DE102010008033A1 - Bremssystem mit Druckmodell und Priorisierungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (14, HZ, THZ), insbesondere durch Übertragungsmittel, mechanisch oder hydraulisch von einem Elektromotor angetriebenen ist, wobei mindestens ein Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (14, HZ, THZ) über hydraulische Leitungen mit mindestens zwei Radbremsen in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (17a, 17b, 17c, 17d) zugeordnet ist und die hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen den Radbremsen (18a, 18b, 18c, 18d) und dem Kolben-Zylindersystem (14, HZ) wahlweise getrennt oder gemeinsam mittels der 2/2-Wege-Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) verschließbar ist bzw. sind, so dass in den Radbremsen (18a, 18b, 18c, 18d) nacheinander im Sinne eines Multiplexverfahrens und/oder gleichzeitig ein Druck einregelbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mittels eines Druckmodells (103) den jeweiligen Druck (pR(t)) in den Radbremsen berechnet und die berechneten Druckwerte (pR(t)) zumindest einem ABS-/ESP-Regler (104) und einer Druckregeleinrichtung (106) übermittelt, wobei die Druckregeleinrichtung (106) zumindest die 2/2-Wege-Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) sowie den Elektromotor ansteuert, und dass eine Priorisierungseinrichtung (105) zumindest anhand der von dem ABS-/ESP-Regler (104) übermittelten Daten eine Radauswahl vornimmt und diese der Druckregeleinrichtung (106) übermittelt.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Stand der Technik
• Bei ABS/ESP bestimmt die Genauigkeit und die Dynamik des Druckverlaufes die Regelgüte und damit den Bremsweg und die Stabilität des Fahrzeugs. Entscheidend für eine gute Regelung ist eine schnelle und feine Druckregelung. Bis auf die elektromechanische Bremse EMB arbeiten alle hydraulischen Systeme mit 2/2-Wege-Magnetventilen. Hierzu liefert das Bremsenhandbuch 2. Auflage v. 2004 S. 114–119 mit Literaturangaben die detaillierte Basisinformation. Ohne besondere Maßnahmen haben diese Ventile ein rein digitales Schaltverhalten, d. h. sie sind entweder offen oder geschlossen (auf/zu). Durch das schnelle Schließen entstehen abhängig vom Druckgradienten Druckschwingungen mit großer Amplitude, die sich auf das Radverhalten auswirken und vor allem Geräusche verursachen. Der Druckgradient hängt dabei vom Differenzdruck ab, der im Regelbereich zwischen μ = 0,05 (Eis) und μ = 1,0 (Asphalt trocken) stark schwankt und außerdem vom stark schwankendem THZ-Druck des Bremskraftverstärkers abhängt. Die Dosierbarkeit der oft getakteten Druckaufbauamplitude im Bereich vom 1–10 bar (Sollwert) gelingt nur relativ ungenau. Eine Verbesserung kann durch eine aufwändige PWM-Steuerung der 2/2-Magnetventile erzielt werden. Damit lässt sich insbesondere der Übergang vom Druckaufbau zum Druckhalten beeinflussen, so dass die Druckschwingungen und das Geräusch kleiner werden. Diese PWM-Steuerung ist schwierig und relativ ungenau, weil sie den Druckgradienten, die Druckamplitude und auch die Temperatur berücksichtigen muss. Für den Druckabbau wird diese PWM-Steuerung nicht eingesetzt.
• In der EP 06724475 ist ein Verfahren zur Drucksteuerung mittels Elektromotor und Kolbensteuerung beschrieben. Hierbei bestimmt die HZ-Kolbenbewegung des Bremskraftverstärkers die Drucksteuerung und weist damit erhebliche Vorteile hinsichtlich genauer Drucksteuerung und variabler Gradienten auf. Die EP 06724475 beschreibt zudem die Druckregelung mehrerer Radbremsen durch das sogenannte Multiplexverfahren (MUX-Verfahren). So wird u. a. beschrieben, dass die 2/2-Wege-Magnetventile einen großen Strömungsquerschnitt mit vernachlässigbarer Drosselwirkung aufweisen sollten und die Leitungen vom Kolben-Zylinder-System zum Bremszylinder einen vernachlässigbaren Strömungswiderstand aufweisen sollten. Weiterhin wird ausgeführt, dass der Druckabbau an zwei Radbremsen gleichzeitig erfolgen kann, wenn anfänglich ungefähr das gleiche Druckniveau vorherrscht.
• Trotz dieser in der EP 06724475 beschriebenen Maßnahmen hat das Multiplexverfahren den Nachteil, dass bei ungleichem Druckniveau in zwei Radbremsen ein simultaner Druckabbau nicht möglich ist, da hier bei der in der EP 06724475 beschriebenen Dimensionierung beim Druckabbau ein Druckausgleich zwischen zwei bis vier Radbremsen erfolgen kann, sofern der Strömungswiderstand vom HZ bzw. THZ zum Radzylinder zu gering ist. Hinzu kommt, dass zwei oder mehrere Druckabbauforderungen, die leicht zeitlich versetzt zueinander auftreten, aufgrund oben genannter Problematik des möglichen Druckausgleiches zwischen den Radzylindern ebenfalls nicht simultan oder teilsimultan durchgeführt werden können. Dies ist insbesondere deshalb problematisch, da besonders der zeitliche Versatz von Druckanforderungen gleichen Vorzeichens durchaus vermehrt auftreten kann.
• Wie oben erwähnt können Druckab- und Druckaufbauten simultan oder teilsimultan erfolgen. 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 oder zeitversetzt geschlossen werden.
• Ferner ist in der EP 06724475 kein simultaner Druckaufbau vorgesehen. Dies hat zur Folge, dass eine mögliche Druckerhöhung kurzfristig nicht durchgeführt werden kann, was möglicherweise einen längeren Bremsweg zur Folge hat.
• Aufgabe der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Bremssystem mit einer Regeleinrichtung bereitzustellen, die Kosten zu reduzieren und Bremsweg und Stabilität zu optimieren.
• Lösung der Aufgabe
• Die Lösung wird erfindungsgemäß mit einem Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Bremssystems nach Patentanspruch 1 ergeben sich durch die Merkmale der Unteransprüche.
