DE102007032949B4

DE102007032949B4 - Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung oder der Betätigungshäufigkeit einer Fluidpumpe, insbesondere in einem elektronischen Kraftfahrzeugbremssystem

Info

Publication number: DE102007032949B4
Application number: DE102007032949.2A
Authority: DE
Inventors: Erhard Beck
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2007-07-14
Filing date: 2007-07-14
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2027-07-15
Also published as: US20100226793A1; WO2009010320A1; DE102007032949A1; EP2170666A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung oder der Betätigungshäufigkeit einer Hydraulikpumpe (1, 1') in einem elektronischen Druckregelaggregat (6, 7), wobei dieses neben einer durch analogisierte Ventilansteuerung betätigten Druckkreisregelung ein Pumpenleistungseinstellungsmittel zur Einstellung der Förderleistung der Hydraulikpumpe (1, 1') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungshäufigkeit des mechanischen Pumpwerks über Druckfluktuationen des Förderfluids bestimmt wird, wobei die Druckfluktuationen an Hand von Änderungen des magnetischen Flusses im Bereich des Ansteuermagnetfelds eines elektromagnetisch angesteuerten Fluidventils (2, 2') ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie dessen Verwendung.
Die WO 2007/025 951 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung eines zwischen einem Hauptbremszylinder und einem Einlassventil eines Radbremszylinders einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage herrschenden Vordrucks, welches den Vordruck unter Berücksichtigung des Verlaufs einer Nachlaufspannung eines getaktet betriebenen Elektromotors einer Hydraulikpumpe bestimmt. Das aus Motor und Pumpe bestehende Motorpumpenaggregat dient zur Rückförderung von Bremsflüssigkeit aus einem Niederdruckspeicher in den Hauptbremszylinder oder für einen aktiven Druckaufbau ohne Bremsbetätigung des Fahrers während an sich bekannter Bremsenregelungsvorgänge, wie TCS, ACC oder ESP. Zur Bestimmung des Vordrucks werden elektrische Kenngrößen des Spannungsverlaufs gemessen und jeweils zur Bestimmung eines Vordruckwertes herangezogen. Das Verfahren ermöglicht ein Einstellen des vor dem Einlassventil herrschenden Vordrucks der Bremsanlage ohne kostenintensive Drucksensoren. Die Verwendung von Drucksensoren ist bspw. aus der DE 199 14 403 A1 bekannt.
Wie der Fluiddruck oder der an einem Stellgerät anliegende Differenzdruck einer elektrohydraulischen Druckregelvorrichtung bestimmt wird, lässt sich der WO 2005/012 056 A1 entnehmen.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung einer Hydraulikpumpe in einem Druckregelaggregat ist aus der WO 00/02753 A2 bekannt.
Aus der DE 44 40 531 A1 ist ein Verfahren bekannt, mittels welchem der kurzzeitige Einbruch im sich stetig ändernden Erregerstromverlauf von Einlass- und Auslassventilen eines Druckregelaggregats als Indikator verwendet wird, um die Höhe des wirksamen hydraulischen Vordrucks vor dem Umschalten der Ventile zu bestimmen.
Ein Verfahren zur Kontrolle der mechanischen Bewegung eines Magnetventilankers für dessen Betätigung eine Magnetwicklung vorgesehen ist, offenbart die DE 37 30 523 A1 . Mittels eines vom Strom durch die Magnetwicklung abgeleiteten Signals wird die Induktion der Magnetwicklung überwacht und mittels einer externen Energiequelle wird die Induktivitätsänderung an den Schaltpunkten des Magnetventils auf einen feststellbaren Signalpegel angehoben. Somit können nunmehr die Schaltpunkte des Magnetventilankers bzw. die dazugehörigen Zeiten festgestellt werden.
