssigkeit zur Speisedruck Versorgung unter anderem auch an einen Speisedruckeingang des für die Druckerhöhung im Rahmen der Regelventilanordnung vorgesehenen elektromagnetischen Ventils. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) übernimmt die An Steuerung der beiden elektromagnetischen Ventile zur Erzeugung des Bremsdrucks entsprechend der Soll-Druckvorgabe.

Aus dem allgemeinen bekannten Stand der Technik, welcher hier in der Fig. I hinsichtlich eines konventionellen hydraulischen Bremssystems der hier interessierenden Art illustriert ist. übernimmt eine von einem Elektromotor 1 angetriebene Hydraulikpumpe 2 eine hydraulische Druckerzeugung ausgehend von einem Tank 3 zur Bevorratung von Hydraulikflüssigkeit.

Über eine elektronische Regeleinheit 4 erfolgt das binäre Ein- oder Ausschalten des Elektromotors 1 , Der Elektromotor 1 wird von der elektronischen Regeleinheit 4 nur dann eingeschaltet, falls Speisedruck nachzufüllen ist. Der von der Hydraulikpumpe 2 erzeugte hydraulische Druck gelangt über einen Druckfilter 5 mit hierzu parallel geschaltetem Rückschlagventil 6 sowie einem nachfolgend in Reihe hierzu angeordnetem weiterern Rückschlagventil 7 zu einer Druckleitung 8. An die Druckleitung 8 ist weiterhin ein

Druckgeber 9 für den Speicherdruck angeschlossen. Der Druckgeber 9 für den Speicherdruck meldet sein Messsignal an die elektronische Regeleinheit 4 zu Überwachungszwecken. An der gegenüberliegenden Anschlussseite des Rückschlagventils 7 ist die Druckleitung 8 mit einem auslassseitig in den Tank 3 einmündenden Druckbegrenzungsventil 10 versehen, um eine Höchstdruckbcgrenzung zu realisieren. Ferner ist die Druckleitung 8 mit einem

Öldruckspeicher 1 1 üblicherweise einem Membranspeicher verbunden.

Zur Druckerhöhung des Bremsdrucks P betätigt die elektronische Regeleinheit 4 nach Maßgabe einer Druckregetung das hier als Stellglied dienende Proportional-Druckregelventil 12, Zur Druckverminderung nach Maßgabe der Regelung betätigt die elektronische

Regeleinheit 4 das hier ebenfalls als Stel lglied dienende Proportional-Druckregelventil 1 3, welches auslassseittg in den Tank 3 ausmündet. Demgegenüber ist das für den Vollzug einer Druckerhöhung vorgesehene andere Proportional-Druckregelventil 12 einlassseifig mit der speisedruckführenden Druckleitung 8 verbunden,

Ferner ist in diesem herkömmliehen hydraulischen Bremssystem ein elektromagnetisch ansteuerbares Sicherheitsbremsventil 14 in die Bremsdruckleitung 15 integriert. Dieses wird unabhängig von der Regelung im Notfall bei einer Funktionsstörung betätigt, um ein sicheres Einbremsen der Bremse zu ermöglichen, indem der Druck in der Bremsdruckleitung 15 verringert wird, Insoweit ist der - nicht weiter dargestellte - Bremsaktuator nach Art eines Federspeicherzylinders ausgebildet. Das sichere Einbremsen der Bremse wird über ein Druckbegrenzungsventil 16 mit nachgeschalteter Sicherheitsbremsdüse 17 erfolgen, was ein dosiertes Notbremsen ermöglicht. Das Öffnen des Parkbremsventils 1 8 führt zu einem maximalen Druckabbau, um nach einer Sicherheitsbremsung die maximale Bremskraft zur Verfügung stellen zu können.

Der In der Bremsdruckleitung 1 5 anliegende Ist-Bremsdruck wird von einem Druekgeber 1 9 erfasst, um diesen als Ist- Wert der elektronischen Regeleinheit 4 für die vorstehend beschriebene Regelung zur Verfügung zu stellen.

Bei diesem konventionellen hydraulischen Bremssystein wird der Bremsdruck also über die beiden Proportional-Druckregelventi le 12 und 13 als Stellglieder geregelt, wobei die Regelung des Bremsdrucks mittels kontinuierlicher Messung desselben über den Druckgeber 19 sowie einem. Ausgleich der Regelabweichung per Druckerhöhung oder

Druckverminderung durch entsprechende Ansteuerung der Druckbegrenzungsventile 12 oder 13 als Stellglieder erfolgt.

