DE102009034333B4 - Verfahren zur Beeinflussung des Drehverhaltens einer Fluid-Pumpe in einem Kraftfahrzeugbremssystem - Google Patents

Verfahren zur Beeinflussung des Drehverhaltens einer Fluid-Pumpe in einem Kraftfahrzeugbremssystem Download PDF

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Abstract

Verfahren, bei dem das Drehverhalten und Förderverhalten einer ein Fluid fördernden elektromotorisch angetriebenen Pumpe (1, 1') nach Maßgabe eines Positionserkennungsmittels (16) in einer pneumatischen oder hydraulischen Druckregelvorrichtung (6) umfassend mindestens ein analoges oder analogisiertes oder schaltendes Solenoidventil (3, 3'), das mit der Saug- oder Förderseite der Pumpe (1, 1') in pneumatischer oder hydraulischer Wirkverbindung steht, verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Solenoidventil (3, 3') derart angesteuert wird, dass die durch die elektrische Pumpenansteuerung beabsichtigte Veränderung des Drehverhaltens und des Förderverhalten verstärkt wird, wobei vor der Ansteuerung des Solenoidventils (3, 3') eine Ermittlung des Ventils (3, 3') erfolgt, welches zur Beeinflussung der Pumpe (1, 1') am günstigsten angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Kraftfahrzeugbremsdruckregelvorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 11.
  • Die Erfindung geht von einem elektronischen Kraftfahrzeugbremssystemen, wie in der DE 10 2005 014 097 A1 beschrieben aus (der prinzipielle Aufbau ist in 1 dargestellt), welches einen Vakuum-Bremskraftverstärker und eine Einrichtung für einen aktiven Druckaufbau mittels einer elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe umfasst.
  • Weiterhin ist beispielsweise aus der WO 2008/107219 bekannt, dass zumindest mit Kolben arbeitende Hydraulikpumpen in elektrohydraulischen Druckregelaggregaten je nach Auslegung Druckpulsationen erzeugen, die sich über die mit der Pumpe verbundenen mit einem Arbeitsmedium gefüllten Leitungen (z.B. Bremsflüssigkeit) innerhalb des Bremssystems ausbreiten können.
  • Diese Druckpulsationen sind in bestimmten Fahrsituationen, bei denen die Hydraulikpumpe in Betrieb ist, für den Fahrer über das Bremspedal oder das Fahrverhalten nachteilhafterweise spürbar, können aber auch die Genauigkeit der Druckeinstellung in den Radbremszylindern besonders bei niedrigen Bremsdrücken negativ beeinflussen. Beispielsweise im an sich bekannten OHB-V-Betrieb eines Bremssystems, bei dem die Pumpe zur Bremsdruckerhöhung bei unzureichendem Vakuum am Hauptbremszylinder genutzt wird, wird dies vom Fahrer als störend wahrgenommen; besonders dann, wenn nach Fahrtbeginn das Vakuumniveau und damit der vom Bremszylinder erzeugte Bremsdruck wieder ansteigt und die störenden Pedaleinflüsse nicht mehr vom Fahrer spürbar sind.
  • So ist aus dem Dokument DE 10 2004 060 080 A1 eine Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit einem Umschaltventil bekannt, welches als Proportionalregelventil ausgeführt ist, um dessen Öffnungsquerschnitt zur Reduzierung der hydraulischen Rückwirkung einer Pumpe auf den Hauptzylinder variabel einstellen zu können. Die stufenlose Einregulierung des erforderlichen Öffnungsquerschnitt erfolgt unter anderem in Abhängigkeit der Arbeitsposition der Pumpe, wofür die Kolbenposition erfasst wird.
  • Des Weiteren ist aus dem Dokument DE 196 27 437 A1 eine Steuereinrichtung für eine pulsierend arbeitende Pumpe bekannt. Die Pumpe verfügt über eine Ausgangsleitung, von der eine Rückführleitung zur Niederdruckseite der Pumpe abzweigt, wobei in der Rückführleitung ein durch Steuerimpulse tatverhältnisgesteuertes Schaltventil angeordnet ist, über das von der Pumpe gefördertes Fluid zur Niederdruckseite zurückführbar ist. Um die inhärente Welligkeit des Pumpendrucks zu vermindern, ist dafür gesorgt, dass die Öffnungszeiten des Schaltventils jeweils mit den Maxima der Impulse der Pumpe zusammenfallen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die vorstehend beschriebenen Nachteile von durch die Pumpe insbesondere auf der Saugseite erzeugten Druckpulsationen zu mildern bzw. sogar ganz zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Bei dem Verfahren wird das Dreh- und Förderverhalten einer ein Fluid fördenden elektromotorisch angetriebenen Pumpe nach Maßgabe eines Positionserkennungsmittels, wie insbesondere eines Pumpenpositionssensors, über die elektrische Pumpenansteuerung und durch eine geeignete Ventilansteuerung in einer die Druckpulsation verringernden Weise verändert.
  • Das Verfahren wird in einer pneumatischen oder hydraulischen Druckregelvorrichtung durchgeführt, welche mindestens ein analoges oder analogisiertes oder schaltendes Solenoidventil umfasst, das mit der Saug- oder Förderseite der Pumpe in pneumatischer oder hydraulischer Wirkverbindung steht.
  • Bevorzugt wird mit dem Positionserkennungsmittel die Pumpenposition, insbesondere die Kolbenposition bestimmt. Dies erfolgt entweder Winkelgenau oder innerhalb einer zulässigen Winkeltoleranz, zum Beispiel durch Ermittlung der Position innerhalb von definierten Kreissektoren. Als Postionserkennungsmittel wird vorzugsweise ein induktiver Winkelsensor eingesetzt, welcher inbesondere die Position eines exzentrisch rotierenden Teils der Pumpe über die im Magnetfeld des Sensors winkelabhängig modulierte ferromagnetische Masse abfühlt. Hierzu weist der Induktivsensor zweckmäßigerweise eine Magnetspule auf, welche mit einem Wechselstrom beaufschlagt wird. Die Sensierung erfolgt dann auf besonders einfache Weise durch Messung der Amplitude des Stromsignals.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat neben einer Abschwächung oder Beseitigung der störenden Bremspedaleinflüsse darüber hinaus den Vorteil, dass auch der aktive oder vom Fahrer überlagerte (OHB-V) Druckaufbau verbessert werden kann, da es möglich ist, z.B. den Pumpenausschub zu verlangsamen, oder sogar die Fördermenge in Teilen des Zylindervolumens der Pumpe zu dosieren.
  • Prinzipiell kann die erfindungsgemäße Verbesserung, also die Minderung der Druckpulsationen, auch alleine durch eine geänderte elektrische Ansteuerstrategie der Pumpe erfolgen. Generell besteht eine bevorzugte Ansteuerstrategie der Pumpe darin, diese in den Saugphasen mit keiner oder weniger elektrischer Energie als beim Normaletrieb anzusteuern. Besonders vorteilhaft ist es, diese Absenkung der elektrischen Energie kurz nach Verlassen des unteren, bzw. oberen Totpunkts der Pumpe durchzuführen. Dieser Zeitpunkt entspricht dem Beginn der Saugphase bei einer bevorzugt eingesetzten Zweikolbenpumpe. Dieses Ansteuerkonzept ist allerdings alleine noch nicht ausreichend, weil die Pumpe durch ihre Massenträgheit nicht schnell genug auf die geänderte elektrische Ansteuerungen reagiert, was besonders dann ein Problem ist, wenn innerhalb einer Umdrehung zweimal die Drehzahl moduliert werden soll. Auf Grund der Überlegung, dass die fördernde Hydraulikpumpe an einem über den Fluidkreis unmittelbar oder mittelbar mit der Hydraulikpumpe verbundenen Ventil ein periodischer Differenzdruck hervorgerufen wird, ergibt sich, dass diese Wechselwirkung umgekehrt dazu genutzt werden kann, den Pumpenlauf über das Ventil zu beeinflussen. Zur erfindungsgemäßen Durchführung dieses überaus hilfreichen Verfahrens ist es notwendig, ein für diese Maßnahme geeignetes Solenoidventil derart anzusteuern, dass die durch die elektrische Pumpenansteuerung beabsichtigte Veränderung des Drehverhaltens und des Förderverhalten weiter verstärkt wird. Hierdurch ist es möglich, die Pumpe genau zum richtigen Zeitpunkt auch innerhalb einer Pumpendrehung mehrfach ausreichend stark abzubremsen. Dieses Verfahren kann in Kombination mit der oben genannten Ansteuerstrategie oder alleine zur Anwendung kommen. Bevorzugt wird mit dem Verfahren eine Abbremsung der Pumpe vorgenommen. Insbesondere erfolgt dies durch kurzzeitiges Schließen oder Teilschließen des oben genannten Ventils. Bei dem Ventil handelt es sich bevorzugt um ein Radkreis-Einlassventil (SO-Ventil) der Bremsanlage.
  • Unter analogisierten Ventilen werden im Prinzip herkömmliche Schaltventile oder modifizierte elektromagnetische Schalt- /Regelventile verstanden, welche bevorzugt mittels eines pulsweitenmodulierten Stroms (PWM) insbesondere über einen Stromregler zur Regelung des Drucks in der Weise angesteuert werden, dass der Ventilstößel eine Schwimmstellung einnimmt. Auf diese Weise ist eine analoge Druckregelung möglich. Entsprechende Ventile sind beispielsweise aus der DE 10 2005 014 097 A1 oder der WO 2008/107219 bekannt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Pumpenposition indirekt, also im Bereich der Pumpe sensorlos bestimmt. Die Bestimmung erfolgt insbesondere mittels Auswertung des Stroms an einem Solenoidventil, welches zur Messung der Pumpenpulsationen herangezogen wird, wobei dieses Mess-Solenoidventil hierzu einen elektrischen Sensor aufweisen kann oder die Pulsationsmessung über das Ventil ohne einen zusätzlichen Inkduktionssensor oder dergleichen durchgeführt wird. Ein entsprechendes Verfahren (TPM) zur Bestimmung der Pumpenpostion wurde bereits in der WO2009/010320 beschrieben. Dabei wird vorzugsweise der magnetische Fluss im Bereich des Ansteuermagnetfelds des zur Beobachtung der Fluktuationen herangezogenen Mess-Solenoidventils bestimmt, welcher Rückschlüsse auf die Pumpenfluktuationen zulässt, da diese über die Fluid-Verbindungsleitungen auf den Stößel des Ventils einwirken. Besonders bevorzugt wird die hervorgerufene Flussänderung über das Induktionssignal einer Stromschleife im Magnetkreis des Fluidventils bestimmt. Das Fluidventil steht in hydraulischer Verbindung mit der Ausgangssseite der Pumpe. Die Auswertung des Induktionssignals lässt einen Rückschluss auf die Periode der Druckfluktuationen zu, da die Periode des Induktionssignals im wesentlichen mit der Periode der Druckfluktuationen übereinstimmt. Die Bewegungshäufigkeit des mechanischen Pumpwerks (Drehzahl, Taktzahl) wird also über die Druckfluktuationen des Förderfluids bestimmt.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figur.
  • Es zeigt
    • 1 eine schematische Darstellung einer Bremsvorrichtung für ABS- und ESP-Regelvorgänge.
