DE4303206A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße für eine Bremsanlage mit Blockierschutzregelung - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße für eine Bremsanlage mit BlockierschutzregelungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen
der Pedalkraft als Regelgröße bei einem geregelten Bremsvor
gang, für eine Bremsanlage mit Blockierschutzregelung, die
eine elektromotorisch angetriebene Hydraulikpumpe zur Rück
förderung des während der Bremsdruckregelung aus den Radbrem
sen abgeleiteten Druckmittels oder zur Hilfsdruckerzeugung
aufweist. Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Ver
fahrens, mit Sensoren zur Ermittlung des Raddrehverhaltens
und einem elektronischen Regler zur Auswertung der Sensorsi
gnale und zur Erzeugung von Bremsdruck-Steuersignalen sowie
zur Ansteuerung der elektromotorisch angetriebenen Hydraulik
pumpe gehört ebenfalls zur Erfindung.
Die Ermittlung der Pedalkraft und des sich daraus ergebenden
Vordrucks bei blockiergeschützten Bremsanlagen bereitet
Schwierigkeiten. Grundsätzlich wäre es natürlich möglich, die
Pedalkraft mit Hilfe von Kraftsensoren, z. B. mit bekannten
Dehnungsmeßstreifen, zu ermitteln. Der Aufwand für solche
Meßeinrichtungen wäre jedoch hoch, zumal zusätzlich noch
Überwachungseinrichtungen erforderlich wären. Aus Kostengrün
den wird daher auf solche Meßeinrichtungen verzichtet, obwohl
sich der Vordruck erheblich auf die Bremsdruckregelung aus
wirkt und daher eine Kenntnis des Vordrucks für die Rege
lungsgüte und den Regelungskomfort wichtig wäre.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die während ei
ner geregelten Bremsung auf das Bremspedal ausgeübte Kraft
und damit den durch diese Kraft hervorgerufenen Vordruck zu
ermitteln, um ihn in den Regelungsablauf einbeziehen zu kön
nen. Eine evtl. Erhöhung des Herstellungsaufwands der Brems
anlage sollte natürlich so gering wie möglich sein.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit einem Verfahren
der eingangs genannten Art gelöst werden kann, dessen Beson
derheit darin besteht, daß während einer Regelbremsung der
Antriebsmotor der Hydraulikpumpe zur Messung des Vordrucks
für eine vorgegebene Zeitspanne abgeschaltet bzw. auf Genera
torbetrieb umgeschaltet und die Höhe der Generatorspannung
sowie deren Verlauf oder Abklingverhalten zur näherungsweisen
Ermittlung des pedalkraftabhängigen Vordrucks ausgewertet
wird.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens
ist in Anspruch 7 beschrieben.
Die Erfindung beruht also auf der Erkenntnis, daß bereits aus
einem sehr kurzen, die Funktion nicht störenden Unterbrechen
der Ansteuerung des Pumpen-Antriebsmotors bzw. einem kurzzei
tigen Umschalten auf Generatorbetrieb eine Information über
den sogen. Vordruck bzw. über die momentane Bremspedalkraft
gewonnen werden kann. Die Generatorspannung nach dem Abschal
ten und deren Abklingverhalten werden nämlich, wie aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervorgeht,
weitgehend von der abverlangten Leistung beeinflußt, die wie
derum von dem Vordruck bzw. der Pedalkraft abhängig ist.
Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungs
gemäßen Verfahrens werden die Zeitspannen zur Messung des
Vordrucks durch eine Folge kurzer Pulse vorgegeben, während
deren Dauer jeweils die Höhe und das Abklingverhalten der Ge
neratorspannung ausgewertet werden. Es hat sich als zweck
mäßig erwiesen, wenn die kurzen Pulse im Abstand von 0,5 bis
1 s (1 bis 2 Hz) aufeinanderfolgen und wenn die Dauer dieser
Pulse zwischen 30 und 200 ms liegt. Die Betriebsunterbrechung
bzw. das Abschalten der Pumpe für solch kurze Zeitspannen
stört in keiner Weise die Blockierschutzregelung.
