DE10310105A1

DE10310105A1 - Regelungs-Algorithmus für ein Wirbelstrom-Bremssystem

Info

Publication number: DE10310105A1
Application number: DE10310105A
Authority: DE
Inventors: Sohel Anwar
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2003-12-18
Also published as: GB2387418B; GB0302821D0; US20030168911A1; GB2387418A; US6619760B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Wirbelstrom-Bremssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das besagte Fahrzeug ein Antriebsaggregat besitzt, das mit dem Wirbelstrom-Bremssystem verbunden ist, um ein Drehmoment darauf zu übertragen. Das besagte Wirbelstrom-Bremssystem weist eine Retarderbaugruppe auf, die mindestens einen Rotor und einen Stator umfasst. Das Verfahren weist die Schritte Ermittlung eines Rückkopplungsstroms von der Retarderbaugruppe, Ermittlung der Rotorgeschwindigkeit des Rotors, Bereitstellung eines Signals, das das gewünschte Bremsmoment beschreibt, Bestimmung eines Steuerstroms für die Retarderbaugruppe als Funktion des Rückkopplungsstroms, der Rotor-Geschwindigkeit und des gewünschten Bremsmoments mittels eines rückgekoppelten Steuerungs-Algorithmus mit gleitendem Modus und Anlegen des Steuerstroms an die Retarderbaugruppe, um gesteuert ein Bremsmoment an das Antriebsaggregat anzulegen, auf.

Description

Umfeld der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bremssysteme für Fahrzeuge. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung, die hier offenbart wird, auf ein Bremssystem für Fahrzeuge, das eine Wirbelstrombremse verwendet, und auf ein Steuerungsverfahren hierfür.

Hintergrund der Erfindung

Elektromagnetische Retarder oder Wirbelstrombremsen werden häufig zur Bremsunterstützung in Fahrzeugen verwendet, besonders in kommerziellen Lastkraftwagen. In typischen Wirbelstrombremsen nach dem Stand der Technik rotiert ein Brems-Rotor mit der Geschwindigkeit des Antriebsaggregats, bis ein Strom in einer Feldspule generiert wird. Die Rotation des Rotors wird durch die Regelung des Stroms in der Feldspule abgebremst. Diese Typen von Retardern haben bislang primär deswegen keine Verwendung in Passagierfahrzeugen gefunden, weil sie geringere Verzögerungsleistungen aufweisen als mit Reibungsbremsen. Mit den jüngsten Fortschritten in der Materialtechnologie und der Möglichkeit der Beibehaltung von Präzisions- Luftspalten ist es nun möglich, mit Wirbelstrombremsen, die eine verbesserte Kühlung der Retarderkomponenten aufweisen, deutlich höhere Verzögerungsleistungen zu erreichen.
Die neue Generation von Wirbelstrombremsen zeigt ein schnelleres Ansprechverhalten verglichen mit den aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen. Es ist typischerweise gewünscht, dass das Ansprechverhalten und Bremsvermögen dieser Bremsvorrichtungen mindestens genauso gut ist wie das von hydraulischen Reibungsbremsen. Mit einem konventionellen PID-Regler ist es höchst unwahrscheinlich, ein verbessertes Ansprechverhalten zu erreichen, ohne die Verstärkung zu hoch zu einzustellen. Die Verwendung von hohen Verstärkungen ist unerwünscht, da diese zu Instabilitäten führen können.
Einige Veröffentlichungen aus dem Stand der Technik beziehen sich auf Regelungsverfahren für einen elektromagnetischen Retarder. Das US-Patent 5,743,599 bezieht sich auf ein Steuerungsverfahren für elektromagnetische Retarder. Die vorgeschlagene Steuerung weist einen offenen Regelkreis auf, der einen von einer Stromquelle (Batterie) bereitgestellten Versorgungsstrom in einer Mehrzahl von einzeln angeordneten Bremsspulen steuert. Das Steuerungssystem weist eine Anzahl von Schaltkreisen auf, um die Brems- Spulen mit Energie zu versorgen oder diese Energie abzubauen.
Das US-Patent 5,187,433 beschreibt eine Vorrichtung zur Messung oder Einstellung des Verzögerungsmoments, welches von einem elektromagnetischen Retarder erzeugt wird. Die Vorrichtung bestimmt das Verzögerungsmoment des Retarders vorgegebene Referenztabellen, in denen für verschiedene Rotor-Geschwindigkeiten das Verzögerungsmoment als Funktion der Peakspannung zwischen zwei Polen verzeichnet ist.
Simeu und Georges haben 1996 ein Wirbelstrombremsen-Modell vorgeschlagen, das auf dem Erregungs-Strom und der Rotoren-Geschwindigkeit basiert. Allerdings ist das dort beschriebene Modell sehr spezifisch für eine bestimmte Klasse von Wirbelstrommaschinen. Wegen der Entwicklung einer neuen Generation von Wirbelstrombremsen mit zwei oder dreifach höheren Verzögerungsmomenten verglichen mit gegenwärtig verfügbaren kommerziellen Wirbelstrombremsen, wird ein generisches Steuerungsmodell benötigt, welches dazu geeignet ist, eine Mehrzahl verschiedener Retarder mit verschiedenen Verzögerungsmoment-Charakteristiken zu steuern.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Um einen oder mehrere Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, werden mit der vorliegenden Erfindung ein Steuerungsverfahren und ein Steuerungssystem zur Verfügung gestellt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuerung mit gleitendem Modus für ein Wirbelstrom- Bremssystem für ein Kraftfahrzeug realisiert.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Wirbelstrom Bremssystems für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug umfasst ein Antriebsaggregat, das mit dem Wirbelstrom- Bremssystem in Wirkverbindung steht und ein Drehmoment für dieses liefert. Das Wirbelstrom-Bremssystem umfasst Retarderbaugruppe, die wenigstens einen Rotor und einen Stator aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte Bestimmung eines Rückkopplungsstroms von der Retarderbaugruppe, Bestimmung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors, Bereitstellen eines Steuersignals, das das gewünschte Bremsmoment beschreibt, Bestimmen eines Steuerstroms für die Retarderbaugruppe als Funktion des Rückkopplungsstroms, der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors und des gewünschten Bremsmoments mit Hilfe eines Regelalgorithmus mit gleitendem Modus, und Anlegen des bestimmten Steuerstroms an die Retarderbaugruppe, um das an das Antriebsaggregat abgegebene Bremsmoment zu steuern.
In einer anderen Ausführung der Erfindung ist ein Wirbelstrom- Bremssystem für ein Fahrzeug mit einem Antriebsaggregat beschrieben, das eine Welle antreibt. Das Bremssystem umfasst eine Wirbelstrombremse, die einen Rotor, wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors, wenigstens einen mit dem Stator verbundenen Sensor zur Erfassung eines Rückkopplungsstroms der Bremse, eine Computersteuerungsteuerung in Verbindung mit den Sensoren, einen Drehmomentselektor in Verbindung mit der Computersteuerung zur Auswahl des gewünschten Bremsmoments, und einen Speicher, der der Computersteuerung zugänglich ist. Der Speicher enthält einen Algorithmus für die Computersteuerung, um den angelegten Strom Icmd als eine Funktion des Rückkopplungsstroms, der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors sowie des gewünschten Bremsmoments zu bestimmen.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Wirbelstrom-Bremssystems in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Das Verfahren enthält die Schritte Übermitteln von Informationen über die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors und den Rückkopplungsstrom einer Wirbelstrombremse an eine Computersteuerung, Verifizieren dass die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors oberhalb eines Minimalwert liegt, Berechnen eines Steuerstroms als Funktion Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors, des Rückkopplungsstroms und des gewünschten Bremsmoments, Umwandeln des Steuerstroms in ein pulsbreitenmoduliertes Signal, und Anlegen des Signals an den Stator des Wirbelstrom-Bremssystems.
Die Resultate von Simulationen zeigen, dass die Steuerung gemäß der vorliegenden Erfindung klare Vorteile gegenüber einem konventionellen PID- Regler aufweist. Der Regelalgorithmus und dessen Implementierungen, die hierin beschrieben sind, weisen eine verbesserte Robustheit sowie eine erhöhte Effizienz bei Berechnung mittels der Steuerung auf. Das Rückkopplungs-Steuerungssystem macht die uneffizienten Steuerungstabellen überflüssig, die in der Vergangenheit erforderlich waren, um den erforderlichen Steuerungsstrom für die Bremse zu ermitteln.

Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung

Fig. 1a ist eine Aufsicht einer exemplarischen Wirbelstrombremse, wie sie in den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungen verwendet werden kann,
Fig. 1b ist ein Schnitt durch die Wirbelstrombremse aus Fig. 1a;
Fig. 2 ist ein schematisches Blockschaltbild für ein Wirbelstrom- Bremssystem gemäß einer ersten bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, das eine bevorzugte Ausführung eines Steuerungsschemas für ein Wirbelstrom-Bremssystem gemäß einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Die vorliegenden Ausführungen der Erfindung implementieren ein Steuerungsschema mit gleitendem Modus. Ein Steuerungsschema mit gleitendem Modus kann bei einer Vielzahl von Bremsmoment-Anwendungen in einer Wirbelstrombremse vorteilhaft sein. Solch eine Steuerung weist eine Charakteristik mit hoher Verstärkung auf, die jedoch nicht wie die Steuerungen gemäß dem Stand der Technik zu Instabilitäten neigt.
Eine exemplarische Wirbelstrombremse oder Retarder, die in der vorliegenden Ausführung der Erfindung implementiert werden kann, ist in den Ansichten der Fig. 1a und 1b dargestellt. Sowohl die gezeigte Anordnung als auch aus dem Stand der Technik bekannte vergleichbare Wirbelstrom- Bremsen können in Verbindung mit der vorliegende Erfindung verwendet werden.
In der Aufsicht der Fig. 1a ist eine Wirbelstrombremse 10 gezeigt, in der der Rotor 12 sichtbar ist. Der Rotor 12 besteht typischerweise aus einer Scheibe mit Kerben, die aus Stahl oder einer Stahl-mit-Kupfer-Verbindung besteht, und vom Antriebsaggregat angetrieben rotierbar im Feld eines Elektromagneten gelagert ist. Wie weiterhin in Fig. 1b gezeigt ist, ist der Rotor 12 bevorzugt ringförmig abgeschirmt durch ein Gehäuse 14. Um eine Rotation des Rotors 12 relativ zum Gehäuse 14 zu ermöglichen, ist dieser auf einer Welle 16 montiert. Das Gehäuse 14 ist fest mit einer Statorbaugruppe 18 verbunden, die eine Mehrzahl von Spulen (nicht gezeigt) umfasst, die zumindest einen Teil des Rotors 12 und der Welle 16 umgeben, wobei sie magnetische Pole ausbilden. Die Pole bilden einen Luftspalt 20 aus, im dem der Rotor 12 frei rotieren kann.
Ein durch die Spulen des Stators 18 fließender Strom erzeugt einen magnetischen Fluss im Rotor 12. Die Rotation des Rotors 12 erzeugt eine wechselnde magnetische Flussdichte, wodurch Wirbelströme im Stator 18 erzeugt werden.
An den Stator 18 kann ein Strom angelegt werden, um ein elektromagnetisches Verzögerungsmoment am Rotor 12 zu erzeugen und damit eine Abbremsung der Rotation des Rotors 12 gemäß den Maxwellschen Gleichungen zu bewirken. Da der Rotor 12 von einem Antriebsaggregat wie einem Verbrennungsmotor oder einem Getriebe bewegt wird, kann durch Anlegen eines Stroms an den Stator ein Bremsmoment auf den Rotor 12 und damit auf das Antriebsaggregat angelegt werden. Die Bremsenergie wird aufgrund der im Rotor 12 erzeugten Wirbelströme als Wärmeenergie dissipiert.
Die Bremsmoment-Charakteristik der Wirbelstrombremse kann zusammenfassend beschrieben werden durch das folgende algebraische Modell:

T(t) = f₀(ω) + f₁(ω).i + f₂(ω).i² (Gleichung 1)

worin gilt:
T = Bremsmoment
i = Rückkopplungsstrom der Bremse

f_i(ω) = a_i0 + a_i1ω + a_i2ω²

a_i0, a_i1, a_i2 = identifizierte Parameter
ω = Rotor-Geschwindigkeit
Es ist wichtig zu bemerken, dass ein dynamischer Zusammenhang zwischen dem Bremsstrom Icmd und dem Rückkopplungsstrom i der Bremse besteht. Die folgende Differenzialgleichung erster Ordnung beschreibt die Charakteristik der Strom-Antwort-Funktion der Bremse:

worin gilt
L = Gesamtinduktivität der Wicklung der Feldspule(n)
R = Gesamtwiderstand der Wicklung der Feldspule(n)
i = Rückkopplungsstrom
Icmd = Bremsstrom
Es ist ein geeignetes Steuerungsgerät erforderlich, um die Verzögerungs- Charakteristik der Bremse zu optimieren. Da die Wirbelstromvorrichtung in den vorliegenden Implementierungen für sicherheitskritische Anwendungen wie das Bremsen von Fahrzeugen gebraucht wird, ist es sehr wichtig, einen schnellstmöglichen Aufbau von Bremsmoment sicherzustellen. Dabei ist ein rückgekoppeltes Steuerungssystem sehr wünschenswert. Es ist möglich, ein konventionelles rückgekoppeltes Steuerungsgerät gemäß dem Stand der Technik wie z. B. einen PID-Regler, für diese Zwecke auszulegen. Dabei sind jedoch die Verstärkungsfaktoren der PID-Regelung normalerweise darauf abgestellt, eine schnelle Regelungsantwort zu erhalten, ohne das System in instabile Betriebszustände zu treiben. Aus diesem Grund können die Antwort-Charakteristiken bislang nur annähernd optimiert werden.
Ein nachfolgend beschriebener Steuerungs-Algorithmus mit gleitendem Modus hingegen tendiert dazu, das rückgekoppelte System zu stabilisieren, auch wenn die instabilen Betriebszustände angeregt werden. Eine weitere Charakteristik der Steuerung mit gleitendem Modus ist die Geschwindigkeit, mit der auf Eingangssignale angesprochen wird. Dieser Aspekt der Steuerung mit gleitendem Modus, der einem hohen Verstärkungsfaktor entspricht, erlaubt eine Verwendung dieser Steuerung für die vorliegende Anwendung. Ein Steuerungs-Algorithmus mit gleitendem Modus gemäß der vorliegenden Erfindung wird deswegen nachfolgend abgeleitet.
Die gleitende Oberfläche soll folgendermaßen definiert sein:

S = (T_des - T) (Gleichung 3)

wobei Tdes das gewünschte Bremsmoment ist und T das ermittelte Rad- Drehmoment entsprechend Gleichung 1.
Es gilt:

≙ = ( ≙_des - ≙) (Gleichung 4)
Gemäß der Literaturstelle (Hedrick, 1993) erhält man eine Steuerung mit gleitendem Modus mit Hilfe der folgenden Gleichung:

≙ = -ηSAT(S/φ) Gleichung 6
Man kann zeigen, dass das oben beschriebene Steuerungsgesetz die System- Dynamik innerhalb einer Grenzschicht der Dicke φ mit der Konvergenz-Rate η hin zu der gleitendem Oberfläche treibt, und eine Steuerung mit Schalt- Charakteristik jenseits der Grenzschicht verwirklicht. Durch Wahl geeigneter Werte für η und φ ist es möglich, die gewünschten Antwort-Charakteristik zu erhalten.
Durch Substitution des Ausdrucks für S und der Ableitung von S in der obigen Gleichung erhält man den folgenden Ausdruck:
Durch Substitution von Gleichung 2 in die obige Gleichung und Auflösen nach Icmd erhält man das folgende Steuerungsgesetz:
Eine Ausnahme-Behandlung der oben beschriebenen Steuerungs-Gleichung (9) muss in der Steuerungssoftware erfolgen für den Fall, dass der Nenner der rechten Seite singulär wird. Dieses wird weiter unten diskutiert in Verbindung mit der Implementierung der Steuerung.
In den Implementierungen der hier beschriebenen Ausführungen ist die Steuergröße der Bremse bevorzugt ein Strom, normalerweise in Form eines pulsweitenmodulierten (PWM) Signals. Die von der Bremse erforderlichen Rückkopplungsinformationen sind der Rückkopplungsstrom i und die Rotor- Geschwindigkeit ω. Zusätzlich sollte bzw. muss das gewünschte Bremsmoment der Steuerung vorgegeben werden. Wie oben beschrieben sind die Faktoren f(ω) und die Koeffizienten a0, a1, a2 bekannt oder mittels eines Algorithmus zur System-Identifikation ermittelt. η und φ sind Steuerungs- Parameter, die zur Erzielung einer optimalen Leistung eingestellt werden müssen. Das folgende Fluss-Diagramm beschreibt kurz den Steuerungs- Algorithmus.
In einer Implementierung mit diskreten Zeitschritten können die Ableitungsterme in Gleichung (9) folgendermaßen approximiert werden:

Systembeschreibung

Eine bevorzugte Ausführung eines Wirbelstrombremsensteuerungssystems, das die vorstehend beschriebene Steuerungs-Strategie implementiert, ist im schematischen Blockdiagramm der Fig. 2 gezeigt. Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist ein Antriebsaggregat wie zum Beispiel der Motor 222 des Kraftfahrzeugs verbunden mit einem Getriebe 223. Die durch das Getriebe 223 angetriebene Welle ist mit einer Wirbelstrombremse 240 verbunden, deren Aufbau dem vorstehend beschriebenen entsprechen kann. Die Wirbelstrombremse 240 ist verbunden mit einem Differenzial, das typischerweise verbunden ist mit einem oder mehreren Rädern 230 des Fahrzeugs.
Die wesentlichen Verarbeitungsschritte zur Bestimmung des anzuwendenden Bremsmoments werden vorzugsweise von Modulen innerhalb des Mikroprozessors oder der Computersteuerung 202 ausgeführt. Die wesentlichen Berechnungsschritte des Algorithmus werden bevorzugt vom Drehmomentberechnungsprozessor 214 unter Nutzung von Prozessschritten, die im Speicher 206 gespeichert sind, ausgeführt. Die Bremsmoment-Steuerung 204 erhält Steuerungsinformation von Bremsmoment-Selektoren wie Bremssensoren 208, Beschleunigungssensoren 210, Getriebesensoren 212 oder anderen Bremsmoment-Selektoreinrichtungen wie zum Beispiel manuellen Schaltern oder anderen Steuerungen. Weiterhin werden Information über die Rotorgeschwindigkeit aus dem Rückkoppelsignal des Sensors für die Rotorgeschwindigkeit 224 und aus dem Rückkopplungsstrom der Wirbelstrombremse 240 ausgewertet. In einer bevorzugten Ausführung bestimmt die Steuerung 204, wann eine Drehmoment Berechnung erforderlich ist zutreffend ist.
In diesem Fall werden die relevanten Informationen von der Steuerung 204 an den Bremsmomentberechnungsprozessor 214 übergeben.
Der Bremsmomentberechnungsprozessor 214 führt bevorzugt die Berechnungsschritte aus der oben genannten Gleichung (9) aus, wobei er die von der Bremsmomentsteuerung 204 ermittelten Parameter und einige vorgegebene Konstanten aus dem Speicher 206 verwendet. Hat der Bremsmomentberechnungsprozessor 214 einen Wert für den Steuerstrom bestimmt, wird dieser Wert dem Bremsmoment-Signalgenerator 216 übergeben. Vorzugsweise wandelt der Generator 216 das Signal in einen nutzbaren Steuerstrom um, der wiederum einer Strom-Steuerung 218 übergeben wird. Die Steuerung 218 arbeitet in Verbindung mit der PWM-Steuerung 220, die ein pulsbreitenmoduliertes (PWM)-Signal erzeugt. Dieses Signal wird dann an den Stator der Wirbelstrombremse 240 angelegt, um das an der Welle des Antriebsaggregats 222 oder den Rädern 230 anliegende Bremsmoment zu steuern.
Die Steuerung gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführung kann in einem Mikroprozessor oder einer vergleichbaren aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung implementiert werden. Andere Konfigurationen sind natürlich möglich. Eine bevorzugte Implementierung der Steuerungs-Schritte, die von einem solchen Gerät ausgeführt werden, ist im Fluss-Diagramm von Fig. 3 gezeigt.
Wie im Fluss-Diagramm gezeigt besteht die Eingangs-Information zur Steuerung der Bremseinheit der Wirbelstrombremse aus der Rotorgeschwindigkeit, dem Rückkopplungsstrom 302 und dem vom vorstehend beschriebenen Bremsmoment-Selektor bestimmten gewünschten Bremsmoment 303. Zunächst werden die bei 302 anliegenden Eingangsgrößen Rotorgeschwindigkeit und Rückkopplungstrom in den Schritten 304 und 308 überprüft. In 304 wird der absolute Wert der Rotorgeschwindigkeit mit einer konstanten TOLW daraufhin verglichen, ob eine minimale Rotorgeschwindigkeit vorliegt. Bevorzugt wird TOLW so gewählt, dass es eine minimale Rotorgeschwindigkeit beschreibt, unter der der Bremsstrom auf Null gesetzt werden sollte. Diese minimale Rotorgeschwindigkeit charakterisiert bevorzugt diejenige Geschwindigkeit, unterhalb der die Wirbelstrombremse ihre Wirkung für die spezielle Anwendung verliert. Der Wert kann spezifisch sein für die spezielle Ausführung der Wirbelstrombremse, die für die bevorzugte Ausführung ausgewählt wird. Wenn in Schritt 304 die ermittelte Rotorgeschwindigkeit aus 302 nicht größer ist als TOLW, wird in Schritt 306 der Bremsstrom auf Null gesetzt.
