DE10123568A1 - Controlling electromagnetically operated brake involves providing information used by controller(s) to change to control mode to initiate actuator reversal on demand by decision module - Google Patents
Controlling electromagnetically operated brake involves providing information used by controller(s) to change to control mode to initiate actuator reversal on demand by decision moduleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ansteue rung einer Bremse eines Fahrzeuges, die mittels eines Ak tuators elektromechanisch betätigbar ist, der mittels einer Kaskadenanordnung zumindest zweier Regeleinrichtun gen derart angesteuert wird, daß bei der Betätigung der Bremse ein geregeltes Moment aufgebracht wird, wobei beim Spannen der Bremse ein erster Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition und dem Aktuatormoment besteht und beim Lösen der Bremse ein zweiter Zusammenhang zwischen der Aktuatorposition und dem Aktuatormoment besteht.The invention relates to a control method tion of a brake of a vehicle, which by means of an Ak tuators is actuated electromechanically, by means of a cascade arrangement of at least two control devices is controlled in such a way that when the Brake a controlled torque is applied, with the Tensioning the brake a first relationship between the Actuator position and the actuator torque exists and at Release the brake a second relationship between the Actuator position and the actuator torque.
Aus der internationalen Patentanmeldung WO 96/033010 ist eine vorzugsweise mittels eines Elektromotors über ein Un tersetzungsgetriebe betätigbare Scheibenbremse bekannt. Das Besondere an der vorbekannten Bremse besteht darin, daß der Rotor des Elektromotors ringförmig ausgebildet ist und das Untersetzungsgetriebe radial umgreift. Durch diese Maßnah men wird eine erhebliche Verkürzung der axialen Baulänge der Betätigungseinheit erreicht.From the international patent application WO 96/033010 one preferably by means of an electric motor via an Un Reduction gear actuated disc brake known. The Special about the known brake is that the Rotor of the electric motor is annular and that Radially encompasses reduction gear. Through this measure is a significant reduction in the axial length the actuator reached.
Aus der Veröffentlichung Electromechanical Brake System: Actuator Control Development System, SAE Technical Paper Series 970814, ist ein Regelsystem zum Aufbringen definier ter Spannkräfte bei einer elektrisch betätigbaren Bremse bekannt, das durch eine Kaskadenanordnung mehrerer Regler gebildet ist. Zur Ermittlung des Istwertes der vom Aktuator aufgebrachten Spannkraft ist ein Spannkraftsensor vorgese hen, während der Ermittlung der Aktuatorposition bzw. der Aktuatordrehzahl ein Lagesensor dient. Der Offsetwert des Spannkraftsensors wird bei geöffneter Bremse bestimmt und dann während des normalen Betriebs vom Spannkraftsensorwert subtrahiert. Bei dem vorbekannten Regelsystem wird der Ab stand zwischen der ersten Reibfläche (Reibbelag) und der zweiten Reibfläche (Bremsscheibe) in der Ausgangslage des Systems, das sog. Lüftspiel, indirekt derart ermittelt, daß als Kontaktposition bzw. der Positionssensoroffset die Po sition gewählt wird, bei welcher der offsetbereinigte Spannkraftsensorwert einen vorgegebenen Schwellwert unter schreitet.From the Electromechanical Brake System publication: Actuator Control Development System, SAE Technical Paper Series 970814, is an application control system defined ter clamping forces with an electrically operated brake known that by a cascade arrangement of several controllers is formed. To determine the actual value of the actuator a clamping force sensor is provided hen, while determining the actuator position or Actuator speed serves a position sensor. The offset value of the Clamping force sensor is determined with the brake open and then during normal operation from the clamping force sensor value subtracted. In the previously known control system, the Ab stood between the first friction surface (friction lining) and the second friction surface (brake disc) in the starting position of the Systems, the so-called ventilation game, indirectly determined in such a way that as the contact position or the position sensor offset the Po sition is selected in which the offset adjusted Clamping force sensor value below a predetermined threshold below.
Ein Nachteil von Kaskadenregelungen ist die serielle Abar
beitung der Regler, bei der die Stellgröße des einen Reg
lers den Sollwert des folgenden bildet. Bei jedem digitalen
Regler existiert eine Abtast- oder Loopzeit T0, wobei er
zur Berechnung der aktuellen Stellgröße eine gewisse Zeit
Ts benötigt, die mit der Komplexität des Reglers zunimmt.
Des weiteren kommen bei Mehrprozessorensystemen noch Kommu
nikationszeiten Tk, die bei der Signalübertragung über ei
nen Bus oder andere Schnittstellen benötigt werden, hinzu.
Demnach erhält man im ungünstigsten Fall bis zur physikali
schen Ansteuerung des Aktuators eine Signallaufzeit TSignal,
die sich additiv aus den genannten Zeiten zusammensetzt:
A disadvantage of cascade controls is the serial processing of the controller, in which the manipulated variable of one controller forms the setpoint of the following. Each digital controller has a sampling or loop time T 0 , which takes a certain time T s to calculate the current manipulated variable, which increases with the complexity of the controller. Furthermore, in multiprocessor systems there are also communication times T k , which are required for signal transmission via a bus or other interfaces. Accordingly, in the worst case, a signal runtime T signal is obtained up to the physical activation of the actuator, which is additively composed of the times mentioned:
wobei m das Maximum aus der Anzahl der digitalen Regler und der Anzahl der Prozessoren bezeichnet. Ein wichtiger Betriebsfall eines Bremssystems ist der sogenannte Reversiervorgang. Hierbei wird während eines Spannkraftaufbaus, oft mit hohen zeitlichen Gradien ten (z. B. Notbremsvorgang), ein Betriebszustand (z. B. starker Schlupfeinlauf) detektiert, der ein sofortiges schnelles Lösen der Bremse erforderlich macht. Das bedeu tet, daß, sobald die Anforderung für einen solchen Rever siervorgang verfügbar ist, die maximale Stellgröße, vorzugsweise in Form einer Spannung, unverzüglich am Aktua tor vorliegen sollte. Hierdurch erhält man die durch die vorhandene Hardware (Aktuator, Zuleitungen, Elektronik) vorgegebene, minimal mögliche Reversierzeit.where m is the maximum of Number of digital controllers and the number of processors designated. An important operating case of a brake system is the so-called reversing process. This is during a clamping force build-up, often with high temporal gradients ten (e.g. emergency braking), an operating state (e.g. strong slip enema) that detects an immediate quick brake release required. That means tet that once the request for such a rever the maximum manipulated variable, preferably in the form of tension, immediately on the actua gate should be present. This gives you the through the existing hardware (actuator, supply lines, electronics) predetermined, minimum possible reversing time.
Da sich üblicherweise sowohl die oben erwähnte Signallauf zeit als auch die Reversierzeit im Millisekundenbereich be wegen, dürfen die Erstgenannten hinsichtlich eines bezüglich der Reversierzeit optimierten Systems nicht ver nachlässigt werden.Since there is usually both the signal run mentioned above time as well as the reversing time in the millisecond range because of this, the former may with regard to a system not optimized with regard to the reversing time be neglected.
Den beiden vorhin genannten Veröffentlichungen ist jedoch kein Hinweis zu entnehmen, wie diese im Betrieb der bekann ten Bremsen zu berücksichtigenden Zeiten verkürzt werden können.However, the two publications mentioned above is there is no indication as to how this can become brakes at times to be taken into account can.
Die Erfindung beruht auf der Aufgabe, ein Verfahren sowie ein System zur Ansteuerung einer elektromechanisch betä tigbaren Bremse vorzuschlagen, welche eine Reduktion der Signallaufzeit als auch der Reversierzeit ermöglichen. Dabei soll ein reglerunabhängiges (gesteuertes) Aufschal ten der maximalen Stellgröße am Aktuator mit entsprechen der Verkürzung der Reversierzeit ermöglicht werden.The invention is based on the object, a method as well a system for controlling an electromechanically actuated propose brake that can reduce the Enable signal runtime as well as the reversing time. Here, a controller-independent (controlled) formwork with the maximum manipulated variable on the actuator the shortening of the reversing time are made possible.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß zum Einleiten eines Reversiervorgangs des Aktuators bei Bedarf von einem Entscheidungsmodul eine Information zur Verfügung gestellt wird, aufgrund derer eine oder mehrere Regeleinrichtungen in einen Steuerungsmodus umgeschaltet werden.This task is solved procedurally in that to initiate a reversing process of the actuator Requires information from a decision module Is made available on the basis of which one or more Control devices switched to a control mode become.
Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß zumindest eine Regeleinrichtung aufgrund der Informati on ihren Regelzyklus kurzzeitig unterbricht und die Infor mation an die jeweils unterlagerte Regeleinrichtung weiterleitet.To concretize the idea of the invention, that at least one control device based on the Informati interrupts their control cycle for a short time and the information mation to the subordinate control device forwards.
Die zumindest eine Regeleinrichtung erzeugt nach der Unter brechung zumindest eine den gewünschten Reversiervorgang verlangsamende Ausgangsgröße, die der jeweils nachgeschal teten Regeleinrichtung zugeführt wird.The at least one control device generates after the sub at least one of the desired reversing process slowing output variable, that of the subsequent teten control device is supplied.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Ausgangsgröße die den Aktuator ansteuernde Stellgröße nicht beeinflußt, und zwar so lange, bis die Ausgangsgröße den Wert der den Aktuator ansteuernden Stellgröße annähernd annimmt.It is particularly advantageous that the output variable does not influence the manipulated variable that controls the actuator, until the output variable becomes the value of the Actuator actuating control value approximates.
Alternativ wird die den Aktuator ansteuernde Stellgröße so lange nicht beeinflußt, bis die Aktuatorgeschwindigkeit den Nullpunkt durchschreitet, oder bis eine vorgegebene Zeit dauer erreicht ist.Alternatively, the manipulated variable that drives the actuator becomes so long not affected until the actuator speed Crosses zero point, or until a predetermined time duration is reached.
Ein erfindungsgemäßes Ansteuersystem zur Durchführung des vorhin erwähnten Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Entscheidungsmodul vorgesehen ist, das zum Einleiten eines Reversiervorgangs des Aktuators bei Bedarf eine In formation zur Verfügung stellt, aufgrund derer eine oder mehrere Regeleinrichtungen des Systems in einen Steuerungs modus umgeschaltet werden. An inventive control system for performing the The method mentioned above is characterized in that a decision module is provided that is to initiate a reversing process of the actuator, if necessary, an In formation, on the basis of which one or several control devices of the system in one control mode can be switched.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorhin erwähnten An steuersystems besteht darin, daß zumindest eine der Rege leinrichtungen als ein digitaler Regler ausgeführt ist.An advantageous development of the aforementioned control system is that at least one of the rules l devices is designed as a digital controller.
