DE4442326A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Druckgröße - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Druckgröße

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Differenzdruckes, insbesondere in einer Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfre­ gelung.
Üblicherweise werden Differenzdrücke mittels Sensoren er­ faßt. Solche Sensoren sind sehr teuer.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit zustellen, mit der der Differenz­ druck, insbesondere in einer Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung zu schaffen, die billig ist und nur einen sehr geringen Aufwand erfordert.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsge­ mäßen Verfahren kann der Differenzdruck, insbesondere in ei­ ner Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebs­ schlupfregelung einfach und kostengünstig ermittelt werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil­ dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung wesentlicher Elemente der er­ findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 verschiedene über der Zeit aufgetragene Ansteuersignale und Fig. 3 und 4 ver­ schiedene über der Zeit aufgetragene Drucksignale.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Es ist bekannt, daß zur Modulation des Druckes in den ein­ zelnen Radbremsen eines Fahrzeugs, das mit einer Blockier­ schutz- und/oder Antriebsschlupfregelung ausgerüstet ist, elektrisch betätigbare Einlaß- und Auslaßventile verwendet werden. Hierzu dienen vorzugsweise Zweiwegeventile, also Hydraulikventile, die nur zwei Schaltpositionen (offen oder geschlossen) aufweisen. Der gewünschte Druckaufbaugradient oder der Druckabbaugradient wird durch Ansteuerung der Ven­ tile mit Puls folgen und Variieren des Puls­ dauer-/Pulspausenverhältnisses erreicht.
Das Einlaßventil, das in der Bremsleitung zwischen dem Bremsdruckgeber bzw. dem Hauptbremszylinder und der Rad­ bremse eingefügt ist, ist im allgemeinen in seiner Ruhestel­ lung auf Durchlaß geschaltet, während das Auslaßventil, das zum Druckabbau dient, in der Ruhestellung den Druckmittelweg zurück zum Hauptbremszylinder über eine Pumpe oder einen Druckausgleichsbehälter sperrt.
Anstelle der Einlaß-/Auslaßventilpaare können auch Ventilan­ ordnungen mit drei Schaltpositionen (Druckaufbau, Druckkon­ stanthaltung und Druckabbau) verwendet werden.
In Fig. 1 sind die Verhältnisse am Beispiel eines Einlaß­ ventils und eines Auslaßventils einer Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung dargestellt. Die beschrie­ bene Vorgehensweise ist nicht allein auf die Verwendung bei Einlaßventilen und Auslaßventilen bei Bremsanlagen mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung beschränkt.
Das Einlaßventil 100 steht über einen ersten Anschluß über eine erste Leitung 105 mit einem Hauptbremszylinder 110 in Verbindung. In der ersten Leitung herrscht üblicherweise ein Druck PV. über eine zweite Leitung 115 steht der zweite An­ schluß des Magnetventils 100 mit der Radbremse 120 in Ver­ bindung. In der zweiten Leitung 115 herrscht der Druck PW, der die Bremskraft des Rades bestimmt.
Von der zweiten Leitung 115 besteht eine Verbindung zu einem Anschluß eines Auslaßventil 160, dessen zweiter Anschluß mit einer Rückförderpumpe 170 in Verbindung steht.
Bei dem dargestellten Einlaßventil 100 handelt es sich um ein sogenanntes 2/2-Magnetventil. In der Ruhestellung, so­ lange kein Strom fließt, gibt das Magnetventil 100 den Durchfluß zwischen der ersten Leitung 105 und der zweiten Leitung 115 frei. In dieser Stellung wird der Magnetven­ tilanker durch eine Feder gehalten. Durch Bestromen einer Spule 130 wird eine Kraft entgegen der Federkraft ausgeübt, die das Ventil in seine Schließstellung bringt.
Bei dem dargestellten Auslaßventil 160 handelt es sich eben­ falls um ein sogenanntes 2/2-Magnetventil. In der Ruhestel­ lung, solange kein Strom fließt, sperrt das Magnetventil 160 den Durchfluß zwischen der zweiten Leitung 115 und der Rück­ förderpumpe 170. In dieser Stellung wird der Magnetventilan­ ker durch eine Feder gehalten. Durch Bestromen einer Spule 165 wird eine Kraft entgegen der Federkraft ausgeübt, die das Ventil in seine Öffnungsstellung bringt.
