DE10112131A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems, wobei die Pumpe Hydraulikflüssigkeit in einen Druckspeicher fördert. DOLLAR A Die Pumpe wird mittels einer Volumenstrom- oder Drehzahlregelung bedarfsgerecht so angesteuert, dass die Geräuschemission minimiert wird. Die Ansteuerung ist abhängig vom Zustand des Druckspeichers und des Fahrzeugs. Die Volumenstromregelung erfolgt über die Ermittlung des realen Ist-Volumenstroms und der Vorgabe eines Sollvolumenstroms. Die Drehzahlregelung erfolgt entsprechend über die Ermittlung der realen Ist-Drehzahl und der Vorgabe einer Solldrehzahl.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems, wobei die Pumpe Hydraulikflüssigkeit in einen Druckspeicher fördert. Die Ansteuerung der Pumpe erfolgt bedarfsgerecht, wodurch die Geräuschemission aufgrund von Ladevorgängen des Druckspeichers minimiert wird.
In der Deutschen Offenlegungsschrift 195 48 248 wird ein elektro­ hydraulisches Bremssystem beschrieben, bei dem die Hydraulik­ flüssigkeit aus einem Druckspeicher über Ventile in die einzelnen Radbremszylinder eingesteuert wird. Dieser Druckspeicher wird mit einer Pumpe geladen, welche die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter in den Druckspeicher fördert. Die Pumpe wird bedarfsgerecht angesteuert. Die Ansteuerung erfolgt über ein Pulspausenverhältnis, das durch eine Steuereinheit vorgegeben wird. Das Pulspausenverhältnis ist abhängig vom Bedarf an Hydraulikflüssigkeit und kann unterschiedlich ermittelt werden. Die Ermittlung erfolgt vorzugsweise über den Druck im Druckspeicher oder über die Abweichung des Drucks von einem vorgebbaren Druckwert.
Zusätzlich kann das Pulspausenverhältnis durch Berechnung der Volumenleistung der Pumpe ermittelt werden, wobei die Volumenleistung durch ein lineares Bremsmodell näherungsweise bestimmt wird. Außerdem werden die Betriebszustände ermittelt, bei denen Resonanzeffekte auftreten können. Liegt ein solcher Betriebszustand vor, wird das Pulspausenverhältnis verändert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems so anzusteuern, dass die Geräuschemission aufgrund von Ladevorgängen des Druckspeichers minimiert wird. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Pumpe bedarfsgerecht angesteuert wird. Die Steuerung der Pumpe ist dabei abhängig vom Zustand des Druckspeichers und des Fahrzeugs. Durch die erfindungsgemäße Art der Ansteuerung werden die Geräusche aufgrund von Ladevorgängen dadurch minimiert, dass die Drehzahl der Pumpe für die verschiedenen Zustände des Fahrzeugs und des Druckspeichers so vorgegeben wird, dass sich ein möglichst konstanter und langsamer Pumpenverlauf einstellt. Wenn der Zustand des Fahrzeugs und des Druckspeichers es zulassen, wird die Pumpe gar nicht aktiviert.
Der Zustand des Druckspeichers wird dadurch ermittelt, dass aus den Messgrößen des Druckspeichers auf das im Speicher vorhandene Volumen an Hydraulikflüssigkeit geschlossen wird. Hieraus wird der reale Ist-Volumenstrom ermittelt. Der Zustand des Fahrzeugs ist durch die Information festgelegt, ob eine Bremsanforderung vorliegt oder nicht. Die Ansteuerung der Pumpe erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über eine Volumenstromregelung, wobei eine überlagerte Einheit abhängig vom Zustand des Druckspeichers und des Fahrzeugs einen Sollvolumenstrom vorgibt. Der unterlagerte Volumenstromregler generiert nach Vergleich des Ist-Volumenstroms mit dem Sollvolumenstrom ein Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Drehzahlregelung vor. Dabei liegt ein Sensorsignal für die Ist-Drehzahl vor und eine überlagerte Einheit gibt abhängig vom Zustand des Druckspeichers und des Fahrzeugs eine Solldrehzahl vor. Der unterlagerte Drehzahlregler generiert nach Vergleich der Ist-Drehzahl mit der Solldrehzahl ein Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors. Die Regelung erfolgt in beiden Ausführungsformen über eine entsprechende Drehzahlvorgabe an den Motor, der die Pumpe antreibt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines elektrohydraulischen Bremssystems.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belastungsstrategie der Reglerstruktur.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schätzung des Volumens aus dem Drucksensorsignal.
