DE10104497A1 - Verfahren zur Steuerung des Druckes in den Radbremsen eines elektronisch geregelten Bremsensystems - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Steuerung des Druckes in den Radbremsen eines elektronisch geregelten Bremsensystems, bei dem der Bremsdruck mit Hilfe von Analogventilen gesteuert oder geregelt wird, wird die Höhe des Ventilstromes, d. h. des Ventilbetätigungsstromes, zum Zeitpunkt der Ventilumschaltung (I¶ein¶, I¶aus¶) erfasst und zur Berechnung und Vorgabe des Ventilstromes, der zur Einstellung des Soll-Durchflussquerschnittes erforderlich ist, herangezogen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung des Druckes in den Radbremsen eines elektronisch geregelten Bremsensystems, bei dem der Bremsdruck oder der Bremsdruck­ verlauf mit Hilfe von Analogventilen oder analogisierten Sitzventilen gesteuert und/oder geregelt wird.

Die in den heutigen Kraftfahrzeugen verwendeten Bremsanlagen mit elektronischer Regelung, wie Antiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfregelungen (ASR, TCS), Fahrstabilitätssysteme (ESP) etc., verwenden ausschließlich oder überwiegend Schaltventile zur Steuerung und Einstellung des Bremsdruckes in den Radbremsen, wobei der von den Regelsystemen vorgege­ bene Soll-Bremsdruck durch Einzelpulse variabler Dauer oder durch Pulsfolgen eingestellt wird. Der gewünschte Gradient der Bremsdruckerhöhung oder Bremsdruckabsenkung kann dabei beispielsweise durch Vorgabe des Pulsdauer/Pulspausen- Verhältnisses der Ventilansteuerpulse oder -pulsfolgen ein­ gestellt werden.

Beim Umschalten der Hydraulikventile entstehen Schaltgeräu­ sche, die in manchen Fahrsituationen als besonders störend empfunden werden. Eine Maßnahme zur Reduzierung der stören­ den Geräusche ist die Verwendung von Analogventilen anstelle von Schaltventilen oder von sogenannten analogisierten Sitz­ ventilen. Durch derartige Ventile ist im Prinzip die Nach­ bildung der Funktion von Schaltblenden möglich, die dazu dienen, den Bremsdruck über einen längeren Zeitraum mit reduziertem Gradienten aufzubauen. Das analogisierte Ventil wird zu diesem Zweck nur zum Teil geöffnet. Der Druckaufbau­ gradient kann durch Veränderung der Öffnung bzw. des Durch­ flussquerschnittes variiert werden.

Analogventile können auch anstelle von Festblendenventile verwendet werden. Auch bei diesem Anwendungsfall ergibt sich eine Geräuschreduktion durch verlangsamtes Einschalten und Ausschalten der Ventile.

Die Nachbildung der Schaltblendenfunktion durch die Ana­ logventile und die Verwendung dieser Ventile als Festblen­ denventile können auch miteinander kombiniert werden.

Schwierigkeiten ergeben sich dadurch, dass die Ströme in dem zur Geräuschreduzierung notwendigen Arbeitsbereich bei Ana­ logventilen in starkem Maße von dem Differenzdruck über dem Ventil abhängig sind.

Bei der Nachbildung der Funktion von Schaltblenden durch Analogventile ist folgendes zu beachten:
Eine definierte Öffnung des Ventils als Ersatz für die Funk­ tion eines Schaltblendenventils kann nur dann ausreichend genau eingestellt werden, wenn die Stromwerte, bei denen das Ventil öffnet und schließt, hinreichend genau bekannt und reproduzierbar sind. Die Stromwerte, die zu einer definier­ ten Öffnungsfläche des Ventils führen, hängen jedoch stark von der Druckdifferenz über dem Ventil ab.

Ohne zusätzliche Sensorik ist eine einigermaßen exakte Be­ stimmung des Stromwerts, bei dem das Ventil öffnet oder nur einen kleinen Querschnitt freigibt, nicht möglich. Im Extremfall führt diese Abweichungen oder Toleranzen dazu, dass trotz einer Ventilansteuerung kein Bremsdruck aufgebaut wird oder - dies ist der andere Extremfall - das Ventil vollstän­ dig öffnet und daher keine Schaltblendennachbildung gegeben ist.

