DE3636140A1 - Druckregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Druckregler ist aus der DE-OS 28 11 345 bekannt. Ähn­ liche Druckregler sind auch aus den US-PSen 34 02 972, 33 98 993, 38 07 810 und den DE-PSen 11 60 491 und 11 00 672 bekannt. Kurz zusammengefaßt wird diesen bekannten Druckreglern für Bremsen ein elektrisches Bremsanforde­ rungssignal, das Soll-Wert-Signal U _soll , zugeführt. Ein Druckaufnehmer mißt den momentan herrschenden Druck am Ausgang des Reglers, wandelt diesen in eine elektrische Spannung um und gibt diesen Ist-Wert U _ist an den Regler. Der Regler steuert entsprechend der Soll-/ Ist-Abwei­ chung das Einlaß- oder das Auslaßventil an, um den Ist-Wert an den Soll-Wert anzugleichen.

Um die Regelgüte zu verbessern, wurden bei der DE-OS 28 11 345 Auslaß- und Einlaßventile als sog. Proportio­ nalventile ausgebildet, die im Ergebnis ihren Öffnungs­ querschnitt entsprechend der Regelabweichung ändern. Der Regler hat hierbei auch einen Integralanteil (PI- Regler) um auch kleine Regelabweichungen noch ausregeln zu können und den Regler insgesamt weitestgehend hyste­ resefrei zu machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den gattungs­ bildenden Regler so zu verbessern, daß er schneller ar­ beitet, also eine höhere Eckfrequenz hat, gleichwohl jedoch hysteresefrei und stabil arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei dem gattungsbildenden Regler durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.

Generell sind die Forderungen nach Schnelligkeit, Stabi­ lität und Hysteresefreiheit bei Reglern teilweise gegen­ sätzlich. Für die Hysteresefreiheit ist ein Integral­ anteil des Reglers unerläßlich. Er wirkt jedoch bei kurzen Zeitkonstanten destabilisierend, insbesondere wenn ein hoher P-Anteil (hohe Proportionalverstärkung) vorgesehen ist. Umgekehrt läßt sich die Schnelligkeit zwar durch einen Differentialanteil (PID-Regler) er­ höhen was jedoch ebenfalls destabilisierend wirkt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht daher darin, bei schnellen Soll-Wert-Änderungen, d. h. bei steilem Soll- Wert-Gradienten die Proportionalverstärkung auf höhere Werte umzuschalten. Durch die erhöhte Proportionalver­ stärkung reduziert sich die Ansprechzeit der Magnet­ ventile und der elektrische "Totbereich" der Magnet­ ventile wird schneller durchlaufen. Sinkt der Soll- Wert-Gradient wieder unter einen Grenzwert ab, so wird der Proportionalanteil auf seinen niedrigeren Wert zurückgeschaltet. Eine weitere Verbesserung der Stabi­ lität erhält man dadurch, daß man bei der höheren Pro­ portionalverstärkung den Integralanteil abschaltet und ihn erst dann wieder zuschaltet, wenn der Proportional­ anteil auf seinen niedrigen Wert zurückgeschaltet ist. Damit behält man die Hysteresefreiheit und die Regelung wird stabiler. Eine weitere Verbesserung erhält man dadurch, daß man bei einem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung den Integralanteil auf Null zurücksetzt und von Null aus die Stellgröße mit dem richtigen Vor­ zeichen hochlaufen läßt. Damit reduziert sich bei der vorgegebenen Zeitkonstanten des Integralanteiles die Totzeit um den Anteil, der erforderlich wäre, um die Stellgröße von einem zufälligen, momentanen Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen auf Null zu bringen. Es wird also die Schnelligkeit erhöht ohne die Stabilität zu beeinträchtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer geregelten Brems­ anlage und

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei­ spiels des Druckreglers der Erfindung.

