DE102008042737A1

DE102008042737A1 - Elektronisches Ansteuersignal; Verfahren zur Erzeugung eines elektronischen Ansteuersignals und elektronisch schlupfregelbare Fahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102008042737A1
Application number: DE102008042737A
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-10-10
Filing date: 2008-10-10
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-11
Also published as: JP2010089780A; DE102008042737B4

Abstract

Die Erfindung betrifft unter anderem ein elektronisches Ansteuersignal (21, 31) zur Betätigung eines Druckmittel steuernden Proportionalventils, insbesondere eines Druckregelventils einer elektronisch schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage. Bekannte Ansteuersignale (21) werden gebildet von einem rampenförmigen Grundsignal (22), dem ein Taktsignal (23) überlagert ist. Nachteil derartiger Ansteuersignale (21) ist, dass der damit einstellbare Istdruck (27) gegenüber einem erwartungsgemäßen Solldruck (26) abweicht. Diese Abweichung ist umso größer, je kleiner der einzustellende Druckgradient ist. Die Erfindung schlägt zur Lösung dieses Problems den Einsatz eines mehrfach modulierten Grundsignals (32) mit stetigem Verlauf vor. Diesem Grundsignal (32) ist erfindungsgemäß ein erstes getaktetes Signal (33) und ein zweites Signal (34, 41) mit einem periodischen Verlauf überlagert. Mit einem derart erzeugten Ansteuersignal (31) lässt sich die Stellbarkeit des Druckverlaufs verbessern sowie das Betriebsgeräusch einer hydraulischen Fahrzeugbremsanlage senken.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft u. a. das technische Gebiet elektronisch schlupfregelbarer Fahrzeugbremsanlagen. Derartige Fahrzeugbremsanlagen werden auch als Fahrzeugbremsanlagen mit Antiblockierschutz-(=ABS), Antriebsschlupf-(=ASR) oder Fahrstabilitätsregelung (=ESP) bezeichnet. Allen diesen schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlagen ist gemein, dass sie ein sogenanntes Hydroaggregat umfassen, das zur Regelung des Bremsdrucks an einzelnen oder mehreren Radbremsen des Fahrzeugs, mit elektronisch ansteuerbaren Mitteln, wie beispielsweise Ventilen, Pumpen und Elektromotoren zum Antrieb der Pumpen ausgestattet ist. Das Hydroaggregat arbeitet zur Ansteuerung dieser Mittel bekanntermaßen mit einem elektronischen Steuergerät zusammen, in welchem Sensorsignale, welche Rückschlüsse auf die an den jeweiligen Rädern des Fahrzeugs vorherrschenden Schlupfverhältnisse zulassen, erfasst und ausgewertet werden. Ziel der Bremsdruckregelung ist es, den Bremsdruck in den jeweiligen Radbremsen, erforderlichenfalls gegen den Fahrerwunsch, derart aufzubauen bzw. zu begrenzen, dass Radschlupf an den zugeordneten Rädern vermieden oder zumindest begrenzt wird. Auftretender Radschlupf würde einem Aufbau von Seitenführungskräften durch die Räder entgegen wirken und dadurch die Lenkbarkeit des Fahrzeugs beeinträchtigen.
Die hydraulische Auslegung der Bremskreise einer elektronisch schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage ist prinzipiell bekannt. Exemplarisch wird diesbezüglich auf die Offenbarung in der DE 4122 643 A1 verwiesen. Diese bekannte Fahrzeugbremsanlage ist zum angegebenen Zweck unter anderem mit sogenannten Druckaufbauventilen und mit Druckabsenkventilen ausgestattet. Diese Ventile sind bei diesem Stand der Technik jeweils paarweise den vorhandenen Radbremsen zugeordnet. Bei den Druckaufbauventilen handelt es sich um stromlos offene Ventile, während die Druckabsenkventile stromlos geschlossen ausgeführt sind.
Konventionelle Druckregelventile sind als Schaltventile ausgebildet. Diese sind von einer Grundstellung in eine Schaltstellung umschaltbar und können keine Zwischenstellungen annehmen. Mit derartigen Schaltventilen kann eine Bremsdruckregelung mit gestuften Verlauf dargestellt werden. Allerdings verursachen die einzelnen Schaltvorgänge der Ventile starke Druckpulsationen im Hydrauliksystem und bewirken dadurch ein verhältnismäßig hohes Betriebsgeräusch der Fahrzeugbremsanlage.