Für die Realisierung einer Geräuschreduktion durch das ver­ langsamte Einschalten und Ausschalten ist folgendes von Be­ deutung:
Den Strom, beginnend bei 0 mA, in Form einer Rampe ansteigen zu lassen, oder, beginnend mit dem maximalen Stromwert, li­ near abzusenken, ist aus Sicht der Regelungstechnik keine geeignete Realisierungsform des Vorschlags, durch verlang­ samtes Einschalten und Ausschalten eine Geräuschreduktion herbeizuführen. Durch diese Toleranzen sind nämlich im Rege­ lungssystem der tatsächliche Öffnungszeitpunkt des Ventils und der dadurch bewirkte Bremsdruckaufbau in einer Radbremse nicht bekannt. Bei einer gegebenen Rampenfunktion kann der tatsächlich aufgebaute Bremsdruck in Abhängigkeit von dem Differenzdruck über dem Ventil um ein Vielfaches vom nominal gewünschten Wert oder Sollwert abweichen. Dies führt im Ex­ tremfall dazu, dass trotz einer Ventilansteuerung kein Bremsdruck aufgebaut wird. Wenn andererseits die Länge und die Form der rampenförmigen Ansteuerung für die Bremsdruck­ aufbaupulse so gewählt wird, dass ein Druckaufbau in jedem Fall gewährleistet ist, hat dies zur Folge, dass keine aus­ reichende Dosierbarkeit mehr besteht.

Zielführender ist eine möglichst sprungförmige Annäherung des Ventilstroms bis nahe an den Wert, bei dem das Ventil zu öffnen bzw. zu schließen beginnt. An diesen Wert kann dann eine rampenförmige Änderung angeschlossen werden. Dieses Vorgehen führt zur Geräuschverbesserung im Vergleich zu Schaltventilen. Durch das Ansetzen der Rampe an den tatsäch­ lichen Öffnungszeitpunkt (oder Schließzeitpunkt) des Ventils wird eine Recht genaue Dosierbarkeit erreicht. Leider kann jedoch ohne zusätzliche Sensorik der Stromwert, bei dem das Ventil öffnet oder schließt, nicht ausreichend genau be­ stimmt werden, weshalb auch dieser Lösungsweg in der Praxis ausscheidet.

Aus der DE 22 57 236 B2 ist auch bereits ein Hydraulikkreis mit einem von elektrischen Steuersignalen beaufschlagbaren Magnetventil und mit Mitteln zur Bestimmung des auf den Ven­ tilanker eine Kraft ausübenden Differenzdrucks zwischen den Hydraulikflüssigkeiten zu beiden Seiten des Ventilsitzes be­ kannt. Der nach dem Einschalten des Ventil-Ansteuersignals ansteigende Strom erfährt eine sprunghafte Änderung oder Un­ stetigkeit, sobald die Ventilankerbewegung einsetzt. Diese Unstetigkeit wird zur Bestimmung des Ventilschaltzeitpunktes ausgewertet.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das die vorgenannten Nachteile bei der Ansteuerung von Analogventilen oder analogisierten Sitzventilen überwindet und eine exakte Steuerung des Druc­ kes bei der Verwendung solcher Ventile ermöglicht, und zwar ohne zusätzliche Sensorik.

Es hat sich gezeigt, dass diese Aufgabe mit dem im Anspruch 1 beschriebenen Verfahren gelöst werden kann. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsart der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 im Diagramm und in schematischer Vereinfachung den Durchfluss durch ein Analogventil in Abhängigkeit vom Ansteuerstrom bzw. Ventilstrom sowie von der Änderungsrichtung des Ventilstroms und

Fig. 2 in schematischer Darstellung das Prinzip der Druckssteuerung mit Hilfe des erfindungsgemäßem Verfahrens.

Das Diagramm nach Fig. 1 veranschaulicht das Verhalten eines Analogventils oder analogisierten Sitzventils und den Durch­ fluss von Druckmittel durch das Ventil in Abhängigkeit von dem Ventilbetätigungsstrom. Die verschiedenen Phasen 1 bis 7, die auch den rampenförmigen Übergang vom geschlossenen Ventil zum offenen Ventil und umgekehrt einschließen, sind durch die Bezugsziffern und Pfeile 1 bis 7 in Fig. 1 symbo­ lisiert.