• Die Erfindung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass eine ein Druckmodell zur Berechnung der Radbremsdrücke verwendet wird, dessen berechnete Druckwerte dem ABS-/ESP-Regler sowie der Druckregeleinrichtung übermittelt werden. Hierdurch können Drucksensoren eingespart und die Druckregelgenauigkeit erhöht werden. Zusätzlich erfolgt mittels einer Priorisierungseinrichtung, insbesondere anhand von Hauptkriterien, wie z. B. „optimaler Bremsweg” und/oder „Stabilität der Regelung”, die Auswahl der Radbremse bzw. Radbremsen, in der bzw. denen als nächstes der Druckaufbau bzw. Druckabbau erfolgen soll. Ebenso erfolgt durch die Priorisierungseinrichtung die Entscheidung, ob ein simultaner, teil-simultaner oder eine Druckänderung in nur einer Radbremse oder gleichzeitig erfolgen soll. Diese Entscheidung kann z. B. aufgrund des ermittelten Schlupfwertes und/oder anhand der momentanen Radbeschleunigung bzw. Radverzögerung erfolgen.
• Weiterhin ist bei einem momentan erfolgenden Druckaufbau p_auf kein Druckabbau p_ab gestattet. Um den Zeitverlust für den Druckaufbau gering zu halten, ist eine hohe Kolben- oder Druckabbaugeschwindigkeit mit kurzen Umschaltzeiten von Motor und Magnetventilen notwendig. In diesem Fall kann auch beim anschließenden Druckaufbau p_auf der Solldruck über die Wirkkette Druckmodell-ABS-/ESP-Regler, Priorisierungseinrichtung und Drucksteuerung erhöht werden, um das Druckniveau dicht an die Blockiergrenze zu regeln.
• Ein simultaner oder teilsimultaner Druckabbau und Druckaufbau ist auch bei unterschiedlichen Druckniveaus aller Radbremsen möglich ist. Dies kann erreicht werden durch entsprechend hohe Kolbengeschwindigkeiten, die Dimensionierung der Strömungswiderstände RL der Leitung vom 2/2-Wege-Magnetventil zum Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (HZ bzw. THZ) und des Strömungswiderstandes RV des 2/2-Magnetventils und der hydraulischen Leitungen zum Radzylinder. Es ist vorteilhaft, wenn der Strömungswiderstand RL kleiner als der Strömungswiderstand RV ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Strömungswiderstand RL um den Faktor 1,5 bis 3 kleiner als der Strömungswiderstand RV ist. Es ist besonders vorteilhaft, wenn zusätzlich der Strömungswiderstand RVR der hydraulischen Leitung vom Magnetventil zum Radzylinder mit berücksichtigt wird, wobei dieser vorteilhaft erheblich kleiner als der Strömungswiderstand RV des Magnetventils gewählt wird.
• In einer verbesserten Ausbildung der Erfindung kann berücksichtigt werden, dass der gesamte Strömungswiderstand (RL + RV) so ausgelegt wird, dass bei maximaler HZ-Kolbendynamik, welche der maximalen Motordynamik des Antriebs des Bremskraftverstärkers entspricht, und bei zwei oder mehr offenen Magnetventilen aufgrund der gleichzeitigen Volumenaufnahme oder Volumenabgabe der Radzylinderbremsen kurzfristig (d. h. innerhalb der Ventilöffnungszeiten) kein Druckausgleich stattfinden kann.
• Bei der Auslegung der Schaltventile ist somit darauf zu achten, dass man einen sehr geringen Strömungswiderstand erreicht, der das oben beschriebene Minimum nicht unterschreitet. Es ist darauf zu achten, dass beim simultanen Druckabbau genügend Druckdifferenz zwischen HZ bzw. THZ und Radzylinder vorhanden ist, so dass beim gemeinsamen Druckabbau kein Druckausgleich zwischen den einzelnen Radzylindern der Radbremsen stattfinden kann.
• Eine weitere Möglichkeit den Druckausgleich bei simultanem Druckabbau oder Druckaufbau zu verhindern besteht darin, den Strömungsquerschnitt der Ventile über eine PWM-Ansteuerung zu verringern und damit den Strömungswiderstand zu erhöhen. Liegen z. B. verschiedene Druckänderungsaufforderungen für die vier Räder vor, so kann der Regler anhand momentanen Ist-Drücke und der gerechneten individuellen Solldrücke für jedes Rad unterschiedliche PWM zur Erzielung unterschiedlicher Strömungswiderstände einstellen. Dies erfolgt vorzugsweise zunächst bei den Rädern bzw. zugeordneten Magnetventilen mit der größten Druckdifferenz. Vorteilhaft ist dabei, dass damit auch bei simultanen bzw. teilsimultanen Druckauf- und Druckabbauten situationsabhängig die Druckgradienten gewählt werden können und eine Bindung an die durch die Auslegung von RL und RV und gegebenenfalls RVR vorgegebenen Druckverläufe nicht besteht. Auch simultane bzw. teilsimultane Druckab- bzw. Druckaufbauten mit extrem unterschiedlichen Druckniveaus in zwei oder mehreren Rädern werden dadurch beherrschbar.
• Da beim Druckabbau die maximal mögliche Strömungsgeschwindigkeit hin zu niedrigen Drücken abfällt und die Druck-Volumen-Kennlinien der einzelnen Räder eine nichtlineare Funktion darstellen, ist beim simultanen bzw. teilsimultanen Druckabbau und Druckaufbau eine variable bzw. unterschiedliche Kolbengeschwindigkeit unbedingt notwendig.
