DE102021211245A1

DE102021211245A1 - Radbremsen Differenzdruckregelung

Info

Publication number: DE102021211245A1
Application number: DE102021211245.5A
Authority: DE
Inventors: Viktor Reichenbach; Tobias Franke; Alexander Schönbohm; Alexander Michel; Jochen Müller; Marc Lenz; Gururaj Srinivasaiah
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2021-10-06
Publication date: 2023-04-06
Also published as: WO2023057016A1; CN118103264A; KR20240048534A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines hydraulischen Drucks in zumindest einer Radbremse einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage, wobei durch eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung ein Systemdruck erzeugt wird und durch Regelung eines insbesondere stromlos offenen Einlassventils, aufweisend eine Öffnungsstromkennlinie, ein angeforderter hydraulischer Druck in der zumindest einen Radbremse eingestellt wird, der geringer ist als der Systemdruck. Zur Verbesserung der Druckregelung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Einlassventil durch Beaufschlagen mit einem Öffnungsstrom insbesondere unterhalb der Öffnungsstromkennlinie geöffnet wird und von dem Öffnungsstrom auf einen Zwischenstrom auf der Öffnungsstromkennlinie umgeschaltet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines hydraulischen Drucks in zumindest einer Radbremse einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage, wobei durch eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung ein Systemdruck erzeugt wird und durch Regelung eines Einlassventils, aufweisend eine Öffnungsstromkennlinie, ein angeforderter hydraulischer Druck in der zumindest einen Radbremse eingestellt wird, der geringer ist als der Systemdruck.
Moderne Bremssysteme arbeiten heutzutage vielfach nach dem brake-by-wire Verfahren bei dem der Fahrer keine direkte hydraulische Verbindung an die einzelnen Radbremsen aufweist. Stattdessen ist eine Druckbereitstellungseinrichtung vorgesehen, welche den Bremsdruck für die einzelnen Radbremsen bereitstellt. Eine derartige Bremsanlage weist im allgemeinen jedoch mehr einzelne Radbremsen als Druckbereitstellungseinrichtungen auf. Typischerweise ist nur eine einzige Druckbereitstellungseinrichtung für eine solche Bremsanlage vorgesehen. Sollen an den einzelnen Radbremsen unterschiedliche Raddrücke gestellt werden, so werden diese Raddrücke durch den Einsatz der Radventile realisiert. Auch bei herkömmlichen Bremsanlagen wird für die Umsetzung von Assistenzfunktionen ein Bremsdruck durch eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung aufgebaut, der durch die Radventile verteilt werden muss.
Im Stand der Technik wird dazu zwischen einem Strom unterhalb der Öffnungsstromkennlinie und einem Strom oberhalb der Öffnungsstromkennlinie gewechselt, sodass das Einlassventil gepulst geöffnet wird. Die Öffnungszeit wird basierend auf einer Volumenanforderung bestimmt.
Aus der DE 10 2012 222 897 A1 ist bekannt, die Einlassventile der Radbremsen individuell analog anzusteuern, um radindividuelle Bremsdrücke zu erzeugen. Damit wird ein von einer Druck- und Volumenstelleinheit bereitgestellter Druckmittelvolumenstrom den jeweiligen Radbremsen mit einem Druckänderungsbedarf zugeordnet. Dabei werden die Ansteuerströme der Einlassventile der ausgewählten Radbremsen zyklisch im Verhältnis zueinander abgesenkt, so dass die Zeitdauer der Stromabsenkung den Anteil der ausgewählten Radbremse am Druckaufbauvolumen definiert.
Aufgrund von Parameter- und Modellungenauigkeiten führt eine solche Regelung zwangsläufig zu Druckregelfehlern was insbesondere für Open-Loop-Regelfunktionen problematisch sein kann. Des Weiteren führt eine derartige Ansteuerung der Einlassventile zu einer hohen Geräuschbelastung.
Die Aufgabe der Erfindung liegt daher darin, eine verbesserte Druckstellung an den einzelnen Radbremsen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Einlassventils zuerst mit einem Öffnungsstrom, insbesondere unterhalb der Öffnungsstromkennlinie bei stromlos offenen Einlassventilen, beaufschlagt wird, wodurch dieses geöffnet wird. Das Einlassventil ist dabei insbesondere zwischen der Druckbereitstellungseinrichtung und der Radbremse angeordnet. Die Öffnungsstromkennlinie gibt für verschiedene Differenzdrücke über dem Einlassventil an, ab welchem Strom das Einlassventil gerade nicht mehr öffnet. Somit ist das Ventil unterhalb der Kennlinie geöffnet und oberhalb der Kennlinie geschlossen.