Die Darstellung nach Fig. 1 gilt für ein stromlos offenes Ventil. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren interessiert insbesondere ein Betätigungsweg entsprechend den Stationen 1 bis 7. In der Position 1 fließt ein für das Sperren des Ventils oder Schließen des Durchflusses durch das Ventil ausreichender Strom. Zum Wiederöffnen des Ventils wird dieser Strom entlang des Pfeils 2 reduziert, bis zu ei­ nem Zeitpunkt oder Stromwert I_ein, bei dem das Wiederöffnen des hier betrachteten Ventils einsetzt. Entlang einer Rampe oder des Pfeils 3 wird der Strom linear reduziert, was ein entsprechendes Ansteigen des Durchflusses oder Durchflussquerschnittes durch das Analogventil zur Folge hat. In der Position 4 ist das Ventil - vom Typ stromlos offen - wieder­ vollständig geöffnet.

Beim Erhöhen des Stromes entlang des Pfeils 5 wird ein Stromwert I_aus erreicht, der das Einsetzen der Querschnitts­ verringerung und Durchflussminderung durch das hier betrach­ tete Analogventil oder analogisierte Sitzventil markiert. Entlang der Rampe 6 wird der Ventilbetätigungsstrom weiter erhöht, bis schließlich die Position 7 und damit ein voll­ ständiges Unterbinden des Durchflusses erreicht ist.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Komponenten - in schematisch vereinfachter Darstellung - eines Systems bzw. eines Teils eines geregelten Bremsensystems zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2 dient zur Veranschaulichung des dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden Prinzips. Dargestellt ist le­ diglich - als Teil einer geregelten Bremsanlage, an dem das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht wird - ein Bremsdruckregelventil 8 mit der zugehörigen Ventilbetäti­ gungsspule 9 - alle Komponenten sind rein symbolisch darge­ stellt - eines Bremsdrucksteuerventils, das als Analogventil oder als analogisiertes Sitzventil ausgebildet sein soll.

Die Ansteuerung des Ventils 8 oder, richtiger, der Ventil­ spule 9 des Ventils 8 erfolgt mit Hilfe eines angedeuteten Transistors oder Endstufe 10. Das Ganze ist Bestandteil ei­ nes elektronisch geregelten Bremsensystems, beispielsweise eines Antiblockiersystems (ABS), eines Antriebsschlupfrege­ lungssystems (ASR, TCS), eines Fahrstabilitätsregelungssy­ stems (ESP) oder dergleichen. Die entsprechende Regeleinheit ist in Fig. 2 mit der Bezugsziffer 11 versehen.

Der Strom durch die Ventilspule 9 wird in der schematisch anhand der Fig. 1 erläuterten Weise gesteuert. Mit Hilfe ei­ ner Erfassungseinheit 12 wird beim Erhöhen und/oder beim Re­ duzieren des durch die Ventilspule 9 fließenden Stromes das Ansprechen des (nicht dargestellten) Ventilkörpers eines Ventils 8, also der Beginn des Öffnens oder des Schließens des Analogventils oder analogisierten Sitzventils ermittelt. Bekanntlich ergibt sich im Verlauf des Stromes durch die Än­ derung der Induktivität eine Unstetigkeit, die zum Erkennen einer Ventilankerbewegung, d. h. des beginnenden Öffnens oder Schließens des Ventils, ausgewertet werden kann. Nach vor­ liegender Erfindung wird diese Unstetigkeit im zeitlichen Verlauf des Ansteuerstroms oder Ventilstroms durch die Spule 9 oder ein anderes geeignetes Kriterium zum Erkennen der Ventilumschaltung oder des Einsetzens der Ventilankerbewe­ gung ausgewertet. Der zum Zeitpunkt der beginnenden Venti­ lumschaltung fließende Strom wird erfasst (I_ein bzw. I_aus) und ein entsprechendes Signal der Regeleinheit 11 zugeführt.

Nach einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird ein stromlos offenes Analogventil oder analogi­ siertes Sitzventil 8 zur Bremsdrucksteuerung verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Ventilstrom beim Redu­ zieren des Betätigungsstroms in Richtung auf ein Wiederöff­ nen des Ventils für den Durchfluss erfasst und in Abhängig­ keit von dem Strom beim Wiederöffnen des Ventils die Höhe des Ventilstroms zur Einstellung des Soll-Durchflussquer­ schnitts ausgewertet.

