DE4303206C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße für eine Bremsanlage mit Blockierschutzregelung - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße für eine Bremsanlage mit Blockierschutzregelung

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Schal­ tungsanordnung der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 be­ schriebenen Art.
Die Ermittlung der Pedalkraft und des sich daraus ergebenden Vordrucks bei blockiergeschützten Bremsanlagen bereitet Schwierigkeiten. Grundsätzlich wäre es natürlich möglich, die Pedalkraft mit Hilfe von Kraftsensoren, z. B. mit bekannten Dehnungsmeßstreifen, zu ermitteln. Der Aufwand für solche Me­ ßeinrichtungen wäre jedoch hoch, zumal zusätzlich noch Über­ wachungseinrichtungen erforderlich wären. Aus Kostengründen wird daher auf solche Meßeinrichtungen verzichtet, obwohl sich der Vordruck erheblich auf die Bremsruckregelung aus­ wirkt und daher eine Kenntnis des Vordrucks für die Rege­ lungsgüte und den Regelungskomfort wichtig wäre.
Aus der DE 38 19 490 A1 ist auch bereits ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung mit einer elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe bekannt, das auch für ein ABS oder ASR eingesetzt werden kann. Nach dieser Schrift werden zur Überwachung der Funktionstüchtig­ keit der Pumpe eine oder mehrere charakteristische Motorspan­ nungen, Motorströme und die Motordrehzahl und ggf. zusätzlich der Pumpenausgangsdruck erfasst und ausgewertet.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die während einer geregelten Bremsung auf das Bremspedal aus­ geübte Kraft und damit den durch diese Kraft hervorgerufenen Vordruck zu ermitteln, um ihn in den Regelungsablauf einbe­ ziehen zu können. Eine evtl. Erhöhung des Herstellungsauf­ wands der Bremsanlage sollte natürlich so gering wie möglich sein.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit dem Verfahren, das in dem beigefügtem Anspruch 1 beschrieben ist, gelöst werden kann. Auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens bezieht sich Anspruch 7.
Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß bereits aus einem sehr kurzen, die Funktion nicht störenden Unterbrechen der Ansteuerung des Pumpen-Antriebsmotors bzw. einem kurzzei­ tigen Umschalten auf Generatorbetrieb eine Information über den sogen. Vordruck bzw. über die momentane Bremspedalkraft gewonnen werden kann. Die Generatorspannung nach dem Abschal­ ten und deren Abklingverhalten werden nämlich, wie aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervorgeht, weitgehend von der abverlangten Leistung beeinflußt, die wie­ derum von dem Vordruck bzw. der Pedalkraft abhängig ist.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Verfahrens bestehen die vorgegebenen Zeitspannen zur Ermittlung des Vordrucks aus einer Folge kurzer Pulse, wäh­ rend deren Dauer jeweils die Höhe und das Abklingverhalten der Generatorspannung ausgewertet werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die kurzen Pulse im Abstand von 0,5 bis 1 s (1 bis 2 Hz) aufeinanderfolgen und wenn die Dauer dieser Pulse zwischen 30 und 200 ms liegt. Die Betriebsunter­ brechung bzw. das Abschalten der Pumpe für solch kurze Zeit­ spannen stört in keiner Weise die Blockierschutzregelung.
Eine weitere Ausführungsart der Erfindung für eine Bremsanla­ ge, bei der die Hydraulikpumpe mit einer Pulsfolge angesteu­ ert wird, besteht darin, daß nach jedem Ansteuerpuls der Pum­ penmotor auf Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wobei wiederum die Höhe und das Abklingen der Generatorspannung die gewünschten Informationen enthalten.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in Abhängigkeit von dem Vordruck eine oder mehrere der folgenden Regelgrößen zu variieren, einzustellen oder voreinzustellen:
(mittlerer) Bremsdruckaufbaugradient,
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse,
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse,
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile,
Regelfrequenz.
In einem anderen Fall ist es zweckmäßig, in Abhängigkeit von dem ermittelten Vordruck die Förderleistung oder (mittlere) Drehzahl der Hydraulikpumpe zu variieren.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens besitzt eine Meßschaltung, die während ei­ ner Regelbremsung den Antriebsmotor der Hydraulikpumpe für eine oder eine Folge von vorgegebenen Zeitspannen abschaltet bzw. auf Generatorbetrieb umschaltet, die während dieser Zeitspannen die Höhe und das Abklingverhalten der Generator­ spannung mißt, die diese Meßwerte zur näherungsweisen Er­ mittlung des Vordrucks auswertet und die ein den Vordruck darstellendes Signal dem elektronischen Regler zuführt.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen
Fig. 1 im Blockschaltbild die wichtigsten elektronischen Einheiten einer Schaltungsanordnung nach der Erfin­ dung und
Fig. 2 im Diagramm den Verlauf der Generatorspannung in drei charakteristischen Situationen, nämlich bei niedrigem (Fig. 2A), mittlerem (Fig. 2B) und hohem Vordruck (Fig. 2C).