Weiterhin ist aus der WO 96/28 325 A1 ein elektromagnetisch betätigtes Druckbegrenzungsventil eines Druckregelaggregats bekannt, wobei mittels einer elektrischen Steuer- und Auswerteeinheit ein Steuersignal für die Stromversorgung der Spule des Druckbegrenzungsventils abgegeben wird, welches die Spulenstromstärke bestimmt, sodass dem Spulenstromkreis eine Messeinrichtung zugeordnet ist, die eine Strom/Spannungsänderung aufgrund einer Änderung der Induktion der Spule ermittelt und ein entsprechendes Signal an die elektrische Steuer- und Auswerteeinheit abgibt.
Nicht nur aus fertigungstechnischen Gründen unterliegt die Ansteuerkette Motor-Pumpe allerdings weiterhin Toleranzen, die einen Einsatz des oben beschriebenen Verfahrens in der Praxis erschweren.
Daher besteht immer noch die Aufgabe, den Vordruck in einer elektrohydraulischen Druckregelvorrichtung möglichst genau einzustellen. Darüber hinaus soll die elektronische Druckregelvorrichtung im Falle eines aktiven Druckaufbaus besonders ökonomisch und geräuscharm arbeiten, wenn bspw. Bremsenregelungsvorgänge, wie TCS, ACC oder ESP angewandt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 10.
Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die Förderleistung oder die Betätigungshäufigkeit einer Hydraulikpumpe durch Nutzen des sogenannten TPM-Verfahrens (Tappet Position Monitoring) zu bestimmen. Mit dem TPM-Verfahren ist es möglich, die Stößelstellung in einem elektromagnetisch angesteuerten Ventil oder die auf den Stößel des Ventils wirkende Kraft mittels einer Regelung einzustellen. Durch Ausnutzen dieses Prinzips kann auch die Stellung des Ventilstößels bestimmt werden. Das Verfahren ist überraschenderweise so empfindlich, dass dieses auch zur Ermittlung von Druckpulsationen der Pumpe herangezogen werden kann. Aus den Druckpulsationen lässt sich dann erfindungsgemäß auf die Förderleistung der Pumpe schließen.
Das zur Durchführung des Verfahrens eingesetzte elektronische Druckregelaggregat besitzt bevorzugt Mittel zur an sich bekannten Analogansteuerung von Sitzventilen, die konstruktiv primär für hydraulische Schaltvorgänge ausgelegt sind. Diese Ventile werden zunehmend als Einlassventile oder Trennventile innerhalb einer Raddruckregelung eingesetzt. Im bevorzugten Anwendungsfall eines Bremssystems handelt es sich um die Regelung des Drucks in den Radbremszylindern. Bevorzugt wird die Auswertung der Stößelbewegung an einem Trennventil durchgeführt.
Das Pumpenleistungseinstellungsmittel besteht bevorzugt aus einer PWM-Stromregelung und einem Elektromotor, welcher das Pumpenaggregat antreibt. Bei dem mechanischen Pumpwerk des Pumpenaggregats kann es sich beispielsweise um eine Exzenterkolbenpumpe handeln. Die Anzahl der Kolbenhübe steht in einem festen Zusammenhang mit der Periode der erzeugten Druckfluktuationen. Der magnetische Fluss im Bereich des Ansteuermagnetfelds des zur Beobachtung der Druckfluktuationen herangezogenen Fluidventils lässt Rückschlüsse auf die Pumpenfluktuationen zu, da diese über die Fluid-Verbindungsleitungen auf den Stößel des Ventils einwirken. Bevorzugt wird die hervorgerufene Flussänderung über ein Induktionssignal einer Stromschleife im Magnetkreis des Fluidventils bestimmt. Das Fluidventil steht insbesondere in hydraulischer Verbindung mit der Ausgangssseite der Pumpe. Die Auswertung des Induktionssignals lässt einen Rückschluss auf die Periode der Druckfluktuationen zu, da die Periode des Induktionssignals im Wesentlichen mit der Periode der Druckfluktuationen übereinstimmt. Die Bewegungshäufigkeit des mechanischen Pumpwerks (Drehzahl, Taktzahl) wird also über die Druckfluktuationen des Förderfluids bestimmt.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird die Pumpenleistung unter zu Hilfenahme der Förderleistungs- bzw. der Betätigungshäufigkeitsbestimmung gezielt eingestellt oder mit einem Regler eingeregelt.