Die 1 lydraul ikpumpc 2 dient durch den getakteten Betrieb lediglich der

Speisedruckerzeugung. Hierzu wird der Elektromotor 1 zum Antrieb der Hydraulikpumpe 2 üblicherweise mit einer bestimmten Drehrichtung sowie Richtung des Drehmoments betrieben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Bremssystem der gattungsgemäßen Art dahingehend weiter zu verbessern, dass der ventiltechnische Aufwand reduziert wird.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem hydraulischen Bremssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst.

Verfahrenstechnisch wird die Aufgabe durch Anspruch 8 gelöst. Der Anspruch 10 gibt ein dieses Verfahren umsetzendes Cornputerprogrammprodukt an.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein. dass unter Verzicht auf ventiitechnische Stellglieder die elektronische Regeleinheit den erfindungsgemäß als Stellglied dienenden Elektromotor zum Ausgleich der Regelabweichung derart ansteuert, dass die Hydraulikpumpe in einer Drehrichtung einer Druckerhöhung des Bremsdrucks und in der anderen

Drehrichtung eine Druckverminderung des Bremsdrucks herbeiführt.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass nachdem aus dem Speisedruck alleinig der Arbeitsdruck zur Bremskrafterzeugung abgeleitet wird und es sieh bei der Hydraulikflüssigkeit um ein inkompressibles Medium handelt, die Regelung des Bremsdrucks direkt über eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors erfolgen kann. Vorteilhafterweise entfallen somit ansonsten übliche Druckrege Iventile und ein zusätzlicher Druckspeicher ist ebenfalls nickt erforderlich. Durch den vereinfachten technischen Aufbau entfallen weiterhin auch Teile der hydraulischen Verrohrung. Versuche haben ergeben, dass bei einer Speisung von beispielhaft zwei 32 kN-Bremskrafterzeugern mit je 23 cm3 Arbeitsvolumen ohne Druckspeicher Lösezeiten im Bereich von 180 ms erreichbar sind. Es konnten ferner zuverlässige stationäre Regelgenauigkeiten ohne Überschwingen beim Einregeln erzielt werden.

Zur Erzielung einer hohen Regelgenauigkeit wird empfohlen, die Hydraulikpumpe als eine

Zahnradpumpe auszubilden. Der Elektromotor sollte zur Erzielung einer kompakten

Bauweise vorzugsweise als ein Außenläufermotor ausgebildet sein, bei dem vorzugsweise ein Permanentmagnetring als Rotor außen laufend angeordnet ist. Als Elektromotor wird vorzugsweise ein elektrischer permanent erregter Synchronmotor verwendet.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass in die von der Hydraulikpumpe beaufschlagten bremsdruckführenden Druckleitung ein von der elektronischen Regeleinheit angesteuertes Absperrventil eingefügt ist, um zusätzlich zu der direkt von der Hydraulikpumpe bewirkten Druckerhöhung und Druck Verminderung eine Sperrstellung zu realisieren.

Ferner wird vorgeschlagen, in die bremsdruckführende Druckleitung ein

Sicherheitsbremsveiitil zum sicher Einbremsen der Bremse im Falle einer Funktionsstörung einzufügen. Falls beispielsweise die Hydraulikpumpe blockiert, kann außerhalb der im Normalbetrieb eingesetzten Regelung durch Betätigung des Sicherheitsbremsventils ein sicheres Einbremsen der Bremse durchgeführt werden, um insbesondere auch bei einer

Fehlfunktion der elektronischen Steuerung ein sicheres Bremsen zu gewährleisten.

Im Rahinen der erfindungsgemäßen Lösung ist vorzugsweise vorgesehen, dass auslassseitig des Absperrventils ein Druckgeber zum Messen des Ist-Bremsdrucks an die

bremsdruckführende Druckleitung angeschlossen ist. Dieser Druckgeber ist zur Ist-Wertvorgabe elektrisch an die elektronische Regeleinheit angeschlossen.