• Bei simultanem bzw. teilsimultanem Druckabbau muss infolge des Volumenstroms vom Radzylinder in den HZ bzw. THZ dessen Kolben durch entsprechende Steuerung bzw. Regelung nachgestellt werden, um die Druckdifferenz aufrecht zu erhalten. Das Volumen, das dabei aus dem HZ bzw. THZ in den Radzylinder entströmt, würde ohne Nachstellung des HZ-Kolbens zu einer Druckerhöhung führen und statisch zu einem Druckausgleich. Diese Kolbennachstellung erfolgt primär über den Regler, welcher die notwendige Druckdifferenz errechnet, entsprechend die Volumenaufnahme im HZ bestimmt und dazu den HZ-Druck und vorteilhaft ein Druckmodell verwendet. Bei der Nachstellung des HZ- bzw. THZ-Kolbens ist darauf zu achten, dass der HZ- bzw. THZ-Druck stets unterhalb des minimalen Druckniveaus aller in dem Augenblick mit dem HZ bzw. THZ über ein geöffnetes Magnetventil bzw. Schaltventil verbundenen Radzylindern liegt. Ähnliches gilt für den simultanen bzw. teilsimultanen Druckaufbau. Hier gibt der Regler wiederum das Druckniveau der Druckerhöhung an. Der HZ- bzw. THZ-Druck wird entsprechend über den Kolbenweg und die Kolbengeschwindigkeit nachgeregelt, um das Volumen der Radzylinder der Radbremsen für den Druckaufbau zu berücksichtigen. Bei der Nachstellung des HZ-Kolbens ist darauf zu achten, dass der HZ- bzw. THZ-Druck vor dem Druckabbau im Bereich des maximalen Druckniveaus aller in dem Augenblick mit dem HZ bzw. THZ über ein geöffnetes Magnetventil verbundenen Radzylindern und während des Druckabbaus p_ab unterhalb des Solldruckes des niedrigsten Rades liegt. Erst wenn der Solldruck erreicht ist, wird der HZ-Druck auf dieses Niveau verstellt.
• Sowohl für den simultanen, teilsimultanen bzw. nicht simultanen Druckaufbau, als auch für den simultanen bzw. teilsimultanen Druckabbau ist die Kenntnis der Druck-Volumen-Kennlinie der einzelnen Räder von großer Bedeutung. Diese wird in Abständen bei Fahrzeugstillstand für jedes Rad aufgenommen, indem das Volumen bei Kenntnis des HZ-Druckes bzw. THZ-Druckes über den entsprechenden Kolbenweg erfasst wird. Der Vorgang erfolgt mit einer relativ geringen Dynamik, so dass der Radzylinderdruck dem Druck im HZ bzw. THZ entspricht.
• Bekanntlich ist bei hochdynamischen Vorgängen in der Drucksteuerung sowohl im Druckaufbau als auch im Druckabbau infolge der Strömungswiderstände im Schaltventil, welches idR ein Magnetventil ist, und in den hydraulischen Leitungen zum Radzylinder ein großer Druckunterschied. Der Regler bestimmt jeweils die Druckänderung an der Radbremse, welche proportional zum Bremsmoment ist. Daher können konventionelle ABS/ESP-Systeme auch mit Druckgeber am Ausgang des Magnetventils nur statisch den Raddruck messen. Zur dynamischen Messung wird ein Druckmodell verwendet, dessen Genauigkeit begrenzt ist. Außerdem ist es aufwändig, für jedes Rad einen Druckgeber einzubauen. Bei dem erfindungsgemäßen System mit Kolbensteuerung kann jedoch bei Kenntnis der Druck-Volumen-Kennlinie der Radzylinderdruck auch bei unterschiedlicher Dynamik genau eingestellt werden.
• Bei simultan, teilsimultan bzw. nicht simultan erfolgendem Druckaufbau und Druckabbau werden zwei oder mehrere Radzylinder gleichzeitig bedient. Die vom Regler vorbestimmte Druckdifferenz wird über die Druck-Volumen-Kennlinien der Räder in einen entsprechenden Kolbenweg umgerechnet. Mit Hilfe eines zusätzlichen Druckmodells wird der Radzylinderdruck ständig mitgerechnet. Sobald der Zieldruck für ein Rad erreicht ist, wird das jeweilige Magnetventil geschlossen. Der Kolben des HZ bzw. THZ fährt dann weiter, um die restlichen Radzylinder zu bedienen. Beim letzten zu regelnden Radzylinder wird die Drucksteuerung über den Kolbenweg, der zuvor aus der Druck-Volumen-Kennlinie berechnet wurde, vorgenommen. Danach kann auch das Magnetventil der letzten Radbremse geschlossen werden.
• Das Druckmodell zur Kolbensteuerung ist für das erfindungsgemäße Bremssystem im Zusammenhang mit dem simultanen und auch nicht simultanen Druckabbau und Druckaufbau sehr wichtig, da es der Berechnung bzw. Schätzung der Radzylinderdrücke dient. Die damit berechneten Radzylinderdrücke werden sowohl zur Berechnung von Schließ- und Öffnungszeitpunkten der 2/2-Magnetventile (Schaltventile) wie auch als Istwert der Regelgröße des Druckreglers im Multiplexverfahren verwendet. Zusätzlich finden die Radzylinderdrücke aus dem Druckmodell Verwendung in übergeordneten Reglerstrukturen (z. B ABS/ESP, Fahrerassistenzfunktionen wie ACC, usw.).
• Da es vorteilhaft ist, dass der HZ bzw. THZ-Druck vor der Druckänderung im Radzylinder zunächst in die Nähe des Ausgangsdruckes des zu regelnden Radzylinders gebracht wird, ist es erforderlich, dass die Radzylinderdrücke fortlaufend berechnet und gespeichert werden. Diese Aufgabe wird ebenfalls vom Druckmodell übernommen.
• Für die Regeldynamik, das dabei entstehende Geräusch und die Regelgenauigkeit besonders im Zusammenhang mit dem simultanen oder teilsimultanen Druckabbau und Druckaufbau ist das Druckmodell damit extrem wichtig.
• Als Eingangssignal nutzt des Druckmodell den HZ- bzw. THZ-Druck. Über das Druckmodell werden daraus dann die verschiedenen Radzylinderdrücke berechnet. Die Modellparameter, wie z. B. Ersatzströmungswiderstand, Ersatzleitungsinduktivität und Druck-Volumen-Kennlinie können dabei über die Temperatur (z. B. Umgebungstemperatur oder separater Temperatursensor an einem Magnetventil) adaptiert werden. Sollten Veränderungen im Übergangsverhalten auftreten, ist es über eine Adaption ebenfalls möglich, die Parameter des Modells anzupassen.
• Der Vorgang der simultanen bzw. teilsimultanen Druckänderung ist bei einer normalen ABS/ESP-Bremsung relativ selten und tritt eher bei Grenzfällen wie asymmetrische oder inhomogene Fahrbahn auf. Daher ist von großer Bedeutung, dass der Multiplexer möglichst schnell von einem Radzylinder zum nächsten umschalten kann. Dies ist möglich, da die Kolbengeschwindigkeit und damit die Druckänderungsgeschwindigkeit sehr hoch und variabel einstellbar ist und dadurch in Extremfällen der Kolben mit maximaler Dynamik angesteuert werden kann. Durch die Variabilität ist es im Normalfall möglich, die Kolbengeschwindigkeit zu reduzieren und nur in Extremfällen auf die maximale Dynamik zurückzugreifen. Weiterhin ist die Umschaltzeit zwischen Beginn der Kolbenbewegung und Öffnen bzw. Schließen des Magnetventils wiederum abhängig von der zu steuernden Druckdifferenz und dem Absolutdruck im Radzylinder.
