DE19859280A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eienr Bremsanlage - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß werden bei einer Bremsanlage mit strombeaufschlagbaren Magnetventilen der durch die Magnete der Ventile fließende elektrische Strom und die an den Magnetventilen anliegende Spannung gemessen und der Bremskraftaufbau in der Bremsanlage abhängig von dem Quotienten der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes gesteuert. Vorzugsweise wird aus dem der Steuerung zugrundegelegten Quotienten der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes die Temperatur eines Hydroaggregates der Bremsanlage ermittelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage.

Aus "Antiblockiersystem und Antriebsschlupfregelung der fünften Generation", Jonner et al. ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 95 1993, Heft 11, ist eine Bremsanlage bekannt, welche Mittel zur Durchführung einer Antiblockier- und einer Antriebsschlupfregelung umfaßt. Die hydraulischen Ventile und die zum Druckaufbau und -abbau verwendeten Pumpenelemente sind dabei in einem sogenannten Hydroaggregat zusammengefaßt. Insbesondere bei der Antriebsschlupfregelung ist es wünschenswert, die Temperatur der Bremsanlage (des Hydroaggregats bzw. der Hydraulik) und damit die Umgebungstemperatur zu kennen. Maßnahmen zur Berücksichtigung der Temperatur der Bremsanlage, von Spannungsschwankungen und/oder Exemplarstreuungen sind bei der bekannten Bremsanlage nicht beschrieben.

Die Kenntnis der Temperatur des Hydroaggregats ist insbesondere zur Berechnung des Förderverhaltens der Rückförderpumpe einer Fahrdynamikregelung wichtig. Die Fahrdynamikregelung (FDR) ist ein Regelsystem, welches auf das Bremssystem und den Antriebsstrang des Fahrzeugs zur Verhinderung eines seitlichen Ausbrechens des Fahrzeugs einwirkt. Die Fahrdynamikregelung gewährleistet somit, daß das Fahrzeug beim Lenken nicht "schiebt" oder instabil wird. Für gewöhnlich wird hierzu die Gierrate des Fahrzeugs geregelt. Aus der DE 196 51 154 Al ist bekannt, die Temperatur der Bremsanlage eines Hydroaggregats ohne Temperaturmeßfühler aus dem Verhalten der Pumpe nach deren Abschaltung, dem sogenannten Nachlaufverhalten, abzuschätzen. Während des Nachlaufs wird die Pumpenmotorspannung bzw. die dazu proportionale Pumpendrehzahl erfaßt und die Zeit gemessen, die bis zum Unterschreiten einer vorgegebenen Schwelle vergeht, um daraus die Temperatur abzuschätzen. Die Temperaturabhängigkeit des Nachlaufverhaltens der Pumpe wird durch eine höhere Reibung in den Lagern und am Pumpenelement selbst verursacht, aber auch durch eine höhere Viskosität der Bremsflüssigkeit und der durch Induktivitäten hervorgerufenen Motorspannung. Ferner ist der Füllgrad der Pumpe bei stehender und kalter Bremsflüssigkeit geringer als wenn Bremsflüssigkeit durch die Pumpe fließt. Diese Effekte führen zu einer Temperaturabhängigkeit, die sich im Nachlaufverhalten auswirkt und zur Ermittlung der Temperatur herangezogen wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Temperaturbestimmung des Hydroaggregats einer Bremsanlage unter Vermeidung einer direkten Temperaturmessung mittels Temperaturmeßfühler weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 8 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 9 vorgeschlagen.

Demnach werden erfindungsgemäß bei einer Bremsanlage mit strombeaufschlagbaren Magnetventilen der durch die Magnete der Ventile fließende elektrische Strom und die an den Magnetventilen anliegende Spannung gemessen und der Bremskraftaufbau in der Bremsanlage abhängig von dem Quotienten der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes gesteuert. Vorzugsweise wird aus dem der Steuerung zugrundegelegten Quotienten der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes die Temperatur eines Hydroaggregates der Bremsanlage ermittelt. Wenn in der Anmeldung von einem durch die Magnetventile bzw. von einem durch die Magnete der Magnetventile fließenden elektrischen Strom die Rede ist, so ist darunter ein elektrischer Strom zu verstehen, der durch die Spulen bzw. Magnetspulen der Elektromagnete der Magnetventile fließt.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine Verbesserung der Steuerung einer Bremsanlage erreicht, da anhand des durch die Magnete der Magnetventile der Bremsanlage fließenden Stromes eine genauere Bestimmung der in einem Hydroaggregat der Bremsanlage herrschenden Temperatur gegenüber dem zitierten Stand der Technik möglich ist, da das bekannte Verfahren der Messung der Pumpenmotornachlaufzeit aufgrund zusätzlicher Temperatureinflüsse relativ ungenau ist. Erfindungsgemäß wird somit ausgenutzt, daß der Widerstand der Magnetspulen in den Magnetventilen temperaturabhängig ist, wobei diese Temperaturabhängigkeit mit einer hohen Genauigkeit bekannt ist. Aus dem gemessenen elektrischen Strom kann anhand der angelegten Spannung der elektrische Widerstand berechnet werden, den die Spule zu einem gegebenen Zeitpunkt hat, welcher Widerstandswert wiederum ein Maß für die Temperatur in der Magnetspule ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich vorteilhafterweise zu einer Verwendung im Rahmen einer Bremsregelung, eines Antiblockier-, Antriebsschlupfregel- oder Fahrdynamik- Regelsystems.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird zur Ermittlung der Temperatur der Magnetventile der einen Widerstandswert darstellende Quotient der gemessenen Spannung und des gemessenen Stromes mit einem Referenzwert für den Widerstand bei einer bekannten Temperatur in Bezug gesetzt.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem für die Magnetventile ermittelten Temperaturwert mittels eines thermischen Modells mit einem Wert für ein Verzögerungsglied des thermischen Modells und einer für das Hydroaggregat spezifischen Zeitkonstanten unter Berücksichtigung eines Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls die Temperatur des Hydroaggregats berechnet.

In anderer Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit des für die Magnetventile ermittelten Temperaturwerts unter Verwendung eines thermischen Modells die Temperatur des Hydroaggregats ermittelt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem thermischen Modell ein Temperaturanstieg oder Temperaturabfall berücksichtigt. Vorzugsweise wird in Abhängigkeit dieser Berücksichtigung eine für das Hydroaggregat spezifische Zeitkonstante und/oder ein in das thermische Modell eingehender Zielwert für die Temperatur des Hydroaggregats ermittelt.

Gemäß Anspruch 8 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Bremsanlage ein Hydroaggregat aufweist, welches wenigstens Ventile enthält, mit denen der Bremsdruck in dem Hydroaggregat zugeordneten Radbremszylindern beeinflußbar ist, wobei eine die Temperatur des Hydroaggregats beschreibende Temperaturgröße ermittelt und bei der Steuerung der Bremsanlage berücksichtigt wird, wobei erfindungsgemäß die Temperaturgröße in Abhängigkeit wenigstens einer das Betriebsverhalten eines Magnetventils beschreibenden Größe ermittelt wird.