  • In 1 ist Tandemhauptzylinder 5 mit Hydraulikeinheit 6 (HCU) eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems verbunden. Elektronikeinheit 7 (ECU) umfasst ein Mikroprozessor/controllersystem, mit dem die im Ventilblock enthaltenen Aktuatoren und Sensoren elektronisch gesteuert bzw. ausgemessen werden können. Hydraulikeinheit 6 umfasst zwei Bremskreise I und II. Ferner umfasst jeder der Bremskreise je zwei Raddruckkreise (A, B bzw. C, D) mit jeweils einem Einlass- 3 bzw. 3' und einem Auslassventil 4 bzw. 4'. Die Elektronik der ECU 7 umfasst einen mehrkanaligen Stromregler, welcher eine unabhängige Regelung der Ströme durch die Spulen der Ventile 2, 2' (Trennventile) und der stromlos offenen Einlassventile 3, 3' (SO-Ventile) erlaubt. Bezugszeichen 8 bzw. 8' bezeichnen stromlos geschlossene elektronische Umschaltventile (SG-Ventile). In der zu Hauptzylinder 5 führenden Hydraulikleitung 14 befindet sich ein Eingangsdrucksensor 9. Die für den aktiven Druckaufbau und zur Rückförderung benötigte Hydraulikpumpe ist durch die in der Zeichnung räumlich getrennten Symbole 1 bzw. 1' schematisch dargestellt. Ein aktiver Druckaufbau, bei dem ein selbständiger, unabhängig von einer Fahrerpedalbetätigung vorgenommener Bremsdruckaufbau erfolgt, wird zum Beispiel bei einem Regeleingriff eines Fahrdynamikprogramms (ESP/ESC) benötigt oder während eines von einer Fahrerassistenzfunktion angeforderten Druckaufbaus, zum Beispiel während einer Abstandsregelung (ACC). Wenn Pumpe 1, 1' angeschaltet ist, fördert diese Druckvolumen in Richtung von Leitung 13. Auf Grund des zweizylindrigen Aufbaus der Pumpe pulsiert der Druck am Eingang und am Ausgang der Pumpe in einem vom Aufbau der hydraulischen Komponenten abhängigen Druckbereich. Im Bereich der Exzenterachse der Pumpe ist ein induktiver Winkelpositionssensor 16 (Spule) angeordnet, welcher elektrisch mit Elektronikeinheit 7 verbunden ist. Je nach Lage des Exzenters ändert sich die Induktivität der Spule, woraus die Winkelposition durch eine elektronische Messeinrichtung detektiert werden kann.
  • Der Aufbau der für beide Bremskreise I und II gemeinsam eingesetzten Pumpe entspricht einer Zweikolben-Excenterpumpe mit Elektromotorantrieb über eine Welle. Die Anzahl der Kolbenhübe steht in einem festen Zusammenhang mit der Periode der erzeugten Druckfluktuationen. Die Pumpe fördert Druck unabhängig in die beiden Bremskreise, wobei dies bei einer Pumpendrehung zeitlich versetzt abwechselnd erfolgt. Eine solche Pumpe besitzt einen oberen und einen untern Totpunkt. Bei der Durchführung des Verfahrens zur Abschwächung der Pumpenpulsationen auf der Saugseite wird bei laufender Pumpe 1 zunächst das Signal des Positionssensors in Elektronikeinheit 7 ausgewertet. In Abhängigkeit der Position der Pumpenwelle wird gemäß einer vorgegebenen Winkelzuordnung eine Einteilung vorgenommen, in welchen Radbremskreis die Pumpe gerade fördert. Da ein Schließen des Ventils in dem über den Winkelbereich ausgewählten Bremskreis besonders günstig ist, werden insbesondere beide Einlassventile in diesem Radkreis geschlossen. Wenn die Saugphase der Pumpe beendet ist, wird in einem darauf folgenden Winkelbereich das Ventil wieder geöffnet. Bei der darauf folgenden Saugphase des zweiten Pumpenzylinders wird mit dem dabei fördernden Zylinder zugeordnete Radkreisventil wie vorstehend beschrieben verfahren. Zusätzlich erfolgt auch eine Absenkung der Ansteuerleistung des Pumpenmotors in geeigneten Winkelsegmenten. Besonders geeignet hat sich der Zeitpunkt ab dem Beginn der Saugphase der Pumpe erwiesen. Ab diesem Zeitpunkt beginnt die Pumpe im entsprechenden Kreis zu saugen. Bei konstanter Drehgeschwindigkeit wird das Maximum der Saugleistung genau zwischen unterem und oberem Totpunkt erreicht. Danach fällt die Sauggeschwindigkeit (Volumenstrom, der aus dem THZ entnommen wird) wieder ab. Die Ansteuerung muss also so erfolgen, dass die Pumpengeschwindigkeit während der Saugphasen möglichst langsam ist. Hierzu werden zu Beginn oder während der Saugphase die beiden Einlassventile des Kreises, der gerade aus schiebt, für eine kurze Zeit durch Bestromung geschlossen oder auch nur teilweise geschlossen (letzteres ist nur bei analogen oder analogisierten Ventilen möglich). Da die Hydraulikeinheit des Bremssystems nur eine vergleichsweise geringe Volumenaufnahme hat, wird durch das kurze Schließen der Ventile eine erhebliche Druckerhöhung erreicht, wodurch der erhöhte Ausschiebewiderstand die Drehgeschwindigkeit der Pumpe stark abbremst.

Claims (12)

  1. Verfahren, bei dem das Drehverhalten und Förderverhalten einer ein Fluid fördernden elektromotorisch angetriebenen Pumpe (1, 1') nach Maßgabe eines Positionserkennungsmittels (16) in einer pneumatischen oder hydraulischen Druckregelvorrichtung (6) umfassend mindestens ein analoges oder analogisiertes oder schaltendes Solenoidventil (3, 3'), das mit der Saug- oder Förderseite der Pumpe (1, 1') in pneumatischer oder hydraulischer Wirkverbindung steht, verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Solenoidventil (3, 3') derart angesteuert wird, dass die durch die elektrische Pumpenansteuerung beabsichtigte Veränderung des Drehverhaltens und des Förderverhalten verstärkt wird, wobei vor der Ansteuerung des Solenoidventils (3, 3') eine Ermittlung des Ventils (3, 3') erfolgt, welches zur Beeinflussung der Pumpe (1, 1') am günstigsten angeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Drehverhaltensänderung die Pulsationen des Drucks der Pumpe (1, 1') gedämpft werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsation des Drucks im Saugkreis der Pumpe (1, 1') gedämpft wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Pumpenansteuerung nach Maßgabe des Positionserkennungsmittels (16) moduliert wird und während einer vollständigen Pumpendrehung eine einmalige oder mehrmalige Ansteuerung des Solenoidventils (3, 3') erfolgt, wobei das Solenoidventil (3, 3') dabei entweder teilweise oder ganz geschlossen wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1, 1') eine Mehrkolbenpumpe ist.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beeinflussung eine Abbremsung der Pumpe (1, 1') ist.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage zwei oder mehrkreisig aufgebaut ist und ermittelt wird, in welchen Bremskreis (I; II) die Pumpe (1, 1') gerade Fördervolumen ausschiebt oder in welchen Bremskreis (I; II) diese gerade überwiegend Fördervolumen ausschiebt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (3; 3') oder mehrere Ventile (3, 3') oder alle Ventile (3, 3') betätigt wird/werden, welches/welche in dem ermittelten Bremskreis (I; II) angeordnet ist/sind.
  9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ermittelte/n Ventil/e (3, 3') ein Einlassventil eines Radbremszylinders (A....D) ist.
  10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Pumpenpositionserkennungsmittel (15) die Pumpenposition indirekt, also im Bereich der Pumpe (1, 1') sensorlos, bestimmt wird.
  11. Elektronisch gesteuerte Kraftfahrzeugbremsdruckregelvorrichtung mit einem elektronischen Regler (7), der zumindest ein ABS-Regelprogramm beinhaltet, umfassend eine Druckerzeugungsmittel (5) mit dem vom Fahrerwunsch abhängig Druckmittel über Druckleitungen in ein Hydraulikaggregat (6) eingesteuert werden kann, mit Trennventilen (2, 2') zum Abtrennen der Raddruckkreise (A....D) vom Druckerzeugungsmittel (5) sowie Einlassventilen (3, 3'), welche mit den Trennventilen und den Raddruckkreisen hydraulisch verbunden sind, umfassend weiterhin Mittel für einen aktiven Druckaufbau (8, 8', 1, 1'), dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung der Vorrichtung so eingerichtet ist, dass diese bei Bedarf ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführen kann.
  12. Elektronisch gesteuerte Kraftfahrzeugbremsdruckregelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Regler auch ein Fahrdynamik-Regelprogramm und/oder einen Druckregler für eine Abstandsregelung und/oder weitere Fahrerassistenzfunktionen beinhaltet.
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