Wenn die Rotorgeschwindigkeit oberhalb des Minimums ist, werden die funktionalen Determinanten aus der obigen Gleichung (9) in Schritt 308 verglichen mit einer vorgegebenen Konstanten TOLI. Dieses verhindert den Fall der Division durch Null, indem verhindert wird, dass ein Wert von 0 im Nenner der Gleichung (9) entsteht. Dieser Schritt erfolgt aus Sicherheitsgründen in Verbindung mit der Auswertung der Gleichung. Wenn der absolute Wert von (f₁ + 2f₂.i) nicht größer ist als der gewählte Wert für TOLI, wird in Schritt 310 (f₁ + 2f₂.i) gleich TOLI gesetzt.
Nach der Prüfung auf Division durch Null wird Icmd im Mikroprozessor mittels der vorstehend diskutierten Gleichung (9) berechnet. Hierzu wird das gewünschte Moment aus 303 zusammen mit der Rotor Geschwindigkeit und dem Rückkopplungsstroms aus Schritt 302 in die Gleichung eingesetzt. Der berechnete oder zurückgesetzte Wert von Icmd wird dann in Schritt 314 auf den Wert Imax begrenzt. In Schritt 316 wird ein pulsbreitenmoduliertes Signal wird für Icmd erzeugt, bevorzugt mittels eines PWM-Generators. Abschließend wird das PWM Signal für Icmd an den Stator der Wirbelstrombremse in 318 übergeben.
Wie oben bemerkt kann die vorliegende Methode in einem Mikroprozessor implementiert werden, wie zum Beispiel typischen Prozessoren von Motorola oder Texas Instruments. Ebenso ist es möglich, andere Mikroprozessoren oder Komponenten wie zum Beispiel softwareimplementierte EPROMs gemäß dem Stand der Technik zu verwenden.
Der Algorithmus und die damit verbundenen Implementierungen, die hier beschrieben sind, weisen verbesserte Robustheit und eine erhöhte Berechnungseffizienz der Steuerung auf. Die Steuerung behält die Stabilität, während sie die Systemdynamik hin zur gleitenden Oberfläche treibt. Der Algorithmus, wie er hier beschrieben und implementiert ist, weist auch auf Grund der schnellen Schalt-Charakteristik der Steuerung eine schnellere Antwortzeit auf. Das rückgekoppelte System macht die in der Vergangenheit zur Berechnung des Bremsstroms erforderliche uneffiziente Wertetabelle überflüssig.
Weiterhin ist nur eine einmalige Identifikation des Bremssystems erforderlich. Die Berechnungseffizienz ist ebenfalls verbessert, da als Rückkopplungsinformation für den vorliegenden Algorithmus lediglich der Rückkopplungsstrom und die Rotorgeschwindigkeit erforderlich ist. Eine Rückkopplungsinformation über das erzeugte Bremsmoment, die oft weitere Berechnungen und Verarbeitungsressourcen in der Computersteuerung erfordert, ist für den hier beschriebenen Algorithmus nicht nötig.
Es sollte angemerkt werden, dass wesentliche Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind, ohne den Erfindungsgegenstand zu verlassen. Deshalb soll die vorangehende detaillierte Beschreibung nicht einschränkend sondern beispielhaft und darüber hinaus im Lichte der nachfolgenden Patentansprüche verstanden werden, die einschließlich der umfassten Äquivalente den Gegenstand der Erfindung definieren.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Wirbelstrom-Bremssystems in einem Kraftfahrzeug, wobei das besagte Fahrzeug ein Antriebsaggregat besitzt, das mit dem Wirbelstrom-Bremssystem verbunden ist, um ein Drehmoment darauf zu übertragen, und wobei das besagte Wirbelstrom-Bremssystem eine Retarderbaugruppe aufweist, die mindestens einen Rotor und einen Stator umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Ermittlung eines Rückkopplungsstroms von der Retarderbaugruppe;

