DE4409909C2 - Schaltungsanordnung für eine Bremsanlage mit elektronischer Regelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für eine Bremsanlage mit elektronischer Regelung, insbe­ sondere mit Blockierschutz-, Antriebsschlupf- oder Fahr­ stabilitätsregelung, mit Sensoren zur Ermittlung des Rad­ drehverhaltens und mit einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der Sensorsignale und zur Erzeugung von Brems­ druck-Steuersignalen, die elektrisch betätigbaren Hydrau­ likventilen zugeführt werden und mit denen der Bremsdruck in den Radbremsen in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten gesteuert wird.

Elektronisch geregelte Bremsanlagen sind in vielfältiger Ausführung bekannt. Blockiergeschützte Bremsanlagen (ABS) gehören heutzutage zur Standardausführung von PKW der mittleren und gehobenen Klasse. Bremsanlagen mit Antriebs­ schlupfregelung (ASR) durch Bremseneingriff (BASR) und Fahrstabilitätsregelungssysteme gewinnen an Bedeutung.

Bei den bekannten hydraulischen Bremsanlagen mit elektro­ nischer Regelung wird bekanntlich der Bremsdruck in den Radbremsen der geregelten Räder mit Hilfe von Hydraulik­ ventilen, die in den Bremsdruckleitungen eingefügt sind und elektrisch gesteuert werden, derart moduliert, daß weder beim Bremsen noch beim Anfahren oder Beschleunigen ein zu hoher Radschlupf entsteht. Die Bremsdruckregelung ist dabei abhängig von dem Drehverhalten des jeweiligen Rades. Mit Hil­ fe der Elektronik der zu den Bremsanlagen gehörenden Regler werden dabei durch Auswertung der das Raddrehverhalten wie­ dergebenden Sensorsignale, ggf. unter Einbeziehung weiterer Informationen, die Ventil-Ansteuerzeiten errechnet. Aus der DE 38 09 100 A1 ist es auch bereits bekannt, dabei ein den Druck in den Radbremsen näherungsweise wiedergebendes Rad­ druckmodell zu berücksichtigen, das durch Messen und Auswer­ ten der den Druck bestimmenden Größen, insbesondere der Ven­ til-Ansteuerzeiten, gebildet wird. In das Druckmodell werden dabei auch die Druckaufbau- und -abbaukennlinien der Radbrem­ sen oder der gesamten Bremsanlage einbezogen. Zahlreiche an­ dere Einflußgrößen, die den Druck in der Radbremse bestimmen, z. B. Ventiltotzeiten, hydraulische Speichereffekte, Pumpen­ drehzahl, gegenseitige hydraulische Beeinflussung der an dem gleichen Bremskreis angeschlossenen Radbremsen usw., können ebenfalls beim Bilden des Druckmodells berücksichtigt werden.

Aus der DE 40 30 724 A1 geht ein Antiblockiersystem entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1 hervor, bei dem Schaltkreise vorhanden sind, die den Sollbremsdruck in den Radbremsen der geregelten Räder in Abhängigkeit vom Raddrehverhalten ermitteln. Ein zweiter, untergeordneter Regelkreis ist nicht beschrieben.

Die DE 35 02 276 A1 offenbart eine Einrichtung zur stetigen Steuerung eines normalerweise für unstetige Betriebsweise ausgebildeten Magnetventils, wobei diese für Einlaß- und Auslaß-Magnetventile in Bremsdruckreglern ihre Anwendung findet. Die Einrichtung nimmt eine Ansteuerung der Magnetventile in Abhängigkeit vom Druck-Istwert-Signal eines Druckgebers vor. Eine Kaskadenregelung gemäß vorliegender Erfindung geht aus dieser Druckschrift allerdings nicht hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine noch genauere Einstellung des geregelten Druckes in den einzelnen Radbremsen zu erreichen und dadurch die Regelung zu verbessern. Es wird eine möglichst weitgehende Einbeziehung der verschiedenartigen Einflußgrößen auf den geregelten Druck in den Radbremsen ohne nennenswerte Erhöhung des Aufwandes oder der Rechenzeiten angestrebt. Es sollten auch hydrauli­ sche Ausgleichsvorgänge, die in manchen Regelphasen, insbe­ sondere bei der Antriebsschlupfregelung, und bei bestimmten Bremskreisaufteilungen den geregelten Druck in den Radbremsen erheblich beeinflussen können, erfaßt werden.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit einer Schal­ tungsanordnung der eingangs genannten Art gelöst werden kann, deren Besonderheit darin besteht, daß Schaltkreise vorhanden sind, die den Sollbremsdruck in den Radbremsen der geregelten Räder in Abhängigkeit von dem Raddrehver­ halten ermitteln, und daß in einem zweiten, untergeordne­ ten Regelkreis der Sollbremsdruck mit dem Istbremsdruck oder einem dem Istbremsdruck angenäherten Wert verglichen, die Differenz zwischen dem Soll- und dem Istbremsdruck bzw. dem dem Istbremsdruck angenäherten Wert bestimmt und die Signale zur Ansteuerung der den geregelten Rädern zu­ geordneten Hydraulikventile in Abhängigkeit von der Brems­ druckdifferenz erzeugt werden.

Erfindungsgemäß wird also die erstrebte Verbesserung der Druckregelung in den Radremsen auf sehr einfache Weise durch Einfügung eines untergeordneten Regelkreises er­ reicht, der den Istdruck in den Radbremsen oder ein dem Istdruck angenäherten Wert ständig in die Regelung einbe­ zieht.

Nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der dem Istdruck in den einzelnen Radbrem­ sen angenäherte Wert durch Bildung eines Raddruckmodells ermittelt. Dadurch läßt sich ohne Messung des Druckes eine gute Annäherung erreichen. Die Höhe des Istdruckes ist u. a. von den Ventil-Ansteuerzeiten des jeweiligen Rades und auch der Ventil-Ansteuerzeiten der anderen am gleichen Bremskreis angeschlossenen Radbremsen abhängig. Dadurch lassen sich insbesondere die bei einer Antriebsschlupfre­ gelung und Schwarz/Weiß-Aufteilung der Bremskreise auftre­ tenden, durch Druckausgleichsvorgänge, die später anhand des im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert werden, hervorgerufene Schwierigkeiten überwinden.

Weitere druckbestimmende Größen, die erfindungsgemäß zur Bildung des Raddruckmodells zusätzlich herangezogen werden können, sind die Bremsdruckaufbau- und -abbaukennlinien der Radbremsen und des gesamten Bremssystems, der Anfangs­ druck beim Einsetzen der Regelung, Bremsbetätigungssigna­ le, Ansteuersignale für eine Hydraulikpumpe im Hilfsdruck­ versorgungssystem der Bremsanlage usw..

In den beigefügten Unteransprüchen sind noch andere vor­ teilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beige­ fügten Abbildungen hervor. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung die wesentlichen hy­ draulischen und elektrischen Komponenten einer Bremsanlage mit Blockierschutz- und Antriebs­ schlupfregelung, bei der die Erfindung zur Anwen­ dung kommt,

Fig. 2 in schematischer Darstellung den zweiten, unter­ geordneten Regelkreis der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

Fig. 3 im Diagramm die Ventil-Ansteuersignale und den Druckverlauf in den Radbremsen während eines An­ triebsschlupfregelungsvorganges.

Fig. 1 bezieht sich auf eine Bremsanlage, die zur Blockierschutzregelung (ABS) und Antriebsschlupfregelung durch Bremseneingriff (BASR) geeignet ist und zu einem Fahrzeug mit Hinterradantrieb gehört. Die Bremsanlage ist zweikreisig. An einen Bremskreis I sind die beiden Vorder­ räder VL, VR, an den anderen Bremskreis II die beiden Hin­ terräder HL, HR angeschlossen. Es handelt sich um eine sogen. "Schwarz/Weiß"-Bremskreisaufteilung, bei der insbe­ sondere im Antriebsschlupfregelungs-Modus eine unerwünsch­ te gegenseitige hydraulische Beeinflussung der geregelten Räder eintreten kann; hierfür wird später ein Beispiel be­ schrieben.

Die Bremsanlage besteht nach Fig. 1 aus einem pedalbetä­ tigten Tandem-Hauptzylinder 1 mit einem vorgeschalteten Unterdruckverstärker 2. Jedem Rad ist ein in der Ruhestel­ lung auf Durchlaß geschaltetes Einlaßventil 3 bis 6 und ein in der Ruhestellung sperrendes Auslaßventil 7 bis 10 zugeordnet. Zur Rückförderung des über die Auslaßventile 7 bis 10 abfließenden Druckmittels ist eine mit einem ge­ meinsamen Elektromotor 11 angetriebene, zweikreisige Hy­ draulikpumpe 12 vorgesehen. Außerdem befindet sich in je­ dem Bremskreis ein Niederdruckspeicher 13, 14, der in be­ kannter Weise in der Anfangsphase einer Blockierschutzre­ gelung Druckmittel aufnimmt.

Zur Antriebsschlupfregelung muß eine Bremsdruckeinsteue­ rung in die angetriebenen Hinterräder HL, HR auch dann möglich sein, wenn kein Druck in dem Hauptzylinder 1 herrscht. Aus diesem Grund ist ein in der Ruhestellung of­ fenes, auf Sperren umschaltbares Trennventil 15 in den vom Hauptzylinder 1 zu den Hinterradbremsen führenden Druck­ mittelweg eingefügt. Über ein hydraulisch betätigbares 2/2-Wegeventil 16, das bei Druckbeaufschlagung und folg­ lich bei Bremsenbetätigung den Druckmittelweg unterbricht, wird im ASR-Betrieb bei Bedarf Druckmittel aus dem Haupt­ zylinder 1 nachgeliefert.

Im Anschlußweg der Vorderräder VL, VR entfällt die Einfü­ gung eines Trennventils, weil die Radbremsen der nicht an­ getriebenen Räder im ASR-Betrieb drucklos bleiben.

Das Drehverhalten der einzelnen Räder wird bei der Brems­ anlage nach Fig. 1 mit Hilfe von Radsensoren S1 bis S4 er­ mittelt und in der Elektronik eines elektronischen Reglers 17 ausgewertet. Mit E sind die Eingänge des Reglers 17, mit A die Ausgänge des Reglers 17 bezeichnet. Die Ausgänge A sind über nicht dargestellte Signalleitungen mit den Spulen der einzelnen elektrisch betätigbaren Hydraulikven­ tile 3 bis 10 und 15 und mit einer ebenfalls nicht darge­ stellten Ansteuerung des elektrischen Pumpenmotors 11 ver­ bunden.

Zur Begrenzung des Druckes im ASR-Betrieb auf einen vorge­ gebenen Maximalwert ist ein Überdruckventil Ü vorgesehen.

Während eines ASR-Betriebes tritt der Fall ein, daß zu­ nächst nur Bremsdruck in eines der beiden angetriebenen Räder, beispielsweise über das Einlaßventil 3 in die Rad­ bremse des linken Hinterrades HL, eingesteuert werden muß.

Das Einlaßventil 4 des rechten Hinterrades HR wird in die­ ser Phase geschlossen. Wenn nachfolgend ein Druckaufbau auch in der Radbremse des zunächst noch drucklosen rechten Hinterrades HR notwendig wird, so daß das Einlaßventil 4 auf Durchlaß zurückgeschaltet werden muß, findet ein uner­ wünschter Druckausgleich über das Rückschlagventil 18 statt. Der Druckeinbruch in der Radbremse des linken Hin­ terrades HL kann durch Ansteuerung des Einlaßventiles 3 ausgeglichen werden.

Fig. 2 dient zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Regelkreises, der Bestandteil der im Regler 17 enthaltenen Elektronik bzw. des Reglerprogrammes ist. Mit 19, 20 ist der Teil der Reglerlogik bzw. des Reg­ lerprogrammes symbolisiert, mit dem aus den Eingangsinfor­ mationen, vor allen aus den mit Hilfe der Sensoren S1 bis S4 gewonnenen Informationen, die Bremsdrucksteuersignale gewonnen werden. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe der Logik 19 und eines anschließenden Schaltkreises 20 der Brems­ druck P_soll errechnet, der nach Auswertung der Eingangs­ informationen in der Radbremse des jeweiligen Rades herr­ schen soll. Dieser Solldruck P_soll wird in einem Subtra­ hierer 21 mit einem Istdruck oder einem dem Istdruck ange­ näherten Wert P_MOD verglichen. Aus der Diffe­ renz ΔP = P_soll - P_MOD werden dann in einer Ventilan­ steuerung 22 die Signale VS1 zur Ansteuerung des Einlaß­ ventils und des Auslaßventils des zugehörigen geregelten Rades errechnet. Das zugehörige Einlaß-/Auslaßventilpaar, z. B. 3, 7 oder 4, 8; 5, 9; 6, 10 ist in Fig. 2 mit 23 symboli­ siert.

Der Istbremsdruck bzw. der dem Istdruck angenäherte Wert P_MOD wird in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 durch Bildung eines sogen. Raddruckmodells RDM mit Hilfe der Schaltung oder des Programmteils 24 abgeleitet. Als Eingangsgrößen zur Bildung des Raddruckmodells RDM werden vor allem die Ventilansteuersignale VS1 des dem je­ weiligen Rad zugeordneten Einlaß-/Auslaßventilpaares, je­ doch auch die Ansteuersignale (VS2) anderer Radventile und des Trennventils 15, über das ebenfalls Druck abgebaut werden kann. Beispielsweise können bei einer Schwarz/Weiß-Aufteilung der Bremskreise, wie in dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 1, sämtliche an einen gemeinsa­ men Bremskreis angeschlossenen Ventile einen Beitrag zu dem Raddruckmodell RDM eines bestimmten Rades liefern. Deutlich wird dies in dem bereits erwähnten Beispiel einer Antriebsschlupfregelung, bei dem eine gegenseitige hydrau­ lische Beeinflussung der Bremsdrücke an den geregelten Rä­ dern auftreten kann. Fig. 3 zeigt ein solches Beispiel.

Bei der Bildung des Raddruckmodelles, das den dem Istdruck angenäherten Druck P_MOD für das jeweilige Rad liefert, sind jedoch außer den Ventilansteuerzeiten noch die Druck­ aufbau- und -abbaukennlinien der Radbremsen, die Kennli­ nien des gesamten Bremsensystems, die Charakteristik und Einschaltzeiten der Hydraulikpumpe, der Anfangsdruck beim Einsetzen der Regelung, der Regelmodus - ABS, ASR oder Stabilitätsregelung - und andere Einflußgrößen zu berück­ sichtigen. In Fig. 2 sind durch die Pfeile VS1 (Ventilsi­ gnal 1), VS2, Pumpensignal HP usw. angedeutet, daß zur Bildung des Raddruckmodells Informationen bzw. Signale un­ terschiedlichster Art herangezogen werden können.

Fig. 3 zeigt als Beispiel den Verlauf eines Einlaßven­ til-Signals EVS1 und des zugehörigen Raddruckes P_RAD1 sowie des Einlaßventil-Signals EVS2 und des zugehörigen Raddruckes P_RAD2 während eines Antriebsschlupfregelungs­ vorganges. EVS1 dient hier zur Ansteuerung des Ventils 3 nach Fig. 1, EVS2 zur Ansteuerung des Einlaßventils 4. RAD1 ist in diesem Beispiel das linke Hinterrad HL, RAD2 das rechte Hinterrad HR. Zum Zeitpunkt t₁ wird zur An­ triebsschlupfregelung für eine bestimmte Zeitspanne das Einlaßventil 3 angesteuert und dadurch Bremsdruck im Hin­ terrad HL aufgebaut. Der Bremsdruck wird durch die beim Einsetzen des ASR-Betriebes angeschaltete Hydraulikpumpe 11, 12 erzeugt, wobei das Trennventil 15 den Druckmittelweg zum Hauptzylinder 1 unterbricht. Zum Zeitpunkt t₂ wird durch einen weiteren Druckaufbaupuls bzw. durch erneutes Ansteuern des Einlaßventiles 3 der Druck am Hinterrad HL erhöht. Das rechte Hinterrad HR ist zunächst noch druck­ los; zum Beginn des ASR-Betriebes wurde das Einlaßventil 4 umgeschaltet.

Zum Zeitpunkt t₃ wird nun jedoch auch eine Bremsbetäti­ gung am rechten Hinterrad HR erforderlich. Das Einlaßven­ til 4 wird daher zum Zeitpunkt t₃ für eine vorgegebene Zeitspanne auf Durchlaß zurückgeschaltet. Da die Förder­ menge der Hydraulikpumpe 12 begrenzt ist, hat die Zuschal­ tung der Radbremse des rechten Hinterrades zum Zeitpunkt t₃ zur Folge, daß der Bremsdruck P_RAD1 am linken Hin­ terrad HL über das dem Einlaßventil 3 parallel liegende Rückschlagventil 18 reduziert wird. Dieser unerwünschte Effekt wird durch das Raddruckmodell RDM (24) erfaßt. Durch erneute Ansteuerung des Einlaßventils 3 zum Zeitpunkt t₃ wird der Bremsdruck am linken Hinterrad HL wie­ der auf den vorherigen Wert aufgebaut.

Ein gleichartiger Bremsdruckeinbruch wiederholt sich in dem dargestellten Beispiel nach Fig. 3 zum Zeitpunkt t₉, wiederum ausgelöst durch ein Ventilansteuersignal EVS2 und die dadurch erreichte Erhöhung des Bremsdruckes P_RAD2 am rechten Hinterrad HR.

Das Erkennen und Ausregeln von Druckeinbrüchen, die eine Folge der gegenseitigen hydraulischen Beeinflussung der an einen Bremskreis angeschlossenen Radbremsen sind, insbe­ sondere bei einer Antriebsschlupfregelung - ist ein typi­ sches Beispiel für die Verbesserung der Regelung durch den zweiten, untergeordneten Regelkreis gemäß der Erfindung. Eine Erfassung des Druckeinbruchs über die Reaktion des geregelten Rades wäre erheblich schwieriger und mit Verzö­ gerungen verbunden.

Nach Fig. 3 können die Ventilsignale EVS1 und EVS2 drei Niveaus annehmen. Jedem Niveau entspricht ein Ventil-Schaltzustand bzw. eine Schaltposition. Es sind dies die Ventil-Schaltpositionen "K", d. h. Druck konstant; "AUF", d. h. Druckaufbau, und "AB", d. h. Druckabbau. In der Ausführungsart der Erfindung nach Fig. 1 wird die Kon­ stanthaltung durch das gleichzeitige Schließen des Ein­ laß- und des Auslaßventils, Druckaufbau durch die darge­ stellte Grundstellung der Ventile und Druckabbau durch Öffnen des Auslaßventils bei gleichzeitigem Schließen des Einlaßventils erreicht. Mit einem bekannten Drei-Stel­ lungsventil anstelle der 2/2-Wegeventile nach Fig. 1 könnte die gewünschte Bremsdruckmodulation ebenfalls reali­ siert werden.

In den beiden Diagrammen in Fig. 3, die den Druckverlauf P_RAD1, P_RAD2 zeigen, ist gestrichelt der errechnete Druck-Sollwert P_soll, mit durchgezogener Linie der Ist­ wert bzw. der dem Istwert angenäherte Druckwert P_MOD dargestellt. Die Differenzen zwischen P_soll und P_MOD sind zum einen bedingt durch die Ventil- oder Systemkenn­ linien, die Änderungen nur mit endlicher Geschwindigkeit zulassen. Zum anderen fallen die Differenzen zwischen P_soll und P_MOD zu den Zeitpunkten t₃, t₆ und t₉ auf, die durch die beschriebene hydraulische Kopplung der an einem Bremskreis angeschlossenen Bremsen, verursacht werden. Im vorliegenden Fall findet zum Zeitpunkt t₃ und t₉ ein Druckmittelfluß von der Radbremse des linken Hinterrades über das Rückschlagventil 18 zum rechten Vorderrad hin statt. Zum Zeitpunkt t₆ erfolgt ein kurzzeitiger Druckausgleich über das dem Einlaßventil 4 parallel liegende Rückschlagventil 18'.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung für eine Bremsanlage mit elektroni­ scher Regelung, insbesondere mit Blockierschutz-, An­ triebsschlupf- oder Fahrstabilitätsregelung, mit Senso­ ren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und mit einer elektronischen Schaltung zur Auswertung der Sensorsi­ gnale und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen, die elektrisch betätigbaren Hydraulikventilen zugeführt werden und mit denen der Bremsdruck in den Radbremsen in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkreise (20) vorhanden sind, die den Sollbrems­ druck (P_soll) in den Radbremsen der geregelten Räder in Abhängigkeit von dem Raddrehverhalten ermitteln, und daß in einem zweiten, untergeordneten Regelkreis (21, 22, 24) der Sollbremsdruck (P_soll) mit dem Ist­ bremsdruck oder einem dem Istbremsdruck angenäherten Wert (P_MOD) verglichen, die Differenz (ΔP) zwischen dem Soll- und dem Istbremsdruck bzw. dem dem Istbrems­ druck angenäherten Wert bestimmt und die Signale zur Ansteuerung der den geregelten Rädern zugeordneten Hy­ draulikventile in Abhängigkeit von der Bremsdruckdiffe­ renz (ΔP) erzeugt werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dem Istbremsdruck in den einzelnen Radbremsen angenäherte Wert (P_MOD) durch Bildung eines Raddruckmodells (RDM, 24) ermittelt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Bildung des Rad­ druckmodells (RDM, 24) die den Bremsdruck in der jewei­ ligen Radbremse bestimmenden Größen, zu denen die Hy­ draulikventil-Ansteuersignale (VS1, VS2) des betreffen­ den und der übrigen, an dem gleichen Bremskreis ange­ schlossenen Radbremsen gehören, ausgewertet werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als den Druck bestimmen­ de Größen die Bremsdruckabbau- und -aufbaukennlinien der Radbremsen und des gesamten Bremsensystems, der An­ fangsdruck beim Einsetzen der Regelung, Bremsbetäti­ gungssignale, Ansteuersignale einer Hydraulikpumpe im Hilfsdruckversorgungssystem der Bremsanlage, und zwar alle oder einige der vorgenannten Größen, berücksich­ tigt werden.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Anfangsdruck beim Einsetzen der Regelung aus der Fahrzeug- und/oder aus der Radbeschleunigung unter Berücksichtigung der Brems­ kraft- oder Achslastverteilung ermittelt wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Ermittlung des An­ fangsdruckes die Zeitspanne zwischen dem Betätigen der Bremse und dem Einsetzen der Regelung ausgewertet wird.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß diese für eine Bremsanlage mit Antriebs­ schlupfregelung durch Bremseneingriff (BASR) vorgesehen ist, die zwei hydraulisch getrennte Bremskreise (I, II) aufweist, an die jeweils die Radbremsen der beiden Rä­ der einer Achse (VL, VR; HR, HL) angeschlossen sind.