DE60006078T2

DE60006078T2 - Elektrische scheibenbremssattelsteuerung

Info

Publication number: DE60006078T2
Application number: DE2000606078
Authority: DE
Inventors: John Robert DISSER
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: US6411061B1; DE60012771T2; EP1169773B1; EP1154921A4; US6371256B2; DE60033795D1; DE60033795T2; DE60034812T2; WO2001045245A1; US20020070693A1; DE60012771D1; DE60034812D1; EP1154921A1; EP1169773A4; US20020070701A1; EP1243067B1; EP1224727A1; EP1154921B1; WO2001044032A1; EP1224727B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Steuerungen für ein Stellglied, und im Einzelnen eine elektronische Steuerung, die sowohl eine Steuerung mit gesättigten Signalen als auch kleinen Signalen für ein Stellglied vorsieht.
Beschreibung der verwandten Technik
Stellglieder vieler Typen werden unter Verwendung einer Regelung gesteuert. Die Steuerlogik kann in analogen Steuerschaltungen oder digitalen Steuereinheiten enthalten sein. Digitale Steuerung kann unter Verwendung vieler verschiedener Arten von Einrichtungen, wie beispielsweise programmierbare Steuereinheiten (PLC) oder mikroprozessor-basierte, elektronische Steuermodule, ausgeführt werden.
Das Dokument US-A-5,496,102 offenbart eine elektronische Steuereinheit für ein Stellglied.
Ein Beispiel für ein Stellglied ist ein Bremssattel eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs. Der Bremssattel wird durch eine Steuereinheit betätigt. Üblicherweise weist ein Bediener die Steuereinheit durch Betätigung eines Bremspedals an, die Bremse zu betätigen. Die von dem Bremssattel angewendete Kraft wird durch die Modulation des Bremspedals moduliert.
Die Stellbewegung der Bremsen kann in eine Mehrzahl von Phasen eingeteilt werden, zum Beispiel anfängliche Betätigung der Bremsen oder Betätigung der Bremsen, um das Fahrzeug zu einem vollständigen Stillstand zu bringen, Modulation der Bremsen, um das Fahrzeug auf eine gewünschte Geschwindigkeit zu verlangsamen und Freigabe der Bremsen. Während der ersten und letzten dieser Phasen ist es wünschenswert, maximale Spannung und Strom auf das Stellglied anzuwenden (in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung). Während der mittleren Phase wird die Bremskraft als eine Funktion der Bremspedalstellung moduliert.
Bisherige Systeme steuerten jedoch die Stellbewegung des Bremssattels unter Verwendung einer einzelnen Steuerfunktion während jeder dieser Phasen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eines oder mehrere der oben festgestellten Probleme gerichtet.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Steuereinheit nach Anspruch 1 vorgesehen.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit für die Steuerung eines Stellgliedes als Antwort auf ein Eingangssignal vorgesehen. Die Steuereinheit umfasst einen ersten Steuerblock und einen zweiten Steuerblock. Der erste Steuerblock empfängt das Eingangssignal, erfasst einen Betriebszustand des Eingangssignals, und reagiert darauf mit dem Erzeugen eines Betriebszustandssignals. Das Betriebszustandssignal weist einen ersten Wert auf, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem Kleinsignalmodus befindet, und einen zweiten Wert, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem gesättigten Modus befindet. Der zweite Steuerblock weist einen Kleinsignalteil und einen Sättigungsteil auf. Der zweite Steuerblock ist angepasst, das Eingangssignal und das Betriebszustandssignal zu empfangen und reagiert darauf mit dem Übermitteln eines Steuersignals an das Stellglied. Der Kleinsignalteil und der Sättigungsteil sind angepasst, ein Kleinsignal-Steuersignal bzw. ein Sättigungs-Steuersignal als eine Funktion des Eingangssignals zu erzeugen. Das Steuersignal entspricht dem Kleinsignal-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem ersten Wert entspricht, und entspricht dem Sättigungs-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem zweiten Wert entspricht.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Steuereinheit für die Steuerung eines Bremssattels für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs als Antwort auf ein Eingangssignal bereitgestellt. Die Steuereinheit umfasst einen ersten Steuerblock und einen zweiten Steuerblock. Der erste Steuerblock empfängt das Eingangssignal, erfasst einen Betriebszustand des Eingangssignals, und reagiert darauf mit dem Erzeugen eines Betriebszustandssignals. Das Betriebszustandssignal weist einen ersten Wert auf, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem Kleinsignalmodus befindet, und einen zweiten Wert, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem gesättigten Modus befindet. Der zweite Steuerblock weist einen Kleinsignalteil und einen Sättigungsteil auf. Der zweite Steuerblock ist angepasst, das Eingangssignal und das Betriebszustandssignal zu empfangen und reagiert darauf mit dem Übermitteln eines Steuersignals an den Bremssattel. Der Kleinsignalteil und der Sättigungsteil sind angepasst, ein Kleinsignal-Steuersignal bzw. ein Sättigungs-Steuersignal als eine Funktion des Eingangssignals zu erzeugen. Das Steuersignal entspricht dem Kleinsignal-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem ersten Wert entspricht, und ent spricht dem Sättigungs-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem zweiten Wert entspricht.
Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnungen
1 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Blockdarstellung einer Steuereinheit für ein Stellglied, das einen ersten Steuerblock und einen zweiten Steuerblock aufweist.
2 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Blockdarstellung des ersten Steuerblocks aus 1: und,
3 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Blockdarstellung des zweiten Steuerblocks aus 2.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird auf die Zeichnungen Bezug genommen. Die vorliegende Erfindung sieht eine Steuereinheit 100 für die Steuerung eines Stellgliedes 102 als Antwort auf ein Eingangssignal 104 vor. Die Steuereinheit 100 ist vorzugsweise eine digitale Steuereinheit, wie beispielsweise eine programmierbare Steuereinheit (PLC) oder ein mikroprozessor-basiertes Steuermodul. Die Steuereinheit 100 umfasst einen ersten Steuerblock 106 und einen zweiten Steuerblock 108.
Der erste Steuerblock 106 empfängt das Eingangssignal 104 und erfasst einen Betriebszustand des Eingangssignals 104. Der erste Steuerblock 106 reagiert darauf mit dem Erzeugen eines Betriebszustandssignals als eine Funktion der Eingangsanforderung.
Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um jeden beliebigen Typ eines Stellgliedes 102 zu steuern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 100 verwendet werden, um einen Bremssattel 110 eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) zu steuern. Das Eingangssignal 104 ist eine Indikation der gewünschten Bremsfunktion, z. B. Stellbewegung eines Bremspedals durch einen Bediener (nicht dargestellt). Das Eingangssignal hat normalerweise eine DC- und eine AC-Komponente.
Ein Messfühlermittel 112 ist mit dem Stellglied 102 gekoppelt und liefert ein Rückkopplungs- oder Messfühlersignal an den ersten und zweiten Steuerblock 106, 108. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messfühlermittel 112 einen Messfühler 114.
Der erste Steuerblock 106 erfasst, ob das Eingangs- oder Anforderungssignal 104 den Betrieb des Stellgliedes 102 in einem Kleinsignalmodus oder in einem gesättigten Modus kennzeichnet. Im gesättigten Modus zeigt das Eingangssignal 104 eine Anforderung an, dass dem Stellglied 102 maximale Spannung und Strom zuzuführen sind. Im Fall des Bremssattels 110 zeigt der Sättigungsmodus üblicherweise eine anfängliche Betätigung der Bremse und die Umkehr des Bremsmotors an. Der Kleinsignalmodus wird zur Regulierung der Bremskraft verwendet.
Wie nachstehend diskutiert wird, erfasst der erste Steuerblock 106 den anwendbaren Betriebsmodus als eine Funktion des Eingangssignals und erzeugt das Betriebszustandssignal mit einem ersten Wert, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals im Kleinsignalmodus befindet, und erzeugt einen zweiten Wert, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals im gesättigten Modus befindet.
