DE10145437A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Position eines Bremspedalwegsensors in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Position eines beweglichen Elements (3) in einer Betätigungsgebereinheit (1, 2, 3), umfassend die Schritte: - Erfassen des zurückgelegten Weges mittels mindestens eines durch die Bewegung des beweglichen Elements inkrementierten oder dekrementierten Inkrementals bzw. Integralwertes, - Bestimmen einer Anfangsposition des beweglichen Elements bei oder unmittelbar nach Erkennung eines Inbetriebnahmesignals und - Speichern des Inkrementals oder Integralwertes in Abhängigkeit von der aktuellen Position des beweglichen Elements relativ zur bestimmten Anfangsposition. DOLLAR A Die Erfindung betrifft auch eine Betätigungsgebereinheit, bei der die Position zusätzlich durch ein positionsabhängiges Absolutsignal eines Absolutsensors (5, 6) erfaßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, eine Betätigungsgebereinheit für eine Kraftfahr­ zeugbremsanlage gemäß Oberbegriff von Ansprüch 11, ein Bra­ ke-By-Wire-System gemäß Oberbegriff von Anspruch 12 sowie ein elektronisches Steuergerät gemäß Oberbegriff von An­ spruch 13.

Neuere elektronische Bremssysteme mit der Bezeichnung Brake- By-Wire-Bremssysteme, wie zum Beispiel elektrohydraulische Bremssysteme (EHB) oder elektromechanische Bremssysteme (EMB) unterscheiden sich von konventionellen Kraftfahrzeug­ bremssystemen durch eine elektrische Übertragung des Brems­ pedalsignals an ein zur hydraulischen oder elektrischen An­ steuerung vorgesehenes Steuergerät des Brake-By-Wire- Bremssystems. Bei EHB-Bremssystemen wird neben dem elektri­ schen Signal auch ein hydraulisches "Signal" an das Steuer­ gerät übertragen, welches jedoch lediglich aus Gründen der Sicherheit vorhanden ist.

Aus der DE 100 10 042 ist ein Linearweggeber für ein EHB- Systeme bekannt, bei dem in einer Betätigungsgebereinheit die Position des Gebers (Bremspedal) mittels zweier redun­ danter, magnetischer Linearwegsensoren erfaßt wird. Die in der Betätigungseinheit erzeugten Wegsignale werden ebenfalls redundant über zwei Signalwege an das Bremsensteuergerät übertragen. Im Steuergerät wird dann aus dem so erfaßten Be­ tätigungskommando ein Fahrerwunschkommando abgeleitet. Zur Überwachung der korrekt ermittelten Betätigungskommandos, werden die Signale der beiden Wegsensoren ständig miteinan­ der verglichen. Bei einer festgestellten Abweichung, die hö­ her als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird ein Fehler­ signal ausgegeben, welches in geeigneter Weise das Bremssy­ stem steuert (z. B. Umschaltung auf die Hydraulikfunktion des Bremspedalgebers).

Die magnetischen Sensoren in der zuvor beschriebenen Betäti­ gungseinheit Tasten periodische, auf einen Stab aufmagneti­ sierte Zonen ab. Es handelt sich daher um ein Meßprinzip, welches nicht ohne weiteres ein Bestimmung der absoluten Po­ stion des Gebers zuläßt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem beispielsweise in einem vorste­ hend beschriebenen, nicht absolutmessenden Wegmeßsystem eine Information über die absoluten Position eines linearen Wegs­ ensors, insbesondere eines Bremspedalweggebers, gewonnen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 ge­ löst.

Eine erfindungsgemäß bevorzugte Betätigungsgebereinheit ist ein sogenannter lineare Wegsensor, welcher als bewegliches Element einen permanentmagnetischen Encoder, der entlang der Längsrichtung abwechselnde Nord-/Südpol-Magnetisierungen aufweist, enthält. In der Betätigungsgebereinheit sind wei­ terhin ein oder mehrere magnetoelektrische Wandler (z. B. AMR-Brücken) angeordnet, die das Feld des Encoders detektie­ ren. Die Wandler erzeugen ein elektrisches Signal, welches bei gleichförmiger Encoderbewegung nach Maßgabe der Magneti­ sierung periodisch ist, z. B. im einfachsten Fall eine sinus­ förmige Spannung. Auf Grund des vorstehend geschilderten in­ krementalen Funktionsprinzips dieser Wegsensoren läßt sich die Absolutposition des beweglichen Elements mittels der vorstehend beschriebenen Relativsensoren nicht ohne zusätz­ liche Maßnahmen bestimmen.