Eine weitere Ausführungsart der Erfindung für eine Bremsanla
ge, bei der die Hydraulikpumpe mit einer Pulsfolge angesteu
ert wird, besteht darin, daß nach jedem Ansteuerpuls der Pum
penmotor auf Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wobei wie
derum die Höhe und das Abklingen der Generatorspannung die
gewünschten Informationen enthalten.
Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in Abhängigkeit
von dem Vordruck eine oder mehrere der folgenden Regelgrößen
zu variieren bzw. einzustellen oder voreinzustellen:
(mittlerer) Bremsdruckaufbaugradient
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile
Regelfrequenz.
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile
Regelfrequenz.
In einem anderen Fall ist es zweckmäßig, in Abhängigkeit von
dem Vordruck die Förderleistung oder (mittlere) Drehzahl der
Hydraulikpumpe zu variieren.
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens besitzt eine Meßschaltung, die während ei
ner Regelbremsung den Antriebsmotor der Hydraulikpumpe für
eine oder eine Folge von vorgegebenen Zeitspannen abschaltet
bzw. auf Generatorbetrieb umschaltet, die während dieser
Zeitspannen die Höhe und das Abklingverhalten der Generator
spannung mißt, die diese Meßwerte zur näherungsweisen Er
mittlung des Vordrucks auswertet und die ein den Vordruck
darstellendes Signal dem elektronischen Regler zuführt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der
Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung anhand der
beigefügten Abbildungen hervor.
Es zeigen
Fig. 1 im Blockschaltbild die wichtigsten elektronischen
Einheiten einer Schaltungsanordnung nach der Erfin
dung und
Fig. 2 im Diagramm den Verlauf der Generatorspannung in
drei charakteristischen Situationen, nämlich bei
niedrigem (Fig. 2A), mittlerem (Fig. 2B) und hohem
Vordruck (Fig. 2C).
Die Schaltung nach Fig. 1 gehört zu einem elektronisch gere
gelten Antiblockiersystem. Die wichtigste Information für
die Regelschaltung stellt das Drehverhalten der einzelnen
Fahrzeugräder dar. Diese Informationen werden in bekannter
Weise mit Hilfe von Radsensoren S1 bis S4 gewonnen, die in
Zusammenwirkung mit einem Impulsgeber oder einer Zahnschei
be, die mit dem Rad umläuft - angedeutet sind Zahnscheiben 1
bis 4 - eine Pulsfolge erzeugen, deren Frequenz dem Raddreh
verhalten entspricht.
Nach Aufbereitung der Radsensorsignale in Aufbereitungs
schaltkreisen 5 bis 8 werden durch logische Verknüpfung in
einem Schaltkreis 9 eine sogen. Fahrzeugreferenzgeschwindig
keit und durch Differentiation der einzelnen Radgeschwindig
keitssignale in Schaltkreisen 10 bis 13 weitere für die Re
gelung benötigte Signale gebildet. Durch Vergleich der Ge
schwindigkeit der einzelnen Räder mit der gemeinsamen Fahr
zeugreferenzgeschwindigkeit wird in einem weiteren Schalt
kreis 14 der Schlupf jedes einzelnen Rades ermittelt. Aus
dem Schlupf (14), der Fahrzeugreferenzgeschwindigkeit (9),
der Radbeschleunigung und dem Ruck (10 bis 13) werden in ei
nem aufwendigen weiteren elektronischen Schaltkreis 15, der
einen oder mehrere Microcomputer bzw. Microcontroller ent
hält, die Bremsdrucksteuersignale erzeugt. In Fig. 1 symbo
lisiert ein Schaltblock 16 die Endstufen für die Ansteuerung
von elektrisch betätigbaren Hydraulikventilen 17, die in be
kannter und daher hier nicht näher dargestellter Weise in
die Bremsleitungen der Bremsanlage eingefügt sind und beim
Einsetzen der Blockierschutzregelung den Bremsdruck konstant
halten, abbauen und wieder erhöhen. "17" zeigt symbolisch
eine Spule nur eines Ventils; bei bekannten und marktgängi
gen Antiblockiersystemen ist jedes Rad mit einem Ein
laß-/Auslaßventilpaar zur radindividuellen Bremsdruckrege
lung ausgerüstet.
Außerdem wird bei einem Antiblockiersystem (mindestens) eine
Hydraulikpumpe zur Rückförderung des in der Bremsdruckabbau
phase aus den Radbremsen abgeleiteten Druckmittels in den
Hauptzylinder oder - bei offenen Systemen - zur Hilfsdruck
erzeugung benötigt. Der elektrische Antriebsmotor einer sol
chen Hydraulikpumpe bzw. eines Motor-Pumpen-Aggregats sind
in Fig. 1 mit 19, die zugehörige elektronische Ansteuer
schaltung mit 18 bezeichnet. Die Motorsteuerung 18 wird
ebenfalls durch Ausgangssignale des Reglers 15 gesteuert.
Erfindungswesentlich ist eine Meß- und Auswerteschaltung
21-23, die zur näherungsweisen Ermittlung des Vordrucks,
der wiederum von der auf das Bremspedal ausgeübten Kraft ab
hängig ist, dient. Zu diesem Zweck wird während eines gere
gelten Bremsvorganges über die Meß- und Auswerteschaltung 21-
23 der Motor-Ansteuerschaltung 18 ein Signal zugeführt,
das in Form eines kurzen Pulses oder einer Pulsfolge vor
liegt und zum kurzzeitigen Abschalten des Antriebsmotors 19
bzw. Umschalten des Antriebsmotors 19 auf Generatorbetrieb
dient. Die durch den Abschalt- bzw. Umschaltpuls ausgelöste
Generatorspannung UM und deren Abklingverhalten werden
über eine Signalleitung 20 einer Signalaufbereitungsschal
tung 21 zugeführt, an die sich im vorliegenden Fall ein Ana
log/Digital-Wandler 22 anschließt. Das Ausgangssignal dieses
Wandlers 22 wird schließlich in der Auswerteschaltung 23
analysiert. Es wird die momentane Situation bzw. näherungs
weise der Vordruck ermittelt und dessen Höhe dem Regler über
eine Signalleitung 24 zur Verarbeitung gemeldet. Die Höhe
des Vordrucks wird in der Reglerlogik 15 in den Algorithmus
zur Errechnung der Ventilansteuerungssignale einbezogen,
insbesondere in den Druckaufbaualgorithmus. Der erfindungs
gemäß näherungsweise ermittelte Vordruck ist eine wichtige
Größe zur Festlegung des Druckaufbaugradienten, der wiederum
in die Bemessung der Druckaufbaupulse, der Dauer dieser Pul
se und/oder des Pulsdauer-/Pulspausenverhältnisses eingeht.
Die Ansteuerung des Motor-Pumpenaggregats bzw. des Antriebs
motors 19 über die Motorsteuerungsschaltung 18 wird eben
falls durch die Höhe des in der Schaltung 21-23 ermittel
ten Vordrucks beeinflußt.
Die drei Diagramme nach den Fig. 2A-2C veranschaulichen
die unterschiedliche Höhe der Generatorspannung UM und das
unterschiedliche Abklingverhalten je nach Vordruck. Wieder
gegeben ist die Generatorspannung UM am Elektromotor 19
der Schaltung nach Fig. 1. In der Situation, auf die sich
Fig. 2A bezieht, liegt der Vordruck oder Hauptzylinderdruck
pHZ bei etwa 20 bis 40 bar. Es handelt sich also um einen
vergleichsweise geringen Vordruck. Die Generatorspannung
UM1 ist nach 100 ms auf etwa 80% ihres ursprünglichen,
zum Zeitpunkt t0 vorliegenden Wertes abgesunken. Der wei
tere Verlauf der Generatorspannung, der sich einstellen wür
de, wenn der Motor ausgeschaltet bliebe, ist gestrichelt an
gedeutet.