Der zweite Steuerblock 108 umfasst einen Kleinsignalteil 116 und einen Sättigungsteil 118. Der zweite Steuerblock 108 ist angepasst, das Eingangssignal und das Betriebszustandssignal zu empfangen und reagierend darauf ein Steuersignal an das Stellglied 102 zu liefern. Wie nachstehend diskutiert wird, sind der Kleinsignalteil 116 und der Sättigungsteil 118 angepasst, ein Kleinsignal-Steuersignal bzw. ein Sättigungs-Steuersignal als eine Funktion des Eingangssignals zu erzeugen. Das Steuersignal entspricht dem Kleinsignal-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem ersten Wert entspricht, und entspricht dem Sättigungs-Steuersignal, wenn das Betriebszustandssignal dem zweiten Wert entspricht. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Steuerblock 108 eine Funktion mit einer Mehrzahl von Parametern, wobei die Parameter als eine Funktion des Betriebszustandssignals modifiziert sind. Die Funktion könnte beispielsweise eine Proportional-Integral-Differenzial(PID-) Funktion sein, wobei die Verstärkungen der Funktion als eine Funktion des Betriebszustandssignals modifiziert sind.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der erste Steuerblock 106 einen ersten Addierer 202 und einen Komparator 204. Der Addierer 202 hat einen positiven Eingang 202A und einen negativen Eingang 202B. Der positive Eingang 202A ist mit dem Eingangssignal 104 gekoppelt und der negative Eingang 202B ist mit dem Rückkopplungssignal (FB), d. h. dem Ausgang des Messfühlermittels 112, gekoppelt. Bei dem Bremsen-Beispiel entspricht das Eingangssignal 104 der Kraftanforderung (FR). Das Ausgangssignal (D) des ersten Addierers 202 ist die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Rückkopplungssignal. Das Differenzsignal D wird in dem Komparator 204 mit einem vorherbestimmten Schwellwert (PT) verglichen. Wenn das Differenzsignal D PT überschreitet, dann arbeitet die Steuereinheit 100 im Sättigungsmodus. Wenn im Steuerblock 108 das Differenzsignal D PT nicht überschreitet, dann arbeitet die Steuereinheit 100 im Kleinsignalmodus. Der Ausgang (M) des Komparators ist eine digitale Information, d. h. eine „0" oder eine „1". Ein Wert „1" zeigt den Sättigungsmodus an; und ein Wert „0" zeigt den Kleinsignalmodus an.
Ein optionaler Filter 206 kann für den Übergang zwischen den Modi verwendet werden.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Kleinsignalteil 116 des zweiten Steuerblocks 108 umfasst einen zweiten und dritten Addierer 302, 304. Der zweite Addierer 302 umfasst erste und zweite positive Eingänge 302A, 302B. Der erste positive Eingang 302A des zweiten Addierers 302 ist mit dem Eingangssignal 104 (FR) gekoppelt. Der zweite positive Eingang 302B des zweiten Addierers 302 ist mit dem Ausgang eines optionalen Dither-/ Zittersignalblocks 306 gekoppelt.
Der Zittersignalblock 306 fügt etwas Dither-/Zittersignal hinzu, um das Stellglied 102 in einem dynamischen Zustand zur Reduzierung der statischen Reibung zu halten. Wie gezeigt, ist das Zittersignal eine Funktion der Rückkopplung FB. Der Ausgang des zweiten Addierers 302 ist mit einem positiven Eingang 304A des dritten Addierers 304 gekoppelt. Ein negativer Eingang 304B des dritten Addierers 304 ist mit dem Rückkopplungssignal FB, d. h. dem Ausgang des Messfühlermittels 112, gekoppelt.
Der Ausgang des dritten Addierers 304 ist mit einem Eingang eines ersten Multiplizierers 308 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des ersten Multiplizierers 308 ist mit dem Ausgang eines vierten Addierers 310 gekoppelt. Ein positiver Eingang des vierten Addierers 310 ist mit einem Wert von mindestens 1 gekoppelt. Ein negativer Eingang des vierten Addierers 310 ist mit dem Ausgang (M) des ersten Steuerblocks 106 gekoppelt. Der Ausgang des ersten Multiplizierers 308 ist mit einer Kleinsignalfunktion 312 gekoppelt.
Die Kleinsignalfunktion 312 umfasst vorzugsweise eine Filterfunktion, z. B. eine Laplace-Gleichung oder eine Proportional-Integral-Differenzial- (PID-) Funktion.
Der Ausgang der Kleinsignalfunktion 312 ist mit einem Eingang eines zweiten Multiplizierers 314 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des zweiten Multiplizierers 314 ist mit dem Ausgang des vierten Addierers 310 gekoppelt.
Der Sättigungsteil 118 umfasst dritte und vierte Multiplizierer 316, 318. Der Ausgang des dritten Addierers 304 ist mit einem Eingang des dritten Multiplizierers 316 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des dritten Multiplizierers 316 ist mit dem Ausgang (M) des ersten Steuerblocks 106 gekoppelt. Der Ausgang des dritten Multiplizierers 316 ist mit einer Sättigungssignalfunktion 320 gekoppelt. Vorzugsweise umfasst die Sättigungssignalfunktion 320 eine PID-Funktion oder eine Laplace-Gleichung. Der Ausgang der Sättigungssignalteilsteuerung 320 ist mit einem Eingang des vierten Multiplizierers 318 gekoppelt. Ein zweiter Eingang des vierten Multiplizierers 316 ist mit dem Ausgang (M) des ersten Steuerblocks 106 gekoppelt.
Die Ausgänge des zweiten und des vierten Multiplizierers 314, 318 sind mit den Eingängen eines fünften Addierers 322 gekoppelt. Der Ausgang des vierten Addierers 322 ist das Steuersignal, das an das Stellglied 102 übermittelt wird. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Multiplizierer 308, 314, 316, 318 bestimmen, welche Steuerfunktion, d. h. die Kleinsignalfunktion 312 oder die Sättigungsfunktion 320, tatsächlich das Stellglied 102 steuert.
Wenn sich die Steuereinheit 100, wie von dem ersten Steuerblock 106 bestimmt, im Kleinsignalmodus befindet, ist der Wert des Ausgangs (M) des ersten Steuerblocks 106 Null (0). Somit ist der Ausgang des Sättigungsteils 118 des zweiten Steuerblocks 108 infolge des zweiten und vierten Multiplizierers 316, 318 ebenfalls Null (0). Der Ausgang des zweiten Steuerblocks 108, welcher das an das Stellglied gesendete Steuersignal ist, ist folglich der Ausgang der Kleinsignalfunktion 312.
Wenn sich die Steuereinheit 100 im Sättigungsmodus befindet, ist der Wert des Ausgangs (M) des ersten Steuerblocks 106 Eins (1). Somit ist der Ausgang des vierten Addierers 310 im Wesentlichen Null, wie auch der Ausgang des Kleinsignalteils 312 des zweiten Steuerblocks 108. Der Ausgang des zweiten Steuerblocks 108 ist somit der Ausgang der Sättigungsfunktion 320.
Die tatsächlichen Funktionen im Kleinsignalfunktionsteil 312 und im Sättigungsfunktionsteil 320 sind eine Funktion des Stellgliedes 102 und der Anwendung desselben.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung eine kombinierte Stellgliedsteuereinheit 100 mit gesättigtem Signal und kleinem Signal vorsieht. Die Steuereinheit 100 unterscheidet zwischen einer Steuerung mit gesättigtem Signal und kleinem Signal und verwendet eine entsprechende Steuerfunktion.
Während diese Erfindung unter Bezugname auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, sei zu verstehen, dass für Fachleute verschiedene Modifikationen und Konstruktionsänderungen offensichtlich sind, und dass Steuereinheiten, die derartige Modifikationen aufweisen, in den Schutzbereich dieser Erfindung fallen können, welcher durch die angefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Steuereinheit für die Steuerung eines Stellgliedes (102) als Antwort auf ein Eingangssignal, welche umfasst: einen ersten Steuerblock (106) zum Empfangen des Eingangssignals (104), zum Erfassen eines Betriebszustands des Eingangssignals und darauf reagierend zum Erzeugen eines Betriebszustandssignals, wobei das Betriebszustandssignal einen ersten Wert aufweist, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem Kleinsignalmodus befindet, und einen zweiten Wert, wenn sich der Betriebszustand des Eingangssignals in einem gesättigten Modus befindet; einen zweiten Steuerblock (108), der einen Kleinsignalteil (116) und einen Sättigungsteil (118) enthält, wobei der zweite Steuerblock angepasst ist, das Eingangssignal und das Betriebszustandssignal zu empfangen und darauf reagierend ein Steuersignal an das Stellglied zu übermitteln, wobei der Kleinsignalteil (116) und der Sättigungsteil (118) angepasst sind, ein Kleinsignal-Steuersignal beziehungsweise ein Sättigungs-Steuersignal als eine Funktion des Eingangssignals zu erzeugen, wobei das Steuersignal dem Kleinsignal-Steuersignal entspricht, wenn das Betriebszustandssignal dem ersten Wert entspricht, und dem Sättigungs-Steuersignal entspricht, wenn das Betriebszustandssignal dem zweiten Wert entspricht.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei das Stellglied (102) ein Bremssattel ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei sie ein Messfühlermittel (112) für die Erfassung eines Parameters des Stellgliedes und darauf reagierend für die Erzeugung eines Messfühlersignals umfasst.
Steuereinheit nach Anspruch 3, wobei der erste Steuerblock (106) einen ersten Addierer (202) enthält, der mit dem Messfühlermittel (112) gekoppelt ist und angepasst ist, das Eingangssignal und das Messfühlersignal zu empfangen, wobei ein Ausgang des ersten Addierers eine Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem Messfühlersignal ist.
Steuereinheit nach Anspruch 4, wobei der erste Steuerblock (106) ferner einen Komparator (204) enthält, der mit dem ersten Addierer (202) gekoppelt ist und angepasst ist, den Ausgang des ersten Addierers und einen vorherbestimmten Schwellwert zu vergleichen und darauf reagierend ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Steuereinheit nach Anspruch 5, wobei sie einen Filter (206) enthält, der mit einem Ausgang des Komparators (204) gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 5, wobei der Kleinsignalteil eine Zittersignalfunktion (306) und einen zweiten Addierer (302) enthält, wobei der zweite Addierer mit der Zittersignalfunktion gekoppelt ist und angepasst ist, das Eingangssignal zu empfangen.
Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei ein Ausgang der Zittersignalfunktion eine Funktion (306) des Messfühlersignals ist.
Steuereinheit nach Anspruch 7, wobei der Kleinsignalteil (116) einen dritten Addierer (304) enthält, der mit dem zweiten Addierer (302) gekoppelt ist, wobei der dritte Addierer angepasst ist, das Messfühlersignal zu empfangen.
Steuereinheit nach Anspruch 9, wobei der Kleinsignalteil einen Muliplizierer (308) enthält, der mit dem dritten Addierer (304) gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 10, wobei der Kleinsignalteil (116) eine Kleinsignalfunktion enthält, die mit dem dritten Multiplizierer gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 11, wobei der Kleinsignalteil (116) einen vierten Addierer (310) enthält, der mit dem ersten Steuerblock gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 12, wobei der Kleinsignalteil einen zweiten Multiplizierer (314) enthält, der mit der Kleinsignalfunktion und dem vierten Addierer (310) gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 13, wobei der Sättigungsteil (118) einen dritten Multiplizierer (316) enthält, der mit dem ersten Steuerblock (106) und dem dritten Addierer (304) gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 14, wobei der Sättigungsteil (118) eine Sättigungsfunktion enthält, die mit dem dritten Multiplizierer (316) gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 15, wobei der Sättigungsteil (118) einen vierten Multiplizierer (318) enthält, der mit dem Sättigungsteil gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 16, wobei sie einen fünften Addierer (322) enthält, der mit dem zweiten (314) und dem dritten (316) Multiplizierer gekoppelt ist.
Steuereinheit nach Anspruch 1, wobei der zweite Steuerblock (108) eine Funktion mit einer Mehrzahl von Parametern enthält, wobei die Parameter als eine Funktion des Betriebszustandssignals modifiziert sind.