In Fig. 1 sind die wesentlichen Elemente eines elektro­ hydraulischen Bremssystems innerhalb eines Fahrzeugs mit vier Rädern dargestellt. Das System besteht aus der hydraulischen Steuereinheit, die mit HCU (Hydraulic Control Unit) bezeichnet ist und der elektronischen Steuereinheit 31, die mit ECU (Electronic Control Unit) bezeichnet ist. Die elektronische Einheit steuert die hydraulische Einheit, welche wiederum die Steuerung der Hydraulikflüssigkeit in die Radbremszylinder VL, VR, HR und HL durchführt.
Das System ist folgendermaßen aufgebaut: Über ein Bremspedal 10 kann Druck in einem Hauptbremszylinder 20 aufgebaut werden. Mittels eines Pedalwegsensors 30 kann die Bewegung des Bremspedals erfasst werden. Informationen über die aktivierte Bremsung werden an die elektronischen Steuereinheit ECU übermittelt. Der Hauptbremszylinder steht mit einem Vorratsbehälter 40 und den Ventilen 50, 60, 70 und 80 in Verbindung. Zwischen den Hauptbremszylinder 20 und das Ventil 50 ist ein Drucksensor 90 geschaltet, der ein Signal bereitstellt, das den Druck im Hauptbremszylinder anzeigt.
In der Zeichnung ist der Zustand dargestellt, in dem die Ventile 50, 60, 70 und 80 die Verbindung zu den Radbremszylindern VL, VR, HR und HL freigeben. Das Ventil 50 ist dabei dem linken Vorderrad und das Ventil 70 dem rechten Vorderrad zugeordnet. Das Ventil 60 ist dem rechten Hinterrad und das Ventil 80 dem linken Hinterrad zugeordnet. Der Druck in den Radbremszylindern kann durch die Drucksensoren 100, 110, 120 und 130 erfasst werden.
Die Radbremszylinder stehen außerdem über die Ventile 140, 150, 160 und 170 mit dem Druckspeicher 180 in Verbindung. Der Druck im Druckspeicher kann mittels eines Drucksensors 181 erfasst werden. Die Radbremszylinder sind außerdem über die Ventile 190, 200, 210 und 220 mit dem Vorratsbehälter 40 verbunden. Die Ventile 140 und 190 sind dem linken Vorderrad zugeordnet, während die Ventile 150 und 200 dem rechten Vorderrad, die Ventile 160 und 210 dem rechten Hinterrad und die Ventile 170 und 220 dem linken Hinterrad zugeordnet sind.
Eine Pumpe 230, die von einem Pumpenmotor 240 angetrieben wird, fördert die Hydraulikflüssigkeit von dem Vorratsbehälter 40 in den Druckspeicher 180. Die Stellung der Membran im Druckspeicher wird durch den Sensor 182 erfasst. Die Temperatur des Speichers wird durch den Sensor 183 erfasst.
In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Volumenstromregelung dargestellt. Die Regelung erfolgt hierbei in Abhängigkeit von der Stellung 250, dem Druck 270 und der Temperatur 260 des Druckspeichers, sowie der Information, ob eine Bremsanforderung vorliegt oder nicht. Die Vorrichtung sieht vor, dass die Stellung der Speichermembran 250 durch den Sensor 182, der Druck durch den Sensor 181 und die Temperatur durch den Sensor 183 erfasst wird. Der Sensor 30 oder eine weitere Einheit stellen die Information bereit, ob eine Bremsanforderung vorliegt. Der Bremsen-aktiv-flag 280 nimmt abhängig vom Zustand der Bremsen die jeweiligen Stellungen ein.