Die Spule 165 steht mit einem ersten elektrischen Anschluß mit einer Versorgungsspannung Ubat und mit einem zweiten An­ schluß mit einem Schaltmittel 180 in Verbindung. Entspre­ chend steht die Spule 130 über einen ersten elektrischen An­ schluß mit der Versorgungsspannung Ubat und mit einem zwei­ ten Anschluß mit einem zweiten Schaltmittel 140 in Verbin­ dung.
Als Schaltmittel werden vorzugsweise Feldeffekttransistoren verwendet. Der Steueranschluß des ersten Schaltmittels 180 steht mit einer Steuereinheit 150 in Verbindung. Über diese Verbindung wird das erste Schaltmittel mit einem ersten An­ steuersignal A1 beaufschlagt. Der Steueranschluß des zweiten Schaltmittels 130 steht ebenfalls mit der Steuereinheit 150 in Verbindung und wird von dieser mit einem zweiten Ansteu­ ersignal A2 beaufschlagt.
Durch Schließen der Schaltmittel 140 und 180 wird der Strom­ fluß zwischen der Versorgungsspannung durch die Spule 130 bzw. 165 zum Masseanschluß freigegeben.
Bei der Steuereinheit 150 handelt es sich vorzugsweise um eine Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung. Diese verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren bzw. Signale anderer Steuereinheiten, wie beispielsweise einer Fahrgeschwindigkeitsregelung und/oder einer Fahrgeschwindig­ keitsbegrenzung. Insbesondere verarbeitet diese Einrichtung Signale von Drehzahlsensoren 190, die die Drehzahlen der verschiedenen Räder des Kraftfahrzeuges erfassen. Ausgehend von den verschiedenen verarbeiteten Signalen bestimmt die Steuereinheit 150 die Signale A1 und A2 zur Ansteuerung der Spulen 130 und 165.
Mittels der Ventile 100 und 160 kann der Druckaufbau und der Druckabbau in der zweiten Leitung 150 und damit im Radbrems­ zylinder 120 gesteuert werden.
Ist das Ventil 100 geschlossen, bildet sich zwischen der er­ sten Leitung 105 und der zweiten Leitung 115 eine Druckdif­ ferenz aus. Um eine optimale Ansteuerung des Magnetventils 100 zu ermöglichen, muß die Druckdifferenz PD zwischen der Leitung 105 und der Leitung 115 bekannt sein.
Der Druck PV im Hauptbremszylinder 110 hängt im wesentlichen von der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer ab. Je nachdem, wie stark der Fahrer das Bremspedal betätigt, nimmt der Druck PV unterschiedliche Werte an.
Zur Verdeutlichung der Vorgehensweise sei auf Fig. 2 ver­ wiesen. In Fig. 2a ist das Ansteuersignal A1 für das Ventil 160 und in Fig. 2b das Ansteuersignal A2 für das Ventil 100 sowie die jeweiligen Ansteuerzeiten AT1, AT2, . . . AT7 aufge­ tragen. In Fig. 2b ist der Druck PW in der Leitung 115, der dem Radbremsdruck entspricht, aufgetragen.
Bei Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer baut sich im Hauptbremszylinder 110 ein Druck PV auf. Bis zum Zeitpunkt T1 wird das Magnetventil 100 mit einem Ansteuersignal A2 be­ aufschlagt, das einen niederen Pegel aufweist. Das erste An­ steuersignal A1 weist ebenfalls einen niederen Pegel auf. Dies bedeutet, daß die Spule 165 ebenfalls nicht bestromt wird. Beide Magnetventile befinden sich daher in ihrer Ruhe­ stellung. Dies bedeutet, der Druck PV, der vom Fahrer durch die Bremspedalbetätigung vorgegeben wird, wirkt auf den Rad­ zylinder 120. Der Druck in der Leitung 115 nimmt also eben­ falls den Wert PV an.
Zum Zeitpunkt T1 erkennt die Steuereinheit 150 anhand der Auswertung der Drehzahlsensoren 190 eine Blockierneigung ei­ nes Rades. Ab diesem Zeitpunkt T1 werden beide Ansteuer­ signale A1 und A2 auf einen hohen Pegel gesetzt. Dies bedeu­ tet, die Schalter 140 und 180 schließen. Beide Magnetventile werden bestromt und gehen in ihre Arbeitsposition. Dies hat zur Folge, daß der Druck in der ersten Leitung 105 auf dem Wert PV verbleibt. Der Druck in der Leitung 115 dagegen auf einen kleineren Wert abfällt und die Bremswirkung des Rades nachläßt.
Nachdem der Druck abgefallen ist, wird das Ansteuersignal A1 zurückgenommen, worauf das Magnetventil 160 den Druckabbau unterbricht und der Druck konstant bleibt.
Anschließend folgt eine Aufbaupulsreihe. Durch Öffnen des Magnetventils 100 wird der Druck im Radbremszylinder 120 in mehreren Stufen auf seinen ursprünglichen Wert angehoben. Üblicherweise ist ein Wert AZS für die Anzahl der Stufen und ein Wert ATS für die Gesamtdauer der Ansteuerung fest vorge­ ben. In dieser Zeit bleibt das Magnetventil 160 geschlossen.
Zu den Zeitpunkten T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 nimmt die Steuereinheit 150 das zweite Ansteuersignal A2 jeweils für eine bestimmte Zeitdauer ATN zurück. Die Zeitdauer, für die das Ansteuersignal A2 jeweils zurückgenommen wird, bestimmt den Wert, um den der Druck PW in der zweiten Leitung 115 je­ weils ansteigt. Bei einer längeren Ansteuerdauer steigt der Druck um einen größeren Wert an, als bei einer kurzen An­ steuerdauer.
Bei jeder Zurücknahme des zweiten Ansteuersignals A2 steigt der Druck abhängig von der Dauer der Zurücknahme um einen bestimmten Wert an. Zum Zeitpunkt T8 hat der Druck wieder seinen ursprünglichen Wert erreicht. Zum Zeitpunkt T9 wird wieder eine Blockierneigung eines Rades erkannt, und die Steuereinrichtung 150 gibt wieder ein erstes Ansteuersignal 100 vor, das einen Druckabbau in der zweiten Leitung 115 und somit eine Zurücknahme der Bremskraft zur Folge hat. Zum Zeitpunkt T9 entspricht dem Zeitpunkt T1, bei dem ein neuer Regelzyklus des Antiblockierreglers bzw. des Antriebs­ schlupfreglers startet.
Um eine optimale Vorgabe des Ansteuersignals A2 zu errei­ chen, muß der Differenzdruck PD zwischen dem Druck PW und dem Druck PV im Hauptbremszylinder 110 bekannt sein. Um Drucksensoren einzusparen, wird wie folgt vorgegangen.
Bei bekanntem Druckgradient, d. h., wenn die Änderung des Drucks pro Zeiteinheit bekannt ist, kann aus der Dauer des Ansteuersignals A1 bzw. A2 die Änderung des Drucks PW in der zweiten Leitung 115 geschätzt und daraus der Druckdifferenz PD zwischen dem Druck PW in der Leitung 115 und dem Druck PV im Hauptbremszylinder 110 ermittelt werden.
Der neue Wert PDi+1 für den Differenzdruck ergibt sich sich gemäß der folgenden Formel:
PDi+1 = PDi + ATi * AUSG (1)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, ATi ist die Dauer der Ansteuerung seit der letzten Berechnung des Differenzdruckes. Die Ansteuerzeit entspricht der Dauer des Ansteuersignals A2. Bei der Größe AUSG handelt es sich um einen Druckgradient in druckaufbauender Richtung, der auch als Aufbaugradient bezeichnet werden kann. Dieser Druckgradient gibt an, um welchen Wert der Druck innerhalb einer Zeiteinheit ansteigt.
Es wird also ausgehend von der Ansteuerdauer, die der Zeit entspricht, in der das Ventil 100 geöffnet ist, und der Än­ derung des Druckes pro Zeiteinheit die Änderung des Druckes PW in der zweiten Leitung geschätzt und damit der Differenz­ druck.
Im Anschluß muß der Differenzdruck PD, der sich durch den Druckabbau verändert, geschätzt werden. Hierzu sind ver­ schiedene Möglichkeiten vorgesehen.
Bei der ersten Möglichkeit erfolgt die Schätzung entspre­ chend wie beim Druckaufbau gemäß der folgenden Formel:
PDi+1 = PDi + AT * ABG (2)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, AT ist die Ansteuerdauer des Ventils 160. Die Ansteuerdauer ent­ spricht der Dauer des Ansteuersignals A1. Bei der Größe ABG handelt es sich um einen Druckgradienten in druckabbauender Richtung, der auch als Abbaugradient bezeichnet werden kann. Dieser Druckgradient gibt an, um welchen Wert der Druck in­ nerhalb einer Zeiteinheit abfällt.
Bei einer zweiten Möglichkeit wird der neue Differenzdruck PDi+1 ausgehend von der Gesamtdauer AT der Ansteuerzeiten ATi der Druckaufbauphase und dem Aufbaugradienten AUSG gemäß der folgenden Formel bestimmt.
PDi+1 = PDi - AT * AUSG (3)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, der am Ende der Aufbaupulsreihe vorlag. Hierbei ergibt sich als neuer Differenzdruck der Wert des Differenzdrucks, der vor dem Start des Druckaufbaus vorlag.
Allgemein ergibt sich der neue Wert des Differenzdruckes aus dem alten Wert des Differenzdruckes, der Ansteuerdauer des Magnetventils und dem Druckgradienten.
Treten das erste Ansteuersignal A1 zu früh oder zu spät auf muß eine Korrektur erfolgen. Zu früh bedeutet, das der Wert AZS für die Gesamtansteuerdauer oder der Wert ATS für die Anzahl der Ansteuerimpulse noch nicht erreicht ist.
Bei einer ersten Variante wird der neue Startwert PDi+1 für den Differenzdruck ausgehend von dem alten Startwert für den Differenzdruck PDi gemäß folgender Formel ermittelt:
Bei dem Wert AT handelt es sich um die Summe der Dauer der Ansteuerimpulse der Aufbaupulsreihe des vorhergehenden Re­ gelzyklus. Bei dem Wert K1 handelt sich um eine Konstante. Bei dem Wert P100 handelt es sich um eine Reglergröße, die eine geschätzte Gesamtansteuerzeit für den Druckaufbau bis zur Blockierneigung des Rades enthält.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der Startwert für den Differenzdruck gemäß der folgenden Formel bestimmt:
PDi+1=PDi-K2 * SIGN(AZ-AZS) * |F(Az-AZS)| (5)
Bei dem Wert AZS handelt es sich um die Anzahl der Ansteuer­ impulse, für die üblicherweise das Ventil 100 bei einem Re­ gelzyklus angesteuert wird. Bei dem Wert AZ handelt es sich um die tatsächliche Anzahl der Ansteuerimpuls des vorherge­ henden Regelzyklus. Bei dem Wert K2 handelt sich um eine Konstante. Bei F ist eine beliebige Funktion, vorzugsweise wird die Differenz quadriert.
Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem üblichen Wert AZS für die Anzahl der Druckaufbaupulse und der tatsächlichen Anzahl AZ der Druckaufbauimpulse wird der Wert für den Dif­ ferenzdruck PD korrigiert.
In Fig. 3 sind verschiedene Druckverläufe über der Zeit aufgetragen. In Fig. 3a ist die Reglergröße P100, in Fig. 3b ist der tatsächliche Druck PW in der zweiten Leitung 115 und damit im Radbremszylinder und in Fig. 3c der geschätzte Differenzdruck PD über der Zeit aufgetragen.
Zu Beginn der Regelung zum Zeitpunkt 1 wird der Differenz­ druck auf fest vorgegebenen Anfangswert gesetzt. Zu den Zeitpunkten 2, 5, 8 und 11 starten die Aufbaupulsreihen, d. h. es erfolgt eine Ansteuerung, wie in der zweiten Zeile der Fig. 2 dargestellt. Und es wird gemäß Formel (1) der Differenzdruck berechnet. Dieser Vorgang wird abgebrochen, sobald eine positive Flanke des Ansteuersignals A1 auftritt. Dies erfolgt zu den Zeitpunkten 3, 6, 9 und 12.
Bei diesen Zeitpunkten wird der Differenzdruck wieder auf einen Wert gesetzt, der sich gemäß den Formeln (2) oder (3) ergibt. Danach wird der Differenzdruck gemäß den Formeln (4) oder (5) korrigiert.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten beispielhaften Druckverlauf, erfolgt zum Zeitpunkt 4 keine Korrektur, da sich der Wert P100 erreicht wurde bzw. die übliche Anzahl von Druckaufbau­ impulsen erfolgten. Zum Zeitpunkt 7 wird der Differenzdruck PD auf einen höheren Wert korrigiert, da der Wert P100 nicht erreicht wurde bzw. weniger Druckaufbauimpulse aufgetreten sind als üblich. Zum Zeitpunkt 10 wird der Differenzdruck auf einen niedrigeren Wert korrigiert, da der Wert P100 überschritten wurde bzw. mehr Druckaufbauimpulse aufgetreten sind als üblich.
