DE102021213705A1

DE102021213705A1 - Verfahren zur Raddruckregelung und Raddruckregler

Info

Publication number: DE102021213705A1
Application number: DE102021213705.9A
Authority: DE
Inventors: René Zysno; Lothar Kienle
Original assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2023-06-07

Abstract

Verfahren zur Raddruckregelung von wenigstens einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges, wobei in der Radbremse Bremsdruck mit Hilfe eines Druckaktuators aufgebaut wird, und wobei wenigstens ein Ventil zum Druckaufbau und/oder Druckaufbau vorgesehen ist, wobei für die Ventilansteuerung eine Zeitbasis verwendet wird, die kleiner oder gleich 1 ms beträgt, insbesondere 0,25 ms ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raddruckregelung von wenigstens einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges, wobei in der Radbremse Bremsdruck mit Hilfe eines Druckaktuators aufgebaut wird, und wobei wenigstens ein Ventil zum Druckaufbau und/oder Druckaufbau vorgesehen ist. Sie betrifft weiterhin einen entsprechenden Raddruckregler.
Aus dem Stand der Technik sind diverse Sicherheit- und Assistenzsysteme für Fahrzeuge bekannt wie beispielsweise ABS oder ESC. Üblicherweise wird bei ABS/ESC-Produkten ein Solldruckniveau, das von einem Kreis- bzw. Raddruckregler umzusetzen ist, in der Art und Weise, bei der die Regelventile in Abhängigkeit von Druckniveau und Ventilkennline angesteuert werden, so realisiert, dass ein Ventilöffnungsstromwert und eine Ventilansteuerzeit berechnet werden. Über eine Ansteuerzeit wird dann ein Volumenstrom eingeregelt, der zu einem Druckaufbau oder Druckabbau führt.
Nachteilig bei diesen Verfahren sind eine ungenauer Druckschätzung und ein nachteiliges Toleranzverhalten. Weiterhin fehlt ein Feedback, z. B. über eine entsprechende Fahrzeugreaktion. Die Stromeinstellgenauigkeit ist nicht besonders hoch, was sehr große Ventilansteuerzeiten zur Folge hat. Daraus ergibt sich häufig ein grobes und nicht robustes Druckregelverhalten.
Ein Grund für ein ungenaues Druckregelverhalten ist dabei zum Beispiel die mangelnde Kenntnis des Vordruckes aufgrund einer fehlenden Vordrucksensorik, sodass Druckverhältnisse über Modelle geschätzt werden müssen. Weiterhin fehlt ein Feedback durch eine Fahrzeugreaktion, zum Beispiel die Größe des Schlupfes, der Grund einer Fahrzeugverzögerung oder die Temperatur des entsprechenden Ventils.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Raddruckregelung bereitzustellen. Weiterhin soll ein verbesserter Raddruckregler bereitgestellt werden.
In Bezug auf das Verfahren wir diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass für die Ventilansteuerung eine Zeitbasis verwendet wird, die kleiner oder gleich 1 ms beträgt, insbesondere 0,25 ms ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass die Ventilansteuerungszeitbasis, d. h. die zeitliche Quantisierung, in der das Ventil angesteuert wird, insbesondere an- oder ausgeschaltet wird. eine maßgebliche Variable in Raddruckregelvorgängen ist.
Das über das geöffnete Ventil verschobene Volumen kann mit Hilfe der hydraulischen Blendengleichung $Q_{Blende} = α_{K} \cdot A_{0} \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot Δ p}{ρ}}$

α_k = Durchflußzahl (0,8)
ρ = 0,88 [kg/dm³]
A₀ = Blendenfläche [mm²]
Δρ = Druckdifferenz [bar]

