DE102014215297A1

DE102014215297A1 - Regelschaltung zur Regelung sowie Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102014215297A1
Application number: DE102014215297.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Böhm; Tom Kaufmann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2016-02-04
Also published as: WO2016020228A1

Abstract

Regelschaltung zur Regelung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer hydraulisch betätigbaren Radbremse (9), welche mittels einer elektronisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (50) betätigbar ist, die eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (4) umfasst, deren Kolben (3) durch einen elektromechanischen Aktuator (1) verschiebbar ist, so dass ein vorgegebener Druck-Sollwert (PSys,Soll) in dem hydraulischen Druckraum (4) einstellbar ist, wobei mittels einer Messeinrichtung (19) ein Druck-Istwert (PSys,Ist) der Druckbereitstellungseinrichtung (50) bestimmt wird, wobei Stellgrößen (ωAkt,Soll, MAkt,Soll) für den elektromechanischen Aktuator (1) anhand des vorgegebenen Druck-Sollwerts (PSys,Soll) und des Druck-Istwerts (PSys,Ist) gebildet werden, wobei die Regelschaltung eine Druckregelschaltung (21) umfasst, welcher der Druck-Istwert (PSys,Ist) zugeführt wird, wobei ein erstes Modul (20, 20a) zur Modifikation des Druck-Sollwerts (PSys,Soll) vorgesehen ist, das mindestens eine Ausgangsgröße (PSys,Soll,Limit, PSys,Soll,1) bereitstellt, welche der Druckregelschaltung (21) zugeführt wird, wobei die Druckregelschaltung (21) einen Sollwert (ωAkt,Soll) der Drehzahl des elektromechanischen Aktuators (1) sowie einen Sollwert (αAkt,Soll) der Drehzahländerung bereitstellt, die einem zweiten Modul (22) zur Berechnung eines Sollwerts (MAkt,Soll) für das Moment des elektromechanischen Aktuators (1) zugeführt werden, und wobei der Druckregelschaltung (21) und dem zweiten Modul (22) je ein durch das erste Modul (20, 20a) modifizierter Druck-Sollwert (PSys,Soll,Limit, PSys,Soll,1) zugeführt wird, sowie Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung zur Regelung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 2014/048705 A1 sind eine Bremsanlage mit einer elektronisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung, die eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum umfasst, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, so dass ein vorgegebener Druck-Sollwert in dem hydraulischen Druckraum einstellbar ist, sowie ein Verfahren zu deren Regelung bekannt. Zur Bestimmung der Position der Druckbereitstellungseinrichtung ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die z.B. durch einen Drehwinkelsensor gebildet sein kann, der die Rotorlage des Elektromotors erfasst, der zusammen mit einem nachgeschalteten Getriebe einen elektromechanischen Aktuator zum Antreiben eines hydraulischen Kolbens einer Druckbereitstellungseinrichtung bildet. Dem Offenbarungsgehalt der genannten Anmeldung können jedoch keine Maßnahmen entnommen werden, die bei einem Ausfall der Messeinrichtung für die Aktuatorposition ergriffen werden können, um einen fehlerfreien Betrieb der Druckbereitstellungseinrichtung in einer Rückfallebene zu gewährleisten.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regelschaltung sowie eine Schaltungsanordnung zur Steuerung anzugeben, die einen fehlerlosen Betrieb der Druckbereitstellungseinrichtung gewährleistet, wobei auf eine Messeinrichtung zur Erfassung des Rotorlagewinkels verzichtet wird. Außerdem soll ermöglicht werden, einen angeforderten Systemdruck bzw. Systemdruckverlauf im Rahmen der verfügbaren Dynamik und unter Berücksichtigung von bekannten Randbedingungen (z.B. einer Druckanforderung durch eine Assistenzfunktion, bzw. ein Aktivieren einer besonderen, radindividuellen Bremsregelfunktion) möglichst gut zu folgen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Regelschaltung zur Regelung gemäß Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung zur Steuerung gemäß Anspruch 8 gelöst.
Der Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, dass ein erstes Modul zur Modifikation des vorgegebenen Druck-Sollwerts und ein zweites Modul zur Berechnung eines Sollwerts für das Moment des elektromechanischen Aktuators vorgesehen sind, wobei das erste Modul zumindest einen modifizierten Druck-Sollwert ausgibt, der dem zweiten Modul zur Berechnung des Sollwerts für das Moment zugeführt wird. Aufgrund der Verwendung zumindest eines modifizierten Druck-Sollwerts sowie des zweiten Moduls kann auf die Verwendung einer gemessenen (aktuellen) Aktuatorposition verzichtet werden. Im Falle der Regelschaltung wird ein Sollwert der Drehzahl des elektromechanischen Aktuators sowie ein Sollwert der Drehzahländerung durch eine Druckregelschaltung bereitstellt, welcher ebenfalls ein durch das erste Modul modifizierter Druck-Sollwert zugeführt wird. Im Falle der Schaltungsanordnung zur Steuerung werden ein Sollwert der Drehzahl des elektromechanischen Aktuators sowie ein Sollwert der Drehzahländerung durch das erste Modul bereitgestellt.
Die Ausgangsgröße des zweiten Moduls (Sollwert für das Moment des elektromechanischen Aktuators) wird bevorzugt durch eine Summe dreier Teilmomente gebildet, wobei das erste Teilmoment dem dem zweiten Modul zugeführten modifizierten Druck-Sollwert entspricht, das zweite Teilmoment einem durch die im Aktuator auftretende Reibung verursachten Reibungsmoment entspricht und das dritte Teilmoment dem Beschleunigungsmoment des Aktuators entspricht.