Von diesem Öffnungsstrom wird nachfolgend auf einen Zwischenstrom auf der Öffnungsstromkennlinie umgeschaltet. Das Einlassventil wird also nach einer kurzen Öffnungszeit gerade nicht vollständig geschlossen, sondern in einen Zwischenzustand überführt. In diesem Zwischenzustand fließt nun gerade ein solches Volumen durch das Einlassventil, dass der Raddruck einer Druckanforderung folgen kann, solange diese nicht zu schnelle Veränderungen umfasst. Der Raddruck wird somit sehr genau eingestellt, wobei die Geräuschemissionen stark reduziert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Zwischenstrom basierend auf einer Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem angeforderten hydraulischen Druck aus der Öffnungsstromkennlinie bestimmt. Es wird also nicht der aktuelle Radistdruck benötigt, welcher im Allgemeinen mangels entsprechender Sensorik nicht direkt gemessen werden kann, sondern aus einem Druckmodell berechnet wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Öffnungsstrom basierend auf einer aktuellen Druckdifferenz über dem Einlassventil und/oder einem geforderten Volumenstrom durch das Einlassventil eingestellt. Der Öffnungsstrom ist ein elektrischer Strom, bei dem das Einlassventil klar geöffnet ist. Da der Strom zum Öffnen des Ventils somit nicht einfach auf null abgesenkt wird, ist der Volumenstrom einstellbar und die Geräuschbelastung wird minimiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Druckdifferenz über das Einlassventil aus dem Systemdruck und dem Radistdruck bestimmt, wobei insbesondere der Radistdruck aus einer Modellrechnung bestimmt wird und nicht aus einem radindividuellen Drucksensor. Unter einem Systemdruck kann auch allgemein ein Radvordruck verstanden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von dem Öffnungsstrom auf den Zwischenstrom umgeschaltet, sobald der Radistdruck den Radsolldruck im Rahmen einer akzeptablen Abweichung erreicht hat. Durch das vollständige Öffnen des Einlassventils wird daher zu Beginn ein großer Volumenstrom ermöglicht, um die Differenz zwischen Solldruck und Istdruck möglichst rasch zu überwinden, wobei dann auf den Zwischenstrom umgeschaltet wird, um die genaue und leise Differenzdruckregelung zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Öffnungsstrom an das Einlassventil angelegt wird, sobald der Unterschied zwischen Radistdruck und Radsolldruck größer als ein Schwellwert ist. Als Schwellwert kann beispielsweise ein Wert zwischen 0,5 und 3 bar, insbesondere um 1 bar gewählt werden. Tritt also bei schnellen Änderungen des Sollwerts wieder größere Diskrepanzen zwischen dem Sollwert und dem Istwert des Raddrucks auf, so wird durch erneutes Beaufschlagen mit dem Öffnungsstrom das Einlassventil ganz geöffnet, um eine schnelle Anpassungen an den Solldruck zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Einlassventil nicht gepulst angesteuert, sodass der Druckangleich des Radistdrucks an den Radsolldruck kontinuierlich erfolgt. Dadurch werden die Geräuschemissionen der Raddruckregelung stark reduziert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei konstantem Radsolldruck eine Nachlaufphase beginnt. Dabei wird der elektrische Ventilstrom für eine Nachlaufzeit auf dem Zwischenstrom gehalten. Als Nachlaufzeit können Werte zwischen 100ms bis 500ms gewählt werden. Der Radistdruck wird dadurch auch bei vorherigen Fehlern genau auf den Radsolldruck eingestellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einem Druckgradienten, also der zeitlichen Ableitung des Radsolldrucks, kleiner als ein Schwellwert periodisch ein Stabilisierungspuls an das Einlassventil angelegt. Wie bereits beschrieben befinden sich die Einlassventile bei Beaufschlagung mit dem Zwischenstrom nicht in einem stabilen Zustand. Veränderungen im Durchfluss können daher dazu führen, dass das Ventil ganz aufgedrückt wird. Um dies zu verhindern wird zwischen dem berechneten Zwischenstrom und einem größeren Stabilisierungsstrom hin und her geschaltet. Der Stabilisierungspuls mit dem Stabilisierungsstrom wird jedoch nur für eine so kurze Zeit angelegt, dass sich der Ventilstößel nicht nennenswert bewegt. Insbesondere können dazu Pulse mit der Dauer von 1 ms alle 10ms bis 20ms angelegt werden. Als Stabilisierungsstrom kann ein Strom gewählt werden, der 50 bis 500 mA, insbesondere 100mA über dem Zwischenstrom liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ventilstrom basierend auf einer Pulsregelung berechnet, der Ventilstrom mit dem Zwischenstrom verglichen und der kleinere der beiden Ströme an dem Einlassventil angelegt. Somit ist sichergestellt, dass durch die Differenzdruckregelung die Druckstellung nicht langsamer als durch die bekannte Pulsregelung oder volumetrische Regelung erfolgt.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine hydraulische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung, zumindest eine Radbremse und ein der Radbremse zugeordnetes stromlos offenes Einlassventil, sowie eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist zur Regelung eines hydraulischen Drucks in der zumindest einen Radbremse durch die elektrische Druckbereitstellungseinrichtung einen Systemdruck zu erzeugen und durch Regelung des stromlos offenen Einlassventils, aufweisend eine Öffnungsstromkennlinie, einen hydraulischen Druck in der zumindest einen Radbremse einzustellen, der geringer ist als der Systemdruck, wobei das Einlassventil durch Beaufschlagen mit einem Öffnungsstrom unterhalb der Öffnungsstromkennlinie geöffnet wird und von dem Öffnungsstrom auf einen Zwischenstrom auf der Öffnungsstromkennlinie umgeschaltet wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zum Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.

