WO2001010691A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern einer hydraulischen bremsanlage - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum steuern einer hydraulischen bremsanlage Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung (15, 16, 23) für eine hydraulische Bremsanlage, bei der aus dem Strom- und/oder Spannungssignal Iist, Uist eines elektromagnetischen Elements (13) zur Betätigung eines Ventils (10) ein Geschwindigkeitssignal für die Ventilbewegung berechnet wird, wovon die zeitliche Änderung des Volumenstroms Q der Hydraulikflüssigkeit abgeleitet werden kann. Dieses abgeleitete Signal wird zur Korrektur eines Ansteuersignals der Hydraulik (23) verwendet.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage mit einer Einrichtung zum Einstellen eines Bremsdrucks über ein Ventil. Dieses Ventil wird von der Einrichtung entsprechend eines ermittelten Soll-Bremsdrucks über ein Ansteuersignal angesteuert, wobei das Ventil über ein elektromagnetisches Element, vorzugsweise eine Spule, betätigt wird.
Solche Vorrichtungen finden insbesondere bei Fahrzeugregelsystemen Anwendung, die eine intelligente Bremsanlage aufweisen, welche in der Lage ist, unabhängig und/oder in Interaktion mit dem Fahrer eine gezielte Bremsung durchzufuhren.
Bremsanlagen, welche eine Hochdruckhydraulik besitzen, benotigen hierzu aufwendige Proportionalventile oder sind nur in der Lage, stufige Bremsdruckverlaufe durch diskretes Ventilschalten darzustellen.
Aus der DE 196 54 769 AI ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Bremssolldrucks bekannt, bei dem der Bremsmeßdruck erfaßt wird und ein Druckaufbausignal und ein Druckabbausignal an Ventile zum Einstellen des Bremssolldrucks ausgegeben werden. Aus der DE 196 20 037 AI ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Magnetventils bekannt, das eine Spule und einen beweglichen Anker umfaßt. Zur Bewegung des Ankers wird die Spule mit Strom und/oder Spannung getaktet beaufschlagt. Durch unterschiedliche Ansteuerungen ist das Magnetventil wahlweise als Schaltventil oder als Druckbe- grenzungsventil betreibbar.
Ein Nachteil der oben beschriebenen Techniken liegt darin, daß der Regelungsprozeß für das Offnen und Schließen des Ventils nicht optimal gesteuert werden kann, wenn digital schaltende Ventile verwendet werden. Proportionalventile sind aufwendig und damit kostenintensiv. Weiterhin kann ein wiederholtes diskretes Ventilschalten zum Erreichen stufiger Bremsdruckverlaufe störenden Lärm erzeugen, wenn zum Aufbauen des Bremsdrucks diskrete Ventile wiederholt geöffnet und geschlossen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage zu schaffen, die eine verbesserte Stabilisierung einer Ventilansteuerung kostengünstig realisieren.
Diese Aufgabe wird gelost durch eine Erfassungseinheit, die einen Ist-Strom Iιst und/oder eine Ist-Spannung Uιst eines elektromagnetischen Elements erfaßt, wobei mit dem erfaßten Strom- und/oder Spannungssignal ein Ansteuersignal korrigiert werden kann.
Durch das Erfassen des Stromes und/oder der Spannung des elektromagnetischen Elements kann die Bewegung des Ventils stabilisiert werden, indem das Ansteuersignal mit dem Strom- und/oder Spannungssignal korrigiert wird. Das Offnen und das Schließen des Ventils kann langsamer ablaufen, so daß auch stabile Mittelpositionen zwischen vollständig offenen und geschlossenen Ventilen ereicht werden können.
Die Einrichtung zum Einstellen des Bremsdrucks kann eine Druckregelungsvorrichtung enthalten, mit einem Druckregler und einem Druckbeobachter. Der Druckbeobachter bestimmt aus dem an den Ventilen gemessenen Meßdruck pmess einen Ist-Druck pιst . Der Ist-Druck Pιst wird einem Soll-Druck psoιι entgegengekoppelt und einem Druckregler zugeführt, der einen Sollvolumenstrom Qsoii der Bremsflüssigkeit zum Erzeugen des Bremsdrucks ausgibt.
Weiterhin kann eine Volumenregelungsvorrichtung vorgesehen sein, die einen Volumenstromregler zum Umsetzen der Ansteuer- signale für das Ventil aufweist und einen Volumenstrombeobachter, der einem dem Meßdruck pmeSs entsprechenden Istvolumenstrom Qlst ermittelt. Dieser Istvolumenstrom Qαst kann dem Sollvolumenstrom Qso:ι entgegengekoppelt werden.
Die gesamte Volumenregelungsvorrichtung kann zwischen der Druckregelungsvorrichtung und der Bremshydraulik angeordnet sein. Hiermit wird eine quasi kontinuierliche Volumenstromregelung mittels eines Slidmg-Mode-Regelansatzes über Ventilstrome realisiert. Die Druckregelung kann über die Volumenstromregelung erreicht werden.
Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung einen Aktuatorbewe- gungsbeobachter aufweisen, der aus dem Ist-Strom Ilst und/oder der Ist-Spannung Ulst des elektromagnetischen Elements eine zeitliche Ableitung des Volumenstroms berechnet und diesen dem Volumenstromregler zur Steuerung der Ansteuersignale für das Ventil übergibt.
Weiterhin kann eine Umrechnungsvorrichtung vorgesehen sein, die aus der Geschwindigkeit des Aktuators, die von dem Bewegungsbeobachter ausgegeben wird, auf die zeitliche Änderung des Volumenstroms schließt. Diese zeitliche Änderung des Volumenstroms kann dem Volumenstromregler zur Steuerung der Schaltsignale zugeführt werden, Q stabilisiert den Regelungsprozeß besser, indem der Strom und/oder die Spannung des elektromagnetischen Elementes beobachtet werden, da die Bewegung des Ventils beobachtet wird.
Aus dem Ist-Strom Ilst und/oder der Ist-Spannung Uιst des elektromagnetischen Elements zur Betätigung des Ventils kann somit auf die Geschwindigkeit der Ventilbewegung geschlossen werden. Aus dieser Geschwindigkeit kann wiederum ein Maß für die zeitliche Änderung des Volumenstroms abgeleitet werden. Diese Volumenstromanderung kann dem Volumenstromregler zur Verbesserung der Druckregelung zugeführt werden.
Der Volumenstromregler kann ein PID-Regler sein, wobei die zeitliche Änderung des Volumenstroms den Differentialanteil des PID-Reglers ersetzen kann.
Der Differentialanteil eines PID-Reglers wird normalerweise durch Differenzieren der Eingangsgroße berechnet. Hierf r wird bei der Berechnung der Ableitung nach der Zeit durch ein kleines Zeitintervall Δt geteilt. Dies macht die Berechnung ungenau. Durch direktes Zufuhren des Differentialanteils von außen wird diese Regelgroße und damit der Regelungsprozeß verbessert .
Die Aufgabe wird weiterhin durch die Merkmale des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelost.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der beiliegenden schematischen Zeichnungen beispielhaft erklart. Hierbei zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Sitzventils,
Fig. 2 den generellen Aufbau der erfindungsgemaßen Druck regelung als Blockschaltbild,
Fig. 3 den Aufbau zur Berechnung des Sollvolumenstroms aus dem Strom und/oder der Spannung des elektromagnetischen Elements.
In Fig. 1 ist ein Ventil 10 gezeigt, das auf einem Ventilsitz 11 aufsitzen kann. Weiterhin ist ein Aktuator 12 vorgesehen, der von einem elektromagnetischen Element 13 umgeben ist. Eine Feder 14 druckt das Ventil 10 auf den Ventilsitz 11. Sitzt das Ventil 10 auf dem Ventilsitz 11 auf, so ist der Volumenstrom der Hydraulikflussigkeit Null. Wird das Ventil 10 vom Sitz abgehoben, strömt Flüssigkeit m den Zwischenraum zwischen Ventilsitz 11 und Ventil 10.
In Fig. 2 ist einerseits ein Regelkreis für den Druck und andererseits ein Regelkreis für den Volumenstrom gezeigt. Bei dem ersten Regelkreis wird als Vorgabe ein Solldruck PS0n für das Bremssystem eingegeben. Dieser erste Regelkreis umfaßt einen Subtrahierer 27, einen Druckregler 20 und einen Druckbeobachter 21. Der Druckregler 20 und der Druckbeobachter 21 bilden eine Druckregelungsvorrichtung 15. Der Druckbeobachter 21 ermittelt dabei aufgrund eines gemessenen Meßdruckes pmeSs in der Hydraulik 23 einen Ist-Druck pιst. Dieser wird am Subtrahierer 27 vom Solldruck Psoιι zu Beginn des Regelkreises abgezogen, wobei anschließend die Differenz vom Druckregler 20 weiterverarbeitet wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform meldet der Druckregler 20 weitere Zustande an den Druckbeobachter 21, mit denen sich das Modell der Druckbeobachtung abgleichen laßt. Der Druckregler 20 gibt einen Volumenstrom Qsoιι aus. Dieser Sollvolumenstrom Qsoιι ist Eingangsgroße eines zweiten Subtrahierers 28.
Der in der Hydraulik 23 gemessene Druck pmess wird in einen Volumenstrombeobachter 22 eingegeben. Dieser gibt einen Istvolumenstrom Qιst an den Subtrahierer 28 weiter, der Qιst von Qsoii abzieht. Das Differenzsignal Qsoιi""Qιst wird an einen Volumenstromregler 24 geleitet. Dieser Volumenstromregler 24 gibt schließlich Schaltsignale zum Schalten der Ventile an die Hydraulik 23 weiter. Ein Aktuatorbewegungsbeobachter 25 ermittelt aus den Kenngroßen des elektromagnetischen Elements 13, dem Strom Ilst und/oder der Spannung Ulst die Geschwindigkeit des Aktuators 12 und somit des Ventils 10. Eine Umrechnungseinrichtung 26 berechnet aus der Geschwindigkeit des Aktuators 12, der ein Ventilschieber oder ein Magnetanker sein kann und der Geschwindigkeit des Ventils (10) entspricht mit der Proportionalitatskonstante K eine zeitliche Änderung des Volumenstroms Q . Diese zeitliche Ableitung des Volumenstroms der Hydraulikflussigkeit Q wird an den Volumenstromregler 24 gegeben, der dieses Signal zur Regelung der Bremsventile in der Bremshydraulik 23 verwendet. Der Volumenstromregler 24, der Volumenstrombeobachter 22, der Aktuatorbewegungsbeobach- ter 25 und die Umrechnungseinrichtung 26 bilden eine Volumenregelungsvorrichtung 16.
In Fig. 3 ist der Regelkreis für die Berechnung der Aktuator- geschwmdigkeit naher dargestellt. Eingangsgroße ist die Spannung Ulst des elektromagnetischen Elementes 13. Diese wird an ein Modell des Hubmagneten 30 angelegt, das ein Modellstrom IModeiι des Hubmagneten an den Subtrahierer 32 ausgibt. Eine weitere Eingangsgroße des Subtrahierers 32 ist der Strom I des elektromagnetischen Elementes bzw. Magneten. Der Subtrahierer 32 berechnet hieraus einen Fehlerstrom IFeier des Magneten, der über die Fehlerbewertung 31 wieder an den Eingang des Regelkreises ruckgekoppelt wird. Dieser Fehlerstrom iFenier ist direkt proportional zur Geschwindigkeit des Aktua- tors 12. Mit der Umrechnungsvorrichtung 26 wird schließlich aus der Geschwindigkeit des Aktuators 12 die zeitliche Änderung des Volumenstroms Q berechnet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Bremsanlagen von Kraftfahrzeugen begrenzt, sondern kann überall dort eingesetzt werden, wo hydraulische Bremsanlagen verwendet werden. Mit der erfmdungsgemaßen Ausfuhrungsform zur Steuerung der Bremsanlage wird die Bewegung eines an sich digital schaltenden Sitzventils stabilisiert, so daß auch stabile Zwischenlagen zwischen geschlossenem Ventil und offenem Ventil realisiert werden können. Es kann somit mit diskreten Ventilen ein gleitendes Ventilschalten erreicht werden, indem die zeitliche Änderung des Volumenstroms zur Korrektur der Ansteuerung der Ventile verwendet wird.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage mit einer Einrichtung (15, 16, 23) zum Einstellen eines Bremsdrucks über ein Ventil (10), das von der Einrichtung (15, 16, 23) entsprechend eines ermittelten Soll-Bremsdrucks Psoii ber ein Ansteuersignal angesteuert wird, wobei das Ventil (10) über ein elektromagnetisches Element (13) betätigt wird, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinheit zur Erfassung eines Ist-Stroms Ilst und/oder einer Ist-Spannung Uιst des elektromagnetischen Elements (13), wobei mit dem erfaßten Strom- und/oder Spannungssignal das Ansteuersignal korrigiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15, 16, 23) zum Einstellen des Bremsdrucks eine Druckregelungsvorrichtung (15) enthalt, mit einem Druckregler (20) und einem Druckbeobachter (21) zum Bestimmen eines Sollvolumenstroms Qsoιι aus dem Bremsdruck Psoii und einem einem Meßdruck entsprechenden Istdruck plst an einem Bremszylinder.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (15, 16, 23) zum Einstellen des Bremsdrucks eine zwischen der Druckregelungsvorrichtung und der Bremshydraulik (23) angeordnete Volumenregelungsvorrichtung (16) enthalt, mit einem Volumenstromregler
(24) zum Umsetzen der Ansteuersignale für das Ventil (10) und einem Volumenstrombeobachter (22) zur Ermittlung eines einem Meßdruck pmeSs entsprechenden Istvolumenstroms Qιst, der dem Sollvolumenstrom Qsoιι entgegengekoppelt wird.
. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Aktuatorbewegungsbeobachter (25) , der aus dem Ist-Strom Iιst und/oder der Ist-Spannung Ulst eine zeitliche Ableitung des Volumenstroms Q berechnet und diese dem Volumenstromregler (24) zur Steuerung der Ansteuersignale für das Ventil (10) übergibt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umrechungsvorrichtung (26) aus der Bewegungsgeschwindigkeit des Ventils (10) auf die zeitliche Änderung des Volumenstroms Q schließt.
6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstromregler (24) ein PID-Regler ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung des Volumenstroms Q den Differen- tialanteil des PID-Reglers ersetzt.
8. Verfahren zum Steuern einer hydraulischen Bremsanlage mit einer Einrichtung (15, 16, 23) zum Einstellen eines Bremsdrucks über ein Ventil (10), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Ansteuern des Ventils (10) über Ansteuersignale entsprechend eines von der Einrichtung ermittelten Soll- Bremsdrucks pSoiι, wobei das Ventil über eine elektromagnetische Einheit (13) betätigt wird,
- Erfassen eines Ist-Stroms Ilst und/oder einer Ist- Spannung Ulst des elektromagnetischen Elements (13), und
- Korrigieren des Ansteuersignais mit dem erfaßten Strom- und oder Spannungssignals.
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