Bevorzugt weist das erste Modul eine erste Schaltung zur Begrenzung auf einen maximalen Druck auf, deren Ausgangsgröße mittels einer statischen Druck-Volumen-Kennlinie der Radbremse in einen Volumenwert umgerechnet wird, der einer Aktuatorposition entspricht, die in einem Anstiegsbegrenzungsmodul begrenzt wird, wobei die Ausgangsgröße des Anstiegsbegrenzungsmoduls mittels der statischen Druck-Volumen-Kennlinie in den dem zweiten Modul zugeführten modifizierten Druck-Sollwert umgerechnet wird. Im Falle der Regelschaltung wird besonders bevorzugt in dem Anstiegsbegrenzungsmodul die Änderung der Aktuatorposition auf eine maximal zulässige Aktuatorgeschwindigkeit begrenzt. Im Falle der Schaltungsanordnung zur Steuerung werden besonders bevorzugt in dem Anstiegsbegrenzungsmodul die Änderung der Aktuatorposition auf eine maximal zulässige Aktuatorgeschwindigkeit sowie die Änderung der Aktuatorgeschwindigkeit auf eine maximal zulässige Aktuatorbeschleunigung begrenzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird der dem zweiten Modul zugeführte, durch das erste Modul modifizierte Druck-Sollwert auch der Druckregelschaltung zugeführt. Mit anderen Worten ausgedrückt, der Druckregelschaltung und dem zweiten Modul wird der gleiche durch das erste Modul modifizierte Druck-Sollwert zugeführt.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelschaltung sind der dem zweiten Modul zugeführte modifizierte Druck-Sollwert und der der Druckregelschaltung zugeführte, modifizierte Druck-Sollwert verschieden. Besonders bevorzugt wird der der Druckregelschaltung zugeführte modifizierte Druck-Sollwert durch einen auf einen Maximalwert begrenzten Druck darstellt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung anhand von Figuren.
Es zeigen schematisch:
1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Bremsanlage,
2 eine vereinfachte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regelstruktur zur Regelung einer Bremsanlage,
3 eine detaillierte Darstellung des in 2 schematisch angedeuteten ersten Moduls „Sollwertaufbereitung“,
4 eine detaillierte Darstellung der in 2 schematisch angedeuteten Druckregelschaltung,
5 eine detaillierte Darstellung des in 2 schematisch angedeuteten zweiten Moduls „Berechnung Sollwert Aktuatormoment“,
6 eine vereinfachte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Regelstruktur zur Regelung einer Bremsanlage,
7 eine detaillierte Darstellung des in 6 schematisch angedeuteten ersten Moduls „Sollwertaufbereitung“,
8 eine vereinfachte Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Bremsanlage,
9 eine detaillierte Darstellung des in 8 schematisch angedeuteten ersten Moduls „Sollwertaufbereitung“, und
10 eine detaillierte Darstellung des in 9 schematisch angedeuteten Anstiegsbegrenzungsmoduls.
1 zeigt das vereinfachte Prinzip eines aktiven Bremssystems für ein geregeltes Rad eines hydraulisch gebremsten Fahrzeugs. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einem aktiven, fremdbetätigbaren Bremssystem durchgeführt, bei dem der Fahrer, z.B. mittels Bremspedalweg, eine Druckanforderung stellt und diese elektronisch mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung 50, z.B. umfassend einen Elektromotor bzw. Aktuator 1, ein geeignetes Getriebe 2 und einen einen hydraulischen Druckraum 4 begrenzenden Kolben 3, umgesetzt wird, indem der Kolben 3 um einen Weg X_Akt aus einer Ruheposition 15 in eine Position 14 fährt, sodass ein bestimmtes Volumen der Bremsflüssigkeit aus dem Druckraum 4 über die Leitung 5 und ein zunächst geöffnetes Einlassventil 6 in die Bremsleitung 8 und somit in die Radbremse 9 verschoben wird. Damit wird in der Radbremse 9 nach Überwindung des Belaglüftspiels ein Bremsdruck erzeugt. Ein Bremsdruckabbau kann erfolgen, indem der Kolben 3 wieder in Richtung der Ruheposition 15 zurückgefahren wird. Ein schneller Bremsdruckabbau, wie er z.B. im Falle einer ABS-Regelung (ABS: Antiblockier-System) benötigt wird, ist aber auch über die Ventilkombination 6, 7 möglich, indem das Einlassventil 6 geschlossen und das Auslassventil 7 für eine bestimmte Zeit geöffnet wird. Dann strömt Bremsflüssigkeit aus der Radbremse 9 über Leitung 8 durch das Auslassventil 7 und somit über die Leitung 10 in den Bremsflüssigkeitsbehälter 11. Diese Maßnahme des Druckabbaus ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Druckraum 4 mehrere Radbremsen parallel bedient.
Grundsätzlich kann das in 1 dargestellte Bremssystem um beliebig viele Radbremsen 9 erweitert werden, indem mehrere Leitungen 5 zu den Radkreisen geführt werden, wobei jeder Radkreis bevorzugt über ein individuelles Ventilpaar 6, 7 verfügt.
Um aus Sicherheitsgründen eine Mehrkreisigkeit des Systems zu bilden, können mehrere Kolben 3 und mehrere Druckräume 4 vorgesehen werden. Für einen PKW ist eine Zweikreisigkeit sinnvoll, wobei jeweils zwei Radbremsen mit einer von zwei Druckkammern verbunden sind.