Dahingehende Verbesserungen zeigen stetig stellbare Druckregelventile, wie sie beispielsweise in der DE 10 2004 04 886 1 A1 beschrieben sind. Die bei diesem Stand der Technik als Auslassventile bezeichneten Druckregelventile können proportional zum Ansteuersignal in beliebige Zwischenstellungen zwischen ihrer Offen- und ihrer Schließstellung überführt und gehalten werden. In Fachkreisen werden derartige Ventile auch als Proportionalventile bezeichnet. Steuert man derartige Proportionalventile mit einem rampenförmig verlaufenden Grundsignal an, so kann prinzipiell eine Druckregelung mit einem entsprechend kontinuierlichen bzw. rampenförmigen Verlauf realisiert werden. Als Nachteil hat sich bei derart angesteuerten Proportionalventilen allerdings herausgestellt, dass unerwünschte Abweichungen zwischen einem zu erwartenden Solldruck und einem messbaren Istdruck auftreten können. Dieser Effekt tritt insbesondere bei relativ kleinen einzustellenden Druckgradienten auf und erfordert eine permanente Korrektur der Ansteuersignale durch das Steuergerät. Weiterhin treten nach wie vor noch geräuschverursachende Druckpulsationen auf.
Bekannt ist es darüber hinaus, rampenförmigen Ansteuersignalen ein Taktsignal mit einer Frequenz im kHz-Bereich zu überlagern. Anhand dieses auch als Dithersignal bezeichneten überlagerten Taktsignals lassen sich mechanisch bedingte Reibungskräfte des Ventils kompensieren und damit die Ventilhysterese verkleinern.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung beruht auf einem vorteilhaft verlaufenden Ansteuersignal zur Betätigung stetig ansteuerbarer Druckregelventile. Der Verlauf dieses Ansteuersignals geht auf eine erfindungsgemäße Mehrfachmodulation eines rampenförmigen Grundsignals zurück und vermeidet die oben erläuterten Nachteile. Eine Bremsdruckregelung mit rampenförmigem Verlauf bei gleichzeitig verringerter Abweichung zwischen einem zu erwartenden Solldruck und dem sich tatsächlich einstellenden Istwert des Radbremsdrucks wird erreicht. In anderen Worten, wird anhand des vorgeschlagenen Ansteuersignals die Druckstellbarkeit einer Fahrzeugbremsanlage verbessert. Gleichzeitig werden Druckpulsationen im Hydrauliksystem stark verringert und dadurch das Betriebsgeräusch einer Fahrzeugbremsanlage abgesenkt.
Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung oder aus den Unteransprüchen.
Zeichnung
Die Wirkungsweise eines Ansteuersignals mit erfindungsgemäßem Verlauf wird nachfolgend anhand der 1 bis 4 erläutert. In den Figuren sind jeweils Messdiagramme dargestellt, die unter verschiedenen, nachfolgend erläuterten Randbedingungen aufgezeichnet wurden.
Beschreibung
Die Messdiagramme gemäß den 1 bis 3 zeigen jeweils in einem oberen Diagrammteil D1 den auf der Abszisse aufgetragen Verlauf von Strom- bzw. Ansteuersignalen, mit denen ein Druckabsenkventil über einen auf der Ordinate aufgetragenen Zeitraum angesteuert wird. In einem unteren Diagrammteil D2 ist der an einer Radbremse messbare und ebenfalls auf der Abszisse aufgetragene Bremsdruckverlauf abgebildet. Die jeweiligen Ansteuer- und Bremsdrucksignale sind dabei zeitsynchron zueinander aufgezeichnet.
Das in der 1 abgebildete Diagramm wurde aufgezeichnet unter Verwendung eines Druckregelventils, welches als konventionelles Umschaltventil ausgebildet ist. Wie bereits erläutert, zeichnen sich Umschaltventile dadurch aus, dass sie durch elektrische Ansteuerung aus einer Grundstellung in eine Schaltstellung umschaltbar sind, ohne dabei stabile Zwischenstellungen einzunehmen. Mit einer Zurücknahme des Ansteuersignals kehrt das Druckregelventil, normalerweise betätigt von Rückstellfedern, in seine Grundstellung zurück.