1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Bremssystem,
2 zeigt ein Diagramm einer volumetrischen Druckregelung,
3 zeigt ein Diagramm mit den Druckverläufen einer volumetrischen Druckregelung,
4 zeigt ein Diagramm mit einer Öffnungsstromkennlinie,
5 zeigt ein Diagramm einer erfindungsgemäßen Differenzdruck Regelung,
6 zeigt ein Diagramm mit den Druckverläufen einer erfindungsgemäßen Differenzdruck Regelung,
7 zeigt ein Diagramm mit Geräuschemissionen bei der Druckregelung;

Das in 1 dargestellte Bremssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 8a-8d. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1 betätigbaren Hauptbremszylinder 2, einen mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammenwirkenden Wegsimulator bzw. eine Simulationseinrichtung 3, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, und eine Ventilanordnung umfassend radindividuelle Bremsdruckmodulationsventile, welche beispielsgemäß als Einlassventile 6a-6d und Auslassventile 7a-7d ausgeführt sind. Weiterhin umfasst das Bremssystem zumindest eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12 zur Ansteuerung der elektrisch betätigbaren Komponenten des Bremssystems.
Beispielsgemäß ist die Radbremse 8a dem linken Vorderrad (FL), die Radbremse 8b dem rechten Vorderrad (FR), die Radbremse 8c dem linken Hinterrad (RL) und die Radbremse 8d dem rechten Hinterrad (RR) zugeordnet.
Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 16 einen Hauptbremszylinderkolben 15 auf, der eine hydraulische Druckkammer 17 begrenzt, und stellt einen einkreisigen Hauptbremszylinder 2 dar. Die Druckkammer 17 nimmt eine Rückstellfeder 9 auf, die den Kolben 15 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positioniert. Die Druckkammer 17 steht einerseits über in dem Kolben 15 ausgebildete radiale Bohrungen sowie eine entsprechende Druckausgleichsleitung 41 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei diese durch eine Relativbewegung des Kolbens 15 im Gehäuse 16 absperrbar sind. Die Druckkammer 17 steht andererseits mittels eines hydraulischen Leitungsabschnitts (auch als erste Zufuhrleitung bezeichnet) 22 mit einer Bremsversorgungsleitung 13 in Verbindung, an welche die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a-6d angeschlossen sind. So ist die Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 mit allen Einlassventilen 6a-6d verbunden.
In der Druckausgleichsleitung 41 bzw. in der Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ist beispielsgemäß kein elektrisch oder hydraulisch betätigbares Ventil angeordnet.
Alternativ kann in der Druckausgleichsleitung 41 bzw. zwischen dem Hauptbremszylinder 2 und dem Druckmittelvorratsbehälter 4 ein, insbesondere stromlos offenes, Diagnoseventil, bevorzugt eine Parallelschaltung eines stromlos offenen Diagnoseventils mit einem zum Druckmittelvorratsbehälter 4 hin schließenden Rückschlagventil, enthalten sein.
