DE19521086A1

DE19521086A1 - Verfahren zum Einregeln eines vorgegebenen, veränderlichen Bremsdruckes in den Radbremsen einer Bremsanlage

Info

Publication number: DE19521086A1
Application number: DE19521086A
Authority: DE
Inventors: Alfred Eckert
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1995-06-09
Filing date: 1995-06-09
Publication date: 1996-12-12
Also published as: JPH11507308A; EP0847349A1; US6234583B1; WO1996041736A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einregeln eines vorgegebenen, veränderlichen Bremsdruckes in den Rad bremsen einer Bremsanlage, bei dem in einem Regelungs- und Datenverarbeitungssystem den Bremsdruck in den einzelnen Rad bremsen bestimmende Eingangsgrößen ermittelt und Ansteuer zeiten bzw. Stellgrößen von Hydraulikventilen, Aktuatoren oder dergl., mit denen der Bremsdruck gesteuert wird, festge legt werden.

Bei Fahrzeug-Regelungssystemen unterschiedlicher Art, die auf einem Bremseneingriff oder Bremsenansteuerung beruhen, be steht Bedarf an einem geschickten, auf einfache Weise reali sierbaren und an unterschiedliche Bedingungen und unter schiedliche Regelungsmethoden anpaßbaren Verfahren zum konti nuierlichen Einregeln eines vorgegebenen, veränderlichen Bremsdrucks oder Bremsdruckverlaufs in den einzelnen Radbrem sen. Zu Fahrzeugregelungssystemen der in Rede stehenden Art gehören z. B. Antriebsschlupf- und Fahrstabilitätsregelungen, Systeme zur selbsttätigen Regelung des Abstands zwischen fah renden Kraftfahrzeugen (AICC), rein elektrische Fahrzeug- Bremsanlagen (brake-by-wire) usw.

Es ist Aufgabe der vorlie genden Erfindung, ein derartiges Verfahren zur Druckeinrege lung zu entwickeln.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe durch das im beigefüg ten Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann. Einige Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen be schrieben. Das Einregeln des Bremsdruckes im Rahmen eines Verfahrens zur Fahrstabilitätsregelung stellt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar.

Das Besondere der Erfindung wird darin gesehen, daß bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art in einem Druckregler radindividuell die den Bremsdruck bestimmende, z. B. in einem Giermomentenregler errechnete Ein gangsgröße und die zeitliche Ableitung dieser Eingangsgröße jeweils gewichtet und addiert werden, daß die auf diese Weise gebildete Summe einem nichtlinearen Übertragungsglied zuge führt wird, daß mit Hilfe dieses Übertragungsgliedes aus die ser Summe in Abhängigkeit von der Charakteristik der verwen deten Hydraulikventile oder der verwendeten Aktuatoren ein Druckmittel-Volumenstrom ermittelt wird und daß in einer Ventil-Ansteuerungslogik oder Ventil-Schaltzeitenlogik die Ansteuerzeiten bzw. Stellzeiten der dem Druckaufbau- und der den Druckabbau steuernden Hydraulikventile oder Aktuatoren in Abhängigkeit von dem ermittelten Druckmittel-Volumenstrom und der Ventil- bzw. Aktuatorcharakteristik festgelegt werden.

Als Eingangsgrößen dieses Druckreglers eigenen sich insbeson dere Größen, die den Druck, das Druckmittelvolumen oder den Radschlupf darstellen.

Als nichtlineares Übertragungsglied sind erfindungsgemäß, je nach Anwendungsfall und den Anforderungen, ein 2-Punkt oder 3-Punkt-Schalter, ggf. Schalter mit Umschalthysterese, vor gesehen.

Das erfindungsgemäße Regelungsverfahren führt zu einer ein fachen, robusten und stabilen Regelstruktur. Das Regelungs verfahren läßt sich sowohl durch Schaltungs-Hardware als auch durch Software bzw. mit Hilfe von programmgesteuerter Schal tungstechnik realisieren.

Das Regelungsverfahren ist gleichermaßen für den Einsatz von hydraulischen Schaltventilen, Proportionalventilen, hydrau lischen Aktuatoren und dergl. als Komponenten zur Steuerung des Bremsdruckes geeignet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausfüh rungsbeispiels anhand der beigefügten Funktionsdarstellungen hervor.