Die Ermittlung des Widerstandes der Magnetspulen in den Magnetventilen und somit auch die der Temperatur des Hydroaggregats mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für sogenannte statische Zustände vorgesehen. Solche statischen Zustände zeichnen sich dadurch aus, daß zumindest der durch das Magnetventil fließende elektrische Strom eingeschwungen ist. In diesen statischen Zuständen hängt der durch das Magnetventil fließende Strom somit lediglich vom Widerstand der Magnetspule ab. Soll die erfindungsgemäße Ermittlung des Widerstandes der Magnetspulen in den Magnetventilen bzw. die der Temperatur des Hydroaggregats auch in dynamischen Zuständen möglich sein, so sind entsprechende Änderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, da in diesen dynamischen Zuständen auch die Induktivität der Spule zu berücksichtigen ist. Zum einen kann der Wert der Induktivität der Spule beispielsweise während der Fertigung des Hydroaggregats ermittelt und im Steuergerät abgelegt werden. Zum anderen bietet es sich an, den Wert der Induktivität der Spule während des Betriebs des Fahrzeuges zu ermitteln. Hierzu kann die Spule mit einer Spannung bekannten Wertes beaufschlagt werden und die zeitliche Änderung des Spulenstromes ermittelt werden. Aus dem Wert der Spannung und der zeitlichen Änderung des Spulenstromes läßt sich die Induktivität der Spule in bekannter Weise ermitteln.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Temperatur des Hydroaggregats kann bei der Ansteuerung der im Hydroaggregat enthaltenen Magnetventile bzw. Pumpen berücksichtigt werden. Beispielsweise kann somit der Temperatureinfluß auf das Förderverhalten der Rückförderpumpe berücksichtigt bzw. eliminiert werden. Dies ist vor allem bei Hydroaggregaten von Bedeutung, die über keine Vorladepumpe verfügen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und unter Bezugnahme auf die Zeichnung im folgenden näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt ein Flußdiagramm, das eine bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt.

Gemäß dem in der Figur dargestellten Flußdiagramm wird in einem ersten Schritt 10 des erfindungsgemäßen Verfahrens ein bekannter Widerstandswert R₀ der Magnetspulen der Ventilmagnete des Hydroaggregats der Bremsanlage bei einer bestimmten Temperatur, beispielsweise 20°C, eingelesen, der als Referenzwert bei der nachfolgenden Temperaturbestimmung gilt. Des weiteren wird in Schritt 10 ein Koeffizient α der Widerstandsänderung des in den Magnetspulen verwendeten Materials eingelesen. Für Kupfer beispielsweise beträgt der Koeffizient α = 0,0039/deg. Da diese Werte sich nicht verändern, können sie in einem Festspeicher abgelegt sein und jeweils nach dem Start des erfindungsgemäßen Verfahrens eingelesen werden.

In einem nächsten Schritt 20 wird eine Spannung U_V an den Magnetspulen der Magnetventile gemessen und eingelesen. Als nächster Schritt 30 wird der durch die Magnetspulen der Magnetventile fließende Ventilstrom I_n gemessen und eingelesen.

In einem ersten Berechnungsschritt 40 wird die Differenz ΔI zwischen dem eingelesenen Wert für den Ventilstrom I_n und dem im vorausgegangenen Meßzyklus eingelesenen Stromwert I_n-1 gebildet. Nach der Differenzbildung wird in Schritt 50 der bisherige Stromwert I_n-1 durch den neu eingelesenen Wert I_n ersetzt.

In einem ersten Vergleichsschritt 60 wird festgestellt, ob der Differenzwert ΔI der aufeinanderfolgend gemessenen Stromwerte größer ist als ein Schwellwert ΔI_S, wobei der Schwellwert ΔI_S so gewählt ist, daß er einen Schwellwert des Systemrauschens angibt. Sollte demnach der gemessene Differenzwert nicht größer sein als der Schwellwert, so findet keine weitere Berechnung statt und das erfindungsgemäße Verfahren wird beendet. Sollte dahingegen der Differenzwert ΔI größer sein als der Schwellwert ΔI_S, so wird in einem nächsten Schritt 70 der aktuelle, zu dem gemessenen Stromwert I_n gehörende Widerstandswert R_n bestimmt. Zur Bestimmung des Widerstandswertes R_n wird der Quotient von dem Spannungswert U_V und dem gemessenen Stromwert I_n gebildet und mit einem Faktor t_PW multipliziert, der das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation des Ventilstroms angibt, so daß die tatsächlich an den Magnetventilen anliegende Spannung in die Berechnung einfließt.

In dem nächsten Berechnungsschritt 80 wird die der Messung des Stromwertes I_n entsprechende "sensierte" Temperatur T_s in den Magnetspulen bestimmt, indem das Verhältnis des berechneten Widerstandswertes R_n zu dem Referenzwert R₀ gebildet und um 1 vermindert wird, anschließend durch den Koeffizienten α dividiert und zu dem dem Referenzwert R₀ entsprechenden Temperaturwert (hier: 20°C) hinzuaddiert wird.

Der derart bestimmte Temperaturwert T_s für die Magnetspulen dient nunmehr als Grundlage zur Berechnung der Temperatur des Hydroaggregats der Bremsanlage anhand eines thermischen Modells unter Berücksichtigung der Temperaturänderungsgeschwindigkeit, d. h. des Temperaturgradienten. Dazu wird in einem Vergleichsschritt 90 festgestellt, ob die in Schritt 80 bestimmte Temperatur T_s größer ist als die dem System bekannte Temperatur T_HAn-1 des Hydroaggregats der vorangegangenen Messung. Beim ersten Meßdurchgang nach dem Start des Systems (d. h. n = 1) ist T_HA0 auf einen Default-Wert gesetzt, der beispielsweise Null beträgt.

Erweist sich T_s größer als die Temperatur T_HAn-1 des Hydroaggregats, so liegt ein Temperaturanstieg vor. Sollte die in Schritt 80 berechnete Temperatur T_s jedoch kleiner oder gleich der Temperatur T_HAn-1 sein, so ist der Temperaturgradient kleiner gleich Null und es liegt kein Temperaturanstieg vor.

In den Schritten 100 bzw. 101 werden in Abhängigkeit des Vergleichsschrittes 90 Konstanten τ und pt gesetzt, die zu der Berechnung der Temperatur des Hydroaggregats anhand des thermischen Modells benötigt werden. Dabei stellt die Konstante τ die Zeitkonstante des thermischen Modells dar und ist ein spezifischer Wert des Hydroaggregats. Die Zeitkonstante τ wird vorteilhafterweise empirisch anhand bekannter Meßmethoden bestimmt und in dem Festspeicher des Systems abgelegt. Bei positivem Temperaturgradienten nimmt die Zeitkonstante τ einen ersten Wert τ⁺ an, während sie bei negativem Temperaturgradienten bzw. einem Temperaturgradienten gleich Null einen zweiten Wert τ^- annimmt (Schritte 100 bzw. 101).

Des weiteren wird in den Schritten 100 bzw. 101 die Konstante pt gesetzt, die einen Zielwert für das Verzögerungsglied erster Ordnung des thermischen Modells darstellt. Bei positivem Temperaturgradienten wird die Konstante pt gleich dem in Schritt 80 berechneten Temperaturwert T_s gesetzt (Schritt 100), während sie bei negativem Temperaturgradienten bzw. Gradient gleich Null auf Null gesetzt wird (Schritt 101).

In einem letzten Berechnungsschritt wird die aktuelle Temperatur T_HAn des Hydroaggregates berechnet, indem die Differenz zwischen dem Zielwert pt und der aus dem vorangegangenen Berechnungszyklus bekannten Temperatur T_HAn-1 des Hydroaggregats mit der Zeitkonstanten τ multipliziert und dieses Produkt zu dem aus dem vorangegangenen Berechnungszyklus bekannten Temperaturwert T_HAn-1 dazuaddiert wird. Somit ist bei der Berechnung der Temperatur des Hydroaggregats die Temperaturänderungsgeschwindigkeit ausgehend von der Änderung der in den Magnetspulen bestimmten Temperatur multipliziert mit der thermischen Zeitkonstante berücksichtigt.

Ausgehend von den derzeit eingesetzten Steuergeräten sind folgende Strommeßmöglichkeiten denkbar: Zum einen sind Steuergeräte im Einsatz, die Schaltungen enthalten, mit denen unter Verwendung von MOS-FET-Transistoren der Ventilstrom überwacht wird. Diese Schaltungen können durch geringe Änderungen in Meßschaltungen zur Erfassung des Ventilstroms umfunktioniert werden. Zum anderen sind Steuergeräte im Einsatz, die über stromgeregelte Endstufen zur Ansteuerung der Ventile verfügen. Diese stromgeregelten Endstufen lassen sich nach geringfügiger Abänderung zur direkten Messung des Ventilstromes verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch auf elektrisch angesteuerte Pumpen, beispielsweise die Rückförderpumpe, angewendet werden. In diesem Fall wird der durch die Motorwicklungen der Spule fließende Strom und die an die Motorwicklungen angelegte Spannung und in entsprechender Weise ein Widerstandswert für die Pumpe ermittelt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage kann auf einfache und kostengünstige Weise die Temperatur des Hydroaggregats der Bremsanlage zuverlässig mit guter Genauigkeit bestimmt werden. Insbesondere wirkt sich vorteilhaft aus, daß keine zusätzliche externe Sensorik notwendig ist, sondern daß die Temperaturbestimmung ausschließlich über Spannungs- und Strommessungen erreicht wird. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Temperaturbestimmung sowohl für eine hydraulische als auch für eine elektrohydraulische Bremsanlage einsetzbar.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage mit strombeaufschlagbaren Magnetventilen, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Magnete der Magnetventile fließende elektrische Strom (I_n) und die an den Magnetventilen anliegende Spannung (U_V) gemessen werden und der Bremskraftaufbau in der Bremsanlage abhängig von dem Quotienten der gemessenen Spannung (U_V) und des gemessenen Stromes (I_n) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Quotienten der gemessenen Spannung (U_V) und des gemessenen Stromes (I_n) die Temperatur (T_HA) eines Hydroaggregates der Bremsanlage ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsanlage im Rahmen einer Bremsregelung, eines Antiblockier-, Antriebsschlupfregel- oder Fahrdynamik-Regelsystems verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der Temperatur der Magnetventile der einen Widerstandswert (R_n) darstellende Quotient der gemessenen Spannung (U_V) und des gemessenen Stromes (I_n) mit einem Referenzwert (R₀) für den Widerstand bei einer bekannten Temperatur in Bezug gesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem für die Magnetventile ermittelten Temperaturwert (T_s) mittels eines thermischen Modells mit einem Wert (pt) für ein Verzögerungsglied des thermischen Modells und einer für das Hydroaggregat spezifischen Zeitkonstanten (τ) unter Berücksichtigung eines Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls die Temperatur (T_HA) des Hydroaggregats berechnet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des für die Magnetventile ermittelten Temperaturwerts (T_s) unter Verwendung eines thermischen Modells die Temperatur (T_HA) des Hydroaggregats ermittelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem thermischen Modell ein Temperaturanstieg oder Temperaturabfall berücksichtigt wird, insbesondere wird in Abhängigkeit dieser Berücksichtigung eine für das Hydroaggregat spezifische Zeitkonstante (π) und/oder ein in das thermische Modell eingehender Zielwert (pT) für die Temperatur des Hydroaggregats ermittelt.

8. Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeuges, wobei die Bremsanlage ein Hydroaggregat aufweist, welches wenigstens Ventile enthält, mit denen der Bremsdruck in dem Hydroaggregat zugeordneten Radbremszylindern beeinflußbar ist, wobei eine die Temperatur des Hydroaggregats beschreibende Temperaturgröße (T_HA) ermittelt und bei der Steuerung der Bremsanlage berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturgröße in Abhängigkeit wenigstens einer das Betriebsverhalten eines Magnetventils beschreibenden Größe (U_v, I_n) ermittelt wird.

9. Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage mit strombeaufschlagbaren Magnetventilen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Messung des durch die Magnete der Magnetventile fließenden elektrischen Stromes (I_n) und der an den Magnetventilen anliegenden Spannung (U_V) erfolgt und eine Steuerung des Bremskraftaufbaus in der Bremsanlage abhängig von dem Quotienten der gemessenen Spannung (U_V) und des gemessenen Stromes (I_n) erfolgt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ermittlung der Temperatur eines Hydroaggregates der Bremsanlage auf der Grundlage des Quotienten der gemessenen Spannung (U_V) und des gemessenen Stromes (I_n) erfolgt.