Nach der Erfindung kann die absolute Position des verschieb­ baren Elements durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt werden, ohne daß dazu notwendigerweise Signale eines Abso­ lutwegsensors verwendet werden müssen.

Hierzu kann zum Beispiel in einem mit der Betätigungsge­ bereinheit verbundenen Steuergerät oder in der Betätigungs­ gebereinheit selbst das Signal des magnetfeldempfindlichen Wandlers in der Weise ausgewertet werden, daß die Anzahl der durch die Encoderbewegung entstehenden Signalperioden bzw. Teilperioden, mittels eines Zählers gezählt werden. Der Zäh­ lerstand gibt dann die relative Position des beweglichen Elements zu einer zunächst unbestimmten Anfangsposition wie­ der. Besonders bevorzugt umfaßt die Betätigungsgebereinheit ein Elektronikmodul, welches eine Aufbereitung (Verstärkung etc.) der durch die Magnetsensoren erfaßten Signale vor­ nimmt. Das Elektronikmodul ist vorzugsweise permanent mit der Stromversorgung verbunden. Der Zählvorgang erfolgt in diesem Fall innerhalb des außerhalb angeordneten Steuerge­ räts, welches z. B. in einer Bremsvorrichtung integriert sein kann.

Die absolute Anfangsposition ist nach dem Einschalten des Steuergeräts somit zunächst nicht bekannt. Die Anfangsposi­ tion läßt sich aber dadurch mit einer gewissen Unsicherheit behaftet abschätzen, in dem nach dem Verfahren der Erfindung überwacht wird, ob ein Inbetriebnahmesignal vorliegt, wel­ ches im einfachsten Fall beim Anschluß der Betätigungsge­ bereinrichtung oder des Steuergeräts an eine permanente Stromversorgung beim Einbau in ein Kraftfahrzeug erzeugt sein kann (z. B. Reset-Signal). Die Anfangsposition wird be­ vorzugt festgelegt, in dem ein zum Speichern der Relativpo­ sition vorgesehener Zähler oder Speicher auf den Wert Null oder einen geeigneten definierten Anfangswert gesetzt wird.

Das Speichern eines Inkrementalwertes kann nun beispielswei­ se dadurch geschehen, daß der Wert des zuvor beschriebenen Zählers in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des En­ coders schrittweise erhöht beziehungsweise erniedrigt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird bevorzugt durch ein Mikrorechnersystem als Programm ausgeführt. Die in den Ver­ fahrensansprüchen definierten Arbeitsschritte werden daher zweckmäßigerweise iterativ durchgeführt, insbesondere mehr­ mals in einer Sekunde.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird bevorzugt überprüft, ob die Relativposition im Hinblick auf eine möglichst genaue Ermittlung der Ruheposition des beweglichen Elements kleiner beziehungsweise bei umgekehrtem Richtungsvorzeichen größer ist als die zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte Anfangspo­ sition. Falls dies der Fall ist, wird die Differenz von Re­ lativposition und Anfangsposition in einem weiteren Speicher gespeichert. Es ist alternativ ebenfalls möglich, daß statt dessen eine neue korrigierte Anfangsposition im ersten Zäh­ ler oder Speicher gespeichert wird.

Bevorzugt handelt es sich bei dem weiteren Speicher um einen flüchtigen Speicher, dessen Inhalt nach Wegfall einer perma­ nenten Stromversorgung, z. B. bei Austausch der Fahrzeugbat­ terie, zurückgesetzt wird. Allerdings bleibt dessen Inhalt nach dem Abschalten der Zündung erhalten. Es kann aber auch zweckmäßig sein, daß der weitere Speicher, in dem die Diffe­ renz von Relativposition und Anfangsposition gespeichert ist, ein nichtflüchtiger Speicher sein, dessen Inhalt nach dem Abschalten der Betätigungsgebereinheit erhalten bleibt.

Zu Unterscheiden ist das zuvor beschriebene Verhalten des weiteren Speichers vom Verhalten des Speichers für den An­ fangswert, welcher im einfachsten Fall ein einfacher Zähler ist. Dieser Zähler wird beispielsweise durch ein Inbetrieb­ nahmesignal zurückgesetzt, welches bevorzugt durch ein Bra­ ke-By-Wire-System, ein elektronisches Bremsensteuergerät oder eine Betätigungsgebereinheit erzeugt wird. Das Signal kann auch beim erstmaligen Anschluß der Betätigungsgeberein­ heit an eine permanente Versorgungsspannung erzeugt werden, z. B. unmittelbar nach dem erstmaligen Einbau in ein Kraft­ fahrzeug.