Wichtige Auslegungskriterien für diese Zeitbasis sind beispielsweise die Druck-Volumen (PV)-Kennlinie der Radbremse, der Durchflussquerschnitt (A₀) des Ventils und die Druckdifferenz der Drücke vor und hinter dem Ventil.
Wie nunmehr erkannt wurde, führt die Verringerung der Zeitbasis der Ventilansteuerung zu einer verbesserten Druckregelung. Durch Untersuchungen wurde insbesondere überraschend herausgefunden, dass die Verringerung der Zeitbasis auf unter 1ms zu deutlich präziseren Druckregelvorgängen führt.
In konkreten Druckregelsystem kann hierzu die Software modifiziert werden, insbesondere kann ein entsprechender Mikrokontroller umprogrammiert werden.
Vorteilhafterweise wird zur Raddruckregelung die Druck-Volumen (PV)-Kennlinie der Radbremse berücksichtigt, wobei in einem vorgegebenen Abschnitt der pV-Kennlinie diese stückweise linear interpoliert wird, und wobei die Stützstellen derart gewählt werden, dass der Absolutwert der maximalen Differenz zwischen pV-Kennlinie und stückweise linear interpolierter Näherung einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet.
Vorteilhafterweise werden regelmäßige Stützstellen mit gleicher Druckdifferenz zu benachbarten Stützstellen oder regelmäßige Stützstellen mit gleicher Volumendifferenz zu benachbarten Stützstellen gewählt.
Bei Druckaufbau und/oder Druckabbau durch den Druckaktuator wird bevorzugt das Druckaktuatorverhalten überwacht, wobei aus einem Vergleich von Drucksollwert und Druckistwert wenigstens ein Parameter zur Ansteuerung des Druckaktuators angepasst wird.
Der Druckaktuator ist in einer bevorzugten Ausführungsform als hydraulische Pumpe ausgebildet, wobei wenigstens ein Parameter die Leistungsaufnahme der Pumpe und/oder deren Drehzahl ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Radverhalten überwacht, wobei, wenn die Radbeschleunigung außerhalb eines vorgegebenen Bandes liegt, der Druck eingestellt wird derart, dass die Radbeschleunigung sich wieder in das Band bewegt.
Die Überwachung des Radverhaltens wird vorteilhafterweise kontinuierlich, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, durchgeführt.
Dabei beträgt vorteilhafterwiese der Zeitabstand zwischen 30 ms und 50 ms.
Bei Zeitabständen kleiner t < 30 ms besteht die Gefahr, dass der Regelkreis sich aufschwingt. Bei größeren Zeitabständen t > 100 ms besteht die Gefahr, dass die Korrekt zu spät erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil als stromlos geöffnetes Einlassventil oder als stromlos geschlossenes Auslassventil ausgebildet.
In Bezug auf den Raddruckregler wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem Raddruckregler umfassend einen Druckaktuator, wenigstens ein Ventil, einen Raddrehzahlsensor und eine Steuer- und Regeleinheit zur Durchführung eines oben beschriebenen Verfahrens.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass eine sehr robuste und feinfühlige Raddruckregelung ermöglicht wird, auch bei sehr kleinen Verbrauchern wie beispielsweise Bremsen. Es können funktionsindividuelle Regelparameter verwendet werden - sicherheitskritische Funktionen können sehr genau appliziert werden. Das Verfahren und der Radruckregler sind für viele Fahrzeuge wie beispielsweise Kraftfahrzeuge (PKW), Motorräder bzw. Fahrräder mit ABS/ESC-Funktionen anwendbar. Sie sind auf alle hydraulischen / pneumatischen Regelsysteme übertragbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