Außerdem sind nicht alle Abtastzeiten der digitalen Regler gegenüber den Prozeßzeitkonstanten vernachlässigbar.In addition, not all sampling times are digital controllers negligible compared to the process time constants.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä ßen Ansteuersystems sieht vor, daß das System als ein Mehr prozessorensystem ausgebildet ist.Another advantageous embodiment of the his control system provides that the system as a more processor system is formed.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird die Kaskadenan
ordnung gebildet durch:
According to a further feature of the invention, the cascade arrangement is formed by:
- a) einen Kraftregler, dem als Eingangsgröße die Differenz zwischen einem Soll- und einem Istwert der Spannkraft zugeführt wird und der daraus den Sollwert der Aktuator drehzahl erzeugt, der mit dem Istwert der Aktuatordreh zahl verglichen wird,a) a force controller, the difference as an input variable between a nominal and an actual value of the clamping force is supplied and from this the setpoint of the actuator speed generated with the actual value of the actuator speed number is compared,
- b) einen Drehzahlregler, dem die so entstehende Differenz zugeführt wird und der daraus einen Stromsollwert er zeugt, der mit einem Stromistwert verglichen wird, sowieb) a speed controller, the resulting difference is supplied and from it a current setpoint generates, which is compared with an actual current value, and
- c) einen Stromregler, der die so entstehende Differenz in ein Signal umwandelt, das die an den Aktuator anzulegen de Spannung repräsentiert.c) a current regulator, the resulting difference in converts a signal that apply to the actuator represents tension.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung hervor.Further details, features and advantages of the invention go from the following description of an execution example with reference to the accompanying drawings out.
In der Zeichnung zeigt:The drawing shows:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Regelsystems zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und Fig. 1 is a block diagram of a control system for implementing the method according to the invention, and
Fig. 2 eine diagrammatische Darstellung zeitlicher Ver läufe der beim Regelsystem gemäß Fig. 1 auftre tenden Signale zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a diagrammatic representation of temporal courses of the signals occurring in the control system according to FIG. 1 to explain the method according to the invention.
Das in Fig. 1 dargestellte Regelsystem besteht im wesentli chen aus einem ersten Regler bzw. Kraftregler 1, einem dem Kraftregler 1 nachgeschalteten zweiten Regler bzw. Dreh zahlregler 2, sowie einem dem Drehzahlregler 2 nachgeschal teten dritten Regler bzw. Stromregler 3 mit einem integrierten Servoverstärker, der eine Spannung U erzeugt, die an einen lediglich schematisch angedeuteter Aktuator 4 einer elektromechanisch betätigbaren Bremse angelegt wird. Der Aktuator 4 ist vorzugsweise mit einem Spannkraftsensor 5, einem Positionsmeßsystem 6 sowie einem Stromsensor 7 ausgestattet.The control system shown in Fig. 1 consists wesentli surfaces of a first controller or pressure regulator 1, a the force controller 1 downstream second controller or speed controller 2, and a the speed controller 2 nachgeschal ended third controller or current controller 3 with a built-in power amplifier which generates a voltage U which is applied to an actuator 4 of an electromechanically actuated brake, which is only indicated schematically. The actuator 4 is preferably equipped with a clamping force sensor 5 , a position measuring system 6 and a current sensor 7 .
Das Ausgangssignal Fist des Spannkraftsensors 5 wird in ei ner ersten Subtraktionsstelle 8 von einem vom Fahrzeugfüh rer vorgegebenen Spannkraft-Sollwert Fsoll subtrahiert, wobei das Ergebnis der Subtraktion, ein Spannkraft- Differenzwert ΔF, als Eingangsgröße dem Kraftregler 1 zuge führt wird.The output signal F is the tensile force sensor 5 is in egg ner first subtraction point 8 from a rer from Fahrzeugfüh predetermined clamping force command value F is to subtract the result of the subtraction, a clamping force difference value .DELTA.f supplied as an input variable to the force controller 1 executes will.
Ein Aktuatordrehzahl-Istwert ωist, der in einem Differen zierer 10 durch zeitliches Ableiten des vom Positionsmeß system 6 gelieferten, der gemessenen Aktuatorposition entsprechenden Signals ϕist gebildet wird, wird in einer zweiten Subtraktionsstelle 9 von der Ausgangsgröße ωsoll des Kraftreglers 1 subtrahiert, wobei das Ergebnis der Subtrak tion, ein Aktuatordrehzahl-Differenzwert Δω als Eingangs größe dem Drehzahlregler 2 zugeführt wird.An actual actuator speed value ω ist , which is formed in a differentiator 10 by temporally deriving the signal ϕ ist supplied by the position measuring system 6 , which corresponds to the measured actuator position, is subtracted in a second subtraction point 9 from the output variable ω soll of the force regulator 1 , whereby the result of the subtraction, an actuator speed differential value .DELTA..omega. as an input variable to the speed controller 2 .
Schließlich wird das den Aktuatorstrom-Istwert Iist reprä sentierendes Ausgangssignal des Stromsensors 7 in einer dritten Subtraktionsstelle 11 von der Ausgangsgröße Isoll des Drehzahlreglers 2 subtrahiert, wobei das Ergebnis der Subtraktion, ein Aktuatorstrom-Differenzwert ΔI als Ein gangsgröße dem Stromregler 3 zugeführt wird.Finally, which is the actuator current actual value I is repre sentierendes output signal of the current sensor 7 in a third subtraction 11 from the output of I to the speed controller 2 is subtracted, and the result of subtraction, an actuator current difference value .DELTA.I as an input variable to the current controller is supplied to the third
Außerdem ist Fig. 1 ein Entscheidungsmodul 12 zu entnehmen, das bei Bedarf mindestens einem der Regler 1 bis 3 inner halb der Kaskadenanordnung eine Information zur Verfügung stellt, daß ein Reversiervorgang eingeleitet werden soll.In addition, Fig. 1 shows a decision module 12 which, if necessary, provides at least one of the controllers 1 to 3 within the cascade arrangement with information that a reversing process is to be initiated.
Im nachfolgenden Text wird angenommen, daß das in Fig. 1 dargestellte System im wesentlichen aus drei Prozessoren CPU1, CPU2 und CPU3 besteht, und daß die vorhin erwähnte Information vom Entscheidungsmodul 12 teilweise direkt, teilweise nur mittelbar an die Prozessoren CPU1-3 weiterge leitet wird. Es wird weiterhin angenommen, daß der erste Prozessor CPU1 den Kraftregler 1 beinhaltet, während der zweite und der dritte Prozessor CPU2 und CPU3 jeweils den Drehzahlregler 2 und den Stromregler 3 beinhalten. Die Ver bindung zwischen dem ersten (CPU1) und dem zweiten Prozes sor CPU2 erfolgt über einen interruptfähigen Bus, während der zweite (CPU2) mit dem dritten Prozessor CPU3 mittels einer seriellen Schnittstelle sowie einer Signalleitung er folgt. Zu diesem Zweck weisen der zweite Prozessor CPU2 ei nen digitalen Ausgang und der dritte Prozessor CPU3 einen digitalen Eingang auf. In the text below it is assumed that the system shown in Fig. 1 consists essentially of three processors CPU1, CPU2 and CPU3, and that the aforementioned information is passed on by the decision module 12 partly directly, partly only indirectly to the processors CPU1-3 , It is further assumed that the first processor CPU1 contains the force controller 1 , while the second and third processors CPU2 and CPU3 each include the speed controller 2 and the current controller 3 . The connection between the first (CPU1) and the second processor CPU2 takes place via an interrupt-capable bus, while the second (CPU2) with the third processor CPU3 uses a serial interface and a signal line. For this purpose, the second processor CPU2 has a digital output and the third processor CPU3 has a digital input.
Sobald das Entscheidungsmodul 12, das z. B. durch einen ABS-Regler gebildet werden kann, festlegt, daß ein Rever siervorgang eingeleitet werden soll (s. Zeitpunkt TU in Fig. 3), generiert es ein Unterbrechungssignal, bei dessen Auftreten der erste Prozessor CPU1 die Kraftregelung mit der Loopzeit T1 unterbricht und sofort eine Nachricht über den vorhin erwähnten Bus an den zweiten Prozessor CPU2 sen det. Diese Nachricht löst zum Zeitpunkt TU + Δt wiederum eine Unterbrechung im zweiten Prozessor CPU2 bzw. dem Dreh zahlregler 2 mit der Loopzeit T2 aus, dessen digitaler Aus gang zum Zeitpunkt TU + Δt' gesetzt wird. Der dritte Prozessor CPU3 liest über seinen digitalen Eingang den Pe gel ein, verwendet einen vorgegebenen ersten Aktuatorstrom- Sollwert und regelt diesen mit seiner Loopzeit T3 ein. Nach der jeweiligen Unterbrechung arbeiten sowohl Kraft- (1) als auch Drehzahlregler 2 ohne Berücksichtigung der Information vom Entscheidungsmodul 12 weiter und generieren somit ihre jeweilige Ausgangsgröße derart, daß ein zweiter Aktuator strom-Sollwert berechnet wird, der den gewünschten Rever siervorgang verlangsamen würde. Der zweite Aktuatorstrom- Sollwert wird jedoch so lange nicht berücksichtigt, bis entweder der zweite Aktuatorstrom-Sollwert den ersten genü gend annähert oder bis der Aktuatordrehzahl-Istwert den Nullpunkt durchschreitet oder eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht ist. Ist eine der genannten Bedingungen erfüllt, so wird von diesem Zeitpunkt an ausschließlich der erste Aktuatorstrom-Sollwert verwendet, bis das Entscheidungsmo dul 12 die nächste Information bereit stellt. Dabei wird der erste Aktuatorstrom-Sollwert vom Drehzahlregler 2 stän dig aktualisiert.Once the decision module 12 , the z. B. can be formed by an ABS controller, specifies that a reversing process should be initiated (see time T U in Fig. 3), it generates an interrupt signal, when the first processor CPU1 occurs, the force control with the loop time T. 1 interrupts and immediately sends a message to the second processor CPU2 via the aforementioned bus. This message is dissolved at the time t + .DELTA.t U turn, a break in the second processor CPU2 and the speed controller 2 with the loop time T 2 from the digital out put at the time t + .DELTA.t set U '. The third processor CPU3 reads the level via its digital input, uses a predetermined first actuator current setpoint and controls this with its loop time T 3 . After the respective interruption, both force ( 1 ) and speed controller 2 continue to work without taking into account the information from decision module 12 and thus generate their respective output variables in such a way that a second actuator current setpoint is calculated, which would slow down the desired reversing process. However, the second actuator current setpoint is not taken into account until either the second actuator current setpoint sufficiently approaches the first or until the actual actuator speed value crosses the zero point or a predetermined period of time is reached. If one of the conditions mentioned is met, only the first actuator current setpoint is used from this point in time until the decision module 12 provides the next information. The first actuator current setpoint is continuously updated by the speed controller 2 .
Claims (12)
- a) einen Kraftregler (1), dem als Eingangsgröße die Differenz (ΔF) zwischen einem Soll- und einem Ist wert der Spannkraft (FSoll, FIst) zugeführt wird und der daraus den Sollwert (ωSoll) der Aktuatordrehzahl erzeugt, der mit dem Istwert (ωIst) der Aktuator drehzahl verglichen wird,
- b) einen Drehzahlregler (2), dem die so entstehende Differenz (Δω) zugeführt wird und der daraus einen Stromsollwert (Isoll) erzeugt, der mit einem Strom istwert (Iist) verglichen wird, sowie
- c) einen Stromregler (3), der die so entstehende Differenz (ΔI) in ein Signal umwandelt, das die an den Aktuator (4) anzulegende Spannung (U) repräsen tiert.
- a) a force controller ( 1 ), which is fed as the input variable, the difference (ΔF) between a target and an actual value of the clamping force (F target , F actual ) and which generates the target value (ω target ) of the actuator speed, which with the actuator speed is compared to the actual value (ω actual ),
- b) a speed controller (2), the thus formed difference (Δω) is applied and the resulting current setpoint (I soll) produced the (I actual value with a current) is compared, and
- c) a current controller ( 3 ), which converts the resulting difference (ΔI) into a signal that represents the voltage (U) to be applied to the actuator ( 4 ).
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