Die Schaltung nach Fig. 1 gehört zu einem elektronisch gere­ gelten Antiblockiersystem. Die wichtigste Information für die Regelschaltung stellt das Drehverhalten der einzelnen Fahrzeugräder dar. Diese Informationen werden in bekannter Weise mit Hilfe von Radsensoren β bis S4 gewonnen, die in Zusammenwirkung mit einem Impulsgeber oder einer Zahnschei­ be, die mit dem Rad umläuft - angedeutet sind Zahnscheiben 1 bis 4 - eine Pulsfolge erzeugen, deren Frequenz dem Raddreh­ verhalten entspricht.
Nach Aufbereitung der Radsensorsignale in Aufbereitungs­ schaltkreisen 5 bis 8 werden durch logische Verknüpfung in einem Schaltkreis 9 eine sogen. Fahrzeugreferenzgeschwindig­ keit und durch Differentiation der einzelnen Radgeschwindig­ keitssignale in Schaltkreisen 10 bis 13 weitere für die Re­ gelung benötigte Signale gebildet. Durch Vergleich der Ge­ schwindigkeit der einzelnen Räder mit der gemeinsamen Fahr­ zeugreferenzgeschwindigkeit wird in einem weiteren Schalt­ kreis 14 der Schlupf jedes einzelnen Rades ermittelt. Aus dem Schlupf (14), der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit (9), der Radbeschleunigung und dem Ruck (10 bis 13) werden in ei­ nem aufwändigen weiteren elektronischen Schaltkreis 15, der einen oder mehrere Microcomputer bzw. Microcontroller ent­ hält, die Bremsdrucksteuersignale erzeugt. In Fig. 1 symbo­ lisiert ein Schaltblock 16 die Endstufen für die Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Hydraulikventilen 17, die in be­ kannter und daher hier nicht näher dargestellter Weise in die Bremsleitungen der Bremsanlage eingefügt sind und beim Einsetzen der Blockierschutzregelung den Bremsdruck konstant halten, abbauen und wieder erhöhen. "17" zeigt symbolisch eine Spule nur eines Ventils; bei bekannten und marktgängi­ gen Antiblockiersystemen ist jedes Rad mit einem Ein­ laß-/Auslaßventilpaar zur radindividuellen Bremsdruckrege­ lung ausgerüstet.
Außerdem wird bei einem Antibiockiersystem (mindestens) eine Hydraulikpumpe zur Rückförderung des in der Bremsdruckabbau­ phase aus den Radbremsen abgeleiteten Druckmittels in den Hauptzylinder oder - bei offenen Systemen - zur Hilfsdruck­ erzeugung benötigt. Der elektrische Antriebsmotor einer sol­ chen Hydraulikpumpe bzw. eines Motor-Pumpen-Aggregats sind in Fig. 1 mit 19, die zugehörige elektronische Ansteuer­ schaltung mit 18 bezeichnet. Die Motorsteuerung 18 wird e­ benfalls durch Ausgangssignale des Reglers 15 gesteuert.