1 beispielhaft den Spannungsverlauf bei Ventilschaltvorgängen;
2 eine beispielhafte pV-Kennlinie einer Radbremse;
3 den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl und der mechanischen Last (Fahrergegendruck) bei konstanter elektrischer Leistung;
4 einen Zeitverlauf der Motordrehzahl;
5 einen Zeitverlauf von elektrischer Leistung und Motordrehzahl, und
6 die Radbeschleunigung als Funktion der Zeit.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein in 1 dargestelltes Diagramm zeigt den Spannungsverlauf für eine beispielhafte Ventilansteuerung. Auf der x-Achse 2 ist die Zeit t in Millisekunden, auf der y-Achse ist die Spannung U (beispielhaft die Klemmenspannung KL30) in beliebigen Einheiten abgetragen. Das Ventil ist beispielhaft als stromlos offenes Ventil ausgebildet. Eine erste vertikale Linie 8 zeigt den Beginn der Ventilansteuerung, bei der das Ventil stromlos gestellt wird. Weitere vertikale Linien 10, 12, 14 sind jeweils im zeitlichen Abstand von 1 ms zur vorherigen vertikalen Linie eingezeichnet.
Eine Kurve 20 zeigt den Spannungsverlauf im Ventil. In einem ersten Abschnitt 22 der Kurve 20 fällt die Spannung nach Ausschalten des Ventils teil ab. Bis zu einer Zeit von 0,75 ms bleibt sie in einem zweiten Abschnitt 24 der Kurve konstant Null. Zu einem Zeitpunkt bei 0,75 ms wird das Ventil bestromt und in einem Abschnitt 26 steigt die Spannung am Ventil 26 wieder an. Abschnitte 30 und 32 einer Kurve 34 zeigen alternativ eine Ventilbestromung zum Zeitpunkt t = 3 ms. Ein Vergleich des Verlaufs der Kurve 20 mit den vertikalen Linien 10-14 zeigt, dass eine minimale Ventilansteuerzeit von weniger als 1 ms, im vorliegenden Beispiel liegt diese bei 0,25 ms, einen deutlichen Gewinn zeitlicher Auflösung liefert. Diese zeitliche Präzision wirkt sich entsprechend auf die Möglichkeiten des einstellen von Raddrücken in der Radbremse aus und erlaubt so eine deutlich genauere Regelung des Bremsdruckes.
In der 2 ist eine beispielhafte pV-Kennlinie 38 einer Radbremse dargestellt, die die Relation zwischen in die Radbremse verschobenem Bremsflüssigkeitsvolumen und aufgebautem Druck repräsentiert. In bekannter Weise ist auf der x-Achse 2 der Druck und auf der y-Achse 4 das Volumen abgetragen. Die pV-Kennlinie wird zur Raddruckregelung benötigt, da sie für eine Zielvorgabe eines zu erreichenden Druckes das entsprechende Volumen ablesen lässt, welches in den Bremssattel gepumpt werden muss.
In bekannten Verfahren wird die pV-Kennlinie oft in einem Druckbereich zwischen einem ersten Druck p₁ und einem zweiten Druck p₂ linear approximiert, eine entsprechende lineare Näherung 40 in dem Druckbereich p₁-p₂ ist eingezeichnet. Es werden also nur zwei Stützstellen, die zu den beiden Drücken p₁ und p₂ korrespondieren, verwendet. Eine maximale Differenz D zwischen der linearen Näherung 40 und der Kurve 38 kann dadurch recht groß werden und die Näherung ist in dem gewählten Druckbereich p₁-p₂ unterschiedlich gut.
In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens wird diese Näherung dadurch verbessert, dass mehr Stützstellen p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂ verwendet werden, und dass jeweils zwischen benachbarten Stützstellen die Kurve 38 linear interpoliert wird, wie durch die linear interpolierten Abschnitte I₁-I₆ angedeutet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine verbesserte Differenz Dv zwischen stückweise linear interpolierter Kurve I₁-I₆ und Kurve 38 deutlich geringer ausfällt. Auf diese Weise kann die Raddruckregelung deutlich präziser ausfallen, wobei die Anzahl der Stützstellen so gewählt werden kann, dass der Absolutbetrag der verbesserten Differenz Dv einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet.
Das Diagramm in der 3 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl 46 auf der x-Achse 2 und der mechanischen Last (Fahrergegendruck) auf der y-Achse 4 bei konstanter elektrischer Leistung.
Wird die elektrische Leistung konstant gehalten, so verringert sich die Motordrehzahl zur mechanischen Last, also dem Fahrergegendruck.
Die 4 zeigt einen Zeitverlauf der Motordrehzahl, bei dem dieser Effekt zur Auswertung verwendet werden kann. Auf der x-Achse 2 ist die Zeit, und auf der y-Achse 4a ist die Motordrehzahl 46, 47 dargestellt. Dabei entspricht die Motordrehzahl 46 der Sollmotordrehzahl und die Motordrehzahl 47 der veränderten Motordrehzahl bei konstanter elektrischer Leistung. Die elektrische Leistung wird eingestellt, um die Soll-Motordrehzahl 46 zu erhalten. Im Falle eines ABS-Regeleingriffes ist es die Aufgabe des Motors und der Hydraulikpumpe, die Flüssigkeit gegen den Fahrergegendruck zurück in den Behälter zu fördern. Dabei erfährt der Motor eine mechanische Last und die Drehzahl verringert sich. Anhand das Einbruchs (siehe Motordrehzahl 47) kann auf die mechanische Last geschlossen werden.
