DE4442326A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Druckgröße - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer DruckgrößeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Ermittlung eines Differenzdruckes, insbesondere in einer
Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfre
gelung.
Üblicherweise werden Differenzdrücke mittels Sensoren er
faßt. Solche Sensoren sind sehr teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung bereit zustellen, mit der der Differenz
druck, insbesondere in einer Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder
Antriebsschlupfregelung zu schaffen, die billig ist
und nur einen sehr geringen Aufwand erfordert.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsge
mäßen Verfahren kann der Differenzdruck, insbesondere in ei
ner Bremsanlage mit Blockierschutz- und/oder Antriebs
schlupfregelung einfach und kostengünstig ermittelt werden.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbil
dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1
eine schematische Darstellung wesentlicher Elemente der er
findungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 verschiedene über der
Zeit aufgetragene Ansteuersignale und Fig. 3 und 4 ver
schiedene über der Zeit aufgetragene Drucksignale.
Es ist bekannt, daß zur Modulation des Druckes in den ein
zelnen Radbremsen eines Fahrzeugs, das mit einer Blockier
schutz- und/oder Antriebsschlupfregelung ausgerüstet ist,
elektrisch betätigbare Einlaß- und Auslaßventile verwendet
werden. Hierzu dienen vorzugsweise Zweiwegeventile, also
Hydraulikventile, die nur zwei Schaltpositionen (offen oder
geschlossen) aufweisen. Der gewünschte Druckaufbaugradient
oder der Druckabbaugradient wird durch Ansteuerung der Ven
tile mit Puls folgen und Variieren des Puls
dauer-/Pulspausenverhältnisses erreicht.
Das Einlaßventil, das in der Bremsleitung zwischen dem
Bremsdruckgeber bzw. dem Hauptbremszylinder und der Rad
bremse eingefügt ist, ist im allgemeinen in seiner Ruhestel
lung auf Durchlaß geschaltet, während das Auslaßventil, das
zum Druckabbau dient, in der Ruhestellung den Druckmittelweg
zurück zum Hauptbremszylinder über eine Pumpe oder einen
Druckausgleichsbehälter sperrt.
Anstelle der Einlaß-/Auslaßventilpaare können auch Ventilan
ordnungen mit drei Schaltpositionen (Druckaufbau, Druckkon
stanthaltung und Druckabbau) verwendet werden.
In Fig. 1 sind die Verhältnisse am Beispiel eines Einlaß
ventils und eines Auslaßventils einer Blockierschutz- und/oder
Antriebsschlupfregelung dargestellt. Die beschrie
bene Vorgehensweise ist nicht allein auf die Verwendung bei
Einlaßventilen und Auslaßventilen bei Bremsanlagen mit
Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung beschränkt.
Das Einlaßventil 100 steht über einen ersten Anschluß über
eine erste Leitung 105 mit einem Hauptbremszylinder 110 in
Verbindung. In der ersten Leitung herrscht üblicherweise ein
Druck PV. über eine zweite Leitung 115 steht der zweite An
schluß des Magnetventils 100 mit der Radbremse 120 in Ver
bindung. In der zweiten Leitung 115 herrscht der Druck PW,
der die Bremskraft des Rades bestimmt.
Von der zweiten Leitung 115 besteht eine Verbindung zu einem
Anschluß eines Auslaßventil 160, dessen zweiter Anschluß mit
einer Rückförderpumpe 170 in Verbindung steht.
Bei dem dargestellten Einlaßventil 100 handelt es sich um
ein sogenanntes 2/2-Magnetventil. In der Ruhestellung, so
lange kein Strom fließt, gibt das Magnetventil 100 den
Durchfluß zwischen der ersten Leitung 105 und der zweiten
Leitung 115 frei. In dieser Stellung wird der Magnetven
tilanker durch eine Feder gehalten. Durch Bestromen einer
Spule 130 wird eine Kraft entgegen der Federkraft ausgeübt,
die das Ventil in seine Schließstellung bringt.
Bei dem dargestellten Auslaßventil 160 handelt es sich eben
falls um ein sogenanntes 2/2-Magnetventil. In der Ruhestel
lung, solange kein Strom fließt, sperrt das Magnetventil 160
den Durchfluß zwischen der zweiten Leitung 115 und der Rück
förderpumpe 170. In dieser Stellung wird der Magnetventilan
ker durch eine Feder gehalten. Durch Bestromen einer Spule
165 wird eine Kraft entgegen der Federkraft ausgeübt, die
das Ventil in seine Öffnungsstellung bringt.
Die Spule 165 steht mit einem ersten elektrischen Anschluß
mit einer Versorgungsspannung Ubat und mit einem zweiten An
schluß mit einem Schaltmittel 180 in Verbindung. Entspre
chend steht die Spule 130 über einen ersten elektrischen An
schluß mit der Versorgungsspannung Ubat und mit einem zwei
ten Anschluß mit einem zweiten Schaltmittel 140 in Verbin
dung.
Als Schaltmittel werden vorzugsweise Feldeffekttransistoren
verwendet. Der Steueranschluß des ersten Schaltmittels 180
steht mit einer Steuereinheit 150 in Verbindung. Über diese
Verbindung wird das erste Schaltmittel mit einem ersten An
steuersignal A1 beaufschlagt. Der Steueranschluß des zweiten
Schaltmittels 130 steht ebenfalls mit der Steuereinheit 150
in Verbindung und wird von dieser mit einem zweiten Ansteu
ersignal A2 beaufschlagt.
Durch Schließen der Schaltmittel 140 und 180 wird der Strom
fluß zwischen der Versorgungsspannung durch die Spule 130
bzw. 165 zum Masseanschluß freigegeben.
Bei der Steuereinheit 150 handelt es sich vorzugsweise um
eine Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung. Diese
verarbeitet verschiedene Signale verschiedener Sensoren bzw.
Signale anderer Steuereinheiten, wie beispielsweise einer
Fahrgeschwindigkeitsregelung und/oder einer Fahrgeschwindig
keitsbegrenzung. Insbesondere verarbeitet diese Einrichtung
Signale von Drehzahlsensoren 190, die die Drehzahlen der
verschiedenen Räder des Kraftfahrzeuges erfassen. Ausgehend
von den verschiedenen verarbeiteten Signalen bestimmt die
Steuereinheit 150 die Signale A1 und A2 zur Ansteuerung der
Spulen 130 und 165.
Mittels der Ventile 100 und 160 kann der Druckaufbau und der
Druckabbau in der zweiten Leitung 150 und damit im Radbrems
zylinder 120 gesteuert werden.
Ist das Ventil 100 geschlossen, bildet sich zwischen der er
sten Leitung 105 und der zweiten Leitung 115 eine Druckdif
ferenz aus. Um eine optimale Ansteuerung des Magnetventils
100 zu ermöglichen, muß die Druckdifferenz PD zwischen der
Leitung 105 und der Leitung 115 bekannt sein.
Der Druck PV im Hauptbremszylinder 110 hängt im wesentlichen
von der Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer ab. Je
nachdem, wie stark der Fahrer das Bremspedal betätigt, nimmt
der Druck PV unterschiedliche Werte an.
Zur Verdeutlichung der Vorgehensweise sei auf Fig. 2 ver
wiesen. In Fig. 2a ist das Ansteuersignal A1 für das Ventil
160 und in Fig. 2b das Ansteuersignal A2 für das Ventil 100
sowie die jeweiligen Ansteuerzeiten AT1, AT2, . . . AT7 aufge
tragen. In Fig. 2b ist der Druck PW in der Leitung 115, der
dem Radbremsdruck entspricht, aufgetragen.
Bei Betätigung des Bremspedals durch den Fahrer baut sich im
Hauptbremszylinder 110 ein Druck PV auf. Bis zum Zeitpunkt
T1 wird das Magnetventil 100 mit einem Ansteuersignal A2 be
aufschlagt, das einen niederen Pegel aufweist. Das erste An
steuersignal A1 weist ebenfalls einen niederen Pegel auf.
Dies bedeutet, daß die Spule 165 ebenfalls nicht bestromt
wird. Beide Magnetventile befinden sich daher in ihrer Ruhe
stellung. Dies bedeutet, der Druck PV, der vom Fahrer durch
die Bremspedalbetätigung vorgegeben wird, wirkt auf den Rad
zylinder 120. Der Druck in der Leitung 115 nimmt also eben
falls den Wert PV an.
Zum Zeitpunkt T1 erkennt die Steuereinheit 150 anhand der
Auswertung der Drehzahlsensoren 190 eine Blockierneigung ei
nes Rades. Ab diesem Zeitpunkt T1 werden beide Ansteuer
signale A1 und A2 auf einen hohen Pegel gesetzt. Dies bedeu
tet, die Schalter 140 und 180 schließen. Beide Magnetventile
werden bestromt und gehen in ihre Arbeitsposition. Dies hat
zur Folge, daß der Druck in der ersten Leitung 105 auf dem
Wert PV verbleibt. Der Druck in der Leitung 115 dagegen auf
einen kleineren Wert abfällt und die Bremswirkung des Rades
nachläßt.
Nachdem der Druck abgefallen ist, wird das Ansteuersignal A1
zurückgenommen, worauf das Magnetventil 160 den Druckabbau
unterbricht und der Druck konstant bleibt.
Anschließend folgt eine Aufbaupulsreihe. Durch Öffnen des
Magnetventils 100 wird der Druck im Radbremszylinder 120 in
mehreren Stufen auf seinen ursprünglichen Wert angehoben.
Üblicherweise ist ein Wert AZS für die Anzahl der Stufen und
ein Wert ATS für die Gesamtdauer der Ansteuerung fest vorge
ben. In dieser Zeit bleibt das Magnetventil 160 geschlossen.
Zu den Zeitpunkten T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 nimmt die
Steuereinheit 150 das zweite Ansteuersignal A2 jeweils für
eine bestimmte Zeitdauer ATN zurück. Die Zeitdauer, für die
das Ansteuersignal A2 jeweils zurückgenommen wird, bestimmt
den Wert, um den der Druck PW in der zweiten Leitung 115 je
weils ansteigt. Bei einer längeren Ansteuerdauer steigt der
Druck um einen größeren Wert an, als bei einer kurzen An
steuerdauer.
Bei jeder Zurücknahme des zweiten Ansteuersignals A2 steigt
der Druck abhängig von der Dauer der Zurücknahme um einen
bestimmten Wert an. Zum Zeitpunkt T8 hat der Druck wieder
seinen ursprünglichen Wert erreicht. Zum Zeitpunkt T9 wird
wieder eine Blockierneigung eines Rades erkannt, und die
Steuereinrichtung 150 gibt wieder ein erstes Ansteuersignal
100 vor, das einen Druckabbau in der zweiten Leitung 115 und
somit eine Zurücknahme der Bremskraft zur Folge hat. Zum
Zeitpunkt T9 entspricht dem Zeitpunkt T1, bei dem ein neuer
Regelzyklus des Antiblockierreglers bzw. des Antriebs
schlupfreglers startet.
Um eine optimale Vorgabe des Ansteuersignals A2 zu errei
chen, muß der Differenzdruck PD zwischen dem Druck PW und
dem Druck PV im Hauptbremszylinder 110 bekannt sein. Um
Drucksensoren einzusparen, wird wie folgt vorgegangen.
Bei bekanntem Druckgradient, d. h., wenn die Änderung des
Drucks pro Zeiteinheit bekannt ist, kann aus der Dauer des
Ansteuersignals A1 bzw. A2 die Änderung des Drucks PW in der
zweiten Leitung 115 geschätzt und daraus der Druckdifferenz
PD zwischen dem Druck PW in der Leitung 115 und dem Druck PV
im Hauptbremszylinder 110 ermittelt werden.
Der neue Wert PDi+1 für den Differenzdruck ergibt sich sich
gemäß der folgenden Formel:
PDi+1 = PDi + ATi * AUSG (1)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, ATi
ist die Dauer der Ansteuerung seit der letzten Berechnung
des Differenzdruckes. Die Ansteuerzeit entspricht der Dauer
des Ansteuersignals A2. Bei der Größe AUSG handelt es sich
um einen Druckgradient in druckaufbauender Richtung, der
auch als Aufbaugradient bezeichnet werden kann. Dieser
Druckgradient gibt an, um welchen Wert der Druck innerhalb
einer Zeiteinheit ansteigt.
Es wird also ausgehend von der Ansteuerdauer, die der Zeit
entspricht, in der das Ventil 100 geöffnet ist, und der Än
derung des Druckes pro Zeiteinheit die Änderung des Druckes
PW in der zweiten Leitung geschätzt und damit der Differenz
druck.
Im Anschluß muß der Differenzdruck PD, der sich durch den
Druckabbau verändert, geschätzt werden. Hierzu sind ver
schiedene Möglichkeiten vorgesehen.
Bei der ersten Möglichkeit erfolgt die Schätzung entspre
chend wie beim Druckaufbau gemäß der folgenden Formel:
PDi+1 = PDi + AT * ABG (2)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, AT ist
die Ansteuerdauer des Ventils 160. Die Ansteuerdauer ent
spricht der Dauer des Ansteuersignals A1. Bei der Größe ABG
handelt es sich um einen Druckgradienten in druckabbauender
Richtung, der auch als Abbaugradient bezeichnet werden kann.
Dieser Druckgradient gibt an, um welchen Wert der Druck in
nerhalb einer Zeiteinheit abfällt.
Bei einer zweiten Möglichkeit wird der neue Differenzdruck
PDi+1 ausgehend von der Gesamtdauer AT der Ansteuerzeiten
ATi der Druckaufbauphase und dem Aufbaugradienten AUSG gemäß
der folgenden Formel bestimmt.
PDi+1 = PDi - AT * AUSG (3)
Hierbei ist PDi der alte Wert für den Differenzdruck, der am
Ende der Aufbaupulsreihe vorlag. Hierbei ergibt sich als
neuer Differenzdruck der Wert des Differenzdrucks, der vor
dem Start des Druckaufbaus vorlag.
Allgemein ergibt sich der neue Wert des Differenzdruckes aus
dem alten Wert des Differenzdruckes, der Ansteuerdauer des
Magnetventils und dem Druckgradienten.
Treten das erste Ansteuersignal A1 zu früh oder zu spät auf
muß eine Korrektur erfolgen. Zu früh bedeutet, das der Wert
AZS für die Gesamtansteuerdauer oder der Wert ATS für die
Anzahl der Ansteuerimpulse noch nicht erreicht ist.
Bei einer ersten Variante wird der neue Startwert PDi+1 für
den Differenzdruck ausgehend von dem alten Startwert für den
Differenzdruck PDi gemäß folgender Formel ermittelt:
Bei dem Wert AT handelt es sich um die Summe der Dauer der
Ansteuerimpulse der Aufbaupulsreihe des vorhergehenden Re
gelzyklus. Bei dem Wert K1 handelt sich um eine Konstante.
Bei dem Wert P100 handelt es sich um eine Reglergröße, die
eine geschätzte Gesamtansteuerzeit für den Druckaufbau bis
zur Blockierneigung des Rades enthält.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird der
Startwert für den Differenzdruck gemäß der folgenden Formel
bestimmt:
PDi+1=PDi-K2 * SIGN(AZ-AZS) * |F(Az-AZS)| (5)
Bei dem Wert AZS handelt es sich um die Anzahl der Ansteuer
impulse, für die üblicherweise das Ventil 100 bei einem Re
gelzyklus angesteuert wird. Bei dem Wert AZ handelt es sich
um die tatsächliche Anzahl der Ansteuerimpuls des vorherge
henden Regelzyklus. Bei dem Wert K2 handelt sich um eine
Konstante. Bei F ist eine beliebige Funktion, vorzugsweise
wird die Differenz quadriert.
Ausgehend von dem Vergleich zwischen dem üblichen Wert AZS
für die Anzahl der Druckaufbaupulse und der tatsächlichen
Anzahl AZ der Druckaufbauimpulse wird der Wert für den Dif
ferenzdruck PD korrigiert.
In Fig. 3 sind verschiedene Druckverläufe über der Zeit
aufgetragen. In Fig. 3a ist die Reglergröße P100, in Fig.
3b ist der tatsächliche Druck PW in der zweiten Leitung 115
und damit im Radbremszylinder und in Fig. 3c der geschätzte
Differenzdruck PD über der Zeit aufgetragen.
Zu Beginn der Regelung zum Zeitpunkt 1 wird der Differenz
druck auf fest vorgegebenen Anfangswert gesetzt. Zu den
Zeitpunkten 2, 5, 8 und 11 starten die Aufbaupulsreihen,
d. h. es erfolgt eine Ansteuerung, wie in der zweiten Zeile
der Fig. 2 dargestellt. Und es wird gemäß Formel (1) der
Differenzdruck berechnet. Dieser Vorgang wird abgebrochen,
sobald eine positive Flanke des Ansteuersignals A1 auftritt.
Dies erfolgt zu den Zeitpunkten 3, 6, 9 und 12.
Bei diesen Zeitpunkten wird der Differenzdruck wieder auf
einen Wert gesetzt, der sich gemäß den Formeln (2) oder (3)
ergibt. Danach wird der Differenzdruck gemäß den Formeln (4)
oder (5) korrigiert.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten beispielhaften Druckverlauf,
erfolgt zum Zeitpunkt 4 keine Korrektur, da sich der Wert
P100 erreicht wurde bzw. die übliche Anzahl von Druckaufbau
impulsen erfolgten. Zum Zeitpunkt 7 wird der Differenzdruck
PD auf einen höheren Wert korrigiert, da der Wert P100 nicht
erreicht wurde bzw. weniger Druckaufbauimpulse aufgetreten
sind als üblich. Zum Zeitpunkt 10 wird der Differenzdruck
auf einen niedrigeren Wert korrigiert, da der Wert P100
überschritten wurde bzw. mehr Druckaufbauimpulse aufgetreten
sind als üblich.
In Fig. 4 ist der Druck PV im Hauptbremszylinder 110 und
der Druck PW in der Radbremse aufgetragen. Die Zeitpunkte
sind entsprechend, wie in Fig. 3 bezeichnet. Zum Zeitpunkt
(0) betätigt der Fahrer die Bremse. Ab diesem Zeitpunkt baut
sich im Hauptbremszylinder Druck auf. Der Druck PV steigt
an. Zum Zeitpunkt (1) erkennt die Steuereinrichtung 150 ein
Rad mit Blockierneigung. Durch ein entsprechendes Ansteuer
signal wird das Magnetventil 160 geöffnet und das Magnetven
til 100 geschlossen. Dies hat ab dem Zeitpunkt (1) ein
Druckabbau zur Folge. Ab dem Zeitpunkt (2) beginnt eine Auf
baupulsreihe, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der
Differenzdruck PD entspricht der Differenz zwischen dem
Druck PV und dem Druck PW. Mit einem Pfeil ist auch die Reg
lergröße P100 eingezeichnet, diese Größe ist ein Maß für den
Druckabbau, bzw. für den Druckbereich zwischen denen der
Druck während des Regelzyklusses ab Zeitpunkt (1) schwankt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Ermittlung einer Druckgröße, insbesondere
bei einer Bremsanlage, mit wenigstens einem ersten Magnet
ventil, das eine erste Leitung und eine zweite Leitung ver
bindet, wobei ein Differenzdruck (PD) zwischen einem ersten
Druck (PV) in der ersten Leitung und einem zweiten Druck
(PW) in der zweiten Leitung ausgehend von einem vorgegebenen
Druckgradienten, einem Signal, das die Dauer der Ansteuerung
des ersten Magnetventils kennzeichnet und von dem Differenz
druck vor der Ansteuerung, ermittelbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Differenzdruck ausgehend von einem Druckgradienten in
druckaufbauender Richtung (AUSG) und der Ansteuerdauer (AT)
des ersten Magnetventils ermittelbar ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Differenzdruck ausgehend von einem
Druckgradienten (ABG) in druckabbauender Richtung und der
Ansteuerdauer (AT) eines zweiten Magnetventils, das zwischen
der zweiten Leitung und einer dritten Leitung angeordnet
ist, ermittelbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
nach der Ansteuerung des zweiten Magnetventils der Dif
ferenzdruck abhängig von dem Vergleich zwischen einer Größe
(P100), die einer erwarteten Ansteuerdauer entspricht, und
der tatsächlichen Ansteuerdauer (AT) des ersten Magnetven
tils seit der letzten Ansteuerung des zweiten und/oder des
ersten Magnetventils, korrigierbar ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß nach der Ansteuerung des zweiten Magnet
ventils der Differenzdruck abhängig von dem Vergleich zwi
schen der Anzahl (AZS) der üblichen Ansteuerimpulse und der
tatsächlichen Anzahl (AZ) der Ansteuerimpulse des ersten Ma
gnetventils seit der letzten Ansteuerung des zweiten
und/oder des ersten Magnetventils, korrigierbar ist.
6. Vorrichtung zur Ermittlung einer Druckgröße, insbesondere
bei einer Bremsanlage, mit wenigstens einem ersten Magnet
ventil, das eine erste Leitung und eine zweite Leitung ver
bindet, mit Mitteln die einen Differenzdruck (PD) zwischen
einem Druck (PV) in der ersten Leitung und einem Druck (PW)
in der zweiten Leitung ausgehend von einem Druckgradienten,
einem Signal, das die Dauer der Ansteuerung des ersten Ma
gnetventils kennzeichnet und von dem Differenzdruck vor der
Ansteuerung, ermittelbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die den Differenzdruck
ausgehend von einem Druckgradienten (ABG) in druckabbauender
Richtung und der Ansteuerdauer (AT) eines zweiten Magnetven
tils, das zwischen der zweiten Leitung und einer dritten
Leitung angeordnet ist, ermitteln.
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