Vorzugsweise wird der Elektromotor durch die elektronische Regeleinheit hinsichtlich einer positiven und negativen Drehzahl sowie hinsichtlich eines positiven und negativen

Drehmoments geregelt. Es findet also eine Ansteuerung des Elektromotors und dessen Betrieb in allen vier Quadranten des Drehzahl-Moment-Koordinatensystems statt. Dabei bewirkt eine positive Drehzahl des Elektromotors eine Druckerhöhung des Bremsdrucks. Eine negative Drehzahl des Elektromotors bewirkt eine Druckverminderung des Bremsdrucks, Mit einem ansteigend positiven Drehmoment wird die Breittsdruckerzeugung beschleunigt und mit einem abfallend negativen Drehmoment wird die Bremsdruckerzeugung verzögert.

Im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich diese Ansteuerung in Form eines Computerprogrammprodukts umsetzen, dessen Programmcodemittel zur Durchführung des Regel Verfahrens dient, wenn das Computerprogrammprodukt auf der elektronischen.

Regeleinheit des hydraulischen Bremssystems abläuft. Daneben ist auch eine Abspeicherung der Programmcodemittel auf einem computerlesbaren Medium möglich.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden naciifolgend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schaltplan eines konventionellen hydraulischen Bremssystems gemäß des

Standes der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, und

Fig. 2 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen hydraulischen Bremssystems mit einein als Stellglied dienenden Elektromotor.

Die den Stand der Technik illustrierende Fig. I wurde bereits in der Beschreibungseinleitung erörtert.

Nach Fig. 2 umfasst das erfindungsgemäße hydraulische Bremssystem einen Elektromotor 1 "', welcher eine Hydraulikpuinpe 2* in beide Drehrichtungen antreibt. Die Hydraulikpumpe 2' ist als Zahnradpumpe ausgebildet und entnimmt einlassseitig Hydraulikflüssigkeit aus einem Tank 3'. Auslassseitig der Hydraulikpumpe 2' ist eine bremsdruckführende Druckleitung 8' angeschlossen. Von der bremsdruckführenden Druckleitung 8' zweigt ein

Druckbegrenzungsventil 1 0' zum Abfuhren eines Überdrucks in den Tank 3' ab.

Von einer elektronischen Regeleinheit 4" wird der Elektromotor Γ als Stellglied zum

Ausgleich von Regelabweichungen derart angesteuert, dass die Hydraulikpuinpe 2' in der einen Drehrichtung eine Druckerhöhung des Bremsdrucks in der bremsdruckführenden

Druckleitung 8! bewirkt, wogegen in der anderen Drehrichtung eine Druckverminderung des Bremsdrucks herbeigeführt wird.

Weiterhin ist in die von der Hydraul ikpumpe 2' beaufschlagten brcmsdruckf uhrenden

Druckleitung 8' ein neben dem Elektromotor 1 ' ebenfalls von der elektronischen .Regeleinheit

4' ansteuerbares Absperrventil 20 eingefügt. Mit dem Absperrventil 20 kann zusätzlich zu der direkt von der Hydraulikpumpe 2' bewirkten Druckerhöhung und Druckverminderung eine Sperrstellung realisiert werden.

Dem Absperrventil 20 ist ein Sicherheitsbremsventil 14' nachgeschaltet, welches ebenfalls in die bremsdruckführende Druckleitung 8' eingefügt ist. Das Sicherheitsbremsventil 14' dient dem sicheren Einbremsen der Bremse im Falle einer Funktionsstörung von Komponenten der Druckregelung. Wird das Sicherheitsbremsventil 14' unabhängig hiervon betätigt, so kann eine über den Öffnungsdruck des auslassseitig nachgeschalteten Druckbegrenzungsventils 16' unter diesem nachgeschalteten Drossel 17' bewirkte dosierte Bremsung eingeleitet werden. Parallel hierzu besteht auch die Mögl ichkeit, mittels eines ebenfalls auslassseitig des

Löseventils 14' abzweigenden Parkbremsventil 18' nach einer Sicherheitsbremsung die volle Parkbremskraft einzuleiten. Das betätigte Parkbremsventil 18' umgeht insoweit die Funktion der dosierten Abbremsung des ansonsten wirksamen Druckbegrenzungsventils 16'.

Im Übrigen misst ein Druckgeber 19' den Ist-Bremsdruck in der bremsdruckführenden Druckleitung 8' und gibt den Messwert an die elektronische Regeleinheit 4' zwecks Ist-Wertvorgabe für die vorstehend beschriebene Regelung.