Gemäß D1 nach 1 erfolgt die Ansteuerung des Druckregelventils mit einem Taktsignal 10 konstanter Stromstärke und konstanter Taktfrequenz. Dabei strömt während der relativ kurzen Zeitdauer, in dem das Druckregelventil seine Offenstellung einnimmt, Druckmittel aus einer Radbremse, beispielsweise in Richtung eines Vorratsbehälters, ab. Dieser portionsweise Abfluss von Druckmittel bewirkt einen in Stufen abnehmenden Bremsdruck 12.
Die in D2 von 1 zu Beginn einer jeden Druckstufe auftretenden Druckpulsationen 14 werden durch die Umschaltvorgänge der Druckregelventile ausgelöst. Sie klingen zwar mit fortschreitender Zeitdauer ab, sind aber dennoch ursächlich für das wahrnehmbare Betriebsgeräusch der Fahrzeugbremsanlage.
2 zeigt demgegenüber ein Diagramm, bei dem der Druckabbau nicht mehr in Stufen erfolgt, sondern einen stetigen Verlauf aufweist. Das hierzu eingesetzte Ansteuersignal 21 wird gebildet aus einem stetig zunehmenden, also rampenförmig ansteigenden Grundsignal 22, dem ein getaktetes Pulsweitenmoduliersignal 23 mit einer konstanten Taktfrequenz im kHz-Bereich überlagert ist. Als Druckregelventil wird im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Fall ein stetig einstellbares (Proportional-)Ventil eingesetzt. Derartige Proportionalventile öffnen diagrammgemäß, nachdem das Ansteuersignal 21 eine Mindeststromstärke überschritten hat und geben nach dem Öffnen einen mit weiterhin zunehmender Stromstärke entsprechend zunehmenden Öffnungsquerschnitt frei. Proportional zum eingestellten Öffnungsquerschnitt nimmt daher der Bremsdruck in der zugeordneten Radbremse ab.
2 ist zu entnehmen, dass über einen weiten Zeitraum die Gradienten eines gewünschten Solldruckverlaufs 26 und des tatsächlich auftretenden Istdruckverlaufs 27 unterschiedlich groß sind, so dass sich unerwünschte Druckwerte einstellen. Bemerkenswerter Weise stellen sich in der Realität niedrigere Bremsdrücke in der Radbremse ein, als es aufgrund des Ansteuersignals zu erwarten ist. Untersuchungen haben ergeben, dass sich dieser Effekt insbesondere bei niedrigen Druckgradienten einstellt.
3 zeigt ein weiteres Diagramm, welches ebenfalls bei der Ansteuerung eines stetig verstellbaren Druckregelventils (= Proportionalventil) aufgenommen wurde. Die den 2 und 3 zugrunde liegenden Druckabsenkventile sind zueinander baugleich.
Allerdings liegt dem Diagramm nach 3 erfindungsgemäß ein durch Mehrfachmodulation erzeugtes Ansteuersignal 31 zugrunde. Dieses Ansteuersignal 31 setzt sich aus einem stetig und rampenförmig verlaufenden Grundsignal 32, einem dem Grundsignal 32 überlagerten Taktsignal 33 mit konstanter Taktfrequenz im kHz-Bereich und zusätzlich einem zweiten überlagerten Signal 34 zusammen. Beim zweiten Signal 34 handelt es sich um ein Signal mit periodischem, vorzugsweise dreiecksförmigen, Verlauf.
Wie der 3 zu entnehmen ist, lässt sich durch ein Ansteuersignal 31 mit derartigem Verlauf ein stetig erfolgender Bremsdruckverlauf 35 einstellen, der selbst bei niedrigen einzustellenden Druckwerten, d. h. unterhalb von 50 bar, weitgehend deckungsgleich zu einem zu erwartenden Solldruck verläuft. Demnach treten allenfalls vernachlässigbar geringe Abweichungen zwischen einem Solldruck- und einem Istdruckverlauf auf. Infolge kann mit dem erfindungsgemäß gebildeten Ansteuersignal 31 die Stellbarkeit des Radbremsdrucks deutlich erhöht werden.