Gegenüber der vereinfachten Darstellung des Systems in 1 sind zahlreiche Verbesserungen und verschiedene Ausführungsformen des Prinzips denkbar, z.B. bei der Wahl der Ventile. Auch kann zwischen dem hydraulischen Druckraum 4 und der/den Radbremse(n) 9 z.B. ein Hauptbremszylinder angeordnet sein, so dass der in dem Druckraum 4 erzeugte Druck einem hydraulischen Zwischenraum, z.B. in einer Betätigungseinrichtung, zugeführt wird, wodurch der Hauptbremszylinder betätigt wird.
Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe der Einstellung geeigneter Drücke im Druckraum 4.
Die Notwendigkeit, einen vorgegebenen Druck bzw. Druckverlauf mit Hilfe eines Regelungsverfahrens einzustellen, ergibt sich immer dann, wenn der Fahrer mittels Betätigung des Bremspedals einen allgemeinen Bremsdruck für alle Räder des Kraftfahrzeugs anfordert, oder wenn diese Druckanforderung durch eine Assistenzfunktion ACC (adaptive cruise control), HSA (hill start assist), HDC (hill descent control) etc. gestellt wird, oder wenn eine spezielle radindividuelle Bremsenregelfunktion aktiv wird, wie beispielsweise ABS (Antiblockiersystem), TCS (Traction Control System) oder ESP (Elektronisches Stabilitätsprogramm).
In allen Fällen gilt, dass vorteilhafterweise der Druck des Druckraums 4 so einzustellen ist, dass das Rad mit der höchsten Bremsdruckanforderung sicher mit dem notwendigen Druck versorgt werden kann. Bezüglich der Dynamik des einzustellenden Druckes bzw. Druckverlaufes gilt, dass im Rahmen der verfügbaren Dynamik des Aktuators 1 ein möglichst geringer zeitlicher Verzug zwischen der gestellten Druckanforderung und dem sich einstellenden Druck im Vordruckraum 4 anzustreben ist. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn der Aktuator 1 sich zu Beginn der Druckanforderung in seiner Ruheposition 15 befindet und daher zum Einstellen des geforderten Druckes zunächst das Belaglüftspiel überwinden muss. Dabei verschiebt der Aktuator zunächst ein, von der Größe der eingesetzten Radbremsen 9 und des eingestellten Belaglüftspiels abhängiges Volumen aus dem Druckraum 4 in die Radbremsen, um die Beläge, z.B. an die Bremsscheibe, anzulegen. Während dieses Vorgangs wird allerdings noch kein Bremsdruck in den Radbremsen 9 aufgebaut. Insbesondere unter Beachtung der Anforderung nach einem möglichst guten Ansprechverhalten ergibt sich hier (unabhängig von der Größe des eingestellten Lüftspiels) auch die Anforderung, einen, im Rahmen der verfügbaren Aktuatordynamik, möglichst schnellen Druckaufbau auch bei kleinen Druckanforderungen zu realisieren.
Aufgabe der Druckregelstruktur ist es, einen angeforderten Systemdruck bzw. Systemdruckverlauf im Rahmen der verfügbaren Dynamik und in einer Betriebsart, in der auf die Verwendung eines Motorlagesensors verzichtet wird, möglichst gut zu folgen. Für den Aktuator bzw. Elektromotor der Druckbereitstellungseinrichtung wird hier im Wesentlichen der gesteuerte Betrieb des Motors mit einem stromgeregelten Drehfeld vorgeschlagen. Die hier betrachtete Struktur zum Einstellen angeforderter Drücke muss daher als Stellgrößen die erforderlichen Vorgaben zum Betrieb des Motors in dieser Betriebsart erzeugen. Dabei muss insbesondere berücksichtigt werden, dass durch diese Vorgaben ein Außertrittfallen des Rotors vermieden wird. Hierbei bedeutet ein Außertrittfallen des Rotors, dass der Rotor dem stromgeregelten Drehfeld nicht mehr folgt.
Eine erste Ausführung einer geeigneten Struktur zur Regelung des Bremsdrucks bei der in 1 gezeigten elektrohydraulischen Bremsanlage zeigt 2. Sie besteht im Wesentlichen aus drei Funktionsblöcken, die mit den Bezugszeichen 20, 21 und 22 versehen sind. Der gezeigten Darstellung ist zu entnehmen, dass ein erstes Modul mit dem Bezugszeichen 20 vorgesehen ist, das der Aufbereitung eines Druck-Sollwerts für eine dem ersten Modul 20 nachgeschalteten Druckregelschaltung 21 dient. Dabei wird im ersten Modul 20 aus der Druckanforderung P_Sys,Soll ein modifizierter Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} ermittelt, der mittels Aktuator 1 in dessen hier betrachteten Betriebsart eingestellt werden soll. Im Wesentlichen wird hier eine Begrenzung auf einen für diese Betriebsart vorab festgelegten Maximaldruck-Sollwert sowie aufgrund der aus der maximal zulässigen Aktuatorgeschwindigkeit resultierenden Druckänderungsgeschwindigkeit vorgenommen. Die Druckregelschaltung 21 führt den aktuellen, mit dem Drucksensor 19 (siehe 1) erfassten Systemdruck bzw. den Druck-Istwert P_Sys,Ist dem auf diese Weise aufgearbeiteten Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} nach und erzeugt als Stellgrößen einen Sollwert ω_Akt,Soll für die Drehzahl des Aktuators 1 sowie einen Sollwert α_Akt,Soll der Drehzahländerung. Das zweite Modul 22, dem als Eingangsgrößen die Signale P_{Sys,Soll,Limit}, ω_Akt,Soll und α_Akt,Soll zugeführt werden, dient der Berechnung eines Sollwertes M_Akt,Soll für das vom Aktuator 1 im stromgeregelten Drehfeldbetrieb abzugebende Aktuatormoment. Hierbei wird aufgrund des angeforderten Druck-Sollwertes P_{Sys,Soll,Limit} sowie der angeforderten Geschwindigkeit bzw. Drehzahl ω_Akt,Soll und Beschleunigung α_Akt,Soll mit Hilfe eines inversen Prozessmodells eine Vorausberechnung des erforderlichen, vom Aktuator 1 einzustellenden Aktuatormoments vorgenommen. Ansteuergrößen für den Aktuator 1 sind daher die beiden Signale ω_Akt,Soll und M_Akt,Soll.
Im Zusammenhang mit 3, die den Aufbau des in 2 gezeigten ersten Moduls 20 darstellt, wird dessen Funktionsweise näher erläutert. Zunächst wird der vorgegebene Druck-Sollwert P_Sys,Soll in einem ersten Begrenzungsglied 23 auf den für diese Betriebsart festgelegten Maximalwert P_Sys,Max limitiert und ggf. tiefpaßgefiltert (in 3 nicht dargestellt). Mit Hilfe einer durch die Bremsenkennlinie 24 definierten Funktion wird der maximalwertbegrenzte Druck-Sollwert P_Sys,Soll,1 in einen Aktuatorvolumen-Sollwert Vol_Akt,Soll und unter Berücksichtigung des wirksamen hydraulischen Querschnitts A_Kolben (siehe Funktionsblock 25) in einen entsprechenden Aktuatorposition-Sollwert X_Akt,Soll umgerechnet und einem Anstiegsbegrenzungsfunktionsblock 26 zugeführt. Dieser begrenzt die Änderung des Aktuatorposition-Sollwertes X_Akt,Soll auf die in der betrachteten Betriebsart des Aktuators 1 maximal mögliche bzw. zulässige Änderungsgeschwindigkeit ω_Akt,Soll,Max. Der hierfür maßgebliche Parameter ∆X_{Max,pro Loop} ergibt sich aus der für die betrachtete Betriebsart maximal zulässigen Drehzahl ω_Akt,Soll,Max des Aktuators 1 und unter Berücksichtigung des Getriebefaktors i_Gear des im Zusammenhang mit 1 erwähnten Rot-Trans-Getriebes 2 sowie der Abtastzeit T₀, mit der die Druckregelschaltung 21 (siehe 4) betrieben wird: ∆X_{Max,pro Loop} = ω_Akt,Soll,Max·i_Gear·T₀.
Die auf die beschriebene Weise anstiegsbegrenzte Aktuator-Sollposition X_Akt,Soll,1 wird nun unter Berücksichtigung des Aktuatorkolbenfläche A_Kolben (siehe Funktionsblock 25´) und der die Bremsenkennlinie 24 definierten Funktion zu dem in 2 gezeigten Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} für den einzustellenden Druck zurückgerechnet, der die Ausgangsgröße des ersten Moduls 20 (Sollwertaufbereitung) darstellt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die von den übergeordneten Systemfunktionen angeforderten Druck-Sollwerte, die prinzipiell einen beliebigen Verlauf und beliebige Druckänderungsgeschwindigkeiten aufweisen können, derart aufbereitet werden, dass sie mit Hilfe der Druckregelung vom Aktuator eingestellt werden können und insbesondere ein Außertrittfallen des Rotors des Aktuators 1 vermieden wird.
Der Aufbau der Druckregelschaltung 21 ist in 4 dargestellt. In einer dem Druckregler 21‘ vorgeschalteten Additionsschaltung 27 wird eine Regelabweichung ∆P gebildet, indem der modifizierte Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} mit dem Druck-Istwert P_Sys,Ist verglichen wird. Dabei wird die Regelabweichung ∆P einerseits einem Skalierungselement 28 und andererseits einem Multiplikationsglied 29 direkt zugeführt. Während das Skalierungselement 28 einen Skalierungsfaktor K_Sc liefert, mit dem eine definierte Unempfindlichkeitsschwelle festgelegt werden kann, die bei Erreichen einer vorgegebenen stationären Genauigkeit keine Aktuatorbewegung mehr anfordert, wird im Multiplikationsglied 29 eine Skalierung der Regelabweichung ∆P durchgeführt, deren Ergebnis als Eingangsgröße dem Druckregler 21‘ zugeführt wird. Der Druckregler 21‘ erzeugt als Stellgröße einen Aktuatordrehzahl-Sollwert ω_Akt,Soll,R, der in einem zweiten Begrenzungsglied 30 auf die für die betrachtete Betriebsart des Aktuators 1 maximal zulässige Aktuatordrehzahl ω_Akt,Soll,Max sowie minimal zulässige Aktuatordrehzahl ω_Akt,Soll,Min limitiert wird. Die nachgeschaltete zweite Anstiegsbegrenzungsfunktion 31 limitiert zusätzlich noch die Änderung des Aktuatordrehzahl-Sollwertes auf die maximal mögliche Aktuatorbeschleunigung α_Akt,Soll,Max. Die hieraus ermittelten Werte ω_Akt,Soll, α_Akt,Soll sind als Signale für die Berechnung des Aktuatormoment-Sollwerts verfügbar. Der für die zweite Anstiegsbegrenzungsfunktion 31 maßgebliche Parameter ∆ω_{Akt,Max,pro Loop} ergibt sich aus der für die betrachtete Betriebsart maximal zulässigen Beschleunigung α_Akt,Soll,Max des Aktuators 1 und der Abtastzeit T₀, mit der die Druckregelschaltung 21 betrieben wird: ∆ω_{Akt,Max,pro Loop} = α_Akt,Soll,Max·T₀.