Um die an den Betätigungsgeber gestellte Anforderungen im Hinblick auf die zum Teil gesetzlich geforderte Redundanz zu erfüllen, werden die elektrischen Signale über die relative oder absolute Position des beweglichen Elements bevorzugt über mindestens zwei Signalkanäle übertragen. Besonders be­ vorzugt erfolgt dies durch Aufnahme der Encodersignale mit­ tels mindestens zweier Sensoren, die jeweils einer Signal­ leitung zum Steuergerät zugeordnet sind.

Nach einer bevorzugten Verfahrensweise wird über einen er­ sten Signalkanal ein Relativsignal wie weiter oben beschrie­ ben übertragen, wobei dieses Signal beispielsweise ein Zäh­ lerstand eines ersten Zählers ist. Nach dieser Ausführungs­ form wird über einen weiteren Signalkanal beispielsweise ein Positionssignal übertragen, welches lediglich die Anzahl der vom ersten Zähler abweichenden Anzahl von gezählten Inkre­ mentalwerten eines zweiten, dem weiteren Kanal zugeordneten Zählers wiedergibt. Es wird demnach lediglich die Relativpo­ sition des ersten Zählers bezüglich des Werts im zweiten Speicher übertragen.

Die Erfindung betrifft auch eine Betätigungsgebereinheit ge­ mäß Anspruch 11 sowie ein Betätigungsgeber-System gemäß An­ spruch 12 und ein elektronisches Steuergerät gemäß Anspruch 13.

Vorzugsweise kann die weiter oben beschriebene Betätigungs­ einheit in Kraftfahrzeuggebern, wie Fahrergas (E-Gas)- Gebern, Kupplungspedal-Gebern, und insbesondere in Bremspe­ dal-Gebern eingesetzt werden, aber in Systemen zur Federwe­ gerfassung von Stoßdämpfern.

Vorteilhafterweise läßt sich gemäß dem Verfahren der Erfin­ dung aus der Beobachtung der Bewegung eines Gebers auf des­ sen absolute Position rückschließen.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt unter anderem den Vorteil, daß bei einem kurzzeitigen oder auch längeranhal­ tenden Ausfall der Versorgungsspannung oder bei Spannungs­ einbrüche der Energieversorgung der Betätigungseinheit bzw. der Auswerteeinrichtung die ermittelte Anfangsposition des Betätigungsgebers erhalten bleibt.

Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung eines EHB-Systems nach der Erfindung.

Die Magnetfeldsensoren 1, 2 und der stabförmige Encoder 3 bilden einen Bremspedalweggeber, welcher über eine Schub­ stange 10 mit einem Bremspedal 4 verbunden ist. Zunächst be­ findet sich, verursacht durch eine nichtgezeichnete Rück­ stelleinrichtung das Bremspedal ein der Ruheposition 11. Durch Betätigung des Bremspedal beispielsweise durch den Fahrer eines Kraftfahrzeuges wird der Encoder 3 in Richtung A bewegt. Während der Bewegung nehmen die Magnetsensoren 1, 2 ein periodisches Magnetfeld auf, welches durch eine ab­ wechselnde Nord-/Süd-Magnetisierung entlang der Bewegungs­ richtung des Encoders 3 hervorgerufen wird. Die Magnetsenso­ ren weisen bevorzugt ein Elektronikmodul zur Aufbereitung der magnetischen Signale auf. Über Signalverbindungen 6, 12, welche bevorzugt impulsförmige Stromsignale übertragen, sind die Magnetsensoren mit Steuergerät 8 elektrisch verbunden, welches zum einen Radbremsen 13 abhängig von den Sensorsi­ gnalen ansteuert, zum anderen aber auch eine elektronische Vorverarbeitung der über Leitungen 6, 12 zugeführten Sensor­ signale in einer Recheneinheit 14 vornimmt.

Beim erstmaligen Anschluß des Steuergeräts 8 (ECO) an die permanente Energieversorgung 9 (Batterie) des Kraftfahrzeugs wird ein in Steuergerät 8 enthaltener, nichtgezeichneter Zählbaustein auf den Wert Null initialisiert. Normalerweise befindet sich zu diesem Zeitpunkt das Pedal bzw. der Encoder in Ruheposition 11. Bei Bewegung des Encoders in Richtung A werden durch den Zählbaustein die Anzahl der am Magnetsensor 1 vorbeibewegten, durch Nord-/Südpol-Wechsel erzeugten, Pe­ rioden eines elektrischen Signals des Magnetsensors gezählt. Diese Werte sind im vorliegenden Beispiel positiv, können aber selbstverständlich auch mit negativem Vorzeichen ge­ zählt werden. Bei Bewegung in Richtung B wird eine entspre­ chende Anzahl von Perioden vom Zählerstand subtrahiert. Der Zählerstand gibt dann eine Relativposition bezogen auf die Ruheposition 11 wieder.