• Bei der Auslegung des HZ bzw. THZ ist darauf zu achten, dass der HZ bzw. THZ bei geschlossenen Magnetventilen bzw. Schaltventilen ein möglichst steifes Gebilde darstellt, da die Elastizität bzw. Steifheit des HZ bzw. THZ einen signifikanten Einfluss auf die Umschaltzeit hat. Ein möglichst steifer HZ bzw. THZ mit dem zugeordneten Flüssigkeitsvolumen und auch der Verbindungskanäle, z. B. RL, ermöglicht somit sehr kurze Umschaltzeiten.
• Zur Überprüfung und ggf. Korrektur der durch das Druckmodell berechneten Radzylinderdrücke während eines längeren Regeleingriffs erfolgt in größeren Zeitabständen ein Vergleich des Radzylinderdruckes mit dem HZ- bzw. THZ-Druck. Bei stillstehendem Kolben und offenem Magnetventil wird daher nach einer gewissen Druckeinschwingzeit ein statischer Abgleich durchgeführt, der aufgrund des Aufbaus des Druckmodells ohne zusätzliche Adaptionsregeln oder Erweiterungen im Druckmodell automatisch abläuft. Die Überprüfung kann auch erfolgen, wenn der vom Regler vorgegebene Schlupf oder die Radbeschleunigung nicht erreicht wird. Es ist auch möglich, ohne simultane bzw. teilsimultane Druckänderung nur auf Basis der Druck-Volumen-Kennlinie und entsprechender Kolbenverstellung proportional zur Regleranforderung zu arbeiten.
• Im Gegensatz zum konventionellen ABS/ESP-Regler, der für die parallele, d. h. unabhängige Drucksteuerung zwölf Magnetventile und einige Druckgeber braucht, ist beim MUX-Regler gem. der Erfindung eine gleichwertige oder noch bessere Druckregelung mit nur vier Magnetventilen und Elektromotor möglich über die Wirkkette Druckmodell, ABS/ESP-Regler, Priorisierungseinrichtung und hochdynamische und genaue Drucksteuerung bzw. Druckregelung. Die Einzelaufgaben der einzelnen Module sind nachfolgend genauer beschrieben.
• Ähnlich dem ABS/ESP-Regler muss die gesamte Funktion fehlersicher sein. Vorzugsweise wird hierzu eine zweite Recheneinheit MCU2 parallel geschaltet, welche über Plausibilitätsprüfungen Eingangs-, Ausgangs- oder Zwischensignale oder Rechenergebnisse ebenfalls berechnet. Bei Nichtübereinstimmung der Daten wird der gesamte Regler abgeschaltet und die normale Bremse ohne Reglerfunktion eingeschaltet.
• In der EP 06724475 ist ein Bremssystem beschrieben, bei dem ein Wegsimulator zum Einsatz kommt. Das erfindungsgemäße Bremssystem kann einen Wegsimulator aufweisen. Aus Kostengründen kann jedoch auch auf einen Wegsimulator verzichtet werden. In diesem Fall kann über den elektrischen Antrieb und eine mechanische Verbindung zwischen Bremspedal und Bremskraftverstärker eine Rückwirkung auf das Bremspedal erfolgen. Das beschriebene Bremssystem kann auch als volles Brake-by-wire-System ohne mechanische Verbindung zum Bremspedal eingesetzt werden. Auch ist denkbar, dass parallel zum Bremssystem ein THZ ähnlich der EHB eingesetzt wird, welcher bei Ausfall des beschriebenen Bremssystems entsprechenden Druck über zusätzliche Umschaltventile liefert.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1: Grundaufbau der Aktuatorik zur Drucksteuerung;
• 2: Blockschaltbild eines Druckmodells;
• 3: Signalflussplan einer möglichen Softwarestruktur.
• Die 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des erfindungsgemäßen Bremssystems bestehend aus HZ bzw. THZ 14, EC-Motor 10, Spindel 11 zum Antrieb des Druckstangenkolbens, Spindelrückstellung 12 und Drehwinkelgeber 13 zur Positionsbestimmung des Kolbens und der Erfassung der Rotorposition bzw. des Kolbenweges.
• Erhält der Kolben den Stellbefehl zum Aufbau eines bestimmten Druckes, so erfolgt über die vorher aufgenommene und in einem Kennfeld gespeicherte Druck-Volumen-Kennlinie die entsprechende Kolbenbewegung über Positionsgeber 13 und Druckgeber 19 im Druckstangenkreis. Bei anschließendem kurzem konstantem Druck, was meistens bei einer Bremsung der Fall ist, erfolgt der Korrelationsvergleich aufgrund neuer Messdaten mit den abgelegten Kennfelddaten. Bei einer Abweichung wird bei späterem Fahrzeugstillstand nochmals einzeln die Druck-Volumen-Kennlinie für jede Radbremse aufgenommen und das Kennfeld korrigiert. Ist die Abweichung nennenswert, z. B. an einem Radzylinder, so erfolgt der Hinweis, die Werkstatt aufzusuchen.
• Der im HZ bzw. THZ erzeugte Druck gelangt über die Leitungen 15, 16 vom Druckstangenkolben und Schwimmkolben über die 2/2-Magnetventile 17a–d zu den Radzylindern 18a und 18d. Anstelle von Druckstangen und Schwimmkolben kann auch eine andere Kolbenanordnung oder Kopplung durch Federn eingesetzt werden. Der Druckstangenkolben ist vorteilhaft fest mit der Spindel verbunden, so dass der Druckstangenkolben vom Antrieb auch zum schnellen Druckabbau zurück bewegt werden kann.
• Hierbei ist die Dimensionierung der Strömungswiderstände RL vom HZ zum Magnetventil 17i (mit i = a, b, c, d) in den Leitungen 15 und 16 und anschließend der Strömungswiderstände RV im Magnetventil und hydraulischen Verbindung zum Radzylinder von großer Bedeutung. Beide Widerstände RL und RV sollten niedrig sein, wobei gelten sollte RL sehr viel kleiner als RV und der Strömungswiderstand vom Magnetventil zum Radzylinder RVR im Vergleich zum Magnetventil klein ist, vorzugsweise RL ≤ RV/Faktor, wobei der Faktor 1,5 bis 5, insbesondere 1,5 bis 3, bei Raumtemperatur betragen sollte. Die 2/2-Magnetventile 17a–d mit den Leitungen 15 und 16 sowie Druckgeber 19 sind vorzugsweise in einem Block integriert, hierfür kann auch der HZ bzw. THZ mit einbezogen werden.
• Erfolgt der Stellbefehl zur Druckreduzierung, so erfolgt wiederum die Druckeinstellung über den Kolbenweg und anschließend der Abgleich mit der Druckmessung. Druckaufbau und -abbau entsprechen der üblichen BKV-Funktion. Hierzu ist eine Ergänzung mit den Komponenten, z. B. Pedal, Pedalweggeber, Wegsimulator u. a. notwendig, wie diese in der vorgenannten EP 6724475 beschrieben sind. Das Bremssystem der EP 6724475 hat jedoch die Drucksteuerung und -modulation zum Inhalt und benötigt nicht alle oben genannten Komponenten.
• Erfolgt nun eine Druckmodulation, z. B. für die ABS/ESP-Funktion, so wird die MUX-Funktion eingeschaltet. Soll z. B. am Rad 18a der Druck reduziert werden, nachdem zuvor der HZ bzw. THZ 14 über einen Motor 10 einen bestimmten Druck in den Leitungen 15 und 16 und Radzylinder 18b und 18d erzeugt hat, so werden die Magnetventile 17b bis 17d geschlossen.
• Ist über entsprechenden Kolbenweg der vom Regler vorgegebene Druckabbau p_ab erreicht, so wird das Magnetventil 17a geschlossen, und der Kolben des HZ bzw. THZ fährt in die vom Regler vorgegebene Sollposition. Soll danach z. B. im Radzylinder 18d ein Druckaufbau p_auf erfolgen, so öffnet das Magnetventil 17d, und der Kolben wird in die neue Sollposition für den Sollwert p_auf gefahren. Sofern ein simultaner bzw. teilsimultaner Druckabbau p_ab in den Radzylindern 18a und 18d erfolgen soll, so werden die Magnetventile 17a und 17d stromlos und damit in die geöffnete Stellung geschaltet und die Magnetventile 17b und 17c geschlossen. Auch hier verfährt der Kolben in die neue Sollposition. Diese Vorgänge für die Druckmodulation erfolgen extrem schnell mit speziellen Schaltbedingungen für Motor und Magnetventile. Diese sind in der 2 und der 3 beschrieben.
• Die 2 zeigt ein mögliches Druckmodell zur Berechnung der einzelnen Radzylinderdrücke. Als Eingangssignal 121 nutzt das Druckmodell den HZ-Druck p_HZ(t), welcher nur im Eingeschwungenen Zustand (statisch) dem Raddruck in der Radbremse entspricht. Das Modell 122 bis 131 ist für ein Fahrzeug mit vier Radbremsen vierfach ausgeführt. Alternativ ist es möglich, dass das Druckmodell den HZ-Druck 121 über eine abgelegte Druck-Volumen-Kennlinie 132 des HZ berechnet. Damit ist auch dynamisch der Raddruck über entsprechende HZ-Stellung oder Kolbenweg einstellbar. Aufgabe des Druckmodells ist es eine dynamische bzw. hochfrequente Schätzung des Radzylinderdruckes p_R(t) zu erhalten. Im Folgenden wird die Funktion der einzelnen Signale und Signalblöcke näher erläutert.
• Der Kolbenweg bzw. die Kolbenposition s_K(t) 135 des HZ wird als Eingangssignal für das Druckmodell 103 (siehe auch 3) verwendet. Über die Summationsstelle 134 wird aus den Volumen am Rad 129.1 bis 129.3 und dem Kolbenweg s_K(t) 135 das Volumen im HZ 133 berechnet. Unter Radvolumen versteht die Erfindung, das Volumen der Radbremse inklusive der Zuleitungen und dem Arbeitsraum des HZ. Über die Volumen-Druck-Kennlinie 132 des HZ berechnet sich der HZ-Druck p_HZ(t) 121. Denkbar ist auch ein Abgleich des HZ-Drucksignals des Drucksensors mit dem simulierten Signal 121. Diese Maßnahme dient der Diagnose eines Drucksensorausfalls, da über die Kennlinie 132 die Kolbenposition des HZ mit einem bestimmten Druck korreliert. Zur Diagnose kann man auch den Phasenstrom der Motors heranziehen.
• Verwendet man nur den HZ-Druck als Eingangssignal des Druckmodells so ist der Signalpfad 135 bis 121 nicht notwendig. Man erhält dann den HZ-Druck 121 direkt vom Drucksensor.
• Über eine Summationsstelle erhält man den Differenzdruck 122, der über den Modellblock „hydraulische Ersatzinduktivität bzw. Leitungsinduktivität” 123, welcher für die Masse und/oder die Trägheit der Bremsflüssigkeit steht, und einen Integrator 126 zum Durchfluss Q führt. Der Signalblock 127 berücksichtigt den Strömungswiderstand des hydraulischen Pfades vom HZ über das Ventil durch die Bremsleitung bis hin zum Radzylinder. Der Modellparameter Ersatzströmungswiderstand R entspricht dem hydraulischen Widerstand des Pfads vom Kolben-Zylindersystem 14, HZ über das Schaltventil 17a, 17b, 17c, 17d bis zum Radzylinder der Radbremse bei laminaren Verhältnissen. Zusätzlich berücksichtigt der Signalblock 127 einen Parameter (kappa) der innerhalb des hydraulischen Pfades vom Kolben-Zylindersystem 14, HZ über das Schaltventil 17a, 17b, 17c, 17d bis zum Radzylinder der Radbremse eine Gewichtung der Strömungsverhältnisse laminar/turbulent darstellt. Über den zweiten Integrator 125 erhält man aus dem Druckfluss Q 126 das aktuelle Volumen am Rad 129 und daraus über die Volumen-Druck-Kennlinie des Radzylinders 130, welche die Kapazität bzw. die Steifheit des Radzylinders und der angeschlossenen Bremsleitungen beschreibt, den Druck am Rad 131. Des weiteren besteht die Möglichkeit im Druckmodell 103, (siehe 3) die in der Realität vorhandene Hysterese, u. a. aufgrund von Dichtungen usw., mit zu simulieren. Das erhöht die Schätzgenauigkeit des Druckmodells. Die verwendeten Druck-Volumen-Kennlinien werden dabei statisch bei Fahrzeugstart adaptiert bzw. aufgenommen und als Funktion mit dem zugehörigen Funktionsparametern oder als Tabelle abgelegt.
• In 5 ist ein möglicher Signalflussplan der Softwarestruktur dargestellt. Bezugszeichen 101 stellt dabei den Aktor p_HZ(t) = f(s_K(t)) dar, welcher detailliert in 1 dargestellt ist. Die Sensorik des Aktors liefert den HZ-Druck 121 und den HZ-Kolbenweg 135 über die Auswertung eines Drehwinkelgebers. Weitere Sensorsignale, wie Fahrersolldruck, Pedalposition, Motorphasenströme, Batterieströme usw., sind hier nicht aufgeführt, können aber mit berücksichtigt werden.
• Das Druckmodell 103 berechnet die aus den Signalen 121 und 135 die verschiedenen Radbremsendrücke 131 als Funktion des zeitlichen Druckverlaufs p_HZ(t) im HZ und/oder des DK-Kolbenweges s_K(t), oder als Funktion von beiden, wobei p_R(t) = f(p_HZ) oder p_R(t) = f(p_HZ, s_K) oder p_R(t) = f(S_K) gilt.
• Über eine Adaption werden in Block 102 die Modellparameter des Druckmodells 103, wie z. B. Ersatzströmungswiderstand, Ersatzleitungsinduktivität und Druck-Volumen-Kennlinie bzw. Druck-Volumen-Kennlinie des Radzylinders und des HZ bzw. THZ, über die Temperatur, z. B. die Fahrzeugumgebungstemperatur oder mittels der durch einen Temperatursensor an einem Magnetventil oder der temperaturproportionalen Widerstandsmessung des Magnetventils gemessene Temperatur, adaptiert. Die Adaptionsvorschift kann dabei während der Entwicklung des Systems in Temperaturversuchen ermittelt werden und hinterlegt werden. Auch die Parameter der oben erwähnten Hysteresesimulation können abhängig von der Temperatur adaptiert werden. Verschiedene Fahrzeugspezifische Parameter, wie z. B. Leitungslängen oder Ein- und Ausschaltzeit des Magnetventils, können bei Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs gemessen oder aus einer Datei programmiert werden. Dazu sind entweder in einer Tabelle abhängig von der Temperatur die Modellparameter hinterlegt oder die Modellparameter errechnet und an das Modell weitergegeben. Sollten z. B. Veränderungen im Übergangsverhalten auftreten, ist es über die Adaption ebenfalls möglich, die Parameter des Modells anzupassen. Der Abgleich des Druckmodells und damit der Parameter des Druckmodells kann mehrmals hintereinander oder in kürzeren Zeitintervallen erfolgen, wenn das Druckmodell von den tatsächlich gemessenen Werten abweicht. Das Druckmodell wird ständig mitgerechnet und ist besonders im Zusammenhang mit der Druckmodulation bei ESP/ABS 104 oder anderen übergeordneten Reglern sehr wichtig für die Genauigkeit der Druckstellung. Die Radzylinderdrücke p_R(t) aus dem Druckmodell werden dem ABS/ESP-Regler zugeleitet. Der ESP/ABS-Regler 104 und besonders die Drucksteuerung bzw. Druckregelung 106 sind auf Radbremsendrücke p_R(t) als Regelgrößen angewiesen. Der ESP/ABS-Reger berechnet aufgrund der ABS/ESP-Sensorsignale wie Radgeschwindigkeiten, Querbeschleunigung, Gierrate usw. und der Radbremsendrücke p_R(t) eine Radbremsen-Solldruck p_Rsoll(t). Alternativ kann der Radbremsen-Solldruck p_Rsoll(t) auch nur ein Differenzdruck sein oder in seinem Informationsgehalt um den Druckgradienten erweitert werden. Der Radbremsen-Solldruck wird selbstverständlich für jedes Rad individuell berechnet.
• Um die Abläufe des Druckreglers 106 zu priorisieren ist dem Druckregler noch der Funktionsblock „Priorisierungeinrichtung 105 vorgeschaltet, der aufgrund der verschiedener Signale die zur Bestimmung der Prioritäten 108, z. B. werden Radschupf, Parameter der Fahrzeugquerdynamik, Druckregelabweichung, usw., herangezogen werden, die Radauswahl 109 trifft. Die Radauswahl gibt dem Druckregler 106 vor, welchen Druck welcher Radbremse(n) er als nächstes einstellen muss. Zum Beispiel hat eine Druckabbauanforderung höher Priorität als ein geforderter Druckabbau an einem anderen Rad und wird deshalb zuerst ausgeführt. Auch ist es z. B. nicht gestattet an einem Rad zwei Druckaufbauten nacheinander durchzuführen ohne in der Zwischenzeit ein anderes Rad bedient zu haben. Die Priorisierung trifft zusätzlich die Entscheidung ob ein einzelnes Rad oder simultaner Druckaufbau bzw. Druckabbau erfolgen muss und wie viele Räder daran beteiligt sind. Als Kriterium für die Priorisierung gelten vorzugsweise Radgeschwindigkeit, Radbeschleunigung, Kurvenfahrt, μ-Sprung (positiver und negativer), μ-Split Fahrbahn und Zeitpunkt der Regelung. Wird z. B. beim ersten Regelzyklus an mehreren Rädern eine Überschreitung des Sollschlupfes oder eine Radbeschleunigungsschwelle festgestellt, so wird entsprechend der Anzahl der beteiligten Räder auf simultan oder teilsimultan geschaltet. Tritt während eines Druckabbaus eines Rades eine Überschreitung des Sollschlupfes mit höherer Radbeschleunigung, z. B. –5 g, bei einem anderen Rad auf, so wird dieses teilsimulatan geregelt. Ist der Regelzyklus nahezu beendet findet keine Umschaltung mehr statt. Die jeweiligen Sollwerte für Schlupf und Beschleunigung für simultan oder teilsimultan werden bei Kurvenfahrt im Sinne kleinerer Werte geändert, um die volle Stabilität zu erhalten. Bei höheren gleitzeitigen Radwiederbeschleunigungen z. B. infolge einer entsprechenden Reibwertänderung der Fahrbahn kann ebenfalls bei entsprechenden Schlupfwerten auf simultan oder teilsimultan umgeschaltet werden. D. h., bei allen Fällen in denen ein Gewinn von Bremsweg oder Fahrstabilität erzielbar ist bzw. vorliegt, erfolgt die Umschaltung auf simultan oder teilsimultan.
• Die jeweiligen zeitlichen Abläufe, wie sie in 2 und 3 dargestellt sind, werden dann durch die Drucksteuerung bzw. -regelung 106 berechnet. Über abgespeicherte Druck-Volumen-Kennlinien wird hier unter Berücksichtigung der Hysterese der Radzylinder der geforderte HZ-Kolbenweg berechnet. Ein idealerweise untergeordneter Positionsregler stellt dann über Steuersignale 11 den gewünschten Kolbenweg ein. Dazu werden die jeweiligen Schaltventile 17a, 17b, 17c, 17d in richtiger zeitlicher Abfolge angesteuert 110.
• Es ist durchaus vorstellbar, dass das Druckmodell 103 benutzt wird, um zukünftige Raddrücke zu schätzen. Dies kann besonders für die Drucksteuerung 106 wichtig sein, um die richtigen Ventilschaltzeitpunkte zu berechnen. Die ermittelten Werte können dabei in einem Speicher zwischengespeichert werden.
• Bezugszeichenliste