Die Ventilanordnung kann außerdem noch weitere hydraulische Ventile umfassen. Zwischen der an die Druckkammer 17 angeschlossenen Zufuhrleitung 22 und der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein Trennventil 23 angeordnet bzw. Druckkammer 17 ist mit der Bremsversorgungsleitung 13 über die erste Zufuhrleitung 22 mit einem Trennventil 23 verbunden. Das Trennventil 23 ist als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (SO-), 2/2-Wegeventil ausgebildet. Durch das Trennventil 23 kann die hydraulische Verbindung zwischen der Druckkammer 17 und der Bremsversorgungsleitung 13 abgesperrt werden.
Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem vorzugsweise redundant ausgeführten Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch eines Fahrzeugführers.
Ein an die erste Zufuhrleitung 22 angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den in der Druckkammer 17 durch ein Verschieben des Kolbens 15 aufgebauten Druck.
Dieser Druckwert kann ebenso zur Charakterisierung oder Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers ausgewertet werden. Alternativ zu einem Drucksensor 20 kann auch ein Kraftsensor 20 zur Bestimmung des Bremswunschs des Fahrzeugführers verwendet werden.
Die Simulationseinrichtung 3 ist beispielsgemäß hydraulisch ausgeführt und hydraulisch an den Hauptbremszylinder 2 angekoppelt. Die Simulationseinrichtung 3 weist beispielsweise im Wesentlichen eine Simulatorkammer 29, eine Simulatorrückkammer 30 sowie einen die beiden Kammern 29, 30 voneinander trennenden Simulatorkolben 31 auf. Der Simulatorkolben 31 stützt sich durch ein in der (beispielsgemäß trockenen) Simulatorrückkammer 30 angeordnetes elastisches Element 33 (z. B. Simulatorfeder) an einem Gehäuse ab. Die hydraulische Simulatorkammer 29 ist beispielsgemäß mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigbaren, vorzugsweise stromlos geschlossenen Simulatorfreigabeventils 32 mit der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 verbunden.
Das Bremssystem bzw. die Bremsanlage umfasst je hydraulisch betätigbarer Radbremse 8a-8d ein Einlassventil 6a-6d und ein Auslassventil 7a-7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremse 8a-8d angeschlossen sind. Den Einlassventilen 6a-6d ist jeweils ein zu der Bremsversorgungsleitung 13 hin öffnendes, nicht näher bezeichnetes Rückschlagventil parallelgeschaltet. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a-7d sind über eine gemeinsame Rücklaufleitung 14 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Bei den Ventilen, insbesondere den Einlassventilen, kann es sich insbesondere um Sitzventile handeln. Solche Sitzventile besitzen im undurchströmten Fall nur zwei stabile Zustände, vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Wird ein Sitzventil durchströmt wirkt zusätzlich zu der Federkraft, der Magnetkraft und der Druckkraft noch eine Strömungskraft die sich aus der Druckänderung zufolge der Strömung ergibt. Durch eine geeignete Federwahl sowie der elektromagnetischen Eigenschaften (Restluftspalt, Spule) lässt sich ein Ventil so konstruieren, dass sich durch die Strömungskräfte auch mehrere stabile Positionen ergeben. Dies ist aber nicht mit der Güte eines Proportionalventils vergleichbar und es gibt in solchen Ventilen typischerweise Probleme mit Schwingneigung des Stößels in den Zwischenpositionen was wiederum zu Geräuschen und Vibrationen (NVH) führt.
Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung (bzw. ein einkreisiger, elektrohydraulischer Aktuator) oder Linearaktuator ausgebildet, dessen Kolben 36 von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes 39 betätigbar ist. Der Kolben 36 begrenzt den einzigen Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet.
An den Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist ein Leitungsabschnitt (auch als zweite Zufuhrleitung bezeichnet) 38 angeschlossen. Die Zufuhrleitung 38 ist über ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos geschlossenes, Zuschaltventil 26 als Teil der Ventilanordnung mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Durch das Zuschaltventil 26 kann die hydraulische Verbindung zwischen dem Druckraum 37 der elektrisch steuerbaren Druckbereitstellungseinrichtung 5 und der Bremsversorgungsleitung 13 (und damit den Eingangsanschlüssen der Einlassventile 6a-6d) gesteuert geöffnet und abgesperrt werden.
Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das im Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die zweite Zufuhrleitung 38 eingespeist. In einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart, insbesondere in einem fehlerfreien Zustand der Bremsanlage, wird die Zufuhrleitung 38 über das Zuschaltventil 26 mit der Bremsversorgungsleitung 13 verbunden. Auf diesem Weg erfolgt bei einer Normalbremsung ein Radbremsdruckauf- und -abbau für alle Radbremsen 8a-8d durch Vor- und Zurückfahren der Kolbens 36.