Aus den drei Größen Druck, Temperatur und Stellung des Druckspeichers wird auf das im Speicher vorhandene Volumen an Hydraulikflüssigkeit geschlossen. Dazu ermittelt ein Volumenberechner 310 das Volumen vorzugsweise aus der Stellung der Speichermembran, während ein Volumenschätzer 330 es aus der Temperatur des Speichers schätzt. Die Volumenschätzung erfolgt unter Berücksichtigung des Temperaturaustauschs zwischen Speichergas und Umgebung über thermodynamische Grundgleichungen. Das vorhandene Speichervolumen wird dabei aus dem Drucksignal und der Vorgeschichte berechnet. Das Prinzip des Volumenschätzungs­ modells ist Fig. 3 zu entnehmen. Aus dem Speichervolumen wird der reale Ist-Volumenstrom ermittelt. In einem Druckschätzer 320 wird außerdem der Speicherdruck geschätzt. Die Schätzung erfolgt durch Berechnung des Volumens aus der Speicherstellung im Volumenberechner 310 und nachfolgender Umkehr der erwähnten thermodynamischen Gleichungen.
Die ECU 31 gibt situationsabhängig einen Sollvolumenstrom vor. Der unterlagerte Volumenstromregler 290 vergleicht diesen Sollvolumenstrom mit dem ermittelten Ist-Volumenstrom und generiert ein Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors 240. Die Ansteuerung erfolgt über eine entsprechende Drehzahlvorgabe an den Motor. Der Sollvolumenstrom ist abhängig vom ermittelten Speichervolumen und dem Fahrzeugzustand. Vorzugsweise existiert wenigstens ein erster unterer Schwellwert für das Speichervolumen. Liegt keine Bremsanforderung vor, und der Speicher ist nicht hinreichend gefüllt, d. h. der Bremsen-aktiv- flag 280 steht auf der entsprechenden Stellung und der erste untere Schwellwert ist unterschritten, so wird von der ECU ein minimal möglicher Sollvolumenstrom vorgegeben. Bei einem Unterschreiten des ersten Schwellwertes erfolgt demnach der Betrieb der Pumpe in einem ersten Betriebszustand. Dieser Betriebszustand ist dadurch gekennzeichnet, dass sich durch die Drehzahlvorgabe ein langsamer Pumpenlauf einstellt.
Liegt eine Bremsung vor, wird die Pumpe möglichst nicht betrieben, so dass der elektrische Stromverbrauch gering gehalten wird. Vorzugsweise existiert für das Speichervolumen ein zweiter unterer Schwellwert. Anhand dieser Volumenschwelle wird entschieden, ob die Pumpe auch bei einer Bremsung aktiviert werden soll. Ist der zweite untere Schwellwert unterschritten, so wird der Sollvolumenstrom derart vorgegeben, dass der Speicher auf dem Volumenniveau dieser Schwelle verbleibt. Es erfolgt ein Betrieb der Pumpe in einem zweiten Betriebszustand, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehzahlvorgabe an die Pumpe im Wesentlichen proportional zum Betrag des Unterschreitens des zweiten unteren Schwellwertes ist. So wird nur soviel Hydraulikflüssigkeit durch die Pumpe gefördert, wie zur Aufrechterhaltung einer Sicherheitsreserve im Speicher erforderlich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den zwei unteren Schwellwerten um Drücke. Vor allem bei tiefen Temperaturen ist es vorteilhaft, statt des Speichervolumens der Speicherdruck zur Regelung des Volumenstroms verwendet werden. Der Speicherdruck kann über den Drucksensor 181 und die beschriebene Druckschätzung im Druckschätzer 320 ermittelt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine Drehzahlregelung vor. Dabei stellt ein Sensor die Ist-Drehzahl bereit, während die ECU 31 abhängig vom Zustand des Druckspeichers und des Fahrzeugs eine Solldrehzahl vorgibt. Der Drehzahlregler vergleicht die beiden Drehzahlen und generiert ein entsprechendes Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors 240.