b) Ermittlung der Rotorgeschwindigkeit des Rotors;

c) Bereitstellung eines Signals, das das gewünschte Bremsmoment beschreibt;

d) Bestimmung eines Steuerstroms für die Retarderbaugruppe als Funktion des Rückkopplungsstroms, der Rotor-Geschwindigkeit und des gewünschten Bremsmoments mittels eines rückgekoppelten Steuerungs-Algorithmus mit gleitendem Modus; und

e) Anlegen des Steuerstroms an die Retarderbaugruppe, um gesteuert ein Bremsmoment an das Antriebsaggregat anzulegen.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der besagte Regel- Algorithmus mit gleitendem Modus weiterhin eine vorgegebene Konvergenzrate von η innerhalb der Grenzschicht der Dicke φ umfasst.

3. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei der besagte Algorithmus weiterhin auf der folgenden Gleichung basiert:

worin die Icmd der Bremsstrom ist, L die Induktivität der Wicklung der Spule des Stators ist, R der Widerstand der Wicklung der Spule des Stators ist, ω die Rotationsgeschwindigkeit ist, Tdes das gewünschte Verzögerungsmoment und i der besagte Rückkopplungsstrom ist.

4. Wirbelstrom-Bremssystem für ein Motorfahrzeug mit einem Antriebsaggregat, das eine Welle antreibt, umfassend:

a) eine Wirbelstrombremse mit einem Rotor, einem Stator, und einen Eingang für einen Bremsstrom, wobei der Rotor in Wirkverbindung mit der Welle steht;

b) mindestens einen Sensor, der mit dem Rotor operativ verbunden ist, um dessen Rotationsgeschwindigkeit zu ermitteln;

c) wenigstens einen Sensor, der mit dem Stator operativ verbunden ist, um einen Rückkopplungstrom von der besagten Bremse zu ermitteln;

d) eine mit den Sensoren verbundene Computersteuerung;

e) einen mit der Computersteuerung verbundenen Bremsmoment- Selektor zur Auswahl eines gewünschten Bremsmoments; und

f) einen Speicher, der für die Computersteuerung zugänglich ist;

g) wobei der Speicher einen Algorithmus zur Bestimmung eines Bremsstroms Icmd für die Computersteuerung enthält, der eine Funktion des Rückkopplungsstroms, der Rotorgeschwindigkeit und des gewünschten Bremsmoments ist.

5. System nach Patentanspruch 4 wobei der besagte Algorithmus weiterhin einen Regel-Algorithmus mit gleitendem Modus aufweist.

6. System nach Patentanspruch 5, wobei der besagte Regel-Algorithmus mit gleitendem Modus weiterhin eine vorgegebene Konvergenzrate von η innerhalb der Grenzschicht der Dicke φ umfasst.

7. System nach Patentanspruch 6, wobei der besagte Algorithmus weiterhin auf der folgenden Gleichung basiert:

worin die Icmd der Bremsstrom ist, L die Induktivität der Wicklung der Spule des Stators ist, R der Widerstand der Wicklung der Spule des Stators ist, ω die Rotationsgeschwindigkeit ist, Tdes das gewünschte Verzögerungsmoment und i der besagte Rückkopplungsstrom ist.

8. System gemäß Patentanspruch 7, wobei die Werte für Konvergenz- Rate und Grenzschichtdicke weiterhin Werte aufweisen, die für eine maximale Bremsleistung ausgewählt sind.

9. Steuerungssystem gemäß Patentanspruch 8, das weiterhin einen digitalen Signalprozessor aufweist, der zwischen den Sensoren und der Computersteuerung angeordnet ist, wobei der digitale Signalprozessor Ausgangswerte von den Sensoren empfängt, diese Ausgangswerte verarbeitet und die Ausgangswerte an die Computersteuerung übergibt.