Die 5 zeigt ein Regelverhalten der Motordrehzahl. Auf der x-Achse 2 ist die Zeit abgetragen. Auf einer y-Achse 4a ist elektrische Leistung 52, auf einer zweiten y-Achse 4b die Motordrehzahl 46, 47 abgetragen. Dabei entspricht die Motordrehzahl 46 der Sollmotordrehzahl und die Motordrehzahl 47 der veränderten Motordrehzahl. Das Ziel ist, die elektrische Leistung 52 so anzupassen, dass unabhängig von der mechanischen Last eine konstante Motordrehzahl 46 und damit ein konstanter Volumenfluss durch die Pumpe erzeugt wird. Anhand der Informationen der Motordrehzahl 47 und der elektrischen Leistung 52 kann über ein Kennfeld auf die mechanische Last, dem Fahrergegendruck, zurückgeschlossen werden. Die eingekreisten Bereiche entsprechen einem Gleichgewicht zwischen elektrischer Leistung 52, mechanischer Last (Fahrergegendruck) und Motodrehzahl 47.
Nach einem Druckabbau arbeitet der Druckaktuator bzw. die Pumpe gegen den Fahrervordruck, der oft nicht genau bekannt ist. Das Verfahren sieht daher vor, bei Druckregelung den Verlauf der Motordrehzahl mit dem der Motorspannung zu vergleichen und zu lernen, welche Leistungsaufnahmenotwendig ist, damit der Druckaktuator bzw. die Pumpe das abgebaute Volumen gegen den Fahrervordruck fördert und welche Drehzahl und Motorleistung dafür notwendig sind. Durch die Auswertung von Motordrehzahl und Leistungsaufnahme kann der Fahrervordruck ermittelt werden.
Um die Bestimmung von Motordrehzahl und Leistungsaufnahme durchzuführen, werden vorzugsweise Bewertungszeiträume verwendet, in denen der jeweilige Kenngrößen gemittelt und dann verglichen wird. Die Zeitdauer eines derartigen Bewertungszeitraumes beträgt vorzugsweise zwischen 30 ms und 50 ms.
In der 6 sind auf der x-Achse 2 die Zeit und auf der y-Achse 4 schematisch die Radbeschleunigung während eines Raddruckregelvorganges abgetragen. Die Zeichnung zeigt die Radbeschleunigung 50 in der Form, wie sie gemessen sein könnte und eine gemittelte Radbeschleunigung 54, die aus der zeitlichen Mittelung der Radbeschleunigung 50 resultiert. In der Zeichnung ist auch ein Band 60 mit einer oberen Grenze 64 und einer unteren Grenze 68.
In der 6 sind Bereiche 70 schraffiert, die über der Grenze 64 oder unter der Grenze 68 und damit außerhalb des Bandes 60 liegen. Diese Bereiche gehören zu Bereichen, die während des Druckregelvorganges nicht vorkommen sollen, da sie zu niedrigen oder zu hohe Beschleunigungen gehören. Zu niedrige oder zu hohe Beschleunigungen während eines Druckaufbauvorgangs entstehen zum Beispiel durch eine zu klein oder zu groß berechnetet Ventilöffnungszeit auf Grund eines falschen Fahrervordrucks entstehen. Kleine Schwankungen ergeben sich im Allgemeinen durch Reibwertunterschiede zwischen Rad und Fahrbahn. Durch die Betrachtung des optimalen Beschleunigungsverlaufes kann auf beide Aspekte eingegangen werden.
Der Bereich über der oberen Grenze 64 des Bandes 60 ist ein Druckerhöhungsbereich 72. Wenn die Radbeschleunigung in diesen Bereich tritt, also die obere Grenze 64 überschreitet, wird der Radbremsdruck stärker erhöht. Dadurch kann die Radbeschleunigung wieder erniedrigt werden, sodass sie wieder innerhalb des Bandes 60 liegt.
Der Bereich unter der unteren Grenze 68 des Bandes 60 ist ein Druckverminderungsbereich 72. Wenn die Radbeschleunigung in diesen Bereich tritt, also die untere Grenze 68 unterschreitet, wird der Radbremsdruckaufbau erniedrigt. Dadurch kann die Radbeschleunigung wieder erhöht werden, sodass sie wieder innerhalb des Bandes 60 liegt. Auf diese Weise kann die Radbeschleunigung stets in dem Band 60 gehalten werden, sodass verhindert werden kann, dass zu extreme Werte der Radbeschleunigung auftreten. Derartige Schwankungen treten einerseits bei Regelbremsungen auf inhomogeneren Straßenbelägen oder bei Vordruckschwankungen vom Fahrer auf.
Der Absolutbetrag der Druckerhöhung oder -verminderung ist umso höher, je weiter die gemessene Radbeschleunigung außerhalb des Bandes 60 liegt. Kleinere Abweichungen führen zu einer geringen Korrektur, große Abweichungen zu einer starken Korrektur.
Bezugszeichenliste