In der Situation nach Fig. 2B liegt ein mittlerer Vordruck
von ungefähr 100 bar vor. Das unterschiedliche Abklingver
halten im Vergleich zur Situation nach Fig. 2A ist unver
kennbar; nach 100 ms ist die Spannung auf etwa 50% ihres zum
Anfangszeitpunkt t0 herrschenden Wertes abgesunken.
Schließlich ist in Fig. 2C noch eine Situation mit ver
gleichsweise hohem Vordruck von ungefähr 200 bar darge
stellt. Nach 100 ms ist in diesem Fall die Generatorspannung
praktisch auf 0 abgesunken.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich eine erhebli
che Verbesserung der Regelung erreichen. Bisher konnte die
tatsächliche Pedalkraft nicht berücksichtigt werden. Die Re
gelalgorithmen waren auf eine mittlere Pedalkraft bzw. mitt
leren Vordruck ausgelegt. Es gibt jedoch Fälle, in denen
durch die Fußkraftänderung eine Beeinträchtigung des gere
gelten Bremsvorganges eintritt; es leidet der Bremskomfort
oder der Bremsweg wird länger als physikalisch notwendig.
Ein hoher, weit über dem Blockierdruck liegender Hauptzylin
derdruck (Vordruck), hervorgerufen durch eine zu hohe Pedal
kraft, beeinträchtigt deswegen den Komfort, weil die hohe
Differenz zwischen dem Druck im Hauptzylinder und dem Druck
in der Radbremse zu relativ hoher Regelfrequenz führt. Die
hohe Drucksteigerung pro Puls führt zu störender Geräusch
entwicklung. Diese Effekte sind proportional zur Druckdiffe
renz. Auch kann eine Schwingungsanregung am Fahrwerk eintre
ten.
Ein niedriger, jedoch über dem Blockierdruck liegender Vor
druck birgt grundsätzlich die Gefahr einer reduzierten
Bremsleistung, weil wegen der relativ niedrigen Differenz
zwischen dem Vordruck und dem Druck in der Radbremse die pro
Druckaufbaupuls erreichte Drucksteigerung relativ gering
wird.
Beiden Effekten, die durch zu hohen bzw. zu niedrigen Pedal
druck hervorgerufen werden, wird in der Praxis durch Anpas
sung des Druckaufbaualgorithmus Rechnung getragen, doch be
nötigt hierzu der Regler eine entsprechende Lernzeit.
Der Spannungsverlauf im Generatorbetrieb, nämlich die Höhe
der Generatorspannung UM und das Abklingverhalten dieser
Spannung, werden maßgeblich von der den Elektromotor abver
langten Leistung beeinflußt. Bei geringer Pedalkraft braucht
die Hydraulikpumpe (19 in Fig. 1) nur gegen einen geringen
Druck im Hauptzylinder bzw. geringen Vordruck rückzufördern.
Beim Abschalten des Motors stellt sich die Situation nach
Fig. 2A ein. Um jedoch während einer Blockierschutzregelung
gegen eine hohe Fußkraft und damit hohen Vordruck fördern zu
können, muß die Hydraulikpumpe und damit deren Antriebsmotor
19 hohe Leistung aufbringen. Während des erfindungsgemäßen
Meßvorganges zeigt sich das Verhalten bzw. der Spannungsver
lauf nach Fig. 2C. Auf einen Mittelwert oder "Standardwert",
nach dem sich bisher die Auslegung der Regelung richtete,
bezieht sich Fig. 2B.
Während einer ABS-Regelung läßt sich der Blockierdruck rela
tiv genau mit Hilfe von Plausibilitätskriterien aus dem Re
gelungsverlauf, z. B. aus der Anzahl der Druckaufbaupulse
usw., ermitteln. Entsprechendes gilt für den Reibbeiwert.