Zur Bildung des elektrischen Messignals wird bevorzugt das elektrische Induktionssignal einer Stromschleife im Bereich des Ansteuermagnetfelds des elektromagnetisch angesteuerten Fluidventils herangezogen. Diese Stromschleife kann insbesondere entweder Teil der Ansteuerspule selbst (zum Beispiel dritter Abgriff an der Ansteuerspule) oder eine gesonderte Hilfsspule sein.
Wie bereits weiter oben beschrieben, ändert sich bei einer durch eine periodische oder auch nicht periodische Druckänderung am Ventil (Differenzdruckänderung) hervorgerufenen Stößelbewegung das Magnetfeld, genauer gesagt, der magnetische Fluss, im Bereich der Ventilspule. Diese Änderung lässt sich gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform mit einer Stromschleife im Bereich des Spulenmagnetfelds oder direkt über die Ansteuerspule bestimmen. Beim TPM-Verfahren wird bevorzugt durch die Ansteuerelektronik die Position des Ventilstößels oder die Stößelkraft mittels einer Regelung auf einen bestimmten Sollwert eingestellt. Als Istgröße wird dabei insbesondere ein im Bereich der Ventilspule aufgenommenes Induktionssignal der Stromschleife herangezogen. Eine Auswertung der Stößelreaktion ist besonders empfindlich dann möglich, wenn sich der Stößel im oder in der Nähe eines Kräftegleichgewichts zwischen Magnetkraft (abzüglich oder zuzüglich der Federkraft) und hydraulischer Kraft befindet. Liegen die Kräfte weit auseinander, kann der Stößel nicht bzw. nicht ausreichend empfindlich auf eine Druckänderung reagieren. Es kann nun sein, dass der Stößel auf eine Druckänderung am Ventil nur minimal reagiert, ohne dass sich die Stößelposition merklich ändert. Allerdings kann die TPM-Regelungselektronik den Ventilstrom nach einer bevorzugten Ausführungsform so weit nachführen, dass die vorgegebene Stößelstellung nicht verändert wird. In diesem Fall ändern sich nur die Kräfteverhältnisse am Ventil (auf Grund einer höheren Druckdifferenz wird ein größerer Ventilstrom eingestellt). Die Druckpulsationen sind in diesem Fall nur an einer in der Regelung verarbeiteten Stellgröße oder an den Istwertänderungen feststellbar. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Flussänderung daher über Änderungen der Stellgrößen oder der Istgrößen innerhalb der TPM-Regelung bestimmt.
Bevorzugt kann dann aus der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ermittelten Bewegungshäufigkeit

a) die Förderleistung und/oder der Vordruck eines im Förderkreis der Pumpe angeschlossenen Fluidventils eingeregelt werden oder
b) gemeinsam mit einem Wert für das Fördervolumen der Pumpe pro Hub oder Umdrehung die Förderleistung und/oder der Vordruck eines im Förderkreis der Pumpe angeschlossenen Fluidventils bestimmt werden.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens in Kraftfahrzeugbremsenregelungssystemen, wie Abstandsregelung (ACC), Antriebsschlupfregelung (ASR, TCS) oder elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP).
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Bremsvorrichtung für ABS-, TCS, ACC- und ESP-Regelvorgänge und
2 eine schematische Darstellung eines Regelkreises zum Regeln des Magnetflusses mit Messspule.

