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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines elektromagnetischen Ventils für ein Bremssystem bei einem Kraftfahrzeug, wobei das Ventil einen Anker und eine Spule beinhaltet und der Anker bei einer Ansteuerung des Ventils durch ein magnetisches Feld der Spule bewegt wird und ein durch die Position des Ankers definierter Luftspalt des Ventils verringert wird. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren dabei die folgenden Schritte: Ermittlung einer Stromstärke während der Ansteuerung des Ventils, Analyse einer Charakteristik der Stromstärke während der Ansteuerung des Ventils, Bewertung der Funktionsfähigkeit des Ventils auf Basis der Analyse der Charakteristik der Stromstärke. Auch ist eine Vorrichtung vorgesehen, die entsprechend ausgestaltet ist, das Verfahren auszuführen.
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Stand der Technik
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Mit der Einführung von hoch automatisierten Fahren werde höhere Anforderungen an die Verfügbarkeit eines Bremssystems gestellt. Ab den SAE J3016 Level 3 besteht bspw. die Anforderung den Verzögerungsaktuator redundant darzustellen. Für das primäre als auch für das redundante Bremssystem muss auch im Standbybetrieb sichergestellt werden, dass keine schlafenden bzw. unbemerkten Fehler vorhanden sind. Jedoch besteht bei Stellern mit einer hydraulischen Pumpe-Ventil-Einheit als Fehlerbild verklemmte Ventile (bspw. „stuck close“ bzw. „stuck open“). Diese werden zumeist indirekt durch das Wegbleiben des Verzögerungsaufbaus festgestellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhaft ermöglicht hingegen das erfindungsgemäße Verfahren ein entsprechendes Fehlerbild mit einem einfachen Test zu erkennen.
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Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines elektromagnetischen Ventils für ein Bremssystem bei einem Kraftfahrzeug, wobei das Ventil einen Anker und eine Spule beinhaltet und der Anker bei einer Ansteuerung des Ventils durch ein magnetisches Feld der Spule bewegt wird und ein durch die Position des Ankers definierter Luftspalt des Ventils verringert wird. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren dabei die folgenden Schritte:
- - Ermittlung einer Stromstärke während der Ansteuerung des Ventils,
- - Analyse einer Charakteristik der Stromstärke während der Ansteuerung des Ventils,
- - Bewertung der Funktionsfähigkeit des Ventils auf Basis der Analyse der Charakteristik der Stromstärke.
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Hierunter wird verstanden, dass nicht indirekt über die Messung des Aufbaus eines hydraulischen Drucks die Funktionsfähigkeit eines Ventils überprüft wird. Vielmehr wird die Funktionsfähigkeit direkt durch eine Messung einer elektrischen Kenngröße des Ventils ermittelt. Als elektrische Kenngröße wird die Stromstärke herangezogen. Es wurde identifiziert, dass mittels der ermittelten Stromstärke ein direkter Rückschluss auf eine tatsächliche Bewegung des Ventilstößels ermöglicht werden kann. So wird bei einem Magnetventil bei einer Betätigung, d.h. Bestromung, des Ventils der Anker bewegt und der Luftspalt des Magnets reduziert. Diese Reduzierung des Luftspalts bewirkt eine Änderung der magnetischen Suszeptibilität im Spule-Anker-Kreis und bewirkt einen Stromverlauf. Eine Analyse dieses Stromverlaufs kann eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Ventils ermöglichen. So kann bei dem Vorliegen von spezifischen Charakteristiken im Stromstärkeverlauf bspw. eine Funktionsfähigkeit mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekt bewertet werden. Bspw. sei hier das Erkennen eines lokalen Maximums genannt. Fehlen die spezifischen Charakteristiken, kann hingegen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von einem Fehlerfall ausgegangen werden. Alternativ kann ein Fehlerfall auch an eigenen spezifische Charakteristiken des Stromwerteverlaufs erkannt werden.
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Als Charakteristik der Stromstärke wird bspw. der zeitliche Verlauf der Stromstärke verstanden. Selbstverständlich können auch einzelne Werte bspw. Extremstellen im Stromstärkeverlauf hierunter verstanden werden. Eine Aufbereitung der ermittelten Stromstärke wie bspw. Bildung einer zeitlichen Änderungsrate der Stromstärke sind ebenfalls als Charakteristik der Stromstärke zu verstehen.