2: x-Achse
4: y-Achse
4a: y-Achse
4b: y-Achse
8: vertikale Linie
10: vertikale Linie
12: vertikale Linie
14: vertikale Linie
20: Kurve
22: erster Abschnitt
24: zweiter Abschnitt
26: dritter Abschnitt
30: Abschnitt
32: Abschnitt
34: Kurve
38: pV-Kennlinie
40: lineare Näherung
46: Motordrehzahl
47: Motordrehzahl
50: Radbeschleunigung
52: elektrische Leistung
54: gemittelte Radbeschleunigung
60: Band
64: obere Grenze
68: untere Grenze
70: Bereich
72: Druckerhöhungsbereich
74: Druckverminderungsbereich
D: Differenz
Dv: verbesserte Differenz

Claims

Verfahren zur Raddruckregelung von wenigstens einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges, wobei in der Radbremse Bremsdruck mit Hilfe eines Druckaktuators aufgebaut wird, und wobei wenigstens ein Ventil zum Druckaufbau und/oder Druckaufbau vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ventilansteuerung eine Zeitbasis verwendet wird, die kleiner oder gleich 1 ms beträgt, insbesondere 0,25 ms ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Raddruckregelung die Druck-Volumen (PV)-Kennlinie (38) der Radbremse berücksichtigt wird, und wobei in einem vorgegebenen Abschnitt der pV-Kennlinie (38) diese stückweise linear interpoliert wird (I₁-I₆), und wobei die Stützstellen (p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂) derart gewählt werden, dass der Absolutwert der maximalen Differenz (Dv) zwischen pV-Kennlinie und stückweise linear interpolierter Näherung (I₁-I₆) einen vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei regelmäßige Stützstellen (p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂) mit gleicher Druckdifferenz zu benachbarten Stützstellen (p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂) oder regelmäßige Stützstellen (p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂) mit gleicher Volumendifferenz zu benachbarten Stützstellen (p₁, p_1a, p_1b, p_1c, p_1d, p_1e, p₂) gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei bei Druckaufbau und/oder Druckabbau durch den Druckaktuator das Druckaktuatorverhalten überwacht wird, und wobei aus einem Vergleich von Drucksollwert und Druckistwert wenigstens ein Parameter zur Ansteuerung des Druckaktuators angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Druckaktuator als hydraulische Pumpe ausgebildet ist, und wobei der wenigstens eine Parameter die Leistungsaufnahme der Pumpe und/oder deren Drehzahl ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Radverhalten überwacht wird, und wobei, wenn die Radbeschleunigung (50) außerhalb eines vorgegebenen Bandes (60) liegt, der Druck eingestellt wird derart, dass die Radbeschleunigung (50) sich wieder in das Band (60) bewegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Überwachung des Radverhaltens kontinuierlich, insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Zeitabstand zwischen 30 ms und 50 ms beträgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ventil als stromlos geöffnetes Einlassventil oder als stromlos geschlossenes Auslassventil ausgebildet ist.
Raddruckregler zur Druckregelung in einer Radbremse eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Druckaktuator, wenigstens ein Ventil, einen Raddrehzahlsensor und eine Steuer- und Regeleinheit zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche.