DE102007034113A1 - Verfahren zur Kalibrierung einer Hydraulikpumpe - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines elektrischen Motors, der Bestandteil eines Motorpumpenaggregats (10) in einer Druckregelvorrichtung ist, wobei die Drehzahl des Motors und damit die Förderleistung der Pumpe mit der elektrischen Ansteuerleistung des Motors im Zusammenhang steht und die Drehzahl der Pumpe mittels einer Steuerung durch Änderung der Ansteuerleistung eingestellt wird, wobei weiterhin der Motor keine Mittel zur Bestimmung der Drehzahl umfasst und wobei eine Ermittlung der Drehzahl an Hand von Druckpulsationen des Förderfluids erfolgt und die Druckpulsationen insbesondere an einem Drucksensor (16) des Druckregelaggregats gemessen werden. Beschrieben ist weiterhin ein elektronisches Kraftfahrzeugbremsenregelungssystem mit mindestens einer geregelten Pumpe (10) für einen aktiven Bremsdruckaufbau, das das obige Verfahren nutzt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung einer Hydraulikpumpe gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einelektronisches Kraftfahrzeugbremsenregelungssystem gemäß Anspruch 10, in dem dieses Verfahren eingesetzt wird.
  • Heute übliche elektronisch geregelte Kraftfahrzeugbremssysteme für Fahrdynamik oder Blockierschutzregelungen, wie beispielsweise in der DE 10 2005 041 556 (P 11192) beschrieben, umfassen meißt zumindest eine Hydraulikpumpe zur Rückförderung von Bremsflüssigkeit in einen Bremsflüssigkeitsbehälter, welche außerdem zum Zwecke des aktiven Druckaufbaus eingesetzt werden kann. Ein aktiver Druckaufbau ist bei einem selbständigen Bremseneingriff zum Beispiel innerhalb der Regelfunktionen "Fahrdynamikregelung" (ESP) oder "automatische Abstandsregelung" (ACC) sowie "Antriebsschlupfregelung" (TCS) notwendig. Für den Antrieb der Pumpe wird in der Regel ein Gleichstromelektromotor mit einem Kommutator eingesetzt, welcher getaktet, z. B. durch eine pulsweitenmodulierte Stromregelung angesteuert wird. Der prinzipielle Aufbau eines entsprechenden Bremssystems ist aus dem Blockschaltbild in 1 ersichtlich.
  • Aus der EP 0 662 051 B1 (P 7386) ist ein entsprechendes Bremssystem bekannt, in dem ein Verfahren eingesetzt wird, bei dem die Förderleistung der Hydraulikpumpe elektronisch geregelt wird. Die Ansteuerung der Pumpe erfolgt durch einen PWM-Regler. Zur Abschätzung der Förderleistung wird die Generatorspannung des Motors (Motor-EMK) während der Pulspausenzeiten gemessen. Um während eines aktiven Druckaufbaus den Sollradbremsdruck hinreichend genau zu dosieren, ist unter anderem eine möglichst genaue Einstellung der Pumpenförderleistung notwendig. Herstellungsbedingt gleicht leider nicht jeder Pumpenmotor genau dem anderen, so dass auch die Regelung mit Hilfe der Motor-EMK noch nicht die geforderte Genauigkeit erzielt. Zur Lösung dieses Problems wäre es prinzipiell möglich, für jedes hergestellte Bremsenregelungsaggregat eine individuelle Motorkalibrierung durchzuführen, um über die elektrische Leistungsansteuerung des Motors in Verbindung mit der gemessenen Motor-EMK dessen Drehzahl mit der erforderlichen Genauigkeit über den Sollwert der Motorregelung einzustellen. Eine solche Werkkalibrierung wäre jedoch sehr aufwändig.