Es ist aus Gründen des Stromverbrauchs zweckmäßig, daß vor dem Einschalten der Betätigungsgebereinheit oder des gesam­ ten Systems, z. B. durch ein Zündungssignal IGN, zunächst ein Teil der elektronischen Bauelemente zur Betätigungsweger­ mittlung im Bremsensteuergerät an die Stromversorgung stän­ dig angeschlossen bleibt (Teilwecken). Zu diesen Teilen des Systems gehört insbesondere genau ein Magnetfeldsensor 1 und ein Signalkanal 12. Eine redundante Signalübertragung liegt vor, wenn zusätzliche Kanäle, umfassend einen Sensor 2 und einen Signalkanal 6 an die Stromversorgung angeschlossen sind. Sind zwei Signalkanäle aktiviert, läßt sich durch Ver­ gleich der auf den Kanälen übertragenen Signale eine Beur­ teilung der Zuverlässigkeit der Weginformation vornehmen.

Nach dem Verfahren der Erfindung wird überprüft, ob die ak­ tuelle Position des Pedals 4 die beim Anschalten festgelegte Ruheposition 11 in Richtung B überschreitet, so daß der Zäh­ lerstand negativ wird. In diesem Fall wird z. B. durch Zeit­ messung überprüft, ob diese neue Position 15 als neue Null­ position in Frage kommt. Wenn dies der Fall ist, wird die Differenz zwischen neuer Position 15 und ehemaliger Nullpo­ sition 11 in einem nichtgezeichneten Speicher gespeichert. Von diesem Zeitpunkt an wird vom Zählerstand des Zählers der im Speicher festgehaltene Wert abgezogen.

Der im Speicher festgehaltene Wert wird nach Wegfall des Zündungssignals IGN permanent gespeichert, so daß dieser bei erneuter Zündung wieder zur Verfügung steht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das oben darge­ stellte Lernverfahren in seiner Sicherheit noch erhöht wer­ den, wenn zur inkrementalen Weginformationen wenigstens ein absolutes Meßsignal hinzugenommen wird, welches den Betäti­ gungswunsch in absoluter Weise erfaßt. Da im Signal des ab­ soluten Sensor ein Offset vorliegen kann (kein echtes Abso­ lutsignal!), wird beim Wecken der Anlage dieser abgespei­ chert, so dass im weiten Verlauf nur die relative Verände­ rung des Signals zu diesem Offset genutzt wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zusätzlich zum Relativsi­ gnal der Sensoren 1 und 2 ein Absolutsignal von einem Kraftsensor 5 ausgewertet wird. Der Kraftsensor kann zweck­ mäßig im Bereich des Bremspedals, oder aber auch an jeder anderen geeigneten Stelle untergebracht sein. Besonders zweckmäßig ist es jedoch, das Drucksignal eines bereits vor­ handenen Drucksensors, welcher in Kraftfahrzeugen regelmäßig am Ausgang des Hauptbremszylinders angeordnet ist, zu ver­ wenden.

Durch Auswertung eines zusätzlichen Absolutsignals kann der unerwünschte Sonderfall festgestellt werden, welcher beim Betätigen der Zündung mit gleichzeitig betätigtem Bremspedal eintritt. Liegt ein entsprechendes Drucksensorsignal vor und wird die Betätigungseinheit während einer vorbestimmten Zeitdauer nicht gelöst, kann ein Wegsignal für die Betäti­ gung der Bremsanlage auf Grundlage des Absolutsignals gebil­ det werden.

Es kann zudem zur Erhöhung der Sicherheit zweckmäßig sein, auch den Sensor zur Bereitstellung des absoluten Positions­ signals doppelt oder mehrfach auszuführen werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Bestimmung der absoluten Position eines beweglichen Elements (3) in einer Betätigungsgeberein­ heit (1, 2, 3), insbesondere für eine Kraftfahrzeugbrem­ sanlage, umfassend die Schritte:

• - Erfassen des zurückgelegten Weges mittels mindestens eines durch die Bewegung des beweglichen Elements inkre­ mentierten oder dekrementierten Inkremental bzw. Inte­ gralwertes, gekennzeichnet durch die Schritte:
• - Bestimmen einer Anfangsposition des beweglichen Ele­ ments bei oder unmittelbar nach Erkennung eines Inbe­ triebnahmesignals und
• - Speichern des Inkremental oder Integralwertes in Ab­ hängigkeit von der aktuellen Position des beweglichen Elements relativ zur bestimmten Anfangsposition.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsposition durch das Rücksetzen eines ersten Zählers oder Speichers auf einen Anfangswert bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relativposition des beweglichen Elements, welche die aktuelle Position relativ zur Anfangsposition an­ gibt, in einem ersten Zähler oder Speicher gespeichert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß überprüft wird, ob die Relativposition im Hinblick auf eine möglichst genaue Ermittlung der Ruheposition des beweglichen Elements kleiner beziehungsweise bei umge­ kehrtem Richtungsvorzeichen größer ist als die zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte Anfangsposition und, falls dies der Fall ist, die Differenz von Relativposition und Anfangsposition in einem weiteren Speicher gespeichert wird oder eine neue korrigierte Anfangsposition im er­ sten Zähler oder Speicher gespeichert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Speicher ein nichtflüchtiger Speicher ist, dessen Inhalt nach dem Abschalten der Betätigungsge­ bereinheit erhalten bleibt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem früheren Zeit­ punkt bestimmte Anfangsposition die Anfangsposition bei Anschluß des zum Speichern der Anfangsposition verwende­ ten Speichers oder Zählers an eine eine permanente Stromversorgung (9) ist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Bestätigung der Rela­ tivposition ein Absolutpositionssignal erfaßt wird, wel­ ches die Absolutposition des beweglichen Elements wie­ dergibt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Inbetriebnahmesignal durch ein Brake-By-Wire-System, ein elektronisches Bremsensteuer­ gerät oder eine Betätigungsgebereinheit erzeugt wird oder beim erstmaligen Anschluß der Betätigungsgeberein­ heit an eine permanente Versorgungsspannung.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Signale über die relati­ ve oder absolute Position des beweglichen Elements min­ destens über zwei Signalkanäle übertragen werden.

10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des verschiebbaren Ele­ ments ermittelt wird, in dem von der aktuell ermittelten Relativposition die Anfangsposition, sofern diese nicht stets gleich Null ist, und die im weiteren Speicher ab­ gelegte Differenz subtrahiert wird.

11. Betätigungsgebereinheit (1, 2, 3), insbesondere in einer Kraftfahrzeugbremsanlage zur Erfassung des Betätigungs­ wegs eines Bremspedals (4), umfassend ein bewegliches Element (3), welches gegenüber der Betätigungseinheit verschiebbar ist und einen oder mehrere lineare Wegsen­ soren (1, 2) zur Erfassung eines positionsabhängigen Re­ lativsignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Position zusätzlich durch ein positionsabhängiges Absolutsignals eines Absolutsensors (5, 16) erfaßt wird.

12. Betätigungsgebersystem, insbesondere Brake-By-Wire- System, mit einer Betätigungsgebereinheit (1, 2, 3) für eine Kraftfahrzeugbremsanlage zur Erfassung des Betäti­ gungswegs eines Gebers, insbesondere Bremspedals (4),
umfassend mindestens ein bewegliches Element (3), wel­ ches gegenüber der Betätigungseinheit verschiebbar ist, einen oder mehrere lineare Wegsensoren (1, 2) zur Erfas­ sung eines positionsabhängigen Relativsignals,
mindestens eine Signalverbindung (6, 7) oder mindestens einen Datenbus zur Übertragung von Positionssignalen an ein elektronisches Steuergerät (8), welches mindestens einen Programmspeicher aufweist oder mit diesem verbun­ den ist, in den ein Programm zur Durchführung des Ver­ fahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 ge­ speichert ist.

13. Elektronisches Steuergerät (8) in einem Positionsgeber­ system, insbesondere Brake-By-Wire-System für Kraftfahr­ zeugbremsen, welches über eine Signalverbindung (6, 7) oder einen Datenbus mit einer Vorrichtung zur Erfassung des Betätigungswegs eines Gebers, insbesondere Bremspe­ dals (4), verbindbar ist, wobei das Steuergerät minde­ stens einen Programmspeicher aufweist oder mit diesem verbunden ist, in dem ein Programm zur Bearbeitung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 gespeichert ist.