Erfindungsgemäß wird nun noch eine Information über den Vor
druck zur Verfügung gestellt, so daß die wichtigsten Infor
mationen zur Bemessung des Bremsdruckaufbaues, zur Einstel
lung der gewünschten Regelfrequenz usw. zur Verfügung ste
hen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird folglich ohne
nennenswerten Mehraufwand eine erhebliche Verbesserung der
Blockierschutzregelung erreicht.
Claims (7)
1. Verfahren zum Bestimmen der Pedalkraft als Regelgröße bei
einem geregelten Bremsvorgang, für eine Bremsanlage mit
Blockierschutzregelung, die eine elektromotorisch ange
triebene Hydraulikpumpe zur Rückförderung des während der
Bremsdruckregelung aus den Radbremsen abgeleiteten Druck
mittels oder zur Hilfsdruckerzeugung aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß während einer Regel
bremsung der Antriebsmotor der Hydraulikpumpe zur Messung
des Vordrucks für eine vorgegebene Zeitspanne abgeschal
tet bzw. auf Generatorbetrieb umgeschaltet und die Höhe
der Generatorspannung sowie deren Verlauf bzw. Abkling
verhalten zur näherungsweisen Ermittlung des pedalkraft
abhängigen Vordrucks ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zeitspannen zur Messung des
Vordrucks durch eine Folge kurzer Pulse vorgegeben wer
den, während deren Dauer jeweils die Höhe und der Verlauf
bzw. das Abklingverhalten der Generatorspannung ausgewer
tet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die kurzen Pulse in einem bestimm
ten Abstand, der im Bereich zwischen 0,5 und 1 s (1 bis 2
Hz) liegt, aufeinanderfolgen und daß die Dauer der ein
zelnen Impulse im Bereich zwischen 30 und 300 ms liegt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
für eine Bremsanlage, bei der die Hydraulikpumpe mit ei
ner Pulsfolge angesteuert wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß nach jedem Ansteuerpuls der An
triebsmotor der Hydraulikpumpe auf Generator umgeschaltet
wird und die Höhe sowie das Abklingverhalten der Genera
torspannung ausgewertet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängig
keit von dem Vordruck eine oder mehrere der folgenden Re
gelgrößen variiert bzw. eingestellt oder voreingestellt
werden:
(mittlerer) Bremsdruckaufbaugradient,
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse,
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile,
Regelfrequenz.
(mittlerer) Bremsdruckaufbaugradient,
Pulsdauer der Bremsdruckaufbaupulse
Pulsdauer/Pulspausenverhältnis der Bremsdruckaufbaupulse,
Ansteuerung der Bremsdruckabbauventile,
Regelfrequenz.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängig
keit von dem Vordruck die Förderleistung oder (mittlere)
Drehzahl der Hydraulikpumpe voreingestellt wird.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, mit Sensoren
zur Ermittlung des Raddrehverhaltens und einem elektroni
schen Regler zur Auswertung der Sensorsignale und zur Er
zeugung von Bremsdruck-Steuersignalen sowie zur Ansteue
rung der elektromotorisch angetriebenen Hydraulikpumpe,
die zur Druckmittel-Rückförderung oder zur Hilfsdrucker
zeugung dient, gekennzeichnet durch eine
Meßschaltung (21-23), die während einer Regelbremsung
den Antriebsmotor (19) der Hydraulikpumpe für eine oder
eine Folge von vorgegebenen Zeitspannen abschaltet oder
auf Generatorbetrieb umschaltet, die während dieser Zeit
spannen die Höhe und das Abklingverhalten der Generator
spannung (UM) mißt, diese Meßwerte zur näherungsweisen
Ermittlung des Vordrucks auswertet und die ein den Vor
druck darstellendes Signal dem elektronischen Regler (15)
zuführt.
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