Es zeigen

Fig. 1 die Struktur eines Reglers zur Einregelung eines vor gegebenen veränderlichen Bremsdruckes gemäß einer Ausführungsart nach der Erfindung und

Fig. 2 in gleicher Darstellungsweise wie in Fig. 1 die Ein bindung des Druckreglers nach Fig. 1 in ein Fahrsta bilitätsregelungssystem.

Den grundsätzlichen Aufbau eines Reglers zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht Fig. 1. Eine absolute Größe ΔE, die in einem hier nicht dargestellten Regelungs- oder Datenverarbeitungssystem gewonnen wurde und die die Information über den ermittelten Druck in einer Rad bremse enthält, ist eine Eingangsgröße des dargestellten Druckreglers. Die zweite Eingangsgröße ist die zeitliche Ab leitung Δ. Diese Eingangsgrößen ΔE, Δ, können insbesondere den vorgegebenen Druck, das Druckmittelvolumen oder den Rad schlupf bzw. die zeitlichen Ableitungen dieser Größen zum Inhalt haben. Es ist natürlich auch möglich, die zeitliche Ableitung mit Hilfe des Reglers zu bilden.

Die Eingangssignale ΔE, Δ werden jeweils durch einen vorgege benen oder errechneten Faktor k₁ bzw. k₂ gewichtet und in ei nem Addierer 1 zusammengeführt. Die Summe S wird in einem nichtlinearen Übertragungsglied 2 weiterverarbeitet, mit des sen Hilfe unter Berücksichtigung der Ventilcharakteristik 3, die im vorliegenden Beispiel durch ein Ventilmodell erfaßt ist, ein dem Eingangssignal S dieses Übertragungsgliedes 2 entsprechender Druckmittel-Volumenstrom Q ermittelt wird. Der Ausgangswert des nichtlinearen Übertragungsgliedes 2 stellt den von dem Regelungssystem geforderten bzw. von den Ein gangsgrößen ΔE, Δ abhängigen und die Ventilcharakteristik berücksichtigenden Druckmittel-Volumenstrom Q dar. Aus dem Eingangswert Q werden dann in einer Verteilungslogik 4 bzw. Ventil-Ansteuerlogik die Ventil-Schaltzeiten ΔT, ΔT_auf, ΔT_ab er rechnet. Durch diese Ventilansteuerungssignale oder Stell signale (oder auch Aktuator-Stellsignale) wird dann unmittel bar der geforderte Bremsdruck in der zugehörigen Radbremse eingeregelt.

Als nichtlineares Übertragungsglied 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ein 3-Punkt-Schalter mit Proportionalbereich vorgesehen. Das Diagramm im Inneren des Blocks 2 veranschaulicht dies. Der Kurvenverlauf stellt die Ventilcharakteristik dar. Zwischen S₁ und -S₁ liegt eine Tot zone. Q_{n auf} und Q_{n ab} sind durch die maximalen Öffnungsquer schnitte oder Volumenströme bedingt. Zwischen S₁ und S₂ bzw. -S₁, -S₂ liegen die Proportionalbereiche.

In der Ventil-Ansteuerungslogik 4 werden die Öffnungszeiten ΔT bzw. ΔT_auf, ΔT_ab der Ventile, die den Druckaufbau und den Druckabbau bestimmen, nach der Beziehung

ermittelt, wobei mit T_o die Zeitbasis des Regelungssystems oder die Abtastzeit des Reglers bezeichnet ist. Diese Glei chung gilt für Digitalventile. Natürlich können auch Propor tionalventile oder Plungersysteme und andere Aktuatoren ver wendet werden. Die Logik 4 würde in diesem Fall die Stell signale oder den Ansteuerstrom für die entsprechenden hydrau lischen Komponenten bzw. für die Aktuatoren festlegen.

Das Ventilmodell 3, das unter anderem die Parameter und Grenzwerte des Übertragungsgliedes 2 und der Logik 4 beein flußt, kann auch dahingehend erweitert werden, daß in den einzelnen Berechnungsprozessen auch vorangegangene Ventil aktivitäten, Ventilpositionen usw. (z. B. ein noch nicht ge schlossenes Ventil, Energiespeicherung in der Ventilfeder oder im Magnetfeld usw.) berücksichtigt werden.

Fig. 2 zeigt die Einbeziehung des Druckreglers nach Fig. 1 in die Struktur eines sehr vereinfacht dargestellten Systems zur Regelung der Fahrstabilität eines Kraftfahrzeugs.

Nach Fig. 2 besteht das Fahrstabilitätsregelungssystem im wesentlichen aus einem Giermomentenregler (GMR) 5, aus dem anhand der Fig. 1 beschriebenen Druckregler 6, aus einer Prioritätsschaltung 7, aus einem andere Regelungskomponenten des Fahrstabilitätsregelungssystems umfassenden Reglerteil 8 und schließlich aus einem das Kraftfahrzeug und vor allem die Kraftfahrzeugbremsen symbolisierenden Block 9. Das Ganze stellt in vereinfachter Form die Reglerstruktur dar und ver anschaulicht den Informationsfluß, den Gesamtregelkreis, die verwerteten Eingangssignale usw. Verwirklicht wird ein sol cher Regler vorzugsweise mit Hilfe von programmgesteuerten Schaltkreisen (Microcomputer, Microcontroller und dergl.) und einer Bremsanlage mit Hydraulikventilen oder Aktuatoren, die in der Lage ist, sowohl bei Bremspedalbetätigung als auch bei nichtbetätigter Bremse den errechneten Bremsdruck in den ein zelnen Radbremsen aufzubauen und den gewünschten Bremsdruck verlauf einzustellen. Zur Antriebsschlupfregelung und Fahr stabilitätsregelung ist außerdem bekanntlich in bestimmten Phasen ein Eingriff in die Steuerung des Antriebsmotors not wendig.

Die zur Giermomentregelung erforderlichen Komponenten sind in dem Block 5 zusammengefaßt. Im vorliegenden Fall werden in bekannter Weise einem durch Rechenprogramme und Algorithmen vorgegebenen sogen. Fahrzeugreferenzmodell 10 als Eingangs größen Informationen über den Lenkwinkel L und über die Fahr zeuggeschwindigkeit v_FZ oder Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit zugeführt. Auf Basis dieses Fahrzeugreferenzmodells 10 wird ein Sollwert der Gierwinkelgeschwindigkeit G_soll errechnet und in einem Vergleicher 11 zu dem gemessenen Istwert der Gier winkelgeschwindigkeit G_ist in Beziehung gesetzt. Der Diffe renzwert ΔG zwischen der Soll- und der Ist-Gierwinkel geschwindigkeit wird in einer als Regelgesetz 12 bezeichneten Schaltung, die im allgemeinen ein umfangreiches Programm um faßt, weiterverarbeitet, um ein Zusatzgiermoment M_G bzw. eine Momentenänderung _G zu ermitteln. Aus diesem Zusatzgiermo ment, der Momentenänderung und aus einer von der Bremspedal betätigung abhängigen Eingangsgröße P_F werden dann radindivi duelle bzw. für die einzelnen Radbremsen maßgebliche Bremsdruck-Regelgrößen ermittelt. Der tatsächlich in den ein zelnen Radbremsen herrschende Bremsdruck als Ergebnis einer Messung (P_ist) oder aus einem entsprechenden Druckmodell (P_Modell) wird ebenfalls von einer Verteilungslogik 13 berücksich tigt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stehen am Ausgang der Ver teilungslogik 13 und damit des Giermomentenreglers 5 Druck differenzsignale ΔP, Δ zur Verfügung, die als Eingangsgrößen ΔE, Δ - siehe Fig. 1 - in dem Druckregler 6 weiterverarbei tet werden. Anstelle der absoluten Druckgrößen ΔP, Δ könnten auch, wie zuvor bereits erläutert, andere Größen, die das Druckmittel-Volumen ΔV oder den Radschlupf Δλ darstellen, verarbeitet werden. In diesen Größen stecken ebenfalls die gewünschten Informationen über den geforderten Bremsdruck oder Bremsdruckverlauf in den einzelnen Radbremsen.

Der Druckregler 6 nach Fig. 2 stimmt mit dem Druckregler nach Fig. 1 überein, mit der Besonderheit, daß als Eingangsgrößen ΔE, Δ nach Fig. 2 die Druckgrößen ΔP, Δ verarbeitet werden.

Informationen über das Ventilverhalten, nämlich die Ventil charakteristik oder Aktuator-Charakteristik, Informationen über die Grenzwerte Q_n (Q_{n auf}, Q_{n ab}) über die Totzeiten T_tot, werden auch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ein Ventilmo dell 3′ entnommen. Die in dem Ventilmodell 3′ festgehaltenen Parameter Q_{n auf/ab}, die Totzeiten und andere Einflußgrößen für das Verhalten der Ventile können erforderlichenfalls in Abhän gigkeit von vorangegangenen Ventilaktivitäten und Ventilan steuerungsvorgängen modifiziert werden, um das tatsächliche Ventilverhalten und den erreichten Druckmittel-Volumenstrom noch genauer zu bestimmen.

Die Ausgangssignale des Druckreglers 6, die Ventil- oder Aktuator-Stellsignale sein können, werden in der Prioritäts schaltung 7 mit entsprechenden Ventil- oder Aktuator-Betäti gungssignalen verglichen, die in anderen Reglerteilen, z. B. in einem Antiblockiersystem (ABS), Antriebsschlupfregelungs system (ASR) oder in einem elektronischen Bremskraftverteiler (EBV), gewonnen wurden. Aus Sicherheitsgründen oder auch aus Stabilitätsgründen werden je nach Situation bestimmten Venti lanforderungen bzw. Ventilbetätigungssignalen Priorität ein geräumt. In der Prioritätsschaltung 7 werden zweckmäßiger weise die in den verschiedenen Reglerteilen erzeugten Ventil betätigungssignale koordiniert. In manchen Situationen wird dem Erhalt der Fahrstabilität, in anderem dem Erreichen eines kurzen Bremsweges Priorität eingeräumt. Es sind vielfältige Verknüpfungen der aus den einzelnen Reglern stammenden Signa le möglich.

Am Ausgang der Prioritätsschaltung 7 stehen schließlich die tatsächlichen Ansteuersignale an, mit denen die Hydraulikven tile oder sonstige Aktuatoren betätigt werden, um das Fahr zeugverhalten in der gewünschten Weise zu beeinflussen und damit den Regelkreis zu schließen.

Claims

1. Verfahren zum Einregeln eines vorgegebenen, veränderli chen Bremsdruckes in den Radbremsen einer Bremsanlage, bei dem in einem Regelungs- und Datenverarbeitungssystem den Bremsdruck in den einzelnen Radbremsen bestimmende Eingangsgrößen ermittelt und Ansteuerzeiten bzw. Stell größen von Hydraulikventilen, Aktuatoren oder dergl., mit denen der Bremsdruck gesteuert wird, festgelegt wer den, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Druckregler (6) radindividuell die den Bremsdruck bestimmende Ein gangsgröße (ΔE, ΔP, Δλ, ΔV) und die zeitliche Ableitung (Δ, Δ, Δ, Δ) dieser Eingangsgröße gewichtet (k₁, k₂) und die gewichteten Größen addiert werden,
daß die Summe (S) einem nichtlinearen Übertragungsglied (2) zugeführt wird,
daß mit Hilfe des nichtlinearen Übertragungsgliedes (2) aus der Summe (S) ein Druckmittel-Volumenstrom (Q) in Abhängigkeit von der Charakteristik der verwendeten Hy draulikventile, Aktuatoren oder dergl. ermittelt wird, und daß in einer Ventil-Ansteuerlogik oder Ventil- Schaltzeitenlogik (4) die Stell- oder Ansteuerzeiten der den Druckaufbau und der den Druckabbau steuernden Hy draulikventile oder Aktuatoren in Abhängigkeit von dem ermittelten Druckmittel-Volumenstrom (Q) und von der Ventilcharakteristik (3, 3′) festgelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Bremsdruck bestimmende Eingangsgrößen (ΔE, Δ) der Druck (ΔP) und die zeitliche Ableitung des Druckes (Δ) ermittelt und dem Druckregler (6) zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Bremsdruck bestimmende Eingangsgrößen (ΔE, Δ) das Druckmittelvolumen (ΔV) und die zeitliche Änderung des Volumens (Δ) ermittelt und dem Druckregler (6) zu geführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als den Druck bestimmende Eingangsgrößen (ΔE, Δ) der Radschlupf (Δλ) und die zeitliche Änderung des Rad schlupfes (Δ ermittelt und Druckregler (6) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlineares Über tragungsglied (2) ein 2-Punkt- oder 3-Punkt-Schalter erwendet wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlineares Über tragungsglied (2) ein 3-Punkt-Schalter mit Proportional bereich verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß der als nichtlineares Übertragungsglied (2) verwendete Schalter Umschalthysterese zeigt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ventil-Ansteue rungslogik (4) die Öffnungszeiten (ΔT, ΔT_auf, ΔT_ab) der Hy draulikventile, die den Bremsdruck steuern, nach der Beziehung festgelegt werden, wobei "Q" den geforderten, d. h. mit Hilfe des Übertragungsgliedes (2) ermittelten Druckmittel-Volumenstrom, "Q_{n auf/ab}" den (ventilbedingt) maximal möglichen Volumenstrom und "T₀" die Zeitbasis bzw. Abtastzeit des Regelungssystems bedeuten.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Verhalten der Ventile oder des Aktuators durch ein Ven tilmodell (3, 3′) nachgebildet wird, daß die Ventilkenn werte für das nichtlineare Übertragungsglied (2) und für die Ventil-Ansteuerungslogik (4) liefert.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 für ein System zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahrzeugs, bei dem von dem Lenkwinkel (L) und der Fahr zeuggeschwindigkeit (V_FZ) abhängige Eingangsgrößen auf Basis eines durch Rechengrößen und Algorithmen festge legten Fahrzeugmodells (10) in den Sollwert einer Gier winkelgröße (G_soll) umgerechnet, dieser Sollwert (G_soll) mit einem Istwert (G_ist) verglichen und der Differenzwert (ΔG) nach vorgegebenen Regelalgorithmen, dem sogen. Regelge setz (12), ausgewertet werden, und bei dem aus diesen aus dem Differenzwert (ΔG) gewonnenen Regelgrößen Dreh momentgrößen (M_G, _G) errechnet werden, welche zur Ermitt lung eines in den einzelnen Radbremsen einzustellenden Drucks oder einer entsprechenden Größe weiterverarbeitet werden, die ein die gemessene Gierwinkelgröße (G_ist) zu der errechneten Gierwinkelgröße (G_soll) hinführendes Zu satzgiermoment hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Differenzwert (ΔG) gewonnenen Größen (M_G, _G; Ausgangsgrößen des Regelgesetzes 12) einer Verteilungs logik (13) zugeführt werden, die unter Berücksichtigung der von dem Fahrzeugführer ausgeübten Pedalkraft (P_F) und des tatsächlichen Bremsdruckes (P_ist) oder eines angenä herten Wertes P_Modell) die den Bremsdruck in den einzelnen Radbremsen bestimmende Eingangsgrößen (ΔE, Δ; ΔP, Δ; ΔV, Δ; Δλ, Δ) ausgibt, und daß diese Ein gangsgrößen und die zeitliche Ableitung dieser Eingangs größen dem Druckregler (6) zugeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Druckregler (6) die den Bremsdruck bestimmende Eingangsgröße (ΔE, ΔP, Δλ, ΔV) und deren zeitliche Ablei tung (Δ, Δ, Δ, Δ) jeweils gewichtet (k₁, k₂) und addiert werden, daß die Summe (5) dem nichtlinearen Über tragungsglied (2) zugeführt wird, daß der Druckmittel- Volumenstrom (Q) ermittelt wird und daß in der Ventilan steuerlogik (4) die Ansteuerzeiten (ΔT, ΔT_auf, ΔT_ab) der Druckaufbau- und der Druckabbauventile in Abhängigkeit von dem ermittelten Volumenstrom (Q) und den jeweiligen Maximalwerten des Druckmitteldurchlasses (Q_{n auf}, Q_{n ab}) in dem Druckaufbauweg und in dem Druckabbauweg bestimmt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, daß die Ausgangssignale des Druckreglers (6) in einer Prioritätsschaltung (7) mit den durch andere Regelungs-Teilsysteme (18; ABS, ASR, EBV) des Fahrstabili tätsregelungssystems gewonnenen Ventilansteuer- oder Ventilstellsignalen verglichen und unter Beachtung eines vorgegebenen Prioritätsrangs ausgewertet werden.