1–9

Phasen im Regelzyklus

pHZ

Hauptzylinderdruck

pR

Radzylinderdruck

pRsoll

Radzylinder-Solldruck

pauf

Druckaufbau

pab

Druckabbau

p*ab

Druckänderungsgeschwindigkeit bei Druckabbau

p*an

Druckänderungsgeschwindigkeit bei Druckaufbau

SK

HZ-Kolbenweg

S*K

HZ-Kolbengeschwindigkeit

TE

Einschwingzeit vor Ventilschließen

TUm

Umschaltzeit vom Beginn Kolbenbewegung zum Öffnen des Ventils

TMUX

Gesamte Zeit, um an einem oder mehreren Rädern den gewünschten Druck einzustellen

tV

Verzugszeit zum Schließen des Magnetventils

a

Übergangsverlauf im Druck-Zeitverhalten mit Einschwingzeit vor Ventilschließen

b

Übergangsverlauf im Druck-Zeitverhalten bei harten Ventilschließen ohne Einschwingzeit

MVI

Magnetventil/Schaltventil

UMV

Spannungsverlauf 2/2-Magnetventil

RL

Strömungswiderstand in der Leitung vom HZ bzw. THZ zum Magnetventil/Schaltventil

RV

Strömungswiderstand im Magnetventil

RVR

Verbindungsleitung vom Magnetventil zum Radzylinder

R

RV + RV_R + RL

10

EC-Motor

11

Spindel

12

Spindelrückstellung

13

Drehwinkelgeber (Positionsgeber)

14

HZ bzw. THZ

15

Druckleitung vom Druckstangenkolben

16

Druckleitung vom Schwimmkolben

17a–17d

2/2-Magnetventile als Schaltventile

18a–18d

Radzylinder

19

Druckgeber

101

Aktor Hardware im Elektronik und Sensorik

102

Softwarefunktionsblock „Berechnungsvorschrift bzw. Adaption der Druckmodellparameter

103

Softwarefunktionsblock „Druckmodell”

104

Softwarefunktionsblock „ABS/ASR/ESP-Regler”

105

Softwarefunktionsblock „Priorisierung”

106

Softwarefunktionsblock „Drucksteuerung bzw.-regelung”

107

Sensorsignale der ESP/ABS-Sensorik

108

Signale zur Bestimmung der Prioritäten

109

Signal zur Vorgabe der Radauswahl

110

Ansteuerung der Schaltventile

111

Ansteuerung Motor

112

Radsolldrücke p_Rsoll(t)

121

Hauptzylinderdruck p_HZ(t)

122

Differenzdruck zur Bestimmung des Druckflusses

123

hydr. Leitungsinduktivität

124

dQ/dt

125

Integratoren

126

Durchfluss Q

127

Strömungswiderstand des Pfads vom Kolben-Zylindersystem (14, HZ) über das Schaltventil (17a, 17b, 17c, 17d) bis zum Radzylinder

128

Druckabfall an 127

129.i

aktuelles Volumen am Rad

130

Volumen-Druck-Kennlinie (Kapazität) des Radzylinders und der zugehörigen Anschlussleitungen

131

Radzylinderdruck p_R(t)

132

Volumen-Druck-Kennlinie (Kapazität) des Hauptbremszylinders bei geschlossenen Schaltventilen

133

aktuelles Volumen im Hauptbremszylinder

134

Summationsblock

135

HZ-Kolbenweg s_K(t)

• 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 [0003, 0004, 0006, 0029]
• EP 6724475 [0039]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• Bremsenhandbuch 2. Auflage v. 2004 S. 114–119 [0002]

Claims (9)

1. Bremssystem mit einem Bremskraftverstärker, dessen Kolben-Zylindersystem (14, HZ, THZ), insbesondere durch Übertragungsmittel, mechanisch oder hydraulisch von einem Elektromotor angetriebenen ist, wobei mindestens ein Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystems (14, HZ, THZ) über hydraulische Leitungen mit mindestens zwei Radbremsen in Verbindung ist, wobei jeweils einer Radbremse ein 2/2-Wege-Schaltventil (17a, 17b, 17c, 17d) zugeordnet ist und die hydraulischen Verbindungsleitungen zwischen den Radbremsen (18a, 18b, 18c, 18d) und dem Kolben-Zylindersystem (14, HZ) wahlweise getrennt oder gemeinsam mittels der 2/2-Wege-Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) verschließbar ist bzw. sind, so dass in den Radbremsen (18a, 18b, 18c, 18d) nacheinander im Sinne eines Multiplexverfahrens und/oder gleichzeitig ein Druck einregelbar ist, wobei der Elektromotor und die Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) von einer Regeleinrichtung angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mittels eines Druckmodells (103) den jeweiligen Druck (p_R(t)) in den Radbremsen berechnet und die berechneten Druckwerte (p_R(t)) zumindest einem ABS-/ESP-Regler (104) und einer Druckregeleinnrichtung (106) übermittelt, wobei die Druckregeleinrichtung (106) zumindest die 2/2-Wege-Schaltventile (17a, 17b, 17c, 17d) sowie den Elektromotor ansteuert, und dass eine Priorisierungseinrichtung (105) zumindest anhand der von dem ABS-/ESP-Regler (104) übermittelten Daten eine Radauswahl vornimmt und diese der Druckregeleinrichtung (106) übermittelt.
2. Bremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ABS-/ESP-Regler (104) anhand von Sensorsignalen und dem vom Druckmodell (103) übermittelten Druckwerten (p_R(t)) den Solldruck (p_Rsoll(t)) und/oder die Druckänderung (dp_RSoll(t)) für die Räder bzw. Radbremsen ermittelt.
3. Bremssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rechner (MCU), insbesondere mittels Software-Modulen, das Druckmodel, den ABS-/ESP-Regler und die Drucksteuerung abbildet und die jeweiligen Berechnungen durchführt.
4. Bremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmodell (103) die Druckwerte (p_R(t)) anhand des Drucks (p_HZ(t)) im Arbeitsraum des Kolben-Zylindersystem (14, HZ, THZ), der Kolbenposition (s_HZ(t)) oder anhand des Drucks (p_HZ(t)) und der Kolbenposition (s_HZ(t)) berechnet.
5. Bremssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die Druckmodellparameter anhand der ermittelten Temperatur im Bremssystem oder an bestimmten Stellen im Bremssystem, insbesondere in den Radbremsen, Hydraulikleitungen, 2/2-Wege-Schaltventilen und/oder dem Kolben-Zylinder-System ermittelten Temperaturen, adaptiert.
6. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierungseinrichtung (105) die Priorisierung der Radauswahl anhand des Kriteriums „optimaler Bremsweg” und/oder „Stabilität der Regelung” vornimmt.
7. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierungseinrichtung (105) bei einem gerade erfolgenden Druckabbau in einer oder mehreren Radbremsen nicht gleichzeitig einen Druckaufbau in einer oder mehreren Radbremsen zulässt und umgekehrt.
8. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorisierungseinrichtung (105) bei einem Radschlupf größer als die Schlupfgrenzwert und/oder bei einer Radbeschleunigung oder Verzögerung von größer +/– 10 g, vorzugsweise 5 g bzw. –5 g, auf simultanen oder teil-simultanen Druckaufbau bzw. Druckabbau schaltet.
9. Bremssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Recheneinheit (MCU2) eine Plausibilitätsprüfung der Ein-, Ausgangsignale und/oder Zwischensignale des gesamten Regelkreises bzw. der Wirkkette Druckmodell (103), ABS/ESP-Regler (104), Priorisierungseinrichtung (105) und Drucksteuerung (106) durchführt.

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