  • In der älteren Deutschen Patentanmeldung DE 10 2006 040 127 (P 11502) ist ein Verfahren zur Kalibrierung des Zusammenhangs zwischen Pumpenleistungseinstellung und Drehzahl mit Hilfe der Motor-EMK beschrieben. Der Motor wird auch hier mit einem pulsweitenmodulierten Signal mit fester Periode vom Motorregler angesteuert. Damit lässt sich das Signal in zwei Phasen einteilen: In der Zeit tAN wird eine Spannung an die Klemmen des Motors angelegt; in der Zeit tAUS liegt keine Spannung am Motor an und dieser dreht sich auf Grund des Trägheitsmomentes seiner drehenden Teilkomponenten. In der Zeit tAUS wird die Motor-EMK mittels der Elektronik des Bremssystems gemessen. Das Signal Motor-EMK bildet die Istgröße des Motorregelkreises und wird vom Regler während des Bremsenregelungsbetriebs bekanntlich nach Maßgabe der vorgegebenen Sollspannung eingeregelt. Auf diese Weise lässt sich der Motor mit einer konstanten Drehzahl betreiben, da diese in linearem Zusammenhang mit der generierten Spannung steht. Um die bauartbedingten Abweichungen des Verhältnisses Drehzahl zu Motor-EMK zu eliminieren, schlägt die DE 10 2006 040 127 vor, nach dem Einbau des Bremsenregelungsaggregats, also "im Feld", dieses einen automatischen, softwaregesteuerten Testzyklus durchführen zu lassen. Bei diesem Testzyklus wird der Pumpenmotor für eine bestimmte Zeit in einem geschlossenen Regelkreis betrieben. Als Sollgröße für den Regler wird dabei im Gegensatz zur Ansteuerung im normalen Betrieb eine konstante Spannung vorgegeben und der duty-cycle der Regelung, also das Verhältnis von Pulsdauer zur Periode des PWM-Signals beobachtet und in Abhängigkeit davon gemeinsam mit empirischen Ergebnissen aus zuvor durchgeführten geeigneten Laborreihenuntersuchungen ein Zusammenhang zwischen Drehzahl und Motor-EMK bestimmt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass nicht jedes einzelne Aggregat einer Serie ausgemessen werden muss. Die Eigenschaften des Pumpenmotors können in einer betriebsfertig aufgebauten Bremsanlage selbstständig und automatisch durch die elektronische Steuerung des Aggregats bestimmt werden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein alternatives Verfahren zum Einregeln oder Bestimmen der Pumpendrehzal anzugeben, welches eine höhere Genauigkeit besitzt und ebenfalls ohne die Verwendung zusätzlicher Drehzahlsensorik durchgeführt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Nach dem Verfahren der Erfindung erfolgt eine Ermittlung der Drehzahl des zum Antreiben der Pumpe verwendeten elektrischen Motors. Bei dem Motor handelt es sich bevorzugt um einen Gleichstromelektromotor mit einem Kommutator, dessen Drehzahl von der elektrischen Ansteuerleistung des Motors abhängt. Der Motor umfasst keine Mittel zur direkten Messung der Drehzahl, also zum Beispiel auch keinen Drehzahlsensor. Erfindungsgemäß wird die Ermittlung der Drehzahl an Hand von Druckpulsationen des Förderfluids, insbesondere im Bereich der pumpenausgangsseitigen Hydraulik, vorgenommen. Diese Druckpulsationen werden bevorzugt an einem Drucksensor des Druckregelaggregats gemessen. Das Verfahren bietet neben einer Genauigkeitserhöhung unter anderem den Vorteil, dass eine zusätzliche Laborreihenuntersuchung, wie in der DE 10 2006 040 127 beschrieben, nun entfallen kann.
  • Zweckmäßigerweise ist der Pumpenmotor in einen Regelkreis eingebunden, welcher die Förderleistung oder die Drehzahl der Pumpe regelt.
  • Bevorzugt wird die Generatorspannung des Pumpenmotors gemessen und diese gemeinsam mit der über die Druckpulsationen ermittelten Drehzahl zum Ermitteln eines oder mehrerer Kalibrierwerte herangezogen. Dabei wird der oder es werden die Kalibrierwerte dazu herangezogen, einen funktionalen oder tabellarischen Zusammenhang zwischen "Generatorspannung" und "Pumpendrehzahl" herzustellen. Dieser Zusammenhang besteht insbesondere darin, dass als Kalibrierwert das Zahlenverhältnis zwischen Generatorspannung und Drehzahl gebildet wird.
  • Der Pumpenmotor wird vorzugsweise von einer elektronischen Regelung angesteuert, welche insbesondere ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) erzeugt, welches die Drehzahl des Motors bestimmt. Ein PWM-Signal ist ein periodisches Rechtecksignal mit konstanter Periode innerhalb derer die Dauer eines Rechteckpulses variiert wird. Das Verhältnis von Puls zu Pause wird als duty-cycle bezeichnet. Die Drehzahlbestimmung erfolgt üblicherweise durch Einstellung des duty-cycle, welcher Werte zwischen Null und Eins einnehmen kann. In den Pulspausen wird bevorzugt eine Messung der Generatorspannung des Motors (Motor-EMK) vorgenommen, welche als Istgröße der Regelung herangezogen wird.
  • Die am Drucksensor ermittelten Druckpulsationen bzw. der dort aktuell gemessene Druck wird bevorzugt von der elektronischen Steuerung der Druckregelvorrichtung automatisch über einen vorgegebenen Zeitraum zum Ermitteln einer Druckkurve in einer zeitlichen Folge mehrfach gemessen. Danach erfolgt insbesondere eine Analyse der Druckkurve durch das Bremsensteuergerät, bei der aus den erkennbaren Perioden oder einem ganzahligen Vielfachen davon die Anzahl der Motorumdrehungen ermittelt wird.
  • Bevorzugt umfasst das Druckregelaggregat einen Vordruckkreis und mehrere Raddruckkreise, wobei der Vordruckkreis mittels mindestens eine Trennventil von den Radruckkreisen abtrennbar ist. Der Drucksensor zur Messung der Druckpulsationen ist zweckmäßigerweise im Bereich des Vordruckkreises angeordnet. Das oder die Trennventil(e) ist/sind vorzugsweise während der Druckmessung zumindest teilweise geöffnet. Das Verfahren zur Kalibrierung ist somit besonders vorteilhaft ohne zusätzliche Drucksensorik ausführbar, denn es kann das Drucksensorsignal eines Drucksensors ausgewertet werden, welcher in einem überwiegenden Anteil von ABS-Regelungsaggregaten bereits vorhanden ist.
  • Es hat sich gezeigt, dass die Druckkurve ein deutlicheres Signal aufweist, wenn, wie es bevorzugt wird, das/die den Raddruckkreisen, insbesondere dem mit einem Drucksensor ausgestatteten Kreis, zugeordnete/n Einlassventil/e während der Aufnahme von Druckmesspunkten geschlossen ist/sind. Ganz besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass nur jeweils ein Einlassventil pro Bremskreis geschlossen wird, um eine Bremsfunktion, wenn auch eingeschränkt, während der Messung noch aufrechtzuerhalten.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der oben beschriebene, zur Kalibrierung durchgeführte Pumpentest nach einer geeignet gewählten vorgegebenen Zeit oder Laufdauer des Fahrzeugs einmal oder mehrmals wiederholt, um Einlauf oder Verschleißeffekte des Motorpumpenaggregats zu berücksichtigen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektronisches Kraftfahrzeugbremsenregelungssystem mit mindestens einer geregelten Pumpe für einen aktiven Bremsdruckaufbau gemäß Anspruch 10.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
  • Es zeigen
  • 1 ein Blockschaltbild eines elektronisch geregelten Bremssystems, in dem das beispielgemäße Verfahren ausgeführt wird und
  • 2 einen Messschrieb, welcher das am eingebauten Drucksensor gemessene Signal im zeitlichen Velauf darstellt.
  • Das in 1 dargestellte Bremssystem 1 besteht aus einem hydraulischen Ventilblock 2 (HCU) und einem fest damit verbundenen elektronischen Reglergehäuse 3 (ECU). Das Bremssystem umfasst zwei Bremskreise I. und II. Nachfolgend wird lediglich Kreis I. näher erläutert. Mit Tandemhauptzylinder 4 kann nach Maßgabe der Bremspedalbetätigung Bremsflüssigkeit über Hydraulikleitung 5 in Block 2 eingeleitet werden. Über Einlassventil 6 und Auslassventil 7 kann der Druck in den Radbremszylindern 8 eingestellt werden. Eine Messung des vom Fahrer eingetretenden Vordrucks ist mittels Eingangsdrucksensor 16 möglich. Das dargestellte Bremssystem ist sonst mit keinen weiteren Drucksensoren ausgestattet. Hydraulikpumpe 10 ist Ausgangsseitig mit Einlassventil 6 und Trennventil 14 verbunden. Pumpe 10 wird von einem Gleichstromelektromotor betrieben, der elektrisch mit Steuergerät 3 verbunden ist. Druckleitung 5 führt über eine Hydraulikleitung zur Vordruckseite von elektrischem Umschaltventil 11 und Trennventil 14. Der zweite Ausgang von Umschaltventil 11 ist mit dem Einlass von Pumpe 10 und Auslassventil 7 verbunden. Die zweite Seite von Trennventil 14 ist mit dem Pumpenauslass sowie Einlassventil 6 verbunden.
  • Im Modus "aktiver Druckaufbau" wird durch Einschalten des Elektromotors Hydraulikpumpe 10 betrieben, wodurch Hydrau likflüssigkeit vor Einlassventil 6 gefördert wird. Umschaltventil 11 ist in diesem Modus geöffnet, so dass Bremsflüssigkeit aus Speicherbehälter 12 zur Ansaugseite 13 der Pumpe 10 fließen kann. Trennventil 14 ist im wesentlichen geschlossen, kann aber auch zur weiteren Dosierung des Bremsdrucks geringfügig geöffnet werden. Der Elektromotor der Pumpe wird durch Steuergerät 3 mit einem rechteckförmigen Spannungssignal mit variabler Pulsweite (PWM-Signal) elektrisch angesteuert.
  • Innerhalb von elektronischem Steuergerät 3 befindet sich ein Mikroprozessorsystem μP, in dem verschiedenste Steuer-, Regel und Prüfprogramme ausgeführt werden. Steuergerät 3 kann neben internen Druckanforderungen auch Druckanforderungen von externen Steuergeräten, wie z. B. einem automatischen Abstandsregler 15 (ACC), verarbeiten. Nach Maßgabe der vorhandenen Druckanforderung werden Ventile 6, 7, 14 und Pumpe 10 so angesteuert, dass der angeforderte Druck in den Radbremszylindern 18 möglichst genau eingestellt wird.
  • Um während einer entsprechenden, nicht durch Hauptzylinder 4 initiierten, Druckanforderung den Sollradbremsdruck hinreichend genau zu dosieren, ist unter anderem eine genaue Einstellung der Pumpenförderleistung notwendig. Herstellungsbedingt gleicht leider nicht jeder Pumpenmotor genau dem anderen, so dass zumindest eine individuelle Motorkalibrierung erforderlich ist, um über die elektrische Ansteuerung des Motors dessen Drehzahl mit der erforderlichen Genauigkeit über den Sollwert der Motorregelung einzustellen.
  • Kurve 9 im Messschrieb in 2 stellt den zeitlichen Verlauf des an Vordrucksensor 16 gemessenen Druck bei einge schalteter Pumpe 10 während des Testzyklusses zur Pumpenkalibrierung dar. Trennventil 14 ist dabei geöffnet. Die Einlassventile zu den Radbremszylindern sind geschlossen. Hierdurch wird das elastische Volumen der Radbremszylinder vom hydraulischen Strang, in dem die Druckmessung erfolgt, abgekoppelt. Zum Vergleich ist unterhalb von Kurve 9 eine weitere Druckkurve 17 dargestellt, welche den tatsächlichen Druckverlauf am Ausgang der Pumpe angibt. Wie 2 zeigt, sind die am Vordrucksensor aufgenommenen Druckmesspunkte ausreichend, um eine Bestimmung der Pumpenperiode A durchzuführen. Aus der Pumpenperiode ergibt sich die Anzahl der Pumpenhübe pro Zeit. Die Drehzahl der Pumpe lässt sich auf diese Weise auf besonders einfache Weise mit der vorhandenen Sensorik ermitteln.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102005041556 [0002]
    • - EP 0662051 B1 [0003]
    • - DE 102006040127 [0004, 0004, 0007]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl eines elektrischen Motors, der Bestandteil eines Motorpumpenaggregats (10) in einer Druckregelvorrichtung ist, wobei die Drehzahl des Motors und damit die Förderleistung der Pumpe mit der elektrischen Ansteuerleistung des Motors im Zusammenhang steht und die Drehzahl der Pumpe mittels einer Steuerung durch Änderung der Ansteuerleistung eingestellt wird, wobei weiterhin der Motor keine Mittel zur Bestimmung der Drehzahl umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ermittlung der Drehzahl an Hand von Druckpulsationen des Förderfluids erfolgt und die Druckpulsationen insbesondere an einem Drucksensor (16) des Druckregelaggregats gemessen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung des Pumpenmotors gemessen wird und diese gemeinsam mit der über die Druckpulsationen ermittelten Drehzahl zum Ermitteln eines oder mehrerer Kalibrierwerte herangezogen wird, wobei der oder die Kalibrierwert(e) einen funktionalen oder tabellarischen Zusammenhang zwischen "Generatorspannung" und "Pumpendrehzahl" herstellen, wobei insbesondere als Kalibrierwert das Zahlenverhältnis zwischen Generatorspannung und Drehzahl gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenmotor von einer elektronischen Regelung angesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Regelung zur Ansteuerung des Pumpenmotors ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung in den Pulspausen als Istgröße der Regelung herangezogen wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der am Drucksensor gemessene Druck von der elektronischen Steuerung der Druckregelvorrichtung automatisch über einen vorgegebenen Zeitraum zum Ermitteln einer Druckkurve in einer zeitlichen Folge mehrfach gemessen wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Motorumdrehungen aus der Anzahl der aus der Druckkurve ausgewerteten Perioden oder einem ganzahligen Vielfachen davon ermittelt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelaggregat einen Vordruckkreis (5) und mehrere Raddruckkreise umfasst, dass der Vordruckkreis mittels mindestens einem Trennventil (14) von den Radruckkreisen abtrennbar ist, dass der Drucksensor im Bereich des Vordruckkreises angeordnet ist und dass das oder die Trennventil(e) während der Druckmessung zumindest teilweise geöffnet ist/sind.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein oder alle den Raddruckkreisen zugeordnete-s/n Einlassventil/e (6) geschlossen ist/sind.
  10. Elektronisches Kraftfahrzeugbremsenregelungssystem mit mindestens einer geregelten Pumpe (10) für einen aktiven Bremsdruckaufbau, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpenregelung mit dem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 kalibriert wird.
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