In Fig. 4 ist der Druck PV im Hauptbremszylinder 110 und der Druck PW in der Radbremse aufgetragen. Die Zeitpunkte sind entsprechend, wie in Fig. 3 bezeichnet. Zum Zeitpunkt (0) betätigt der Fahrer die Bremse. Ab diesem Zeitpunkt baut sich im Hauptbremszylinder Druck auf. Der Druck PV steigt an. Zum Zeitpunkt (1) erkennt die Steuereinrichtung 150 ein Rad mit Blockierneigung. Durch ein entsprechendes Ansteuer­ signal wird das Magnetventil 160 geöffnet und das Magnetven­ til 100 geschlossen. Dies hat ab dem Zeitpunkt (1) ein Druckabbau zur Folge. Ab dem Zeitpunkt (2) beginnt eine Auf­ baupulsreihe, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Differenzdruck PD entspricht der Differenz zwischen dem Druck PV und dem Druck PW. Mit einem Pfeil ist auch die Reg­ lergröße P100 eingezeichnet, diese Größe ist ein Maß für den Druckabbau, bzw. für den Druckbereich zwischen denen der Druck während des Regelzyklusses ab Zeitpunkt (1) schwankt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Ermittlung einer Druckgröße, insbesondere bei einer Bremsanlage, mit wenigstens einem ersten Magnet­ ventil, das eine erste Leitung und eine zweite Leitung ver­ bindet, wobei ein Differenzdruck (PD) zwischen einem ersten Druck (PV) in der ersten Leitung und einem zweiten Druck (PW) in der zweiten Leitung ausgehend von einem vorgegebenen Druckgradienten, einem Signal, das die Dauer der Ansteuerung des ersten Magnetventils kennzeichnet und von dem Differenz­ druck vor der Ansteuerung, ermittelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruck ausgehend von einem Druckgradienten in druckaufbauender Richtung (AUSG) und der Ansteuerdauer (AT) des ersten Magnetventils ermittelbar ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Differenzdruck ausgehend von einem Druckgradienten (ABG) in druckabbauender Richtung und der Ansteuerdauer (AT) eines zweiten Magnetventils, das zwischen der zweiten Leitung und einer dritten Leitung angeordnet ist, ermittelbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Ansteuerung des zweiten Magnetventils der Dif­ ferenzdruck abhängig von dem Vergleich zwischen einer Größe (P100), die einer erwarteten Ansteuerdauer entspricht, und der tatsächlichen Ansteuerdauer (AT) des ersten Magnetven­ tils seit der letzten Ansteuerung des zweiten und/oder des ersten Magnetventils, korrigierbar ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach der Ansteuerung des zweiten Magnet­ ventils der Differenzdruck abhängig von dem Vergleich zwi­ schen der Anzahl (AZS) der üblichen Ansteuerimpulse und der tatsächlichen Anzahl (AZ) der Ansteuerimpulse des ersten Ma­ gnetventils seit der letzten Ansteuerung des zweiten und/oder des ersten Magnetventils, korrigierbar ist.
6. Vorrichtung zur Ermittlung einer Druckgröße, insbesondere bei einer Bremsanlage, mit wenigstens einem ersten Magnet­ ventil, das eine erste Leitung und eine zweite Leitung ver­ bindet, mit Mitteln die einen Differenzdruck (PD) zwischen einem Druck (PV) in der ersten Leitung und einem Druck (PW) in der zweiten Leitung ausgehend von einem Druckgradienten, einem Signal, das die Dauer der Ansteuerung des ersten Ma­ gnetventils kennzeichnet und von dem Differenzdruck vor der Ansteuerung, ermittelbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Differenzdruck ausgehend von einem Druckgradienten (ABG) in druckabbauender Richtung und der Ansteuerdauer (AT) eines zweiten Magnetven­ tils, das zwischen der zweiten Leitung und einer dritten Leitung angeordnet ist, ermitteln.
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