Bei einem Druckabbau durch Zurückfahren des Kolbens 36 strömt das vorher aus dem Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 in die Radbremsen 8a-8d verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück.
Alternativ können radindividuell unterschiedliche Radbremsdrücken einfach mittels der Einlass- und Auslassventile 6a-6d, 7a-7d eingestellt werden. Bei einem entsprechenden Druckabbau strömt der über die Auslassventile 7a-7d abgelassene Druckmittelanteil über die Rücklaufleitung 14 in den Druckmittelvorratsbehälter 4.
Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenem Zuschaltventil 26 möglich, indem Druckmittel aus dem Behälter 4 über die Leitung 42 mit einem in Strömungsrichtung zum Aktuator 5 öffnenden Rückschlagventil 53 in den Aktuatordruckraum bzw. Druckraum 37 strömen kann. Beispielsgemäß ist Druckraum 37 außerdem in einem unbetätigten Zustand des Kolbens 36 über ein oder mehrere Schnüffellöcher mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden. Diese Verbindung zwischen Druckraum 37 und Druckmittelvorratsbehälter 4 wird bei einer (ausreichenden) Betätigung des Kolbens 36 in Betätigungsrichtung 27 getrennt.
In der Bremsversorgungsleitung 13 ist ein elektrisch betätigbares, stromlos offenes Kreistrennventil 40 angeordnet, durch welches das Bremssystem in zwei hydraulische Teilkreise aufgeteilt ist. Die Bremsversorgungsleitung 13 ist aufgeteilt in einen ersten Leitungsabschnitt 13a, welcher (über das Trennventil 23) mit dem Hauptbremszylinder 2 verbunden ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 13b im zweiten hydraulischen Teilkreis, welcher (über das Zuschaltventil 26) mit der Druckbereitstellungseinrichtung 5 verbunden ist. Der erste Leitungsabschnitt 13a ist mit den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b verbunden und der zweite Leitungsabschnitt 13b ist mit den Einlassventilen 6c, 6d der Radbremsen 8c, 8d verbunden.
Bei geöffnetem Kreistrennventil 40 ist die Bremsanlage einkreisig ausgeführt. Durch Schließen des Kreistrennventils 40 kann die Bremsanlage, insbesondere situationsgerecht gesteuert, in zwei hydraulische Teilkreise, die Bremskreise I und II aufgetrennt oder aufgeteilt werden. Dabei ist im ersten Bremskreis I der Hauptbremszylinder 2 (über das Trennventil 23) mit nur noch den Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b der Vorderachse VA verbunden, und im zweiten Bremskreis II die Druckbereitstellungseinrichtung 5 (bei geöffnetem Zuschaltventil 26) mit nur noch den Radbremsen 8c und 8d der Hinterachse HA verbunden.
Die Eingangsanschlüsse aller Einlassventile 6a-6d können bei offenem Kreistrennventil 40 mittels der Bremsversorgungsleitung 13 mit einem Druck versorgt werden, der in einer ersten Betriebsart (z. B. „Brake-by-Wire“-Betriebsart) dem Bremsdruck entspricht, der von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellt wird. Die Bremsversorgungsleitung 13 kann in einer zweiten Betriebsart (z. B. in einer stromlosen Rückfallbetriebsart) mit dem Druck der Druckkammer 17 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt werden. Dieser Druck wird auch als Systemdruck bezeichnet, da er bei geöffnetem Kreistrennventil 40 an allen Einlassventilen 6a - 6d anliegt.
Vorteilhafterweise umfasst die Bremsanlage eine Pegelmesseinrichtung 50 zur Bestimmung eines Druckmittelpegels/-standes in dem Druckmittelvorratsbehälter 4.
Beispielsgemäß sind die hydraulischen Komponenten, nämlich der Hauptbremszylinder 2, die Simulationseinrichtung 3, die Druckbereitstellungseinrichtung 5, die Ventilanordnung mit den hydraulischen Ventilen 6a-6d, 7a-7d, 23, 26, 40 und 32 sowie die hydraulischen Verbindungen inklusive der Bremsversorgungsleitung 13, zusammen in einer hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 (HCU) angeordnet. Der hydraulischen Steuer- und Regeleinheit 60 ist die elektronische Steuer- und Regeleinheit (ECU) 12 zugeordnet. Bevorzugt sind hydraulische und elektronische Steuer und Regeleinheit 60, 12 als eine Einheit (HECU) ausgeführt
Das Bremssystem umfasst einen Drucksensor 19 bzw. Systemdrucksensor zur Erfassung des von der Druckbereitstellungseinrichtung 5 bereitgestellten Druckes. Der Drucksensor 19 ist hierbei von der Druckkammer 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 gesehen hinter dem Zuschaltventil 26 angeordnet.