Erfindungswesentlich ist eine Meß- und Auswerteschaltung 21-23, die zur näherungsweisen Ermittlung des Vordrucks, der wiederum von der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft ab­ hängig ist, dient. Zu diesem Zweck wird während eines gere­ gelten Bremsvorganges über die Meß- und Auswerteschaltung 21 -23 der Motor-Ansteuerschaltung 18 ein Signal zugeführt, das in Form eines kurzen Pulses oder einer Pulsfolge vor­ liegt und zum kurzzeitigen Abschalten des Antriebsmotors 19 bzw. Umschalten des Antriebsmotors 19 auf Generatorbetrieb dient. Die durch den Abschalt- bzw. Umschaltpuls ausgelöste Generatorspannung UM und deren Abklingverhalten werden über eine Signalleitung 20 einer Signalaufbereitungsschaltung 21 zugeführt, an die sich im vorliegenden Fall ein Ana­ log/Digital-Wandler 22 anschließt. Das Ausgangssignal dieses Wandlers 22 wird schließlich in der Auswerteschaltung 23 a­ nalysiert. Es wird die momentane Situation bzw. näherungs­ weise der Vordruck ermittelt und dessen Höhe dem Regler über eine Signalleitung 24 zur Verarbeitung gemeldet. Die Höhe des Vordrucks wird in der Reglerlogik 15 in den Algorithmus zur Errechnung der Ventilansteuerungssignale einbezogen, insbesondere in den Druckaufbaualgorithmus. Der erfindungsgemäß näherungsweise ermittelte Vordruck ist eine wichtige Größe zur Festlegung des Druckaufbaugradienten, der wiederum in die Bemessung der Druckaufbaupulse, der Dauer dieser Pul­ se und/oder des Pulsdauer-/Pulspausenverhältnisses eingeht. Die Ansteuerung des Motor-Pumpenaggregats bzw. des Antriebs­ motors 19 über die Motorsteuerungsschaltung 18 wird eben­ falls durch die Höhe des in der Schaltung 21-23 ermittel­ ten Vordrucks beeinflußt.
Die drei Diagramme nach den Fig. 2A-2C veranschaulichen die unterschiedliche Höhe der Generatorspannung UM und das unterschiedliche Abklingverhalten je nach Vordruck. Wieder­ gegeben ist die Generatorspannung UM am Elektromotor 19 der Schaltung nach Fig. 1. In der Situation, auf die sich Fig. 2A bezieht, liegt der Vordruck oder Hauptzylinderdruck pHZ bei etwa 20 bis 40 bar. Es handelt sich also um einen ver­ gleichsweise geringen Vordruck. Die Generatorspannung UM1 ist nach 100 ms auf etwa 80% ihres ursprünglichen, zum Zeitpunkt t0 vorliegenden Wertes abgesunken. Der weitere Verlauf der Generatorspannung, der sich einstellen würde, wenn der Motor ausgeschaltet bliebe, ist gestrichelt an­ gedeutet.
In der Situation nach Fig. 2B liegt ein mittlerer Vordruck von ungefähr 100 bar vor. Das unterschiedliche Abklingver­ halten im Vergleich zur Situation nach Fig. 2A ist unver­ kennbar; nach 100 ms ist die Spannung auf etwa 50% ihres zum Anfangszeitpunkt t0 herrschenden Wertes abgesunken.
Schließlich ist in Fig. 2C noch eine Situation mit ver­ gleichsweise hohem Vordruck von ungefähr 200 bar darge­ stellt. Nach 100 ms ist in diesem Fall die Generatorspannung praktisch auf 0 abgesunken.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine erhebli­ che Verbesserung der Regelung erreichen. Bisher konnte die tatsächliche Pedalkraft nicht berücksichtigt werden. Die Re­ gelalgorithmen waren auf eine mittlere Pedalkraft bzw. mitt­ leren Vordruck ausgelegt. Es gibt jedoch Fälle, in denen durch die Fußkraftänderung eine Beeinträchtigung des gere­ gelten Bremsvorganges eintritt; es leidet der Bremskomfort oder der Bremsweg wird länger als physikalisch notwendig. Ein hoher, weit über dem Blockierdruck liegender Hauptzylin­ derdruck (Vordruck), hervorgerufen durch eine zu hohe Pedal­ kraft, beeinträchtigt deswegen den Komfort, weil die hohe Differenz zwischen dem Druck im Hauptzylinder und dem Druck in der Radbremse zu relativ hoher Regelfrequenz führt. Die hohe Drucksteigerung pro Puls führt zu störender Geräusch­ entwicklung. Diese Effekte sind proportional zur Druckdiffe­ renz. Auch kann eine Schwingungsanregung am Fahrwerk eintre­ ten.
Ein niedriger, jedoch über dem Blockierdruck liegender Vor­ druck birgt grundsätzlich die Gefahr einer reduzierten Bremsleistung, weil wegen der relativ niedrigen Differenz zwischen dem Vordruck und dem Druck in der Radbremse die pro Druckaufbaupuls erreiche Drucksteigerung relativ gering wird.
Beiden Effekten, die durch zu hohen bzw. zu niedrigen Pedal­ druck hervorgerufen werden, wird in der Praxis durch Anpas­ sung des Druckaufbaualgorithmus Rechnung getragen, doch be­ nötigt hierzu der Regler eine entsprechende Lernzeit.
Der Spannungsverlauf im Generatorbetrieb, nämlich die Höhe der Generatorspannung UM und das Abklingverhalten dieser Spannung, werden maßgeblich von der den Elektromotor abver­ langten Leistung beeinflußt. Bei geringer Pedalkraft braucht die Hydraulikpumpe (19 in Fig. 1) nur gegen einen geringen Druck im Hauptzylinder bzw. geringen Vordruck rückzufördern. Beim Abschalten des Motors stellt sich die Situation nach Fig. 2A ein. Um jedoch während einer Blockierschutzregelung gegen eine hohe Fußkraft und damit hohen Vordruck fördern zu können, muß die Hydraulikpumpe und damit deren Antriebsmotor 19 hohe Leistung aufbringen. Während des erfindungsgemäßen Meßvorganges zeigt sich das Verhalten bzw. der Spannungsver­ lauf nach Fig. 2C. Auf einen Mittelwert oder "Standardwert", nach dem sich bisher die Auslegung der Regelung richtete, bezieht sich Fig. 2B.
Während einer ABS-Regelung läßt sich der Blockierdruck rela­ tiv genau mit Hilfe von Plausibilitätskriterien aus dem Re­ gelungsverlauf, z. B. aus der Anzahl der Druckaufbaupulse usw., ermitteln. Entsprechendes gilt für den Reibbeiwert. Erfindungsgemäß wird nun noch eine Information über den Vor­ druck zur Verfügung gestellt, so daß die wichtigsten Infor­ mationen zur Bemessung des Bremsdruckaufbaues, zur Einstel­ lung der gewünschten Regelfrequenz usw. zur Verfügung ste­ hen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird folglich ohne nennenswerten Mehraufwand eine erhebliche Verbesserung der Blockierschutzregelung erreicht.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße bei einem geregelten Bremsvorgang, für eine Fahrzeugbremsan­ lage mit Blockierschutzregelung, die eine elektromoto­ risch angetriebene Hydraulikpumpe zur Rückförderung des während der Bremsdruckregelung aus den Radbremsen abge­ leiteten Druckmittels oder zur Hilfsdruckerzeugung auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß wäh­ rend einer Regelbremsung der Antriebsmotor der Hydraulik­ pumpe für eine oder mehrere vorgegebene Zeitspanne(n) abgeschaltet und auf Generatorbetrieb umgeschaltet wird und dass die Höhe der Generatorspannung sowie deren Abklingverhalten zur näherungsweisen Ermittlung des pedalkraftabhängigen Vor­ drucks ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vorgegebenen Zeitspannen zur Ermittlung des Vordrucks aus einer Folge kurzer Pulse be­ stehen, während deren Dauer jeweils die Höhe und das Ab­ klingverhalten der Generatorspannung ausgewertet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kurzen Pulse in einem bestimm­ ten Abstand, der im Bereich zwischen 0,5 und 1 s (1 bis 2 Hz) liegt, aufeinanderfolgen und daß die Dauer der ein­ zelnen Pulse im Bereich zwischen 30 und 300 ms liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, für eine Bremsanlage, bei der die Hydraulikpumpe mit einer Pulsfolge angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach jedem Ansteuerpuls der Antriebsmotor der Hydraulikpumpe abgeschaltet und auf Generatorbetrieb umgeschaltet wird und die Höhe sowie das Abklingverhalten der Generatorspannung ausgewertet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängig­ keit von dem ermittelten Vordruck eine oder mehrere der folgenden Regelgrößen variiert oder eingestellt oder vor­ eingestellt werden:
(mittlerer) Bremsdruckaufbaugradient,
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse,
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse,
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile,
Regelfrequenz.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem ermittelten Vordruck die Förderleistung oder (mittlere) Drehzahl der Hydraulikpumpe voreingestellt wird.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und einem elektronischen Regler zur Auswertung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Brems­ druck-Steuersignalen sowie zur Ansteuerung der elektromo­ torisch angetriebenen Hydraulikpumpe, die zur Druckmit­ tel-Rückförderung oder zur Hilfsdruckerzeugung dient, gekennzeichnet durch eine Meßschaltung (21-23), die während einer Regelbremsung den Antriebs­ motor (19) der Hydraulikpumpe für eine oder eine Folge von vorgegebenen Zeitspannen abschaltet und auf Genera­ torbetrieb umschaltet, die während dieser Zeitspannen die Höhe und das Abklingverhalten der Generatorspannung (UM) mißt, diese Meßwerte zur näherungsweisen Ermittlung des Vordrucks auswertet und die ein den Vordruck darstellendes Signal dem elektronischen Regler (15) zuführt.
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