Das in 2 dargestellte zweite Modul 22 (Berechnung Sollwert Motormoment) ermittelt auf der Basis der Eingangssignale für den modifizierten Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit}, der angeforderten Geschwindigkeit ω_Akt,Soll sowie Beschleunigung α_Akt,Soll des Aktuators 1 einen Sollwert für das vom Aktuator 1 im stromgeregelten Drehfeldbetrieb abzugebende Aktuatormoment M_Akt,Soll. Hierbei wird aufgrund der genannten Eingangssignale mit Hilfe eines inversen Modells für die Druckbereitstellungseinrichtung 50 eine Vorausberechnung des erforderlichen, vom Aktuator 1 einzustellenden Aktuatormoments vorgenommen. Dies kann im Wesentlichen als Summe von Beschleunigungsmoment und abgegebenem Moment berechnet werden, wobei das abgegebene Moment sich aus dem eingestellten Druck, den mechanischen und hydraulischen Übersetzungen und der zu überwindenden Reibung ergibt. Da in diesem Fall eine Vorausberechnung des erforderlichen Aktuatormoments in Form einer Momentenvorsteuergröße ermittelt wird, erfolgt die Berechnung dieser Größe (M_Akt,Soll) auf der Basis der angeforderten bzw. ermittelten Sollwerte.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für das zweite Modul 22 zur Berechnung der Größe M_Akt,Soll (Berechnung Sollwert Aktuatormoment). Hierbei bedeutet die Bezeichnung M_Acc das ermittelte Beschleunigungsmoment des Aktuators. Die Funktion Sign(x) wird zur vorzeichenrichtigen Berücksichtigung der Coulomb´schen Reibung M_C verwendet und ist folgendermaßen definiert: Sign (x) = –1, falls x < o, sonst ist Sign(x) = 1.
Der Faktor Sc_eta berücksichtigt den mechanischen Wirkungsgrad des Aktuators 1 in Form einer von der Größe des Druckes abhängigen Erhöhung der Coulomb´schen Reibung M_C. Das Signal M_FFW,Prs repräsentiert die Größe für das anzufordernde Aktuatormoment, das sich aufgrund des Systemdruck-Sollwertes P_{Sys,Soll,Limit} ergibt. Das Gesamtträgheitsmoment J_Akt sowie die oben erwähnten Parameter A_Kolben und i_Gear sind konstruktiv definierte Kennwerte der Druckbereitstellungseinrichtung 50. Die Parameter für die Reibung (M_c und K_D) sowie für den mechanischen Wirkungsgrad eta sind ebenfalls Auslegungsgrößen und können vorab experimentell oder durch theoretische Berechnungen ermittelt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Regelstruktur zur Regelung einer Bremsanlage, ähnlich der Darstellung in 2, zeigt 6. Die Funktionsblöcke 21 (Druckregelschaltung) und 22 (zweites Modul) der 6 entsprechen denen der 2 und tragen deshalb die gleichen Bezugszeichen, während das erste Modul 20a (Sollwertaufbereitung) neben dem Signal P_{Sys,Soll,Limit} (erster modifizierter Druck-Sollwert), welches dem zweiten Modul zugeführt wird, ein weiteres Ausgangssignal P_Sys,Soll,1 (zweiter modifizierter Druck-Sollwert) liefert, das anstelle des Signals P_{Sys,Soll,Limit} der Druckregelschaltung 21 als Eingangsgröße zugeführt wird. Anhand des zweiten modifizierten Druck-Sollwerts P_Sys,Soll,1 werden in der Druckregelschaltung 21, welche beispielsgemäß wie in 4 dargestellt ausgeführt ist, die Werte ω_Akt,Soll und α_Akt,Soll ermittelt.
Die Berechnung des ersten und zweiten modifizierten Druck-Sollwerts P_{Sys,Soll,Limit}, P_Sys,Soll,1 ist in einer Detaildarstellung des ersten Moduls 20a in 7 dargestellt. Wie aus 7 ersichtlich ist, entspricht die grundsätzliche Funktion der Sollwertaufbereitung des vorgegebenen Druck-Sollwerts P_Sys,Soll der in 3 gezeigten Vorgehensweise. Aus dem vorgegebenen Druck-Sollwert P_Sys,Soll wird mittels erstem Begrenzungsglied 23 der maximalwertbegrenzte Druck-Sollwert P_Sys,Soll,1 bestimmt, welcher in den Aktuatorvolumen-Sollwert Vol_Akt,Soll und dann dem entsprechenden Aktuatorposition-Sollwert X_Akt,Soll umgerechnet und dem Anstiegsbegrenzungsfunktionsblock 26 zugeführt wird. Die anstiegsbegrenzte Aktuator-Sollposition X_Akt,Soll,1 wird mittels den Funktionsblöcken 25‘ und 24 in den (ersten) modifizierten Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} umgerechnet. Das auf den für die hier betrachtete Betriebsart des Aktuators festgelegten Maximalwert P_Sys,Max limitierte Solldrucksignal P_Sys,Soll,1 wird außerdem, wie oben bereits erwähnt, als (zweiter) modifizierter Druck-Sollwert der Druckregelschaltung 21 (6) zugeführt, während das maximalwert- und zusätzlich anstiegsbegrenzte Drucksignal P_{Sys,Soll,Limit} wie zuvor der Funktion 22 zur Berechnung der Sollaktuatormomente als Eingangssignal zur Verfügung gestellt wird.
Die in 6, 7 dargestellte Struktur hat gegenüber der Anordnung nach 2 den Vorteil, dass durch die Vorgabe eines „dynamischeren“ Druck-Sollwertes für den Druckregler 21‘ die für die hier betrachtete Betriebsart des Aktuators zulässige Dynamik des Aktuators 1 besser genutzt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass der durch die Aktuatoransteuerung eingestellte Verlauf des Systemdruckes P_Sys,Ist wesentlich besser der als Druckreferenz dienenden Kurve P_{Sys,Soll,Limit} folgt.
Die Grundstruktur einer zweiten Ausführung des Erfindungsgegenstandes bei der in 1 gezeigten elektrohydraulischen Bremsanlage, bei der auf die Nutzung des im Zusammenhang mit den Regelschaltungen der 2 und 6 erwähnten Drucksensors zur Bestimmung von P_Sys,Ist und demnach auf die Druckregelschaltung verzichtet werden kann, zeigt 8. Die Schaltungsanordnung zur Steuerung der Bremsanlage besteht im Wesentlichen aus zwei Funktionsblöcken, die mit den Bezugszeichen 120, 122 versehen sind. Der gezeigten Darstellung ist zu entnehmen, dass mit dem Bezugszeichen 120 ein erstes Modul versehen ist, dessen Funktion im Wesentlichen der des ersten Moduls 20 der ersten Ausführung entspricht und das der Aufbereitung eines modifizierten Druck-Sollwerts dient, welches jedoch auch eine Teilfunktion der Druckregelschaltung 21 der ersten Ausführung erfüllt, nämlich die Bereitstellung der Größen ω_Akt,Soll, α_Akt,Soll. Im ersten Modul 120 wird aus einer Druckanforderung P_Sys,Soll wieder der o.g. Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} ermittelt, der vom Aktuator 1 in dessen hier betrachteten Betriebsart einstellbar ist. Dabei wird im Modul 120 im Wesentlichen eine Begrenzung auf einen für diese Betriebsart vorab festgelegten Maximaldruck-Sollwert sowie die maximal zulässige Aktuatorgeschwindigkeit und -beschleunigung vorgenommen. Dementsprechend sind daher die Ausgangsgrößen dieses Funktionsblockes 120 neben dem aufbereiteten Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} zusätzlich ein Wert für die einzustellende Drehzahl ω_Akt,Soll des Aktuators 1 sowie dessen Beschleunigung α_Akt,Soll. Dem ersten Modul 120 folgt ein zweites Modul 122 (Berechnung Sollwert Aktuatormoment), das beispielsgemäß wie das zweite Modul 22 (siehe 5) aufgebaut ist. Modul 122 ermittelt auf der Basis der Eingangssignale für den aufbereiteten Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit}, die angeforderte Geschwindigkeit ω_Akt,Soll sowie Beschleunigung α_Akt,Soll des Aktuators 1 einen Sollwert für das vom Aktuator 1 im stromgeregelten Drehfeldbetrieb abzugebende Aktuatormoment M_Akt,Soll. Ansteuergrößen für den Aktuator 1 sind die beiden Signale ω_Akt,Soll und M_Akt,Soll.
Der in 9 dargestellte Aufbau des Moduls 120 entspricht weitgehend dem des ersten Moduls 20 der ersten Ausführung (siehe 3). Das der Aktuator-Sollposition entsprechende Signal X_Akt,Soll wird jedoch einem Funktionsblock 126 zugeführt, der neben der Begrenzung des Signals X_Akt,Soll die Begrenzung sowohl der Änderung der Aktuatorposition (ω) als auch die Änderung der Aktuatorgeschwindigkeit (α ) vornimmt. Der für die Begrenzung der Änderung der Aktuatorgeschwindigkeit relevante Parameter ∆∆X_{Max,Pro Loop} ergibt sich aus der für die betrachtete Betriebsart maximal zulässigen Beschleunigung α_Akt,Soll,Max des Aktuators: ∆∆X_{Max,Pro Loop} = α_Akt,Soll,Max·i_Gear·T₀, wobei die Bedeutung der Bezeichnungen i_Gear und T₀ im Zusammenhang mit 3 erläutert wird. Die Ausgangsgrößen des Funktionsblockes 120 sind der begrenzte Druck-Sollwert P_{Sys,Soll,Limit} sowie Werte für die einzustellende Drehzahl ω_Akt,Soll des Aktuators sowie die entsprechende Beschleunigung α_Akt,Soll.
10 zeigt schließlich in einer detaillierten Darstellung die in 9 angegebene Begrenzungsfunktion 126. Es handelt sich hierbei um zwei zeitdiskret dargestellte kaskadierte Anstiegsbegrenzungsfunktionen, welche gleichzeitig die Ermittlung der einzustellenden Aktuatorgeschwindigkeit und Aktuatorbeschleunigung ermöglicht, wobei das in 9 gezeigte Signal ∆X_{Max,pro Loop} proportional zur in der betrachteten Betriebsart maximal zulässigen Aktuatorgeschwindigkeit ω_Akt,Soll,Max ist, während das Signal ∆∆X_{Max,pro Loop} der für die betrachtete Betriebsart maximal zulässigen Beschleunigung α_Akt,Soll,Max des Aktuators entspricht und deren Berechnung bereits im vorhergehenden Abschnitt angegeben wurde.
Der im Zusammenhang mit 9 erwähnte Funktionsblock 126 weist eine erste Additions- bzw. Subtraktionsstelle 130 auf, in der ein Differenzbetrag ∆X = X_Akt,Soll – X_Akt,Soll,2 gebildet wird, der in einem ersten Begrenzungsglied 131 limitiert wird. Der begrenzte Wert ∆X_L wird einer zweiten Subtraktionsstelle 132 zugeführt, in der ein Differenzbetrag ∆(∆X_L) = ∆X_L – ∆X_LL gebildet wird, der in einem zweiten Begrenzungsglied 133 begrenzt wird. Die Ausgangsgröße ∆∆X_L des zweiten Begrenzungsglieds 133 wird einerseits einem ersten Skalierungselement 134 und andererseits einem ersten zeitdiskreten Integrationsglied 135 zugeführt. Die Ausgangsgröße ∆X_LL des ersten zeitdiskreten Integrationsglieds 135 wird einem zweiten Skalierungsglied 136, einem zweiten zeitdiskreten Integrationsglied 137 sowie über ein erstes Zeitverzögerungsglied 138 der zweiten Subtraktionsstelle 132 zugeführt, in der die Ausgangsgröße des ersten Begrenzungsmoduls 131 mit der Ausgangsgröße des ersten zeitdiskreten Integrationsglieds 135 verglichen wird. Die Ausgangsgröße X_Akt,Soll,2 des zweiten zeitdiskreten Integrationsglieds 137 wird in der ersten Additionsstelle 130 mit der gleichen Zeitverzögerung (Zeitverzögerungsglied 138‘) mit dem Aktuatorposition-Sollwert X_Akt,Soll verglichen.
Die Berechnung der Vorsteuergröße M_Akt,Soll im Funktionsblock 122 entspricht der in 5 gezeigten Vorgehensweise, auf die im vorliegenden Zusammenhang ausdrücklich verwiesen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/048705 A1 [0002]

Claims

Regelschaltung zur Regelung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer hydraulisch betätigbaren Radbremse (9), welche mittels einer elektronisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (50) betätigbar ist, die eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (4) umfasst, deren Kolben (3) durch einen elektromechanischen Aktuator (1) verschiebbar ist, so dass ein vorgegebener Druck-Sollwert (P_Sys,Soll) in dem hydraulischen Druckraum (4) einstellbar ist, wobei mittels einer Messeinrichtung (19) ein Druck-Istwert (P_Sys,Ist) der Druckbereitstellungseinrichtung (50) bestimmt wird, wobei Stellgrößen (ω_Akt,Soll, M_Akt,Soll) für den elektromechanischen Aktuator (1) anhand des vorgegebenen Druck-Sollwerts (P_Sys,Soll) und des Druck-Istwerts (P_Sys,Ist) gebildet werden, wobei die Regelschaltung eine Druckregelschaltung (21) umfasst, welcher der Druck-Istwert (P_Sys,Ist) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Modul (20, 20a) zur Modifikation des Druck-Sollwerts (P_Sys,Soll) vorgesehen ist, das mindestens eine Ausgangsgröße (P_{Sys,Soll,Limit}, P_Sys,Soll,1) bereitstellt, welche der Druckregelschaltung (21) zugeführt wird, wobei die Druckregelschaltung (21) einen Sollwert (ω_Akt,Soll) der Drehzahl des elektromechanischen Aktuators (1) sowie einen Sollwert (α_Akt,Soll) der Drehzahländerung bereitstellt, die einem zweiten Modul (22) zur Berechnung eines Sollwerts (M_Akt,Soll) für das Moment des elektromechanischen Aktuators (1) zugeführt werden, und wobei der Druckregelschaltung (21) und dem zweiten Modul (22) je ein durch das erste Modul (20, 20a) modifizierter Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}, P_Sys,Soll,1) zugeführt wird.
Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (20, 20a) eine erste Schaltung (23) zur Begrenzung auf einen maximalen Druck (P_Sys,Max) aufweist, deren Ausgangsgröße (P_Sys,Soll,1) mittels einer statischen Druck-Volumen-Kennlinie (24) der Radbremse (9) in einen Volumenwert (Vol_Akt,Soll) umgerechnet wird, der einer Aktuatorposition (X_Akt,Soll) entspricht, deren Änderung in einem Anstiegsbegrenzungsmodul (26) auf eine maximal zulässige Aktuatorgeschwindigkeit(ω_Akt,Soll,Max) begrenzt wird, wobei die Ausgangsgröße (X_Akt,Soll,1) des Anstiegsbegrenzungsmoduls (26) mittels der statischen Druck-Volumen-Kennlinie (24) in den dem zweiten Modul (22) zugeführten modifizierten Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) umgerechnet wird.
Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregelschaltung (21) eine erste Schaltung (28, 29) zur Skalierung der Regelabweichung (∆P) umfasst, welche einem Druckregler (21‘) der Druckregelschaltung (21) vorgeschaltet ist.
Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (ω_Akt,Soll,R) des Druckreglers (21‘) mittels einer zweiten Schaltung (30) zur Begrenzung auf eine maximale sowie minimale Aktuatorgeschwindigkeit (ω_Akt,Soll,Max, ω_Akt,Soll,Min) begrenzt wird, deren Änderung in einem zweiten Anstiegsbegrenzungsmodul (31) auf eine maximal zulässige Aktuatorbeschleunigung (α_Akt,Soll,Max) begrenzt wird.
Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (M_Akt,Soll) des zweiten Moduls (22) durch eine Summe dreier Teilmomente (M_FFW,Prs, M_Fr, M_Acc) gebildet wird, wobei das erste Teilmoment (M_FFW,Prs) dem dem zweiten Modul (22) zugeführten modifizierten Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) entspricht, das zweite Teilmoment (M_Fr) einem durch die im Aktuator (1) auftretende Reibung verursachten Reibungsmoment entspricht und das dritte Teilmoment (M_Acc) dem Beschleunigungsmoment des Aktuators (1) entspricht.
Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Modul (22) zugeführte, durch das erste Modul (20) modifizierte Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) auch der Druckregelschaltung (21) zugeführt wird.
Regelschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dem zweiten Modul (22) zugeführte, durch das erste Modul (20a) modifizierte Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) und der der Druckregelschaltung (21) zugeführte, durch das erste Modul (20a) modifizierte Druck-Sollwert (P_Sys,Soll,1) verschieden sind, wobei insbesondere der der Druckregelschaltung (21) zugeführte modifizierte Druck-Sollwert einen auf einen Maximalwert (P_Sys,Max) begrenzten Druck (P_Sys,Soll,1) darstellt.
Schaltungsanordnung zur Steuerung einer Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer hydraulisch betätigbaren Radbremse (9), welche mittels einer elektronisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung (50) betätigbar ist, die eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum (4) umfasst, deren Kolben (3) durch einen elektromechanischen Aktuator (1) verschiebbar ist, so dass ein vorgegebener Druck-Sollwert (P_Sys,Soll) in dem hydraulischen Druckraum (4) einstellbar ist, wobei Stellgrößen (ω_Akt,Soll, M_Akt,Soll) für den elektromechanischen Aktuator (1) anhand des vorgegebenen Druck-Sollwerts (P_Sys,Soll) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Modul (120) zur Modifikation des Druck-Sollwerts (P_Sys,Soll) vorgesehen ist, das als Ausgangsgrößen einen begrenzten Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}), einen Sollwert (ω_Akt,Soll) der Drehzahl des elektromechanischen Aktuators (1) sowie einen Sollwert der Drehzahländerung (α_Akt,Soll) bereit stellt, wobei die Ausgangsgrößen (P_{Sys,Soll,Limit}, ω_Akt,Soll, α_Akt,Soll) einem zweiten Modul (122) zur Berechnung eines Sollwerts (M_Akt,Soll) für das Moment des elektromechanischen Aktuators (1) zuführt werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (M_Akt,Soll) des zweiten Moduls (122) durch eine Summe dreier Teilmomente (M_FFW,Prs, M_Fr, M_Acc) gebildet wird, wobei das erste Teilmoment (M_FFW,Prs) dem dem zweiten Modul zugeführten modifizierten Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) entspricht, das zweite Teilmoment (M_Fr) einem durch die im Aktuator auftretende Reibung verursachten Reibungsmoment entspricht und das dritte Teilmoment (M_Acc) dem Beschleunigungsmoment des Aktuators (1) entspricht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Modul (120) eine erste Schaltung (23) zur Begrenzung auf einen maximalen Druck (P_Sys,Max) aufweist, deren Ausgangsgröße (P_Sys,Soll,1) mittels einer statischen Druck-Volumen-Kennlinie (24) der Radbremse (9) in einen Volumenwert (Vol_Akt,Soll) umgerechnet wird, der einer Aktuatorposition (X_Akt,Soll) entspricht, die in einem Anstiegsbegrenzungsmodul (126) begrenzt wird, wobei die Ausgangsgröße (X_Akt,Soll,2) des Anstiegsbegrenzungsmoduls (126) mittels der statischen Druck-Volumen-Kennlinie (24) in den dem zweiten Modul (122) zugeführten modifizierten Druck-Sollwert (P_{Sys,Soll,Limit}) umgerechnet wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anstiegsbegrenzungsmodul (126) eine erste Additionsstelle (130), ein erstes Begrenzungsmodul (131), eine zweite Additionsstelle (132), ein zweites Begrenzungsmodul (133), ein erstes zeitdiskretes Integrationsglied (135) sowie ein zweites zeitdiskretes Integrationsglied (137) aufweist, wobei in der ersten Additionsstelle (130) die Aktuatorposition (X_Akt,Soll) mit der Ausgangsgröße (X_Akt,Soll,2) des zweiten zeitdiskreten Integrationsglieds (137) verglichen wird und in der zweiten Additionsstelle (132) die Ausgangsgröße (∆X_L) des ersten Begrenzungsmoduls (131) mit der Ausgangsgröße (ΔX_LL) des ersten zeitdiskreten Integrationsglieds (135) verglichen wird.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (∆∆X_L) des zweiten Begrenzungsmoduls (133) einem ersten Skalierungselement (134) zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße dem Sollwert (α_Akt,Soll) der Aktuatorbeschleunigung entspricht.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (ΔX_LL) des ersten zeitdiskreten Integrationsglieds (135) einem zweiten Skalierungselement (136) zugeführt wird, dessen Ausgangsgröße dem Sollwert (ω_Akt,Soll) der Aktuatorgeschwindigkeit entspricht.
Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (X_Akt,Soll,2) des zweiten zeitdiskreten Integrationsglieds (137) der ersten Additionsstelle (130) mit einer Zeitverzögerung (138) zugeführt wird, die einem Abtastschritt der Schaltungsanordnung entspricht.
Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgröße (ΔX_LL) des ersten zeitdiskreten Integrationsglieds (135) der zweiten Additionsstelle (132) mit einer Zeitverzögerung zugeführt wird, die einem Abtastschritt der Schaltungsanordnung entspricht.