Die beiden Hinterradbremsen 8c, 8d sind zusätzlich zu der hydraulischen Aktuation mit je einer integrierten Parkbremsen 48c, 48d ausgestattet, welche als elektromechanische Parkbremsen ausgeführt sind.
In einem normalen Betriebsmodus ist das Trennventil 23 geschlossen und das Zuschaltventil 26 und das Kreistrennventil 40 geöffnet, sodass der hydraulische Druck in allen Radbremsen 8a bis 8d durch den Linearaktuator 5 gestellt wird. Für die Regelung von unterschiedlichen Bremsdrücken in den einzelnen Radbremsen 8a - 8d müssen die jeweiligen Einlassventile 6a - 6d entsprechend angesteuert werden.
Eine solche Ansteuerung der Einlassventile, wie Sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist in 2 dargestellt. Ein Solldruck der Vorderachse 51 ist dabei höher als ein Solldruck der Hinterachse 52. Der Solldruck der Vorderachse 51 kann daher bei voll geöffneten Einlassventilen 6a, 6b der Radbremsen 8a, 8b der Vorderachse direkt durch den Linearaktuator 5 gestellt werden. Der Solldruck der Hinterachse 52 wird hingegen durch gepulstes Ansteuern der Einlassventile 6c, 6d geregelt. Wie in 2 dargestellt ist, steigt zu Beginn lediglich der Solldruck der Vorderachse 51 während der Solldruck der Hinterachse noch auf null verbleibt. Entsprecht werden die Einlassventile 6c, 6d der Hinterachse mit einem Schließstrom 53a versorgt, welcher das Einlassventil sicher schließt. Nach einer kurzen Zeitspanne wird dieser Schließstrom auf einen Haltestrom 53b abgesenkt, der ausreichend ist, das Einlassventil sicher im geschlossenen Zustand zu halten.
Sobald auch der Solldruck der Hinterachse (p_req) 52 ansteigt wird in dieser sogenannten volumenmetrischen Regelung in einem ersten Schritt aus der Druckanforderung p_req und dem aktuell geschätzten Raddruck p_mod ein Differenzvolumen dV bestimmt. Dazu wird eine in der Bremsanlage hinterlegte Druckvolumen Kennlinie (pV-Kennlinie) verwendet. $d V = p V (p_{req}) - p V (p_{mod})$
Des Weiteren wird aus dem Drucksollgradienten p_grad und der Ableitung der pV Kennlinie ein Sollvolumenstrom q bestimmt. $q = \frac{d p}{d v} p_{g r a d}$
In einem zweiten Schritt wird dann der elektrische Strom für das Einlassventil bestimmt, der für den aktuell herrschenden Differenzdruck über das Ventil den Volumenstrom q ermöglicht. Um das Differenzvolumen dV mittels des Volumenstroms q über das Ventil zu fördern, wird das Ventil für eine Ventilaktivierungszeit Tau = dV / q geöffnet gehalten. Nach der Ventilaktivierungszeit Tau wird ein Schließsstrom an das Einlassventil angelegt, durch welches das Einlassventil wieder vollständig geschlossen wird. Steigt der Solldruck, wie im dargestellten Beispiel der 2, weiter an, ergibt sich wiederum eine Differenz zwischen dem neuen Solldruck 52 (p_req) und dem aktuellen Radistdruck. Entsprechend werden die obigen Schritte wiederholt und ein weiterer Öffnungspuls an das Einlassventil angelegt. Verbleibt der Sollwert der Hinterachse 52 dann konstant, so wird nach dem letzten Schließpuls wiederum der Haltestrom eingestellt, welcher das Einlassventil im geschlossenen Zustand hält.
Die sich durch die volumetrische Regelung ergebenden Druckverläufe sind in 3 dargestellt. Der Radistdruck 54 der Vorderachse folgt zu Beginn sehr genau dem Radsolldruck 51, da dieser direkt durch den Linearaktuator 5 gestellt wird. Sobald auch der Solldruck der Hinterachse 52 ansteigt, und die volumenmetrische Regelung das Einlassventil gepulst öffnet ergibt sich sowohl am Rad ist Druck der Hinterachse 55 als auch am Rad ist Druck der Vorderachse 54 eine Vielzahl kleiner Druckspitzen.
