DE102009008941A1

DE102009008941A1 - Bremssystem mit vom Regler ausgewähltem Druckänderungsverlauf zum Druckauf- und Druckabbau in den Radbremsen

Info

Publication number: DE102009008941A1
Application number: DE102009008941A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber; Anton Van Dr. Zanten; Christian Koeglsperger
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2010-08-19
Anticipated expiration: 2029-02-14
Also published as: DE102009008941B4; WO2010092083A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (2, 3) von einem Elektromotor angetrieben ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (7a, 7b, 7c, 7d) zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse (8a, 8b, 8c, 8d) und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (2, 3) verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (7a, 7b, 7c, 7d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, wobei die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines übergeordneten Reglers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und dem Regler zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem von einem Elektromotor angetriebenen ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile von einer Regeleinrichtung angesteuert werden
Bekanntlich wird bei allen ABS und ESP Systemen der Druck in den Radzylindern moduliert, um das Rad in einem engen, vorgegebenen Schlupfbereich zu halten und z. B. bei Vollbremsungen kurze Bremswege zu ermöglichen. Hierzu wird auf die folgenden Veröffentlichungen verwiesen. „Bosch Taschenbuch 25. Auflage S813, 814 ABS Regelzyklus” und „van Zanten A. T.; Erhardt, R.; Pfaff, G.: „VDC – The Vehicle Dynamics Control System of Bosch", SAE 95, Paper Nr. 950759.”
Entscheidend für eine gute Regelung ist eine schnelle und genaue Druckdosierung. Bis auf die elektromechanische Bremse (EMB) weisen alle bekannten Systeme hydraulische 2/2-Wege-Regelventile zur Einstellung des Radzylinderdrucks auf. Ohne besondere Maßnahmen weisen diese Regelventile ein digitales Schaltverhalten „auf” und „zu” auf. Durch das schnelle Schließen entstehen abhängig vom Druckgradienten und von der Höhe der Druckänderung hydraulische Schwingungen mit großer Amplitude, die sich auf das Radverhalten und die genaue Druckeinstellung auswirken und vor allem irritierende Geräusche verursachen, die über verschiedene Wege (Luft, Hydraulik, Körper) zum Fahrgastraum übertragen werden. Der Druckgradient hängt dabei vom Differenzdruck über das Regelventil ab, der im Regelbereich zwischen μ = 0,05 (Eis) und μ = 1,0 (Asphalt trocken) stark schwankt und außerdem vom stark schwankendem HZ-Druck abhängt. Die Dosierbarkeit der Druckaufbaustufen im Bereich vom 1–10 bar (Sollwert) gelingt nur relativ ungenau.
Einerseits soll die Drosselwirkung des Einlass-Regelventils groß sein, um bei relativ grob abstufbaren Ventilansteuerzeiten von 2 ms, 3 ms, 4 ms oder länger kleine Druckaufbaustufen von 1 bar, 2 bar, 3 bar oder größer auch bei großen Druckdifferenzen über das Regelventil erzielen zu können. Andererseits soll die Drosselwirkung im Regelventil klein genug sein, um beim Anbremsen ein schnelles Ansprechen der Bremswirkung zu erzielen. Beim Auslass-Regelventil soll die Drosselwirkung einerseits groß sein, um bei hohen Radzylinderdrücken und deshalb hohen Differenzdrücken über das Regelventil und relativ grob abstufbaren Ventilansteuerzeiten kleine Druckabbaustufen erzielen zu können. Andererseits soll beim Auslass-Regelventil die Drosselwirkung gering sein, um bei niedrigen Radzylinderdrücken – und deshalb niedrigen Differenzdrücken über das Regelventil – und tiefen Umgebungstemperaturen den Druck in den Radzylindern schnell genug reduzieren zu können und um damit große Regelabweichungen im Radschlupf zu vermeiden. Die Drosselwirkung des Einlass-Regelventils stellt deshalb einen Kompromiss zwischen diesen widersprüchlichen Anforderungen dar.
Ähnliches gilt für das Auslass-Regelventil. Da eine große Drosselwirkung den Komfort und die Regelgüte (hydraulische Schwingungen) positiv beeinflusst, gehen die Kompromisse noch weiter in Richtung große Drosselwirkung.
Eine aufwändige PWM-Steuerung der 2/2-Wege-Regelventile kann im Prinzip allen Anforderungen, sowohl für das Einlass- als auch für das Auslass-Regelventil, gerecht werden. Zum Einsatz kommen sogenannte „Linear ansteuerbare Regelventile” (LMV). Damit lässt sich der Druckgradient und insbesondere der Übergang vom Druckaufbau zum Druckhalten beeinflussen, so dass die Amplitude der hydraulischen Schwingungen kleiner wird. Der Druckübergang vom Ist-Druck zum Soll-Druck soll mit konstantem Druckgradient einer Druckrampe so lange folgen, bis der Solldruck erreicht ist. Diese PWM-Steuerung ist deshalb schwierig und relativ ungenau weil sie einerseits den Druckgradienten, die Druckamplitude und auch die Temperatur berücksichtigen sollte, und andererseits aufwändige hydraulische Modelle benötigt. Durch diese Schwierigkeiten ist die Druckmodulation schlecht reproduzierbar. Weiter stellt diese Lösung sehr hohe Ansprüche an die Fertigung und Reproduzierbarkeit der Regelventile und an die Ventilsteuerung, da die Ventilcharakteristik bei diesen vom Ursprung her schaltenden Regelventile sehr steil ist. – Trotz dieser Maßnahme ist die Amplitude der hydraulischen Schwingungen noch zu hoch. Der ungeübte Fahrer wird dadurch beim Einsetzten eines ABS- oder ESP-Regeleingriffs irritiert.
In der EP 06724475 ist ein anderes Verfahren zur Drucksteuerung mittels Elektromotor und Kolbensteuerung beschrieben. Hier wird die Möglichkeit der variablen Drucksteuerung erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bremssystem bereitzustellen, das eine einfache, druckschwingungsarme und genaue, von Temperatur und von Toleranzen der Regelventile unabhängige Drucksteuerung ermöglicht, und keiner aufwändigen Ventilkonstruktion, Fertigung und Ansteuerung bedarf, sowie ein fache Schaltventile verwendet, wobei das Bremssystem auch variable Druckgradienten ermöglicht und keine Dynamikverluste bei Extremsituationen aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Bremssystems nach Anspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Bremssystem wird im Gegensatz zur komplexen Ansteuerung mit komplexen hydraulischen Modellen eines Regelventils für die Drucksteuerung ein Kolben verwendet. Die gewünschte Druckänderung wird erfindungsgemäß über eine einfache Verschiebung des HZ-Kolbens realisiert. Die Erfindung sieht vor, dass zur Reduzierung der hydraulischen Schwingungen der zeitliche Verlauf der Druckänderung über den zeitlichen Verlauf der Kolbenverschiebung angepasst wird. Dabei ist eine hochauflösende Kolbenverschiebung von Vorteil, damit die Druckänderung und der zeitliche Ablauf der Druckänderung auch bei kleinen und schnellen Druckänderungen genau und flexibel vorgegeben werden kann. Die hochauflösende Kolbenverschiebung für eine genaue Druckänderung wird unter Berücksichtigung der Druck-Volumen-Kennlinien der Rad- und Hauptzylinder berechnet und mittels Drehwinkelgeber mit Untersetzungsgetriebe zu Motorkommutierung und zur Bestimmung der HZ-Kolbenposition umgesetzt.
Die benötigten Kennlinien sind dabei als Kennfeldern im Speicher der Regeleinrichtung abgelegt. Sie können adaptiv sein, d. h. in zeitlichen Abständen durch Korrelation der Kolbenposition mit dem gemessenen Druck im Hauptzylinder ermittelt und korrigiert werden. dies kann z. B. bei Fahrzeugstillstand oder während der Startphase erfolgen. Durch die Steuerung des Elektromotors kann vorteilhaft sowohl die Druckänderung als auch der zeitliche Verlauf der Druckänderung, die Druckänderungsgeschwindigkeit, abhängig von der Vorgabe des überlagerten Reglers, z. B. ABS-Regler, in weiten Grenzen variiert werden.
Das erfindungsgemäße Bremssystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines übergeordneten Reglers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und dem Regler zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt. Besonders vorteilhaft ist die Steuerung des Kolbens über frei wählbare Trajektorien der Motordrehung. Dabei kann der zeitliche Verlauf der Druckänderung vom Ist-Druck zum Solldruck beliebig gestaltet werden, so dass nicht nur Druckstufen und Druckrampen, sondern je nach Anforderung auch andere Übergänge, wie z. B. Rampen mit verschliffenen Übergängen von Druckhalten in Druckänderung und Druckänderung in Druckhalten oder sinusförmige Übergänge realisierbar sind. Somit ist es auch bei sehr schnellen Übergängen vom Ist-Druck zum Soll-Druck möglich, hydraulische Schwingungen zu unterdrücken und gleichzeitig Druckwerte genau einzustellen. Die Trajektorien können in Abhängigkeit der gewünschten bzw. vorgegebenen Druckänderungen und zeitlichen Druckänderungsverläufe experimentell bestimmt werden. Entsprechend der Vorgaben durch den überlagerten Regler, insbesondere des ABS-Reglers, wird die Sollposition des HZ-Kolbens ganz gezielt über geeignete Trajektorien der Motordrehung des Elektromotors, die zum gewünschten Soll-Druck und den zeitlichen Übergang vom Ist-Druck zum Soll-Druck führen, gesteuert. Durch die im Speicher der Regeleinrichtung abgelegten möglichen Trajektorien kann schnell der bestmögliche Druckübergang ausgewählt und eingesteuert bzw. eingeregelt werden.
Im Prinzip kann für jedes Rad ein individueller HZ-Kolben verwendet werden. Aus Aufwandsgründen wird jedoch bevorzugt nur ein einzelner HZ-Kolben verwendet. Bei normalen Bremsungen werden die Drücke in den einzelnen Radzylinder synchron über den einen einzelnen HZ-Kolben verstellt. Bei Druckmodulationen für eine übergeordnete Regelung, z. B. Fahrerassistenzsysteme, sind auch radindividuelle Druckänderungen erwünscht. Diese radindividuellen Druckänderungen in den Radzylindern werden dann in einer frei wählbaren Abfolge nacheinander vorgenommen und im Multiplexverfahren durch entsprechende Ansteuerung der Schaltventile den zu regelnden Rädern zugeordnet. Erfolgt die radindividuelle Druckänderung in einem einzelnen Radzylinder, so wird der Druck in den anderen Radzylindern konstant gehalten. Entsprechend der in EP 0672447 beschriebenen Multiplexverfahren (MUX) wird der von ABS/ESP-Reglern und andern übergeordneten Reglern vorgegebene Druck eingestellt. Die Wartezeit in der der Druck in den anderen Radzylindern konstant gehalten wird, hängt davon ab, wie schnell der Vorgang der Druckänderung in dem einzelnen Radzylinder abgeschlossen werden kann. Dabei ist es für verschiedene übergeordnete Einsätze wichtig, dass der Vorgang der Druckänderung in dem einzelnen Radzylinder im Multiplexverfahren sehr schnell erfolgt, damit die Wartezeiten gering sind, und eine gute übergeordnete Regelung, z. B. ABS, möglich ist.
Aus regelungstechnischen und Komfortgründen ist es dabei besonders wichtig, wie oben beschrieben, hydraulische Schwingungen zu vermeiden. Die Form der Trajektorien sollte dabei so ausgewählt werden, dass besonders die schnellen Übergänge von Druckänderung auf Druck halten sehr sanft verlaufen. Auch der Anfang einer Druckänderung sollte nicht zu ruckartig verlaufen. Die Trajektorien werden jeweils bedarfsgerecht angepasst, um in Grenzfällen, z. B. bei einem Sprung im Reibbeiwert der Fahrbahn, eine große Druckänderung schnell zu erzielen. Prinzipiell gilt, dass das Frequenzspektrum der Druckänderung unterhalb der Eigenfrequenzen des hydraulischen Systems, bestehend aus Ventilen, Leitungen, Radzylinder und Hauptzylinder, liegen sollte. Damit kann gewährleistet werden, dass eine optimale Druckmodulation unter den Gesichtspunkten Genauigkeit der eingesteuerten Drücke in den Radzylindern und hydraulische Schwingungen erreicht wird. Damit lässt sich eine bisher nicht mögliche Genauigkeit in der Drucksteuerung im zeitlichen Verlauf und Höhe der Druckänderung bei gleichzeitig sehr niedriger Amplitude der hydraulischen Schwingungen erzielen. Durch die Trajektoriensteuerung besteht vorteilhaft auch die Möglichkeit, die Druckdynamik zu reduzieren, sofern dies von den übergeordneten Reglern, z. B. für ACC (Adaptive Cruise Control), gewünscht wird.
Es ist selbstverständlich auch möglich, dass der Druckab- und Druckaufbau simultan oder teilsimultan erfolgt. Von simultan wird gesprochen, wenn zwei oder mehrere Magnetventile gleichzeitig geöffnet und gleichzeitig geschlossen werden. Teilsimultan wird die Druckstellung dann bezeichnet, wenn zwei oder mehrere Magnetventile entweder zeitversetzt geöffnet und/oder zeitversetzt geschlossen werden.
Bei teilsimultaner Druckstellung werden die Trajektorien für die einzelnen Druckänderungen zeitversetzt zu einer Summen-Trajektorie addiert. Bei zeitversetztem Öffnen der Magnetventile wird zunächst die Einzel-Trajektorie für die Druckänderung des Radzylinders bestimmt, in dem der Druck als erstes geändert werden soll. Sobald ein zweites Magnetventil geöffnet wird, wird die Einzel-Trajektorie für den zugehörigen Radzylinder zu der Einzel-Trajektorie für den ersten Radzylinder addiert, und es ergibt sich die Summen-Trajektorie. So wird bei jedem Öffnen von weiteren Magnetventilen die Summen-Trajektorie um eine weitere Einzel-Trajektorie ergänzt. Die Summen-Trajektorie steuert die Motordrehung. Ist in einem der Radzylinder der Solldruck erreicht, so wird das zugehörige Magnetventil geschlossen, und die entsprechende Einzel-Trajektorie verschwindet aus der Summen-Trajektorie. Bei zeitversetztem Schließen der Magnetventile reduziert sich die Summen-Trajektorie sukzessive wieder zu der Einzel-Trajektorie des Radzylinders welcher den Solldruck als letztes erreicht.
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen das erfindungsgemäße Bremssystem näher erläutert.
Es zeigen:
1: Blockschaltbild zur Systemdarstellung Trajektoriensteuerung;
2: Druckverläufe einer typischen ABS-Bremsung mit einem konventionellen ABS-Gerät und mit PWM-Ansteuerung der Einlassventile;
3: Ausschnitt der Druckverläufe einer ABS-Bremsung auf glatter Fahrbahn mit erfindungsgemäßer Kolben-Drucksteuerung;
4: Ausschnitt der Druckverläufe einer ABS-Bremsung auf Eis mit erfindungsgemäßer Kolben-Drucksteuerung.
Die 1 zeigt den Grundaufbau eines elektromotorischen Konzeptes der Drucksteuerung wie es aus EP 06724475 und PCT/EP2007/009683 vorbekannt ist. In diesem Konzept steuert der EC-Motor über einen Spindelantrieb 2 den nicht gezeichneten Druckstangenkolben und den hydraulisch angekoppelten Schwimmkolben eines Tandemhauptzylinders (THZ) 3. Die gewünschte hochauflösende Kolbenbewegung wird durch eine geregelte Motordrehung erzeugt, die von einem Drehwinkelgeber 5 mit Untersetzungsgetriebe erfasst wird. Der Pedalweg wird von einem Pedalweggeber 4 erfasst, und der elektrischen Steuereinheit ECU 9 zugeführt. Der Druck im THZ 3 wird über Schaltventile 7a bis 7d den Radbremsen 8a bis 8d entsprechend der Signale VL, VR, HL, HR zugeleitet. Entsprechend des in EP 06724475 beschriebenen Multiplexverfahrens (MUX) wird der von ABS/ESP und anderen übergeordneten Reglern vorgegebene Druck eingestellt. Abwechselnd wird das entsprechende Schaltventil 7i für die jeweilige Radbremse geöffnet, wobei während dieser Zeit die anderen Schaltventile geschlossen bleiben, um die radindividuelle Drucksteuerung umzusetzen. Dabei ist der zeitliche Druckverlauf u. a. die Druckänderungsgeschwindigkeit und der verschliffene Übergang von Druckhalten in Druckänderung und umgekehrt von Druckänderung in Druckhalten und die Druck änderungshöhe für eine gute und druckschwingungsarme Regelung entscheidend. Bei hohen Fahrbahnreibwerten μ beträgt die gesamte Druckänderung in den Druckaufbau- und Druckabbauphasen im Mittel bekanntlich ca. 10–15 bar und bei kleinen Reibwerten wie z. B. Eis 3–5 bar mit Druckstufen die ca. 20% betragen. Bekanntlich erfolgt im Normalfall bei instabilem Rad nach Überschreiten des Maximums der μ-Schlupfkurve der Druckabbau im Bereich der o. g. Druckänderung. Anschließend erfolgt nach einer größeren Druckaufbaustufe von ca. 80% ein kleinerer und langsamerer Druckaufbau von ca. 10%–20%. Dies bedeutet bei Eis eine Druckänderung von größer 1 bar was mit einer Drucksteuerung heutiger Bremssysteme nicht erreicht werden kann.
Die Aufgabe für die elektromotorische Drucksteuerung besteht darin, diese Werte zu erreichen. Bekanntlich beinhaltet die ABS/ESP-Regelung viele Sonderfälle, wie z. B. inhomogene Fahrbahn, sogenannter μ-Sprung oder tiefe Temperaturen. Aus diesem Grund sollte die erfindungsgemäße Regelung adaptiv sein. Die heutigen Konzepte sind in der Druckabbaugeschwindigkeit begrenzt durch die Drosselwirkung der Regelventile, die nach den Schaltzeiten bei hohen Fahrbahn-Reibbeiwerten (entsprechen ca. 100 bar) ausgelegt sind. Daraus resultieren bei Eis mit ca. 10 bar Blockierdruck relativ kleine Druckabbaugeschwindigkeiten, die bei einem μ-Sprung evt. noch reduziert werden, wenn die Speicherkammer gefüllt ist und die Pumpenförderleistung den Druckgradienten bestimmt. Beim erfindungsgemäßen elektromotorischen System haben die Schaltventile keine große Drosselwirkung, so dass die Kolbengeschwindigkeit durch den EC-Motor die Druckänderungsgeschwindigkeit bestimmen kann, wodurch auch bei niedrigen Radzylinderdrücken schnelle und schwingungsfreie Druckänderungen möglich sind.
Die Drucksteuerung entsprechend der Druckanforderungen des ABS/ESP-Reglers in zeitlicher Änderung und Druckänderungsgröße muss daher mit einer speziellen Drucksteuerung umgesetzt werden. Das Bremssystem weist daher eine Regeleinrichtung 9 auf, die eine Trajektoriensteuerung 9a umfasst. Die Solldrucksigna le der übergeordneten Regler wie z. B. ABS, ESP, usw. werden radindividuell der Trajektoriensteuerung 9a zugeführt. Das Ausgangssignal der Trajektoriensteuerung 9a ist die Sollposition des EC-Motors und die dazugehörigen Ventilschaltsignale in rein logischer Form. Dabei können vom übergeordneten Regler Prioritäten bedarfsgerecht geändert werden. So kann z. B. in kritischen Fahrsituationen die Präzision der Druckstellung auf den Soll-Druck höher und die Unterdrückung von hydraulischen Schwingungen und Erhöhung von Komfort niedriger priorisiert werden. In Standard-ESP-Regelfällen wird die Drucksteuerung hingegen auf Druckverläufe zurückgreifen die ein sanftes Anfahrverhalten und Abbremsverhalten aufweisen, um möglichst Druckschwingungen im hydraulischen System zu vermeiden. Das Spektrum der möglichen Trajektorien erstreckt sich von linearen Trajektorien über Sinus-Trajektorien oder Sinusquadrad-Trajektorien über Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie angepasst sind. Man hat damit die Möglichkeit den Druckverlauf vorteilhaft zu beeinflussen und somit die Fahrdynamikregelung von ABS, ESP usw. zu verbessern.
Wird vom übergeordneten Regler ein Druckaufbau oder Druckabbau angefordert, so berechnet die Trajektoriensteuerung 9a zuerst die minimale Zeit die für die Druckstellung benötigt wird. Diese beruht auf einer Funktion, die abhängig vom aktuellen Radzylinderdruck und der angeforderten Druckerhöhung ist (t_Traj = f(p_R, dp_R)). Über diese Funktion ist gewährleistet, dass stets mit der maximalen Dynamik gearbeitet werden kann. Vom übergeordneten Regler wird eine Bewertung der aktuellen Fahrsituation übermittelt. Abhängig davon erhöht die Trajektoriensteuerung das Zeitfenster t_Traj prozentual. Nun hat die Trajektoriensteuerung die Auswahl zwischen diversen Trajektorien. Das Spektrum der möglichen Trajektorien erstreckt sich von linearen Trajektorien über Sinus-Trajektorien, Sinusquadrat-Trajektorien oder Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie der Radzylinder angepasst sind. Die auswählbaren Trajektorien sind in einem Speicher der Trajektoriensteuerung abgelegt. In Situationen in denen die maximale Kolbengeschwindigkeit erreicht wird, die durch den EC-Motor vorgegeben ist, wird die Trajektoriensteuerung die lineare Trajektorie verwenden. In anderen Situation, in denen die Priorität auf eine komfortable und geräuscharme Druckstellung gelegt wird und das vorgegebne Zeitfenster es aufgrund der EC-Motor-Performance zulässt, können Sinus-Trajektorien oder Sinusquadrat-Trajektorien ausgewählt werden.
Mit der Trajektoriensteuerung ist es somit möglich, den Druckverlauf vorteilhaft zu beeinflussen und somit die Fahrdynamikregelung von ABS, ESP zu verbessern und insbesondere die Fahrerirritation durch Fahrerassistenzsysteme zu verringern. Dabei können die Prioritäten entweder auf eine präzise, komfortable und geräuscharme Regelung gelegt werden, welche heute speziell bei Eingriffen durch Fahrerassistenzsysteme wie z. B. ACC gefordert wird, oder eben auf eine Druckmodulation mit maximaler Dynamik. Wird die maximale Dynamik gewählt bzw. vorgegeben, wird allerdings die Druckeinstellung nicht mehr so präzise funktionieren und bei evtl. entstehenden Druckschwingungen wird tendenziell mehr Geräusch entstehen. Meist handelt es sich dabei um Fahrsituationen wie inhomogene Fahrbahnen, μ-Sprung oder ähnliche.
Die 2 zeigt einen Ausschnitt der Druckverläufe in den Radzylindern mit einem konventionellen ABS-Gerät aus einer typischen ABS-Regelung mit hohem Reibbeiwert der Fahrbahn, bei der PWM-angesteuerte LMV-Regelventile als Einlassventile und schaltende Regelventile als Auslassventile zum Einsatz kommen.
Der Druckanstieg verläuft annähernd linear mit geringem Gradient. Der unregelmäßige Gradient des Druckanstiegs zeigt deutlich die Schwierigkeit, mittels PWM-Steuerung einen reproduzierbaren Druckwert einzustellen.
Die 3 zeigt den Druckverlauf in den einzelnen Radzylindern bei einer ABS-Bremsung mit Individualregelung der Räder im Multiplexbetrieb mit Kolben-Drucksteuerung auf glatter Fahrbahn (Glatteis). Die Druckänderungen zeigen vorgegebene rampenförmige Druckverläufe, die mittels Trajektorienvorgabe für die Motordrehung sowohl für den Druckaufbau als auch für den Druckabbau umgesetzt wird. Die 3 zeigt auch den Multiplexbetrieb. Während einer Druckänderung in einem Radzylinder bleiben die Drücke in den anderen Radzylinder konstant. Der Betrag des Druckgradienten ist hierbei wählbar und abhängig vom Druckniveau, von dem geforderten Druckänderungsbetrag und Druckänderungsvorzeichen im Radzylinder und für eine gute ABS-Regelung so groß wie möglich gewählt (wie vom Steller umsetzbar), unter der Bedingung, dass die hydraulischen Druckschwingungen ein akzeptables Niveau nicht überschreiten.
Die 4 zeigt in einem Ausschnitt der Bremsdrücke in den Radzylinder einer ABS-Bremsung mit Individualregelung an der Vorderachse und mit Select-Low-Regelung an der Hinterachse auf glatter Fahrbahn (Glatteis) im Multiplexbetrieb mit Kolben-Drucksteuerung. Der vorgegebene Druckverlauf ist hier rampenförmig mit einem aufgeprägten Sinus. Auch dieser Druckverlauf kann mittels Trajektorienvorgabe für die Motordrehung sowohl für den Druckaufbau als auch für den Druckabbau bewirkt werden. Die deutlich sichtbaren verschliffenen Verläufe bei den Übergängen von Druckhalten in Druckauf- oder Druckabbau und von Druckauf- oder Druckabbau in Druckhalten helfen, die hydraulischen Druckmodulationsschwingungen weiter zu reduzieren.

1: Bremspedal
2: Bremskraftverstärker über E-Motor und Spindel angetrieben
3: Tandemhauptzylinder (THZ)
4: Pedalhubsensor
5: Drehwinkelgeber mit Untersetzungsgetriebe zur Motorkommutierung und zur Bestimmung der HZ-Kolbenposition
6: Drucksensor im DK-Kreis
7a–7d: 2/2-Schaltventile
8a–8d: Radzylinder VL, VR, HL, HR
9: ECU-Blockschaltbild
9a: Trajektoriensteuerung
t_Traj: Zeitfenster in der eine Trajektorie gelegt werden kann
p_R: Radzylinderdruck
dp_R: angeforderte Druckdifferenz am Radzylinder
s_k: HZ-Kolbenposition

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

- EP 06724475 [0007, 0023, 0023]
- EP 0672447 [0013]
- EP 2007/009683 [0023]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Bosch Taschenbuch 25. Auflage S813, 814 ABS Regelzyklus [0002]
- van Zanten A. T.; Erhardt, R.; Pfaff, G.: „VDC – The Vehicle Dynamics Control System of Bosch”, SAE 95, Paper Nr. 950759 [0002]

Claims

Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (2, 3) von einem Elektromotor angetriebenen ist und mindestens einen Arbeitsraum aufweist, der über hydraulische Leitungen mit mindestens einer Radbremse in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (7a, 7b, 7c, 7d) zugeordnet ist mittels dem die hydraulische Verbindungsleitung zwischen der Radbremse (8a, 8b, 8c, 8d) und dem Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (2, 3) verschließbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (7a, 7b, 7c, 7d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Fahrsituation und/oder in Abhängigkeit eines Signals eines übergeordneten Reglers und/oder der für die Einregelung eines Solldrucks in einer oder mehreren Radbremsen zur Verfügung stehenden Zeit einen Druckänderungsverlauf auswählt und der Regeleinrichtung zur Ansteuerung des Elektromotors vorgibt.
Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für jede Radbremse einen individuellen Druckänderungsverlauf ermittelt.
Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung unter Berücksichtigung der Druck-Volumen-Kennlinien der Radbremsen und des Kolben-Zylindersystems (HZ) die erforderliche Kolbenverschiebungsfunktion (s(t)) für den Kolben des Kolben-Zylindersystems aus dem zuvor für mindestens eine Radbremse bestimmten Druckänderungsverlauf berechnet.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung für die Umsetzung des einzuregelnden Druckänderungsverlaufs die Trajektoriensteuerung der Motordrehung verwendet.
Bremssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Regeleinrichtung auswählbaren Trajektorien experimentell aus vorgegebenen Druckänderungsverläufen ermittelt und in einem Speicher der Regeleinrichtung zum Abruf abgespeichert sind.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Trajektorien, insbesondere die im Speicher abgelegten Trajektorien, in Abhängigkeit von Eingangsparametern, insbesondere einem oder mehreren Parametern aus der Gruppe von zeitlichem Verlauf der Druckänderung, Druck im Radzylinder einer oder mehrerer Radbremsen, Umgebungstemperatur, Temperatur des Ventilblocks, Fahrzeuggeschwindigkeit, fahrdynamischen Bedingungen, Reibbeiwert der Fahrbahn, Zeitliche Änderung des Reibbeiwerts der Fahrbahn, modifiziert oder adaptiert.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung aus den abgespeicherten oder adaptierten Trajektorien diejenige(n) auswählt, die bei den vorgegebenen Bedingungen einen sanften Übergang bei der Einregelung des Bremsdrucks, eine minimale Geräuschentwicklung des Bremssystems und/oder geringe hydraulische Schwingungen im Bremssystem bewirkt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung bei der Auswahl der Trajektorie(n) für die Einregelung einer Druckänderung in einer oder mehreren Radbremse bzw. Radbremsen, die geforderte Druckänderung einer oder mehrerer anderen bzw. anderer Radbremsen berücksichtigt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die zur Verfügung stehende Zeit t_Traj für die Einregelung eines neuen Druckniveaus aufgrund der Funktion t_Traj = f(p_R, dp_R) berechnet.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregungsfrequenzen im Bremsdruck einer gewählten Trajektorienform und/oder -dynamik unterhalb der Eigenfrequenzen des hydraulischen Systems, welches insbesondere aus den Schaltventilen, Leitungen, Radbremse besteht, liegt.
Bremssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass lineare Trajektorien, sinusförmige Trajektorien, sinusquadratische Trajektorien oder Trajektorien die speziell an den Verlauf der Druck-Volumenkennlinie der Radzylinder angepasst sind, im Speicher abgelegt sind.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übergeordnete Regelung der ABS- und/oder ESP-Regler ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung in Abhängigkeit von Komfortanforderungen eines übergeordneten Reglers, insbesondere des ACC (Adaptive Cruise Control), die Dynamik des Übergangsverhaltens bei der Einregelung eines geforderten neuen Bremsdrucks berücksichtigt.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung anhand des Druckgebersignals im Druckkolben-Kreis den Elektromotor zur Kolbenverstellung regelt.
Bremssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung den vor dem Regelvorgang vorgegebenen Solldruck nach Abschluss des Regelvorgangs mit dem Ist-Druck vergleicht.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Druck-Volumenkennlinie einer oder mehrerer Radbremsen und/oder des Kolben-Zylindersystems beim Fahrzeugstart und/oder beim Fahrzeugstillstand überprüft, insbesondere die abgelegte(n) Druck-Volumenkennlinie(n) adaptiert.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehdynamik und die Drehwinkelauflösung des Elektromotors groß ist, derart, dass der Kolben des Kolben-Zylindersystems mit einer hohen Auflösung, insbesondere mittels eines hochauflösenden Drehwinkelgebers, zur Druckeinregelung mit radindividuellen variablen Verläufen der Druckänderungen gleichzeitig und/oder nacheinander in den Radbremsen positionier- bzw. bewegbar und eine gute übergeordnete Regelung (z. B. ABS) möglich ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelgeber zur Ermittlung der Kolben- oder Motorposition eine hohe Winkelauflösung hat, wobei die hohe Winkelauflösung durch ein Untersetzungsgetriebe vergrößerbar ist.
Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitigem oder teilsimultanem Druckauf- und/oder Druckabbau die Addition der einzelnen Trajektorien zur Druckänderung in den jeweiligen Radzylindern eine Summen-Trajektorie bilden.