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In vorteilhafter Weise wird ausschließlich der Stromverlauf analysiert, um eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Ventils zu erlangen. Das heißt es werden keine anderen ermittelten Messgrößen hierbei berücksichtigt, insbesondere nicht der hydraulische Druck.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Ventils keine Aktivierung eines Druckerzeugers für das hydraulische Bremssystem erfolgt.
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Hierunter wird verstanden, zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Ventils kein Druckaufbau erfolgt. Es erfolgt also lediglich eine Ansteuerung des Ventils - jedoch ohne Ansteuerung eines Hydraulikdruckerzeugers. Eine Analyse der Funktionsfähigkeit des Ventils erfolgt also ohne Analyse des (aktuell vorliegenden) Hydraulikdrucks. Dies bedeutet, dass die Prüfung der Funktionsfähigkeit nicht als sogenannter aktiver Test ausgeführt wird. Als aktiver Test wird ein Test bezeichnet, bei welchem bspw. das Hydraulikaggregat zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv Bremsdruck aufbaut, die Ventile werden entsprechend geschalten und der in der Radbremse anliegende Druck gemessen und analysiert. Auf Basis der bekannten Eingangsinformationen kann anhand des gemessenen Drucks beurteilt werden, ob die Ventile vollständig funktionsfähig sind. Durch die aktiven Tests steigt jedoch die hydraulische Last im Steller über die Lebenszeit des Bremssystems. Weiterhin finden aktive Test im Komfortbereich des Fahrens statt. Dies führt zu erhöhten Anforderungen bezüglich Geräusch und Vibration (NVH). Diese Anforderungen erfordern zusätzliche kostenintensive Dämpfungsmaßnahmen. Auch sind aktive Tests sin komplex und haben eine starke Rückwirkung auf das Gesamtsystem. Der vorgestellte Ansatz vermeidet jedoch in vorteilhafter Weise die Notwendigkeit eines solchen aktiven Tests.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt entsprechend die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Ventils als passiver Test. Insbesondere erfolgt die Überprüfung der Funktionsfähigkeit während einem regulären Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs.
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In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ventil als funktionsfähig bewertet, wenn die Charakteristik der Stromstärke während der Ansteuerung eine definierte Bedingung erfüllt.
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Hierunter wird verstanden, dass eine volle Funktionsfähigkeit des zu überprüfenden Ventils angenommen wird, wenn die Charakteristik der Stromstärke eine definierte Bedingung erfüllt. Natürlich kann hierunter auch verstanden werden, dass die Charakteristik der Stromstärke mehrere definierte Bedingungen erfüllen muss. Vorteilhaft beziehen sich jedoch alle definierten Bedingungen auf die Stromstärke und sind über die ermittelten Stromstärkewerte zu überprüfen.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird das Ventil als nicht-funktionsfähig bewertet, wenn die Charakteristik der Stromstärke während der Ansteuerung eine definierte Bedingung nicht erfüllt.
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Hierunter wird verstanden, dass falls eine definierte Bedingung im Stromwerteverlauf nicht erkannt wird, von einem Fehlerfall im Ventil ausgegangen wird. Es ist also nicht notwendig, dass eine bestimmte Charakteristik identifiziert wird, um auf einen Fehlerfall zu bewerten. Wird vielmehr eine bestimmte Bedingung, welche einen Gut-Fall beschreibt, nicht identifiziert, wird von einem Fehlerfall ausgegangen. Hierdurch kann die Sicherheit erhöht werden.
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In einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens wird zur Analyse der Charakteristik der Stromstärke eine Änderungsrate der Stromstärke ermittelt wird.
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Hierunter wird verstanden, dass eine zeitliche Ableitung des ermittelten Stromstärkeverlaufs gebildet wird. Die Bewertung der Funktionsfähigkeit des Ventils erfolgt entsprechend auf Basis der Änderungsrate der Stromstärke.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ventil als funktionsfähig bewertet, wenn die Änderungsrate der Stromstärke eine definierte Bedingung erfüllt.
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Hierunter wird verstanden, dass von einem funktionsfähigen Ventil ausgegangen wird, wenn eine zeitliche Ableitung des ermittelten Stromstärkeverlaufs einen definierten Wert erreicht.
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In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ventil als funktionsfähig bewertet, wenn die Änderungsrate der Stromstärke einen Vorzeichenwechsel ausbildet.
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Hierunter wird verstanden, dass von einem funktionsfähigen Ventil ausgegangen wird, wenn eine zeitliche Ableitung des ermittelten Stromstärkeverlaufs einen Nulldurchgang aufweist.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Ventil als funktionsfähig bewertet, wenn die Änderungsrate einen definierten Schwellenwert erreicht, insbesondere nach einem Vorzeichenwechsel einen definierten Schwellenwert erreicht.
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Hierunter wird verstanden, dass von einem funktionsfähigen Ventil ausgegangen wird, wenn eine zeitliche Ableitung des ermittelten Stromstärkeverlaufs einen Nulldurchgang aufweist und einen definierten negativen Schwellenwert erreicht.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Überprüfung der Funktionsfähigkeit zu einem definierten Zeitpunkt, insbesondere bei einem Start einer automatisierten Fahrfunktion eines Kraftfahrzeugs und/oder während der Ausführung einer automatisierten Fahrfunktion eines Kraftfahrzeugs.
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Hierunter wird verstanden, dass die Ansteuerung des Ventils zu einem definierten Zeitpunkt erfolgt. Die Ermittlung der Stromstärke erfolgt selbstverständlich ebenfalls zu dem beschriebenen definierten Zeitpunkt.
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In einer möglichen Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Verfahren den folgenden Schritt: Ausführung einer definierten Maßnahme auf Basis der Bewertung der Funktionsfähigkeit des Ventils.
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Hierunter wird verstanden, dass bspw. eine definierte Maßnahme ausgeführt wird, wenn das Ventil als nicht-funktionsfähig bewertet wird. Bspw. kann in einem solchen Fall eine Adaption der Ventilsteuerung, bzw. Ventilregelung im gesamten Bremssystem erfolgen, um den Ausfall des Ventils bestmöglich zu kompensieren. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Adaption einer definierten Fahrfunktion erfolgen. Bspw. kann die Freigabe einer bestimmten automatisierten Fahrfunktion verweigert werden, da das Ventil und damit das Bremssystem nicht vollumfänglich funktioniert. Weiterhin kann als Maßnahme ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher des Fahrzeugs erfolgen. Selbstverständlich kann auch ein Warnhinweis oder eine sonstige Information an den Fahrer und/oder Dritte ausgegeben werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Als Vorrichtung kann in diesem Sinne ein Steuergerät verstanden werden. Weiterhin kann auch ein Ventil verstanden werden, welches ausgestaltet ist das Verfahren umzusetzen. Weiterhin kann auch das entsprechend eingerichtete Hydraulikaggregat oder/und das Bremssystem als derartige Vorrichtung verstanden werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsformen
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
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Von den Figuren zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystems; und
- 2 einen ermittelten Verlauf einer Stromstärke sowie deren Änderungsrate während einer Ansteuerung eines Magnetventils, und
- 3 Verfahrensschritte eines Ausgestaltungsbeispiels.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines hydraulischen Bremssystem 2 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug 1. Mittels des Bremssystems 2 werden die vier Räder 3 des Kraftfahrzeugs 1 gebremst. Die Räder 3 weisen dafür nicht näher dargestellte hydraulische Radbremsen auf. Das Bremssystem 2 umfasst ein Hydraulikaggregat 4 und ein Steuergerät 5. Das Hydraulikaggregat 4 weist weiterhin einen Druckerzeuger 6 sowie wenigstens ein Ventil 7 auf. Der Druckerzeuger 6 ist bspw. ein Elektromotor welcher eine Kolbenpumpe antreibt. Die Ventile 7 sind bspw. elektromagnetische Ventile. Diese umfassen eine Spule, die bei Ansteuerung ein magnetisches Feld erzeugen. Dieses magnetische Feld wirkt auf einen beweglichen Anker, welcher durch das magnetische Feld aus seiner Ruhelage in eine ausgelenkte Lage bewegt wird. Die Position des Ankers definiert einen Luftspalt im Magnet, bspw. zwischen dem Anker und dem Stator. Das magnetische Feld bewirkt eine Änderung der Position des Ankers. Hierdurch wird auch der Luftspalt verändert. Bspw. verringert sich der Luftspalt bei einer Auslenkung des Ankers aus seiner stromlos geschlossenen Position. Die Ventile können stromlos geschlossen ausgestaltet sein. Alternativ oder zusätzlich können Ventile stromlos offen ausgestaltet sein. Die konstruktive Ausgestaltung derartiger Ventile kann sehr unterschiedlich sein und wird anbei nicht dargestellt.