In Fig. 1 gelangt das Medium (z. B. Luft oder Hydraulik­ flüssigkeit), dessen Druck geregelt werden soll über eine Leitung 1 zu einem Absperrventil 2 (Einlaßventil) und kann über ein weiteres Absperrventil 3 (Auslaß­ ventil) abgelassen werden. Zwischen Einlaß- und Auslaß­ ventil 2 und 3 ist eine Leitung 4 vorgesehen, die zu einem Bremszylinder 5 führt. An diese Leitung 4 ist auch ein elektromechanischer Druck-Spannungswandler 6 angeschlossen, dem eingangsseitig der pneumatische bzw. hydraulische Druck zugeführt wird und der ausgangs­ seitig auf der elektrischen Leitung 7 ein elektrisches Signal U _ist abgibt, das dem Druck proportional ist. Dieses Ist-Wert-Signal wird einem Regler 8 zugeführt, der bei der Erfindung einen Proportionalanteil und einen Integralanteil enthält. (sog. PI-Regler) Der Regler kann auch einen zusätzlichen D-Anteil (Differential­ anteil) haben und damit ein PID-Regler sein. Über elek­ trische Leitungen 9 und 10 werden das Einlaßventil 2 und das Auslaßventil 3 so angesteuert, daß sich der gewünschte geregelte Druck einstellt, der über ein elektrisches Druck-Soll-Wert-Signal U _soll auf einer elektrischen Leitung 11 dem Regler 8 zugeführt wird. Bei einer Bremsanlage handelt es sich dabei also um ein Bremsanforderungssignal.

Fig. 2 zeigt den nach der Erfindung ausgestalteten Regler. Die Soll- und Ist-Wert-Signale U _soll und I _ist (von den Leitungen 11 und 7 der Fig. 1) werden einem Vergleicher 12 zugeführt, der die Differenz zwischen U _soll und U _ist bildet. Dieses Differenzsignal wird allgemein auch als Regelabweichung Δ U bezeichnet. Zu­ sätzlich wird das Soll-Wert-Signal einem Differenzierer 13 zugeführt, der die zeitliche Ableitung d U _soll /dt bildet. Das Regelabweichungssignal Δ U wird über einen Umschalter 14 dem Regler 15 zugeführt. Dieser Regler hat eine Proportionalverstärkung mit einem ersten (nie­ drigen) Verstärkungsfaktor. Ein zweiter Ausgang des Um­ schalters 14 wird einem anderen Regler 16 zugeführt, der keinen Integralanteil hat, dessen Proportionalver­ stärkung (P-Anteil) jedoch größer ist als die des Reglers 15.

Das Ausgangssignal des Differenzierers 13 steuert die Schaltstellung des Umschalters 14. Liegt das Ausgangs­ signal des Differenzierers 13 unter einem vorgegebenen Schwellwert, so ist der Umschalter 14 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, bei der der Vergleicher 12 zu dem Regler 15 durchgeschaltet ist. Ist dagegen das Aus­ gangssignal des Differenzierers 13 größer als der vor­ gegebene Schwellwert, was bedeutet, daß sich der Soll- Wert mit steilem Gradienten ändert, so schaltet der Umschalter 14 in die andere Schaltstellung, in welcher das Ausgangssignal des Vergleichers 12 zu dem Verstärker 16 durchgeschaltet wird. Unterhalb des Schwellwertes des Gradienten des Soll-Wert-Signales ist also der PI-Regler 15 im Einsatz; es wirkt ein relativ niedriger Proportionalanteil sowie der Integralanteil. Oberhalb des Schwellwertes des Gradienten des Soll-Wertes wirkt dagegen nur noch der "Regler" 16, der einen höheren Proportionalanteil hat und dafür aber keinen Integral­ anteil. Die Ausgangssignale (von denen jeweils ja nur eines wirksam ist) der Regler 15 und 16 werden einer Endstufe 17 zugeleitet, die dann die entsprechenden Magnetventile (z. B. die Magnetventile 2 und 3 der Fig. 1) ansteuert. Vorzugsweise verwendet man hier sog. Proportionalventile gemäß der DE-OS 28 11 345. Die Endstufe 17 enthält dann entsprechend einen Impulsgene­ rator, dessen Frequenz in Abhängigkeit vom Eingangs­ signal, d. h. also vom Ausgangssignal der Regler 15 und 16 verändert wird.

Weiterhin wird das Ausgangssignal U des Vergleichers 12 einem Schaltkreis 18 zugeführt, der erkennt, ob sich das Vorzeichen von Δ U ändert, d. h. ob die Regelabweichung positiv oder negativ ist, der Druck also erhöht oder er­ niedrigt werden soll. Bei jedem Vorzeichenwechsel er­ zeugt dieser Schaltkreis 18 ein Ausgangssignal, bei­ spielsweise in Form eines Impulses, der einer Rücksetz­ schaltung 19 für den Integralanteil des Reglers 15 zu­ geführt wird. Damit wird bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung der Integralanteil des Reglers 15 auf Null zurückgesetzt von wo aus er dann die Regelab­ weichung weiter auf- bzw. abintegriert, je nach Vor­ zeichen der Regelabweichung. Bei einem plötzlichen Sprung der Regelabweichung muß also der Integrierer im Regler 15 nicht erst vom jeweils aktuell vorhandenen Wert auf- oder abintegrieren, bis er zur Nullinie gelangt, was naturgemäß einige Zeit dauert; vielmehr wird er zwangsweise sofort auf den Wert Null zurückge­ setzt, womit der Regler also schneller anspricht.

Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombina­ tion miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (7)

1. Druckregler, insbesondere Bremsdruckregler für Fahr­ zeuge mit mindestens einem durch elektrische Signale betätigbarem Magnetventil, einem Druck-Spannungswand­ ler zur Erzeugung eines dem zu regelnden Druck pro­ portionalen Ist-Wert-Signal, einem Druck-Sollwert­ geber, einem Vergleicher zur Erzeugung eines Regel­ abweichungssignales zwischen dem Ist-Wert-Signal und einem Soll-Wert-Signal, und mit einem mit dem Vergleicher verbundenen Regler, der als Regler mit Proportional- und Integralanteil ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differenzierer (13) vorgesehen ist, dem das Ist-Wert-Signal (U _ist ) zugeführt wird, daß Einrichtungen (14, 16) vorge­ sehen sind, die in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Differenzierers (13) die Proportionalverstär­ kung des Reglers (15) verändern.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Einrichtungen (14, 16) zum Verändern der Proportionalverstärkung des Reglers (15) einen Umschalter (14) enthalten, der in Abhängig­ keit des Ausgangssignales des Differenzierers (13) seinen Schaltzustand ändert, der Art, daß das Aus­ gangssignal (Δ U) des Vergleichers (12) in der einen Schaltstellung direkt dem Regler (15) und in der anderen Schaltstellung einem zweiten Regler (16) mit gegenüber dem ersten Regler (15) unter­ schiedlicher Proportionalverstärkung zugeführt wird.

3. Druckregler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Regler (15) zwischen zwei Proportionalverstärkungsfaktoren umschaltbar ist.

4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Schalt­ kreis (18) vorgesehen ist, der an den Vergleichern (12) angeschlossen ist und bei Wechsel des Vorzei­ chens des Ausgangssignales des Vergleichers (12) ein Signal erzeugt, welches den Integralanteil des Reglers ( 15) auf Null zurücksetzt.

5. Druckregler in Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) nach dem Rücksetzen seines In­ tegralanteiles auf Null vorzeichenrichtig weiter von Null aus integriert.

6. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Reglers (15) über eine Endstufe (17) mindestens einem Proportionalventil (2, 3) zuführbar ist.

7. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Regler (16) ein Proportional­ regler ohne Integralanteil ist.