In 1 ist Tandemhauptzylinder 5 mit Hydraulikeinheit 6 (HCU) eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems verbunden. Elektronikeinheit 7 (ECU) umfasst ein Mikroprozessor/controllersystem, mit dem die im Ventilblock enthaltenen Aktuatoren und Sensoren elektronisch gesteuert bzw. ausgemessen werden können. Hydraulikeinheit 6 ist in zwei Bremskreise I und II aufgeteilt. Ferner umfasst jeder der Bremskreise je zwei Raddruckkreise (A, B bzw. C, D) mit jeweils einem Einlass- 3 bzw. 3' und einem Auslassventil 4 bzw. 4'. Die Elektronik der ECU 7 umfasst einen mehrkanaligen Stromregler, welcher eine unabhängige Regelung der Ströme durch die Spulen der Trennventile 2, 2' und der Einlassventile 3, 3' erlaubt. Bezugszeichen 8 bzw. 8' bezeichnen stromlos geschlossene elektronische Umschaltventile. In der zu Hauptzylinder 5 führenden Hydraulikleitung 14 befindet sich ein Eingangsdrucksensor 9. Das dargestellte Bremssystem umfasst in den Raddruckkreisen selbst keine weiteren Drucksensoren.
Motor-Pumpenaggregat 1 bzw. 1' dient dem aktiven Druckaufbau bei ACC-, TCS- und ESP-Regelungen sowie zur Rückförderung des an den Auslassventilen ausgetretenen Druckmittels, welches sich in Niederdruckspeicher 16 bzw. 16' befindet. Wenn Pumpe 1 angeschaltet ist, fördert diese Druckvolumen in Richtung von Leitung 13, so dass sich der Vordruck erhöht. Auf Grund des Aufbaus der Pumpe pulsiert der Druck am Ausgang der Pumpe in einem vom Aufbau der hydraulischen Komponenten abhängigen Druckbereich.
Zur Bestimmung der Pumpenförderleistung wird Pumpe 1 zur Erzeugung von Druckpulsationen zunächst mit einem vorgegebenen PWM-Strom angesteuert. Trennventil 2 wird im TPM-Regelungsmodus betrieben. In diesem Modus wird der Ventilstößel von der weiter unten beschriebenen elektronischen Regelanordnung in einer geeigneten Zwischenstellung gehalten. Auf Grund der Druckpulsationen sind dann am Trennventil 2 periodische Differenzdruckänderungen durch die Elektronik messbar, welche auf geringfügige Stößelpositionsänderungen zurückzuführen sind.
Das Mikrocontrollersystem 218 in 2 führt alle Regelungsaufgaben der Bremsvorrichtung durch und ist innerhalb von ECU 7 angeordnet. Über Stromquelle 23 steuert diese die Spule des elektromagnetisch betriebenen Ventils 21 an. Der Einfachheit halber ist nur eine Ventil-Verstärker Kombination dargestellt. Mit Stromquelle 23 kann der Spulenstrom I individuell für jedes Ventil pulsweitenmoduliert eingestellt und auch gemessen werden. In obiger Bremsvorrichtung sind für jedes Ventil entsprechende Ventiltreiber vorgesehen, die mittels individuell ansteuerbarer PWM-Treiberstufen realisiert sind. Im Bereich des Spulenmagnetfelds ist eine Drahtschleife oder Hilfsspule 22 vorgesehen, deren Anschlussklemmen mit Messeinrichtung 24 verbunden ist. Die Hilfsspule 22 ist insbesondere so angeordnet, dass sie den wirksamen magnetischen Fluss durch Joch und Anker der Spule 21 erfasst. Messeinrichtung 24 enthält eine Schaltung, mit der die an der Messpule bzw. Drahtscheife anliegende Induktionsspannung U_ind gemessen werden kann. Prinzipiell kann der Abgriff der induzierten Spannung auch direkt an der Ventilspule 21 erfolgen, wie dies durch gestrichelte Leitungen 26 gezeigt ist. Am Ausgang von Messeinrichtung 4 steht ein Signal Φ_ist zur Verfügung, welches proportional zum Integral über die induzierte Spannung U_ind (t) ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird daher die Induktionsspannung über die Zeit aufintegriert um eine Größe zu ermitteln, die zum magnetischen Fluss oder der magnetischen Kraft proportional ist. Unter Berücksichtigung der Federkraft des Ventils wird dann auf die hydraulische Kraft geschlossen aus der sich dann der Differenzdruck am Ventil ermitteln lässt. Auf diese Weise kann der am Ventil anliegende Vordruck oder Differenzdruck auch absolut gemessen werden.
Bei einer von außen oder durch den Verstärker hervorgerufenen Bewegung des Ventilstößels ergibt sich eine Änderung des magnetischen Flusses Φ in Ventilspule 21, welche durch die Messeinrichtung 24 über Induktionsspannung U_ind gemessen werden kann. Messeinrichtung 24 bildet das zeitliche Integral über den Verlauf der induzierten Spannung U_ind und führt das integrierte Signal dem Mikrocontroller 218 oder einem Regler 25 zu. Durch die Rückführung des Signals der Messeinrichtung in den Mikrocontroller lässt sich demzufolge eine Stößelhubregelung oder eine Stößelkraftregelung realisieren.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Förderleistung oder der Betätigungshäufigkeit einer Hydraulikpumpe (1, 1') in einem elektronischen Druckregelaggregat (6, 7), wobei dieses neben einer durch analogisierte Ventilansteuerung betätigten Druckkreisregelung ein Pumpenleistungseinstellungsmittel zur Einstellung der Förderleistung der Hydraulikpumpe (1, 1') umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungshäufigkeit des mechanischen Pumpwerks über Druckfluktuationen des Förderfluids bestimmt wird, wobei die Druckfluktuationen an Hand von Änderungen des magnetischen Flusses im Bereich des Ansteuermagnetfelds eines elektromagnetisch angesteuerten Fluidventils (2, 2') ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - mit der Bewegungshäufigkeit der Pumpe (1, 1') die Förderleistung und/oder der Vordruck eines im Förderkreis der Pumpe (1, 1') angeschlossenen Fluidventils (2, 2') eingeregelt wird oder - aus der Bewegungshäufigkeit mit einem Wert für das Fördervolumen der Pumpe (1, 1') pro Hub oder Umdrehung die Förderleistung und/oder der Vordruck eines im Förderkreis der Pumpe (1, 1') angeschlossenen Fluidventils (2, 2') bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Auswertung einer Stößelstellung des Fluidventils (2, 2') erfolgt, das in den Druckkreislauf der Pumpe (1, 1') eingebunden ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des magnetischen Flusses über ein Induktionssignal einer Stromschleife im Magnetkreis des Fluidventils (2, 2') bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößelstellung mittels eines elektrischen Stößelstellungsregelkreises eingeregelt wird, welcher das Induktionssignal als Stößelstelungsrückführgröße nutzt, und dass ein Regelsignal aus der Stößelstellungsregelung bei der Bestimmung des Fördervolumens oder der Bewegungshäufigkeit der Pumpe (1, 1') oder der Pumpenregelung eingeht.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Bewegungshäufigkeit Signalschwingungen des Induktionssignals analysiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der analogisierten Ventilansteuerung der Vordruck des analogisierten Ventils über die Förderleistung der Pumpe (1, 1') in Abhängigkeit von dem Solldruck so eingestellt wird, dass der am analogisierten Ventil anliegende Differenzdruck ein vorgegebenes Höchstmaß nicht überschreitet.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuerstrom des Fluidventils (2, 2') mittels eines Stromreglers auf einen vorgegebenen Sollwert eingeregelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode und/oder die Amplitude der gemessenen Druckfluktuationen in die Bemessung eines Pumpenmotorstroms eingeht.
Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in Kraftfahrzeugbremsenregelungssystemen, wie Abstandsregelung (ACC), Antriebsschlupfregelung (ASR, TCS) oder elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP).