DE10200771B4 - Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes mit Proportionalventilen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremssystems, bei dem der Druck durch Ansteuerung von Proportionalventilen geregelt wird wobei ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck-Istwert (pist) einem vorgegebenen Bremsdruck-Sollwert (psoll) nachgeführt wird, wobei weiterhin in der geschlossenen Regelschleife durch Vergleich des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) mit dem Bremsdruck-Istwert (pist) Ventil-Ansteuersignale (I0,IV, I0,OV) auf Basis eines Raddruckregelalgorithmus (1) gewonnen und aus denen durch Addition oder Subtraktion von Korrekturwerten (IC,IV, IC,OV) korrigierte Ventilansteuersignale (IIV, IOV) abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer dynamischen Modellreferenzregelung (3) ein Bremsdruck-Referenzwert (pref) gebildet wird, dessen Abweichung von dem in der geschlossenen Schleife gebildeten Bremsdruck-Istwert (pist) unter Berücksichtigung von Zustandsinformationen und von Änderungstendenzen des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) zur Ermittlung der Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) herangezogen wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremsensystems, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • In einer bekannten elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) werden zur quasikontinuierlichen Druckeinstellung proportionale Sitzventile, speziell stromlos geschlossenen Sitzventile (PSG-Ventile), verwendet. Jeder Radkreis bzw. jede Radbremse ist dabei mit je einem PSG-Ventil für den Druckauf- und -abbau versehen.
  • Zur Regelung des Drucks in der Radbremse eines solchen bekannten elektrohydraulischen Bremsensystems wird eine logische Struktur verwendet, die abhängig von der Abweichung zwischen dem angeforderten Radbremsdruck psoll und dem aktuellen Radbremsdruck pist die Zustände ”Aufbau”, ”Abbau” und ”Halten” unterscheidet.
  • In den Zuständen ”Aufbau” und ”Abbau” wird die Stellgröße (Ventilstrom) durch einen Regelkreis mit Vorsteuerung bestimmt. Im Zustand ”Halten” wird der Ventilstrom auf Null abgesenkt, so dass beide Ventile schließen.
  • Die Vorsteuerung besteht hierbei darin, den im aktuellen Betriebspunkt (charakterisiert durch die über dem zu regelnden Ventil anstehende Druckdifferenz) benötigten Öffnungsstrom Io (Ventilstrom, der gerade zum Abheben des Ventilstößels führt) vorzugeben.
  • Fertigungstoleranzen und Alterungseffekte (Verschleiß) der PSG-Ventile sowie veränderliche Umgebungsbedingungen (Temperatur, Sensordrift, stationäre Fehler einer unterlagerten Ventilstromregelung bzw. Bordnetzschwankungen bei pulsweitenmodulierter Ventilansteuerung ohne Stromregelung) führen dazu, dass der Zusammenhang zwischen dem Ventilöffnungsstrom und der Druckdifferenz über dem Ventil nicht bei allen Ventilen gleich und zudem langsam zeitvariant ist. Die Anwendung einer festen Vorsteuercharakteristik garantiert daher nicht die gleichbleibende Qualität der Raddruckregelung.
  • Ist der im Steuergerät berechnete Vorsteuerstrom zu niedrig (kleiner als der tatsächliche Öffnungsstrom) wird nicht die maximale Dynamik und bestmögliche Dosierbarkeit der Druckeinstellung erreicht, bei zu hoch berechnetem Vorsteuerstrom ist die Stabilität des Druckregelkreises gefährdet.
  • In der DE 3833881 A1 ist eine Regeleinrichtung beschrieben, die bei Verwendung eines Stellglieds mit nichtlinearer Kennlinie die Stellgröße derart korrigiert, dass ein linearer Zusammenhang zwischen Regelabweichung und Stellgröße erzielt wird.
  • Aus der DE 197 07 960 A1 geht ein Verfahren zur Regelung des Drucks in wenigstens einer Radbremse hervor, bei dem eine Ansteuersignalgröße für eine Ventilanordnung auf der Basis eines abgespeicherten Zusammenhangs zwischen Ansteuersignalgröße und Druckverhältnisse an der Ventilanordnung gebildet wird. Dieser Zusammenhang (Kennlinie) kann während des Betriebs an Veränderungen angepasst werden, um Fertigungstoleranten oder Alterungserscheinungen der stufenlos ansteuerbaren Ventile zu korrigieren.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme bekannter Bremsensysteme zu überwinden und ein Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines derartigen Bremsensystems zu entwickeln, das von den Bauteil-Toleranzen des Systems, insbesondere von den Toleranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Ventile, weitgehend unabhängig ist.
  • Es hat sich herausgestellt, dass diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann, das darin besteht, dass bei einem Verfahren der eingangs genannten Art ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck-Istwert einem vorgegebenen Bremsdruck-Sollwert durch dynamische Modellreferenzregelung nachgeführt wird.
  • Die Erfindung basiert im Prinzip auf der Anwendung einer Modellreferenzregelung zur Schaffung einer robusten/adaptiven Raddruckregelung, insbesondere für elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB).
  • In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Einzelheiten der Erfindung beschrieben. Anspruch 2 bezieht sich speziell auf den Ausgleich von Toleranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Proportionalventile, d. h. von Fertigungstoleranzen, durch Verschleiß oder durch Alterung bedingte Abweichungen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Ventile etc..
  • Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden in der geschlossenen Regelschleife durch Vergleich des Bremsdruck-Sollwertes mit dem Bremsdruck-Istwert Ventil-Vorsteuersignale auf Basis eines Raddruckregelalgorithmus gewonnen, aus denen durch Addition oder Subtraktion von Korrekturwerten die Ventilansteuersignale abgeleitet werden. Speziell kann dann das mit Hilfe der dynamischen Modellreferenzregelung ein Bremsdruck-Referenzwert gebildet werden, dessen Abweichung von dem in der geschlossenen Schleife gebildeten Bremsdruck-Istwert unter Berücksichtigung von Zustandsinformationen über die Änderungstendenz des Bremsdruck-Sollwertes zur Ermittlung der Korrekturwerte herangezogen wird.
  • Die im folgenden noch näher erläuterten Regeln 1, 2 und Regeln 3, 4, die unter speziellen Bedingungen zur Anwendung kommen, sind in den Unteransprüchen 3 und 5 angegeben. Nach dem abhängigen Anspruch 4 wird das erfindungsgemäße Korrekturverfahren auf Situationen mit relativ geringer Dynamik begrenzt, weil bei hoher Dynamik die Toleranzen der Ventil-Strom-Öffnungs-Charakteristiken von untergeordneter Bedeutung sind.
  • Im folgenden wird das auf dem Prinzip der Modellreferenzregelung basierende Verfahren anhand der beigefügten Abbildung ”1” beschrieben, die in schematisch vereinfachter Darstellung einen Regelkreis zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wiedergibt und das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Systems veranschaulichen soll.
  • Nach 1 wird ein Bremsdruck-Sollwert psoll in einer geschlossenen Regelschleife mit einem Bremsdruck-Istwert pist verglichen. Ein Funktionsblock 1 symbolisiert den hier angewendeten Raddruckregelalgorithmus eines EHB-Systems, an dessen Ausgängen Ventil-Ansteuersignale I0,IV, I0,Ov für das Druckaufbau- oder Einlassventil IV (IV = inlet valve = Einlassventil, siehe IIV, IC,IV) und für das Druckabbau- oder Auslassventil OV (OV = outlet valve = Auslassventil, siehe IOV, IC,OV) zur Verfügung stehen; die Ventil-Ansteuersignale I0,IV, I0,OV setzen sich aus Vorsteuersignalen und aus konventionellen Regelungssignalen (die z. B. nach PID-Regelalgorithmus wiedergeben) zusammen. Durch Addieren von Korrekturwerten IC,IV und IC,OV zu den Ansteuersignalen I0,IV, I0,OV in einem Addierer 5a, 5b werden die korrigierten Ventilsteuersignale IIV und IOV gebildet.
  • Ein dynamisches Referenzmodell bzw. eine dynamische Modellreferenzregelung wird durch einen Funktionsblock 3 symbolisch dargestellt. Am Ausgang steht ein Bremsdruck-Referenzwert pref zur Verfügung, der mit dem Bremsdruck-Istwert pist verglichen wird. Die Differenz zwischen pref und pist wird unter Berücksichtigung der von Zustandsinformationen, die vor allem über Druckabbau- oder Druckaufbautendenz Aufschluss geben, und des Bremsdruck-Sollwertes psoll zur Ermittlung der Korrekturwerte IC,IV und IC,OV ausgewertet. Die Verarbeitung der Eingangsinformationen nach den Regeln 1–4 erfolgt in einem Funktionsblock 4. Die am Ausgang des Funktionsblocks anstehenden Korrekturwerte IC,IV und IC,OV werden zu der geschlossenen Regelschleife 1, 2 zurückgeführt und, wie beschrieben, den Ansteuersignalen I0,IV, I0,OV im Addierer 5a, 5b hinzugefügt.
  • Bei der Bildung des dynamischen Referenzmodells (Funktionsblock 3) können zusätzlich weitere Einflussgrößen, wie Umgebungstemperatur etc., berücksichtigt werden. Auch dies ist in 1 angedeutet.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden aus dem Verhalten des Raddruckregelkreises Abweichungen der Vorsteuerkennlinie von der realen Öffnungsstromcharakteristik der angesteuerten Ventile abgeleitet und korrigiert. Auf diese Weise wird die Robustheit der Regelung gegenüber den oben genannten Unsicherheiten verbessert. Darüber hinaus lassen sich die berechneten Korrekturwerte zur Adaption der Vorsteuerkennlinie heranziehen.
  • Gegenüber anderen bekannten Verfahren hat der hier behandelte Ansatz den Vorteil, dass eine Adaption während im realen Fahrbetrieb häufig auftretender Normalbremsmanöver vorgenommen werden kann.
  • Zum Prinzip der Modellreferenzregelung:
  • Bei diesem Ansatz wird der Sollwert zusätzlich über ein dynamisches Referenzmodell geführt, dessen Ausgangsgröße das Zeitverhalten des geschlossenen Regelkreises unter der Annahme nominaler (d. h. beim Reglerentwurf angenommener) Streckenparameter widerspiegelt. Unterschiede zwischen der tatsächlichen Regelgröße (Istwert) und dem Referenzsignal weisen auf von den Nominalwerten abweichende Streckenparameter hin. Die Differenz von Referenzwert und Istwert wird zur Korrektur der Stellgröße oder der Reglerparameter (Adaptive Modellreferenzregelung) herangezogen.
  • Zur Anwendung dieses Konzepts auf die Raddruckregelung innerhalb eines elektrohydraulischen Bremsensystems (EHB) wurden folgende anwendungsspezifische Erweiterungen entwickelt:
    Integralwirkende Korrektur zur Kompensation von Offset-Fehlern der Vorsteuerkennlinie:
    Während eines Regelvorgangs beobachtete Differenzen zwischen dem Referenz- und dem Istwert können – bei sonst ideal angenommenen Reglerparametern – als Abweichungen der gespeicherten Vorsteuerkennlinie von der tatsächlichen Öffnungsstramcharakteristik des zu regelnden Ventils interpretiert werden. Bei zu hoch (niedrig) liegender Vorsteuerung eilt der Raddruck dem Referenzdruckverlauf vor (nach).
  • Das hier beschriebene Verfahren ermittelt additiv wirkende Korrekturgrößen IC,OV, IC,OV, die jeweils, wie in 1 dargestellt ist, dem Ein- bzw. dem Auslassventil IV bzw. OV zugeordnet sind und basierend auf folgenden Regeln adaptiert werden:

    Regel 1: Liegt ein ansteigendes Sollwertprofil vor und arbeitet der Druckregelalgorithmus im Druckaufbauzustand, so wird die dem Einlassventil IV zugeordnete Korrekturgröße IC,IV pro Zeiteinheit um einen Betrag δIV, erhöht, wenn gilt pist < pref – ε, bzw. um einen Betrag δIV,DN abgesenkt, wenn gilt pist > pref + ε. Der Wert ε kennzeichnet hierbei ein Unempfindlichkeitsband.

    Regel 2: Liegt ein abfallendes Sollwertprofil vor und arbeitet der Druckregelalgorithmus im Druckabbauzustand, so wird die dem Auslassventil OV zugeordnete Korrekturgröße IC,OV pro Zeiteinheit um einen Betrag δOV,UP erhöht, wenn gilt pist > pref + ε, bzw. um einen Betrag δOV,DN abgesenkt, wenn gilt pist < pref – ε.
  • Die Änderung der Korrekturgrößen gemäß der angegebenen Regeln erfolgt jeweils ausgehend vom Momentanwert, d. h. es handelt sich um eine Korrekturwertintegration. Änderungen der tatsächlichen Öffnungsstromcharakteristik werden mit einer durch die Parameter δIV,UP, δIV,DN, δOV,UP, δOV,DN beeinflussten Adaptionsgeschwindigkeit erfasst und in der Vorsteuerung kompensiert. Durch geeignete Wahl dieser Parameter lässt sich die Stabilität des erfindungsgemäßen Adaptionsverfahrens sicherstellen.
  • Ist die Variation der Öffnungsstromcharakteristik nicht durch eine im gesamten Arbeitsbereich konstante Offsetänderung beschreibbar, sondern treten allgemeine Änderungen des funktionalen Zusammenhangs Io(Δp) auf, so müssen die durch das Verfahren ermittelten Korrekturwerte dem jeweils zutreffenden Δp-Bereich zugeordnet werden.
  • Situationsabhängige Aktivierung/Deaktivierung der Korrekturwertintegration:
  • Die Vorsteuerung, deren Abweichung von der realen Ventilcharakteristik durch die Modellreferenzregelung kompensiert werden soll, bestimmt das Zeitverhalten des Raddruckregelkreises hauptsächlich bei Solldruckprofilen mit niedrigen Gradienten, wie sie typischerweise bei Dosierbremsungen auftreten. Bei hochdynamischen Solldruckänderungen ist die durch das Referenzmodell vorgegebene Zeitverhalten hingegen u. U. nicht einzuhalten. Die Korrekturwertintegration wird daher beim Auftreten großer Sollwertgradienten ausgesetzt (alte Korrekturwerte werden eingefroren).
  • Schwingungserkennung und Schwingungsdämpfung:
  • Da bei deutlich oberhalb des realen Ventilöffnungsstroms liegender Vorsteuerung häufige Zustandswechsel des Druckregelalgorithmus ausgelöst werden (Grenzstabilität), greift die in R1 und R2 formulierte Absenkung der Korrekturwerte nur begrenzt. Es ist daher sinnvoll, das Verfahren um die folgenden Regeln zu aktiven Schwingungsdämpfung zu erweitern:

    Regel 3: Liegt ein ansteigendes Sollwertprofil vor und arbeitet der Druckregelalgorithmus im Druckabbauzustand, so wird die dem Einlassventil zugeordnete Korrekturgröße IC,IV pro Zeiteinheit um einen Betrag δIV,OSC abgesenkt.

    Regel 4: Liegt ein abfallendes Sollwertprofil vor und arbeitet der Druckregelalgorithmus im Druckaufbauzustand, so wird die dem Auslassventil zugeordnete Korrekturgröße IC,OV pro Zeiteinheit um einen Betrag δOV,OSC abgesenkt.