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2 zeigt einen ermittelten Verlauf einer Stromstärke (I) sowie deren Änderungsrate (dl) über die Zeit (t) während einer Ansteuerung eines Magnetventils. Für den Test der Funktionsfähigkeit des Ventils erfolgt zu einem definierten Trigger-Zeitpunkt eine Bestätigung (d.h. Ansteuerung) des Ventils. Der Strom wird über eine hochfrequente Auslese-Elektronik gemessen und differenziert. Durch das Betätigen bewegt sich der Anker und der Luftspalt des Ventils wird geschlossen. Dieses schließen bewirkt eine Änderung der magnetische Suszeptibilität im Spule-Ankerkreis was eine Änderung des magnetischen Flusses erzeugt. Dieser Zusammenhang bewirkt den in dargestellten charakteristischen Stromverlauf eines betätigten Sitzventiles. Hierbei ist zu erkennen, dass die Stromstärke zunächst ansteigt. Anschließend bildet der Verlauf der Stromstärke ein Maxima. An diesem Punkt zeigt die Änderungsrate einen Nulldurchgang - vom Positiven ins Negative. Nach dem ersten lokalen Maximum der Stromstärke sinkt die Stromstärke aufgrund der geänderten magnetischen Suszeptibilität. Sobald der Luftspalt vollständig geschlossen ist, ergibt sich ein lokales Minimum in dem Verlauf der Stromstärke, welche im Anschluss wieder ansteigt. Das Minimal ist kein stationärer Punkt, da nicht differenzierbar, wie die Änderungsrate zeigt. In der gezeigten beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird ein negativer Schwellenwert für die Änderungsrate definiert. Dieser ist dargestellt durch die gestrichelte Linie parallel zur waagrechten Zeitachse. Mittels dieses Schwellenwertes wird definiert, ab welcher Veränderung der Stromstärke eine Funktionsfähigkeit des Ventils bestätigt, d.h. angenommen wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass zu dem besagten Zeitpunkt das lokale Maxima der Stromstärke bereits überschritten wurde (siehe Schnittpunkt gestrichelte vertikale Linie und Stromverlaufslinie). Der definierte Schwellenwert bildet somit eine Art Sicherheitsschwelle, wobei eine Funktionsfähigkeit erst dann angenommen wird, wenn diese Sicherheitsschwelle erfüllt ist. Hierdurch wird die Validität bei der Analyse der Funktionsfähigkeit verbessert und falsche Bewertungen vermieden.
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In 3 ist eine Darstellung der Verfahrensschritte einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt S1 der Start des Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines oder mehrerer Ventile des hydraulischen Bremssystems eines Kraftfahrzeugs. Bspw. erfolgt der Start in Reaktion auf eine Aktivierung einer automatischen Fahrfunktion des Kraftfahrzeugs. Nach dem Start erfolgt in einem Schritt S2 die Betätigung des Ventils, bspw. mittels Bestromung. Die Betätigung des Ventils erfolgt insbesondere ohne zusätzliche Aktivierung eines Druckerzeuges im hydraulischen Bremssystem, insbesondere ohne zeitgleiche Bestromung des Elektromotors der Hydraulikpumpe. Während das Ventil betätigt wird, wird in einem Schritt S3 die Stromstärke ermittelt. Im nächsten Schritt S4 erfolgt eine Analyse der ermittelten Stromstärke. Genau genommen erfolgt eine Analyse des Verlaufs der ermittelten Stromstärken. Basierend auf dieser Analyse wird in einem Schritt S5 eine Bewertung vorgenommen, ob eine Funktionsfähigkeit des Ventils vorliegt oder das Ventil nicht funktionsfähig ist. Im Anschluss an die Bewertung kann im nächsten Schritt S6 eine definierte Aktion ausgeführt werden. Bspw. erfolgt eine Verweigerung einer Aktivierung einer automatisierten Fahrfunktion, bzw. eine Deaktivierung einer aktivierten automatisierten Fahrfunktion. Selbstverständlich kann dabei auch eine Information an den Fahrzeuginsassen erfolgen. Auch kann ein Eintrag in den Fehlerspeicher des Fahrzeugs erfolgen. Mit dem Schritt S7 wird das Verfahren beendet.