In 4 ist nun eine Öffnung Strom Kennlinie eines typischen Einlassventil 6 dargestellt. Die Öffnung Strom Kennlinie 56 Trend für verschiedene Differenzdrücke DP über das Einlassventil die Strombereiche, für welche das Einlassventil geschlossen ist (oberhalb der Öffnungsstrom Kennlinie) und Ströme für welche das Einlassventil geschlossen ist (unterhalb der Öffnungsstrom Kennlinie).
In 5 ist nun äquivalent zu 2 die erfindungsgemäße Differenzdruckregelung dargestellt. Die Solldruckverläufe 51 und 52 der Vorderachse und der Hinterachse verlaufen identisch wie in 2. entsprechend weist auch der Stromverlauf 53 wieder einen Puls 53 A gefolgt vom Haltestrom 53 B auf um die Einlassventile 6 C, 6 B der Hinterachse vollständig geschlossen zu halten, während die Druckanforderung soll Drucks 52 der Hinterachse noch auf null verbleibt. Sobald der Solldruck 52 der Hinterachse ansteigt wird ein erster Öffnungspuls 53 C geschaltet. Dazu kann wie oben beschrieben der Ventilstrom und die Ventil Aktivierungszeit Tau berechnet werden. Nun wird jedoch von diesem Öffnungsstrom nicht auf einen Schließstrom umgeschaltet, sondern es wird ein Ventilstrom auf der Öffnungsstrom Kennlinie 56 gewählt. Einlassventil 6 befindet sich entsprechend weder in einem definierten geschlossenen noch in einem definierten offenen Zustand vielmehr ist das Einlassventil 6 in einem Zwischenzustand. Der Ventilstrom wird dabei aus der Öffnungsstromkennlinie 56 für einen Differenzdruck ausgewählt, der zwischen dem Systemdruck und dem Sollwert 52 berechnet wird. Es handelt sich demnach nicht direkt um den Istwert der Druckdifferenz, sondern um einen Sollwert der Druckdifferenz. Da jedoch Sollwert und Istwert nahe beieinander liegen, ist der Unterschied gering. Bei sehr langsamen Änderungen des Sollwertes 52 fließt somit gerade so viel Volumen durch das Einlassventil 6, sodass der Radistdruck 60 dem Radsolldruck 52 exakt folgen kann. Dabei nimmt der Differenzdruck zwischen dem Sollwert 52 der Hinterachse und dem Sollwert 51 der Vorderachse sukzessive ab. Wie in 4 dargestellt es bewegt sich daher der Ventilstrom 57 auf der Öffnungsstromkennlinie 56 nach links.
Wie sich der 6 entnehmen lässt, folgen die Radistdrücke 54, 55 der Vorderachse und der Hinterachse dabei wesentlich genauer den Vorgaben durch die Sollwerte 51, 52. Dabei ist insbesondere zu beachten, dass die Regelung des Ventilstroms auf der Öffnungsstromkennlinie einzig und allein von der Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem Sollwert 52 p_req für die jeweilige Radbremse abhängt. Insbesondere geht der Radistdruck, welcher im Allgemeinen nicht direkt gemessen werden kann, sondern aus Modellrechnungen stammt nicht in die Druckregelung ein. Auch die pV-Kennline, welche große Ungenauigkeiten aufweisen kann, geht ebenfalls in diesem Bereich nicht in die Druckregelung ein. Damit werden die Genauigkeit und die Robustheit der Druckregelung wesentlich verbessert.
7 zeigt ergänzend die Geräuschemission 61 bei der Druckstellung mittels der volumetrischen Regelung und der Geräuschemission 62 bei der Druckstellung mittels Differenzdruckregelung. Während die Geräuschemissionen zu Beginn noch gleichwertig sind, zeigt sich, dass bei der volumetrischen Regelung durch das schnelle Öffnen und Schließen der Einlassventile eine Vielzahl Geräuschpeaks entstehen, welche sich zu einem hohen Geräuschniveau aufsummieren. Bei der Differenzdruckregelung existieren diese Peaks nicht und es stellt sich ein wesentlich ruhigeres Geräuschniveau ein.