  • Variation des Referenzmodells in Abhängigkeit messbarer Umgebungsbedingungen:
  • Das dynamische Referenzmodell besteht aus einer Verzögerungskette (Totzeit Tt) und einem Tiefpassfilter (Zeitkonstante Tf). Diese Parameter können an die Umgebungsbedingungen, z. B. charakterisiert durch Temperatur und Bordnetzspannung, angepasst werden, sofern diese Signale dem Steuergerät (ECU) zugeführt werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Regelung des Bremsdruckes in den Radbremsen eines Bremssystems, bei dem der Druck durch Ansteuerung von Proportionalventilen geregelt wird wobei ein in einer geschlossenen Regelschleife gewonnener Bremsdruck-Istwert (pist) einem vorgegebenen Bremsdruck-Sollwert (psoll) nachgeführt wird, wobei weiterhin in der geschlossenen Regelschleife durch Vergleich des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) mit dem Bremsdruck-Istwert (pist) Ventil-Ansteuersignale (I0,IV, I0,OV) auf Basis eines Raddruckregelalgorithmus (1) gewonnen und aus denen durch Addition oder Subtraktion von Korrekturwerten (IC,IV, IC,OV) korrigierte Ventilansteuersignale (IIV, IOV) abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer dynamischen Modellreferenzregelung (3) ein Bremsdruck-Referenzwert (pref) gebildet wird, dessen Abweichung von dem in der geschlossenen Schleife gebildeten Bremsdruck-Istwert (pist) unter Berücksichtigung von Zustandsinformationen und von Änderungstendenzen des Bremsdruck-Sollwertes (psoll) zur Ermittlung der Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) herangezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die dynamische Modellreferenzregelung (3) Toleranzen der Öffnungs-Strom-Charakteristik der Proportionalventile (IV, OV) erfasst und ausgeglichen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, für eine Bremsanlage mit radindividuellen Bremsdruckaufbau- und Bremsdruckabbauventilen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckaufbauventile (IV) und Druckabbauventile (OV) individuelle Vorsteuersignale und Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) ermittelt werden, wobei (Regel R1) ein dem Druckaufbauventil (IV) zugeordneter Korrekturwert (IC,IV) pro Zeiteinheit um einen bestimmten Betrag (σIV,UP) erhöht wird, wenn bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbauzustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) größer ist als der um eine vorgegebene Größe (ε), die ein Unempfindlichkeitsband definiert, erhöhte Bremsdruck-Istwert (pist), und pro Zeiteinheit um einen bestimmten Betrag (σIV,DN) erniedrigt wird, wenn bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbauzustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) kleiner ist als der um die vorgegebene Größe (ε) verringerte Bremsdruck-Istwert (pist), sowie dass (Regel R2) ein dem Druckabbauventil (OV) zugeordneter Korrekturwert (IC,OV) pro Zeiteinheit um einen bestimmten Betrag (σOV,UP) erhöht wird, wenn bei abfallendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckabbauzustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) kleiner ist als der um die vorgegebene Größe (ε) reduzierte Bremsdruck-Istwert (pist), und pro Zeiteinheit um einen bestimmten Betrag (σOV,DN) erniedrigt wird, wenn bei abfallendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckabbauzustand der Bremsdruck-Referenzwert (pref) größer ist als der um die vorgegebene Größe (ε) erhöhte Bremsdruck-Istwert (pist)
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur durch die dynamische Modellreferenzregelung auf Situationen mit relativ niedrigem Gradienten des Solldruckprofils beschränkt wird oder bei steilem Gradienten oder hochdynamischen Solldruckänderungen verhindert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für eine Bremsanlage mit radindividuellen Bremsdruckaufbau- und Bremsdruckabbauventilen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Druckaufbauventile (IV) und Druckabbauventile (OV) individuelle Vorsteuersignale und Korrekturwerte (IC,IV, IC,OV) ermittelt werden sowie dass zur Schwingungserkennung und -dämpfung (Regel R3) bei ansteigendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckabbauzustand ein dem Druckaufbauventil (IV) zugeordneter Korrekturwert (IC,IV) um einen bestimmten Betrag (δIV,OSC) pro Zeiteinheit abgesenkt und (Regel R4) bei abfallendem Bremsdruck-Sollwertprofil im Druckaufbauzustand der dem Druckabbauventil (OV) zugeordnete Korrekturwert (IC,OV) um einen bestimmten Betrag (σOV,OSC) pro Zeiteinheit erniedrigt wird.
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