DE10200771A1 - Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes mit Proportionalventilen - Google Patents

Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes mit Proportionalventilen

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Abstract

Zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremsensystems, bei dem der Druck durch Ansteuerung von Proportionalventilen, wie Proportional-Sitzventilen, geregelt wird und bei dem es sich vorzugsweise um ein elektrohydraulisches Bremsensystem (EHB) handelt, wird ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck-Sollwert (p¶soll¶) durch dynamische Modellreferenzregelung (3) korrigiert. Durch die dynamische Modellreferenzregelung (3) sollen vor allem Toleranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Proportionalventile eines (IV, OV) elektrohydraulischen Bremsensystems ((EHB) erfasst und ausgeglichen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremsensystems, bei dem der Druck durch Ansteuerung von Proportionalventilen, wie Pro­ portional-Sitzventilen, geregelt wird. Die Erfindung ist insbe­ sondere für ein elektrohydraulisches Bremsensystem (EHB) geeig­ net.
In einer bekannten elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) wer­ den zur quasikontinuierlichen Druckeinstellung proportionale Sitzventile, speziell stromlos geschlossenen Sitzventile (PSG- Ventile), verwendet. Jeder Radkreis bzw. jede Radbremse ist dabei mit je einem PSG-Ventil für den Druckauf- und -abbau ver­ sehen.
Zur Regelung des Drucks in der Radbremse eines solchen bekann­ ten elektrohydraulischen Bremsensystems wird eine logische Struktur verwendet, die abhängig von der Abweichung zwischen dem angeforderten Radbremsdruck psoll und dem aktuellen Rad­ bremsdruck pist die Zustände "Aufbau", "Abbau" und "Halten" un­ terscheidet.
In den Zuständen "Aufbau" und "Abbau" wird die Stellgröße (Ventilstrom) durch einen Regelkreis mit Vorsteuerung bestimmt. Im Zustand "Halten" wird der Ventilstrom auf Null abgesenkt, so dass beide Ventile schließen.
Die Vorsteuerung besteht hierbei darin, den im aktuellen Be­ triebspunkt (charakterisiert durch die über dem zu regelnden Ventil anstehende Druckdifferenz) benötigten Öffnungsstrom Io (Ventilstrom, der gerade zum Abheben des Ventilstößels führt) vorzugeben.
Fertigungstoleranzen und Alterungseffekte (Verschleiß) der PSG- Ventile sowie veränderliche Umgebungsbedingungen (Temperatur, Sensordrift, stationäre Fehler einer unterlagerten Ventilstrom­ regelung bzw. Bordnetzschwankungen bei pulsweitenmodulierter Ventilansteuerung ohne Stromregelung) führen dazu, dass der Zu­ sammenhang zwischen dem Ventilöffnungsstrom und der Druckdiffe­ renz über dem Ventil nicht bei allen Ventilen gleich und zudem langsam zeitvariant ist. Die Anwendung einer festen Vorsteu­ ercharakteristik garantiert daher nicht die gleichbleibende Qualität der Raddruckregelung.
Ist der im Steuergerät berechnete Vorsteuerstrom zu niedrig (kleiner als der tatsächliche Öffnungsstrom) wird nicht die ma­ ximale Dynamik und bestmögliche Dosierbarkeit der Druckeinstel­ lung erreicht, bei zu hoch berechnetem Vorsteuerstrom ist die Stabilität des Druckregelkreises gefährdet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme bekannter Bremsensysteme zu überwin­ den und ein Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Rad­ bremsen eines derartigen Bremsensystems zu entwickeln, das von den Bauteil-Toleranzen des Systems, insbesondere von den Tole­ ranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Ventile, weitge­ hend unabhängig ist.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Aufgabe durch das im An­ spruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann, das darin besteht, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck- Istwert einem vorgegebenen Bremsdruck-Sollwert durch dynamische Modellreferenzregelung nachgeführt wird.
Die Erfindung basiert im Prinzip auf der Anwendung einer Mo­ dellreferenzregelung zur Schaffung einer robusten/adaptiven Raddruckregelung, insbesondere für elektrohydraulische Bremsan­ lagen (EHB).
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Einzelheiten der Erfindung beschrieben. Anspruch 2 bezieht sich speziell auf den Ausgleich von Toleranzen der Öffnungs- Strom-Charakteristik der Proportionalventile, d. h. von Ferti­ gungstoleranzen, durch Verschleiß oder durch Alterung bedingte Abweichungen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Ventile etc.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in der geschlossenen Regelschleife durch Vergleich des Bremsdruck- Sollwertes mit dem Bremsdruck-Istwert Ventil-Vorsteuersignale auf Basis eines Raddruckregelalgorithmus gewonnen, aus denen durch Addition oder Subtraktion von Korrekturwerten die Ven­ tilansteuersignale abgeleitet werden. Speziell kann dann das mit Hilfe der dynamischen Modellreferenzregelung ein Bremsdruck-Referenzwert gebildet werden, dessen Abweichung von dem in der geschlossenen Schleife gebildeten Bremsdruck-Istwert unter Berücksichtigung von Zustandsinformationen über die Ände­ rungstendenz des Bremsdruck-Sollwertes zur Ermittlung der Kor­ rekturwerte herangezogen wird.
Die im folgenden noch näher erläuterten Regeln 1, 2 und Regeln 3, 4, die unter speziellen Bedingungen zur Anwendung kommen, sind in den Unteransprüchen 5 und 7 angegeben. Nach dem abhän­ gigen Anspruch 6 wird das erfindungsgemäße Korrekturverfahren auf Situationen mit relativ geringer Dynamik begrenzt, weil bei hoher Dynamik die Toleranzen der Ventil-Strom-Öffnungs- Charakteristiken von untergeordneter Bedeutung sind.
Im folgenden wird das auf dem Prinzip der Modellreferenzrege­ lung basierende Verfahren anhand der beigefügten Abbildung "Fig. 1" beschrieben, die in schematisch vereinfachter Darstel­ lung einen Regelkreis zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt und das Funktionsprinzip des erfindungs­ gemäßen Systems veranschaulichen soll.
Nach Fig. 1 wird ein Bremsdruck-Sollwert psoll in einer ge­ schlossenen Regelschleife mit einem Bremsdruck-Istwert pist ver­ glichen. Ein Funktionsblock 1 symbolisiert den hier angewende­ ten Raddruckregelalgorithmus eines VEHB-Systems, an dessen Aus­ gängen Ventil-Ansteuersignale I0,IV, I0,OV für das Druckaufbau- oder Einlassventil IV (IV = inlet valve = Einlassventil, siehe IIV, IC,IV) und für das Druckabbau- oder Auslassventil OV (OV = outlet valve = Auslassventil, siehe IOV, IC,OV) zur Verfügung stehen; die Ventil-Ansteuersignale I0,IV, I0,OV setzen sich aus Vorsteuersignalen und aus konventionellen Regelungssignalen (die z. B. nach PID-Regelalgorithmus wiedergeben) zusammen. Durch Addieren von Korrekturwerten IC,IV und IC,OV zu den Ansteu­ ersignalen I0,IV, I0,OV in einem Addierer 5a, 5b werden die korri­ gierten Ventilsteuersignale IIV und IOV gebildet.
Ein dynamisches Referenzmodell bzw. eine dynamische Modellrefe­ renzregelung wird durch einen Funktionsblock 3 symbolisch dar­ gestellt. Am Ausgang steht ein Bremsdruck-Referenzwert pref zur Verfügung, der mit dem Bremsdruck-Istwert pist verglichen wird. Die Differenz zwischen pref und pist wird unter Berücksichtigung der von Zustandsinformationen, die vor allem über Druckabbau- oder Druckaufbautendenz Aufschluss geben, und des Bremsdruck- Sollwertes psoll zur Ermittlung der Korrekturwerte IC,IV und IC,OV ausgewertet. Die Verarbeitung der Eingangsinformationen nach den Regeln 1-4 erfolgt in einem Funktionsblock 4. Die am Aus­ gang des Funktionsblocks anstehenden Korrekturwerte IC,IV und IC,OV werden zu der geschlossenen Regelschleife 1, 2 zurückge­ führt und, wie beschrieben, den Ansteuersignalen I0,IV, I0,OV im Addierer 5a, 5b hinzugefügt.
Bei der Bildung des dynamischen Referenzmodells (Funktionsblock 3) können zusätzlich weitere Einflussgrößen, wie Umgebungstem­ peratur etc., berücksichtigt werden. Auch dies ist in Fig. 1 an­ gedeutet.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus dem Verhalten des Raddruckregelkreises Abweichungen der Vorsteuerkennlinie von der realen Öffnungsstromcharakteristik der angesteuerten Ventile abgeleitet und korrigiert. Auf diese Weise wird die Ro­ bustheit der Regelung gegenüber den oben genannten Unsicherhei­ ten verbessert. Darüber hinaus lassen sich die berechneten Kor­ rekturwerte zur Adaption der Vorsteuerkennlinie heranziehen.
Gegenüber anderen bekannten Verfahren hat der hier behandelte Ansatz den Vorteil, dass eine Adaption während im realen Fahr­ betrieb häufig auftretender Normalbremsmanöver vorgenommen wer­ den kann.
Zum Prinzip der Modellreferenzregelung
Bei diesem Ansatz wird der Sollwert zusätzlich über ein dynami­ sches Referenzmodell geführt, dessen Ausgangsgröße das Zeitver­ halten des geschlossenen Regelkreises unter der Annahme nomina­ ler (d. h. beim Reglerentwurf angenommener) Streckenparameter widerspiegelt. Unterschiede zwischen der tatsächlichen Regel­ größe (Istwert) und dem Referenzsignal weisen auf von den No­ minalwerten abweichende Streckenparameter hin. Die Differenz von Referenzwert und Istwert wird zur Korrektur der Stellgröße oder der Reglerparameter (Adaptive Modellreferenzregelung) her­ angezogen.
Zur Anwendung dieses Kortzepts auf die Raddruckregelung inner­ halb eines elektrohydraulischen Bremsensystems (EHB) wurden folgende anwendungsspezifische Erweiterungen entwickelt:
Integralwirkende Korrektur zur Kompensation von Offset-Fehlern der Vorsteuerkennlinie
Während eines Regelvorgangs beobachtete Differenzen zwischen dem Referenz- und dem Istwert können - bei sonst ideal angenom­ menen Reglerparametern - als Abweichungen der gespeicherten Vorsteuerkennlinie von der tatsächlichen Öffnungsstromcharakte­ ristik des zu regelnden Ventils interpretiert werden. Bei zu hoch (niedrig) liegender Vorsteuerung eilt der Raddruck dem Re­ ferenzdruckverlauf vor (nach).
Das hier beschriebene Verfahren ermittelt additiv wirkende Kor­ rekturgrößen IC,IV, IC,OV, die jeweils, wie in Fig. 1 dargestellt ist, dem Ein- bzw. dem Auslassventil IV bzw. OV zugeordnet sind und basierend auf folgenden Regeln adaptiert werden:
Regel 1
Liegt ein ansteigendes Sollwertprofil vor und arbei­ tet der Druckregelalgorithmus im Druckaufbauzustand, so wird die dem Einlassventil IV zugeordnete Korrek­ turgröße IC,IV pro Zeiteinheit um einen Betrag δIV,UP erhöht, wenn gilt pist < pref - ε, bzw. um einen Be­ trag δIV,DN abgesenkt, wenn gilt pist < pref + ε. Der Wert ε kennzeichnet hierbei ein Unempfindlichkeits­ band.
Regel 2
Liegt ein abfallendes Sollwertprofil vor und arbei­ tet der Druckregelalgorithmus im Druckabbauzustand, so wird die dem Auslassventil OV zugeordnete Korrek­ turgröße IC,OV pro Zeiteinheit um einen Betrag δOV,UP erhöht, wenn gilt pist < pref + ε, bzw. um einen Be­ trag δOV,DN abgesenkt, wenn gilt pist < pref - ε.
Die Änderung der Korrekturgrößen gemäß der angegebenen Regeln erfolgt jeweils ausgehend vom Momentanwert, d. h. es handelt sich um eine Korrekturwertintegration. Änderungen der tatsäch­ lichen Öffnungsstromcharakteristik werden mit einer durch die Parameter δIV,UP, δIV,DN, δOV,UP, δOV,DN beeinflussten Adaptionsge­ schwindigkeit erfasst und in der Vorsteuerung kompensiert. Durch geeignete Wahl dieser Parameter lässt sich die Stabilität des erfindungsgemäßen Adaptionsverfahrens sicherstellen.
Ist die Variation der Öffnungsströmcharakteristik nicht durch eine im gesamten Arbeitsbereich konstante Offsetänderung be­ schreibbar, sondern treten allgemeine Änderungen des funktiona­ len Zusammenhangs Io(Δp) auf, so müssen die durch das Verfah­ ren ermittelten Korrekturwerte dem jeweils zutreffenden Δp- Bereich zugeordnet werden.
Situationsabhängige Aktivierung/Deaktivierung der Korrekturwer­ tintegration
Die Vorsteuerung, deren Abweichung von der realen Ventilcharak­ teristik durch die Modellreferenzregelung kompensiert werden soll, bestimmt das Zeitverhalten des Raddruckregelkreises hauptsächlich bei Solldruckprofilen mit niedrigen Gradienten, wie sie typischerweise bei Dosierbremsungen auftreten. Bei hochdynamischen Solldruckänderungen ist die durch das Referenz­ modell vorgegebene Zeitverhalten hingegen u. U. nicht einzuhal­ ten. Die Korrekturwertintegration wird daher beim Auftreten großer Sollwertgradienten ausgesetzt (alte Korrekturwerte wer­ den eingefroren).
Schwingungserkennung und Schwingungsdämpfung
Da bei deutlich oberhalb des realen Ventilöffnungsstroms lie­ gender Vorsteuerung häufige Zustandswechsel des Druckregelalgo­ rithmus ausgelöst werden (Grenzstabilität), greift die in R1 und R2 formulierte Absenkung der Korrekturwerte nur begrenzt. Es ist daher sinnvoll, das Verfahren um die folgenden Regeln zu aktiven Schwingungsdämpfung zu erweitern:
Regel 3
Liegt ein ansteigendes Sollwertprofil vor und arbei­ tet der Druckregelalgorithmus im Druckabbauzustand, so wird die dem Einlassventil zugeordnete Korrektur­ größe IC,IV pro Zeiteinheit um einen Betrag δIV,OSC ab­ gesenkt.
Regel 4
Liegt ein abfallendes Sollwertprofil vor und arbei­ tet der Druckregelalgorithmus im Druckaufbauzustand, so wird die dem Auslassventil zugeordnete Korrektur­ größe IC,OV pro Zeiteinheit um einen Betrag δOV,OSC ab­ gesenkt.
Variation des Referenzmodells in Abhängigkeit messbarer Umge­ bungsbedingungen
Das dynamische Referenzmodell besteht aus einer Verzögerungs­ kette (Totzeit Tt) und einem Tiefpassfilter (Zeitkonstante Tf). Diese Parameter können an die Umgebungsbedingungen, z. B. cha­ rakterisiert durch Temperatur und Bordnetzspannung, angepasst werden, sofern diese Signale dem Steuergerät (ECU) zugeführt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremsensystems, bei dem der Druck durch Ansteuerung von Proportionalventilen, wie Proportional-Sitzventilen, geregelt wird, insbesondere für ein elektrohydraulisches Bremsensystem (EHB), dadurch gekennzeichnet, dass ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck- Istwert (pist) einem vorgegebenen Bremsdruck-Sollwert (psoll) durch dynamische Modellreferenzregelung (3) nachgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die dynamische Modellreferenzregelung (3) Toleranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Proportionalventile (IV, OV), d. h. Fertigungstoleranzen, durch Verschleiß, durch Alterung etc. hervorgerufenen Abweichungen der Öff­ nungs-Strom-Charakteristik der Ventile, erfasst und ausge­ glichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der geschlossenen Regelschleife durch Vergleich des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) mit dem Bremsdruck-Istwert (pist) Ventil-Ansteuersignale (I0,IV, I0,OV) auf Basis eines Raddruckregelalgorithmus (1) gewonnen werden, aus denen durch Addition oder Subtraktion von Korrekturwerten (IC,IV, IC,OV) korrigierte Ventilansteuersignale (IIV, IOV) abgelei­ tet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der dynamischen Modellreferenzregelung ein Bremsdruck-Referenzwert (pref) gebildet wird, dessen Abwei­ chung von dem in der geschlossenen Schleife gebildeten Bremsdruck-Istwert (pist) unter Berücksichtigung von Zu­ standsinformationen und von Änderungstendenzen des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) zur Ermittlung der Korrektur­ werte (IC,IV, IC,OV) herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, für eine Bremsanlage mit radin­ dividuellen Bremsdruckaufbau- und Bremsdruckabbauventilen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckaufbauventile (IV) und Druckabbauventile (OV) individuelle Vorsteuersi­ gnale und Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) ermittelt werden, wo­ bei
(Regel R1) ein dem Druckaufbauventil (IV) zugeordneter Kor­ rekturwert (IC,IV) pro Zeiteinheit um einen bestimmten Be­ trag (IV UP) erhöht wird, wenn bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbauzustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) größer ist als der um eine vorgegebene Größe (ε), die ein Unempfindlichkeitsband defi­ niert, erhöhte Bremsdruck-Istwert (pist), und pro Zeitein­ heit
um einen bestimmten Betrag ( IV DN) erniedrigt wird, wenn bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbau­ zustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) kleiner ist als der um die vorgegebene Größe (ε) verringerte Bremsdruck- Istwert (pist), sowie dass
(Regel R2) ein dem Druckabbauventil (OV) zugeordneter Kor­ rekturwert (IC,OV) pro Zeiteinheit um einen bestimmten Be­ trag ( OV UP) erhöht wird, wenn bei abfallendem Bremsdruck- Sollwertprofil im Druckabbauzustand der Bremsdruck- Referenzwert (pref) kleiner ist als der um die vorgegebene Größe (ε) reduzierte Bremsdruck-Istwert (pist), und pro Zeiteinheit
um einen bestimmten Betrag ( OV DN) erniedrigt wird, wenn bei abfallendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckabbauzu­ stand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) größer ist als der um die vorgegebene Größe (ε) erhöhte Bremsdruck-Istwert (pist).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur durch die dynamische Modellreferenzregelung auf Situationen mit relativ niedrigem Gradienten des Solldruck­ profils beschränkt wird bzw. bei steilem Gradienten oder hochdynamischen Solldruckänderungen verhindert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, für eine Bremsanlage mit radindividuellen Bremsdruckaufbau- und Bremsdruckabbauventilen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckaufbauventile (IV) und Druckabbauventile (OV) individuelle Vorsteuersignale und Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) ermittelt werden sowie dass zur Schwingungserkennung und -dämpfung
(Regel R3) bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckabbauzustand ein dem Druckaufbauventil (IV) zugeordne­ ter Korrekturwert (IC,IV) um einen bestimmten Betrag (δIV OSC) pro Zeiteinheit abgesenkt und
(Regel R4) bei abfallendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbauzustand der dem Druckabbauventil (OV) zugeordne­ te Korrekturwert (IC,OV) um einen bestimmten Betrag ( OV OSC) pro Zeiteinheit erniedrigt wird.
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