Das Ansprechen eines Hydraulikventils ist bekanntlich, wie schon zuvor dargelegt wurde, von dem Differenzdruck über dem Ventil abhängig. Die Information über den Differenzdruck kann grundsätzlich mit Hilfe des gemessenen Fahrervordrucks, beispielsweise durch einen Drucksensor im Hauptzylinder, so­ wie auf Basis des in bekannter Weise durch Modellbildung ge­ schätzten Raddrucks gewonnen werden.

Ein dazu alternativer Ansatz besteht darin, die Ventil­ schaltzeitpunkte zur Ansteuerung der Analogventile oder ana­ logisierte Sitzventile zu erfassen. Erfindungsgemäß wird der Strom im Zeitpunkt der Ventilschaltung erfasst und den Re­ gelalgorithmen bzw. der Regeleinheit 11 (siehe Fig. 2) zu­ gänglich gemacht. Dadurch wird eine Nachbildung der Schalt­ blende durch die Analogventile und gleichzeitig eine Ge­ räuschreduktion durch verlangsamtes Einschalten und Aus­ schalten der Ventile erreicht.

Vorteilhaft ist bei diesem Lösungsweg, dass durch die Erfas­ sung der Stromwerte, bei denen das hier verwendete Ana­ logventil oder analogisierte Sitzventil öffnet und schließt, dem Regler bzw. der Regeleinheit 11 bei jedem Schaltvorgang eine Information zur Verfügung gestellt wird. Das Kennfeld (Durchfluss über dem Strom) muss dem Regler im Gegensatz zu Verfahren, die auf eine Messung des Differenzdruckes über dem Ventil beruhen, nicht exakt bekannt sein. Das Ventilver­ halten darf ohne nachteilige Auswirkung auf das Regelverhal­ ten Schwankungen bzw. Toleranzen aufweisen; solche Schwan­ kungen sind durch Fertigungstoleranzen, Temperatureinflüsse und Alterung unvermeidbar.

Es ist auch denkbar, eine Kombination mit einer Druckmessung zu verwenden, was dann zu einer "robusteren" Regelung für die Nachbildung der Schaltblendenfunktion führt, wodurch An­ forderungen an die Konstanz der Ventilkennlinien reduziert werden können.

Nach Kenntnis des in der jeweiligen Situation benötigten Stromes, bei dem das Ventil umschaltet oder die Ventilum­ schaltung einsetzt, ist es möglich, durch bestimmte Erhöhung oder Reduzierung des Stromes den aktuellen Sollwert der nachgebildeten Schaltblende oder, in anderen Worten, den Soll-Durchflussquerschnitt relativ exakt vorzugeben. Ohne Kenntnis des Ventilstroms zum Zeitpunkt der Ventilumschal­ tung wäre dies wegen der starken Abhängigkeit des Schalt­ punktes von der Druckdifferenz über dem Ventil nicht mög­ lich.

Claims (2)

1. Verfahren zur Steuerung des Druckes in den Radbremsen eines elektronisch geregelten Bremsensystems, bei dem der Bremsdruck oder der Bremsdruckverlauf mit Hilfe von Analogventilen oder analogisierten Sitzventilen gesteu­ ert und/oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Ventilstroms (I_ein, I_aus), d. h. des Ventilbe­ tätigungs- oder Ventilsteuerungsstroms, zum Zeitpunkt der Ventilumschaltung erfasst wird und zur Berechnung sowie Vorgabe des Ventilstromes, der zur Einstellung des Soll-Durchflussquerschnitts des Ventils (8) erforderlich ist, herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Analogventile oder analogisierte Sitzventile strom­ los offene Ventile (8) verwendet werden, dass der Ven­ tilstrom beim Reduzieren des Betätigungsstroms in Rich­ tung auf ein Wiederöffnen (Pfeile 1, 2, 3, 4) des zuvor im Regelverlauf geschlossenen Ventils erfasst wird und dass in Abhängigkeit von dem Stromwert (I_ein) beim Wiederöffnen des Ventils (8) die Höhe des Ventilstroms, der zur Ein­ stellung des Soll-Durchflussquerschnitts erforderlich ist, errechnet und vorgegeben wird.