Bezugszeichenliste

1: Bremspedal
2: Hauptbremszylinder
3: Simulationseinrichtung
4: Druckmittelvorratsbehälter
5: Druckbereitstellungseinrichtung
6 a bis d: Einlassventile
7 a bis d: Auslassventile
8 a bis d: Radbremse
9: Rückstellfeder
12: Steuersystem
13: Bremsversorgungsleitung
14: Rücklaufleitung
16: Gehäuse
17: Druckkammer
19: Systemdrucksensor
20: Hauptzylinderdrucksensor
22: erste Zufuhrleitung
23: Trennventil
24: Kolbenstange
25: Wegsensor
26: Zuschaltventil
29: Simulatorkammer
30: Simulatorrückkammer
31: Simulatorkolben
32: Simulatorfreigabeventils
33: Elastisches Element
35: Kolben
36: Elektromotor
37: Druckraum
38: Zufuhrleitung
39: Rotations-Translationsgetriebe
40: Kreistrennventil
41: Druckausgleichsleitung
42: Leitung
44: Rotorlagensensor
45: Rückschlagventil
50: Füllstandssensor
51: Solldruck Vorderachse
52: Solldruck Hinterachse
53: Ventilstrom Einlassventil gepulst
54: Druckverlauf Vorderachse
55: Druckverlauf Hinterachse
56: Öffnungsstromkennlinie
57: Stromverlauf Druckanstieg
58: Stromwert Nachlaufzeit
59: Nachlaufzeit
60: Modelldruck
61: Geräuschemission volumetrische Regelung
62: Geräuschemission Druckdifferenz Regelung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012222897 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Regelung eines hydraulischen Drucks in zumindest einer Radbremse (8a, b, c, d) einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage, wobei durch eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung (5) ein Systemdruck erzeugt wird und durch Regelung eines insbesondere stromlos offenen Einlassventils (6a, b, c, d), aufweisend eine Öffnungsstromkennlinie (56), ein angeforderter hydraulischer Druck in der zumindest einen Radbremse (8a, b, c, d) eingestellt wird, der geringer ist als der Systemdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (6a, b, c, d) durch Beaufschlagen mit einem Öffnungsstrom insbesondere unterhalb der Öffnungsstromkennlinie (56) geöffnet wird und von dem Öffnungsstrom auf einen Zwischenstrom auf der Öffnungsstromkennlinie (56) umgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenstrom basierend auf einer Druckdifferenz zwischen dem Systemdruck und dem angeforderten hydraulischen Druck aus der Öffnungsstromkennlinie (56) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsstrom basierend auf einer aktuellen Druckdifferenz über das Einlassventil (6a, b, c, d) und/oder einem geforderten Volumenstrom durch das Einlassventil (6a, b, c, d) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckdifferenz über das Einlassventil (6a, b, c, d) aus dem Systemdruck und dem Radistdruck bestimmt wird, wobei insbesondere der Radistdruck aus einer Modellrechnung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem Öffnungsstrom auf den Zwischenstrom umgeschaltet wird, sobald der Radistdruck den Radsolldruck erreicht hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsstrom an das Einlassventil (6a, b, c, d) angelegt wird, sobald der Unterschied zwischen Radistdruck und Radsolldruck größer als ein Schwellwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (6a, b, c, d) nicht gepulst angesteuert wird, sodass der Druckangleich des Radistdrucks an den Radsolldruck kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Nachlaufphase, bei der der Radsolldruck konstant bleibt, der elektrische Ventilstrom für eine Nachlaufzeit auf dem Zwischenstrom gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druckgradienten kleiner als ein Schwellwert periodisch ein Stabilisierungspuls an das Einlassventil (6a, b, c, d) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilstrom basierend auf einer Pulsregelung berechnet wird, der Ventilstrom mit dem Zwischenstrom verglichen wird und der kleinere der beiden Ströme an dem Einlassventil angelegt wird.
Hydraulische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine elektrische Druckbereitstellungseinrichtung (5), zumindest eine Radbremse (8a, b, c, d) und ein der Radbremse (8a, b, c, d) zugeordnetes stromlos offenes Einlassventil (6a, b, c, d), sowie eine Steuereinheit (12), welche dazu eingerichtet ist zur Regelung eines hydraulischen Drucks in der zumindest einen Radbremse (8a, b, c, d) durch die elektrische Druckbereitstellungseinrichtung (5) einen Systemdruck zu erzeugen und durch Regelung des stromlos offenen Einlassventils (6a, b, c, d), aufweisend eine Öffnungsstromkennlinie (56), einen hydraulischen Druck in der zumindest einen Radbremse (8a, b, c, d) einzustellen, der geringer ist als der Systemdruck, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassventil (6a, b, c, d) durch Beaufschlagen mit einem Öffnungsstrom unterhalb der Öffnungsstromkennlinie (56) geöffnet wird und von dem Öffnungsstrom auf einen Zwischenstrom auf der Öffnungsstromkennlinie (56) umgeschaltet wird.