4 zeigt den Verlauf eines periodischen zweiten Signals 41 im Detail. Bei diesem zweiten Signal 41 handelt es sich um ein dreieckförmiges Signal, das zwei, vorzugsweise stetig und entgegengesetzt zueinander geneigte Signalflanken 42, 43 aufweist, wobei die Flankenwinkel 44, 45 dieser beiden Signalflanken 42, 43 unterschiedlich groß sind. Der Flankenwinkel 44 der ansteigenden Signalflanke 42, welche üblicher Weise eine Öffnungsbewegung eines Druckregelventils bewirkt, sind dabei kleiner als die Flankenwinkel 45 der abfallenden Signalflanke, welche eine Schließbewegung des Druckregelventils repräsentiert. Der gewünschte Druckgradient kann durch geeignete Wahl der Flankenwinkel 44, 45 der Signalflanken 42, 43 und der Signalfrequenz variiert werden. Diese Frequenz des zweiten (Modulations-)Signals 41 ist etwa um den Faktor 100 geringer als die Frequenz des Taktsignals der ersten Modulation. Dementsprechend liegt das Frequenzverhältnis des periodischen zweiten Signals zum getakteten ersten Signal im Bereich von etwa 1:100.
Alternativ kann das zweite (Modulations-)Signal anstelle eines dreiecksförmimgen auch einen wellen- oder sinusförmigen Verlauf aufweisen. Selbstverständlich sind weitere Änderungen oder Ergänzungen gegenüber der Beschreibung möglich, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4122643 A1 [0002]
- DE 102004048861 A1 [0004]

Claims

Elektronisches Ansteuersignal zur Ansteuerung eines elektromagnetisch betätigbaren, Druckmittel steuernden Proportionalventils, insbesondere einem Druckregelventil einer schlupfregelbaren Fahrzeugbremsanlage, gebildet aus einem stetig und rampenförmig verlaufenden Grundsignal (22), dem ein erstes getaktetes Signal (23) und wenigstens ein zweites Signal (41) mit periodischem Verlauf überlagert ist.
Elektronisches Ansteuersignal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (41) einen dreieckförmigen oder einen wellenförmigen Verlauf aufweist.
Elektronisches Ansteuersignal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweite periodische Signal (41) gebildet ist aus Paaren stetig und entgegengesetzt zueinander geneigt verlaufenden Signalflanken (42, 43) die unterschiedlich großen Flankenwinkel (44, 45) aufweisen.
Elektronisches Ansteuersignal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flankenwinkel (44) einer ansteigenden Signalflanke (42) des zweiten periodischen Signals (41) kleiner ist als der Flankenwinkel (45) einer abfallenden Signalflanke (43).
Elektronisches Ansteuersignal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzverhältnis des zweiten periodisch verlaufenden Signals (41) mit dem ersten getakteten Signal (23) in etwa 1:100 beträgt.
Elektronisches Ansteuersignal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des zweiten Signals (41) zwischen 0,03 und 0,06 kHz beträgt.
Elektronisch schlupfregelbare Fahrzeugbremsanlage, umfassend einen vom Fahrer betätigbaren Hauptbremszylinder, eine Radbremse und ein zwischen dem Hauptbremszylinder und der Radbremse geschaltetes Hydroaggregat, das zur Regelung des Bremsdrucks in der Radbremse mit elektronisch ansteuerbaren Mitteln, insbesondere mit wenigstens einem ansteuerbaren Proportionalventil bestückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des Proportionalventils mittels eines Ansteuersignals (31) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erfolgt.
Verfahren zur Erzeugung eines Ansteuersignals (31) zur Ansteuerung eines elektromagnetisch betätigbaren, Druckmittel steuernden Proportionalventils, dadurch gekennzeichnet, dass in einem elektronischen Steuergerät einem Grundsignal (22) mit einem stetigen, rampenförmigen Verlauf ein erstes getaktetes Signal (23) und wenigstens ein zweites Signal (41) mit periodischem Verlauf überlagert wird.