Durch die erfindungsgemäße Ansteuerung der Pumpe werden die Geräusche beim Ladevorgang des Druckspeichers minimiert, da für die Fahrzeugzustände mit und ohne Bremsanforderung ein möglichst konstanter und langsamer Pumpenverlauf vorgegeben wird. Besonders vorteilhaft ist außerdem, dass sich durch die erfindungsgemäße Regelung eine einfache Art der Überwachung ergibt: Wenn zum Erreichen eines geringen Volumenstroms (einer geringen Drehzahl) die Pumpe voll angesteuert werden muss, so lässt sich daraus schließen, dass ein Fehler vorliegt. Die Fehlerabfrage ist sehr einfach, da der Regler durch einen integralen Regleranteil bei Nichterreichen des gewünschten Volumenstroms (Drehzahl) über die Zeit von wenigen Sekunden die Stellgröße bis zum Maximum erhöht.
Fig. 3 zeigt die thermodynamischen Gleichungen, die zur erfindungsgemäßen Schätzung des Volumens verwendet werden. Zur Verbesserung der Echtzeitfähigkeit wird vorzugsweise eine Näherungslösung der polytropen Zustandsgleichung verwendet. Mit dem letzten geschätzten Volumen Ve, das in einem Datenspeicher 370 (DS) gespeichert wurde und dem Druck 270 im Druckspeicher wird zuerst in einem Volumenschätzer 380 (PV) eine polytrope Volumenschätzung durchgeführt. Dabei wird vorzugsweise ein Polytropenexponent von n = 1,4 verwendet. Mit dem so geschätzten Volumen Ve,poly und dem Druck 270 erfolgt nun eine polytrope Temperaturschätzung in einem Temperaturschätzer 390. Dieser verwendet vorzugsweise eine Speicherkonstante mR = (p0V0)/T0. Mit der geschätzten Temperatur Te,poly und der gemessenen Temperatur 260 des Druckspeichers wird die Temperatur Te des Wärmeaustauschers geschätzt. Dies geschieht in einem Schätzer 400, der für den Austausch vorzugsweise die Konstante K = 0,01 verwendet. Mit dieser Temperatur Te und dem Druck 270 wird in einer Recheneinheit 410 das entsprechende Volumen Ve im Druckspeicher berechnet. Dieses geschätzte Volumen wird danach für den nächsten Zyklus in einem Speicher 370 (DS) gespeichert. Durch Umkehrung der beschriebenen Gleichungen und Einheiten kann alternativ der Druck ermittelt werden.

Claims (22)

1. Verfahren zur Steuerung einer Pumpe eines elektrohydraulischen Bremssystems, bei dem die Hydraulikflüssigkeit aus einem Druckspeicher (40) über Ventilmittel (50-80, 140-170, 190-220) in die Radbremszylinder (VL, VR, HR, HL) eingesteuert wird, wobei mit einer Pumpe 230 Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher 40 gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - die Pumpe bedarfsgerecht angesteuert wird und
  • - die Ansteuerung abhängig vom Zustand des Druckspeichers und
  • - des Fahrzeugs ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Pumpe 230 über eine Volumenstromregelung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt.
3. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromregelung der Hydraulikflüssigkeit über die Ermittlung des realen Ist- Volumenstroms und Vorgabe eines Sollvolumenstroms erfolgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren det Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der reale Ist-Volumenstrom über das Volumen im Druckspeicher ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen im Druckspeicher aus der Stellung der Speichermembran berechnet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen im Druckspeicher aus dem Druck im Speicher berechnet wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen im Druckspeicher über thermodynamische Grundgleichungen geschätzt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Druckspeicher geschätzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Druckspeicher über thermodynamische Grundgleichungen geschätzt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Pumpe über eine Drehzahlregelung erfolgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung über die Ermittlung der realen Ist-Drehzahl und Vorgabe einer Solldrehzahl erfolgt.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Pumpe 230 davon abhängig ist, ob eine Bremsanforderung vorliegt.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei untere Volumenschwellwerte vorliegen.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei untere Druckschwellwerte vorliegen.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines ersten unteren Schwellwertes und Nichtvorliegen einer Bremsanforderung ein Betrieb der Pumpe in einem ersten Betriebszustand erfolgt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Pumpe im ersten Betriebszustand niedrig ist.
17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreiten eines zweiten unteren Schwellwertes und Vorliegen einer Bremsanforderung ein Betrieb der Pumpe in einem zweiten Betriebszustand erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Pumpe im zweiten Betriebszustand proportional zum Betrag des Unterschreitens des zweiten Schwellwertes und größer als die Drehzahl im ersten Betriebszustand ist.
19. Vorrichtung zur Steuerung einer von einem Pumpenmotor (240) angetriebenen Pumpe (230), wobei die Vorrichtung mit der Pumpe (230) eines elektrohydraulischen Bremssystems in Verbindung steht, welches wenigstens die motorgetriebene Pumpe (230), einen Druckspeicher (40), Ventilmittel (50-80, 140-170, 190-220) und Radbremszylinder (VR, VL, HR, HL) enthält,
  • - bei dem mit der Pumpe (230) Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher (40) gefördert wird und
  • - bei dem Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher (40) über Ventilmittel (50-80, 140-170, 190-220) in die Radbremszylinder (VR, VL, HR, HL) einsteuerbar ist,
  • - wobei die Vorrichtung den Pumpenmotor (240) bedarfsgerecht ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Einheit (31) abhängig vom Zustand des Druckspeichers (40) und des Fahrzeugs einen Sollvolumenstrom vorgibt, wobei eine Einheit den Ist-Volumenstrom ermittelt und ein Volumenstromregler (290) den Ist-Volumenstrom mit dem Sollvolumenstrom vergleicht und ein Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors 240 generiert.
20. Vorrichtung zur Steuerung einer von einem Pumpenmotor (240) angetriebenen Pumpe (230), wobei die Vorrichtung mit der Pumpe (230) eines elektrohydraulischen Bremssystems in Verbindung steht, welches wenigstens die motorgetriebene Pumpe (230), einen Druckspeicher (40), Ventilmittel (50-80, 140-170, 190-220) und Radbremszylinder (VR, VL, HR, HL) enthält,
  • - bei dem mit der Pumpe (230) Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher (40) gefördert wird und
  • - bei dem Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher (40) über Ventilmittel (50-80, 140-170, 190-220) in die Radbremszylinder (VR, VL, HR, HL) einsteuerbar ist,
  • - wobei die Vorrichtung den Pumpenmotor (240) bedarfsgerecht ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Einheit (31) abhängig vom Zustand des Druckspeichers (40) und des Fahrzeugs eine Solldrehzahl vorgibt, wobei ein Sensor die Ist-Drehzahl bereitstellt und ein Drehzahlregler (290) die Ist-Drehzahl mit der Solldrehzahl vergleicht und ein Signal zur Ansteuerung des Pumpenmotors 240 generiert.
21. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenschätzer (330), ein Volumenberechner (310) und ein Druckschätzer (320) den Zustand des Druckspeichers ermitteln.
22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit (280) die Information bereitstellt, ob eine Bremsanforderung vorliegt.
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Cited By (2)

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DE10323142B4 (de) * 2003-05-22 2016-05-19 Robert Bosch Gmbh Fahrzeugbremsanlage und Verfahren zur Ansteuerung einer Förderpumpe einer Fahrzeugbremsanlage

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