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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung eines Aktors in einem Bremssystem eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 2005/054028 Al ist ein Verfahren zur Kalibrierung von analog regelnden, elektrisch ansteuerbaren hydraulischen Ventilen bekannt, welche Bestandteil eines Fahrzeugbremssystems sind. Mithilfe der Kalibrierung sollen Fertigungstoleranzen der Ventile kompensiert werden, wobei gemäß der
WO 2005/054028 A1 vorgesehen ist, die Kalibrierung erst nach dem Einbau des Ventils im Kraftfahrzeug durchzuführen. Dies erfolgt über so genannte Kalibrierroutinen, die zum Erzeugen und Speichern von automatisch ermittelten Kalibrierdaten dienen, indem eine Pumpe im Bremssystem aktiviert und verschiedene Ventile im Bremskreis in einer definierten Weise geöffnet bzw. geschlossen werden, wobei während dieses Vorganges über Drucksensoren der Hydraulikdruck gemessen wird. Dieser Vorgang wird in jedem Bremskreis des Fahrzeuges durchgeführt, wobei die Bremskreise jeweils zwei Druckkreise mit je einer Radbremse umfassen und in jedem Druckkreis jeweils ein Drucksensor angeordnet ist.
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Voraussetzung für die Kalibrierung ist gemäß der
WO 2005/054028 A1 das Vorhandensein von je einem Drucksensor pro Radbremseinheit. Außerdem muss die Kalibrierung in einem speziellen Kalibriervorgang durchgeführt werden, bei dem ein definierter Hydraulikdruck eingestellt werden muss und die Ventile im Bremskreis in einer vorbestimmten Weise geöffnet und geschlossen werden. Die Kalibrierung erfolgt einmalig, so dass Änderungen im Bremssystem, beispielsweise durch Abnutzung, nicht berücksichtigt werden, was zu einer Verschlechterung des Bremsverhaltens führen kann.
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Aus der
DE 197 07 960 Al ist ein Verfahren zur Regelung des Drucks in einer Radbremse mit Vorgabe eines Sollbremsdrucks und Ermittlung des Ist-Bremsdrucks sowie einer ansteuerbaren Ventilanordnung zum Druckaufbau und -abbau im Rahmen einer Druckregelung bekannt. Ein Ansteuersignal zur Ansteuerung der Ventilanordnung zum Druckaufbau und -abbau kann um einen Korrekturwert erhöht oder abgesenkt werden, wodurch Fertigungstoleranzen und Alterungserscheinungen ausgeglichen werden können.
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Die
DE 197 27 945 Al beschreibt ein Verfahren zur geregelten Ansteuerung eines Magnetventils mit einer Kennlinienadaption. Eine Vorrichtung, mit der das Verfahren durchführbar ist, umfasst eine Vorsteuerungseinheit, eine Regeleinheit und eine Kennlinien-Adaptionseinheit. Es erfolgt eine Kennlinienadaption, falls temperaturbedingt eine Einregelung auf den Solldruck ohne eine derartige Adaption nicht möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen sowie über eine lange Betriebsdauer einen Aktor in einem Bremssystem eines Fahrzeuges mit hoher Genauigkeit einzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Einstellung eines Aktors in einem Bremssystem eines Fahrzeuges, insbesondere eines Stellgliedes wie z.B. ein Hydraulikventil im Bremskreis des Fahrzeuges. Bevorzugt ist das Verfahren auf die Kalibrierung eines Umschaltventils im Bremssystem, beispielweise ein Regelventil gerichtet, das im Übertragungsweg zwischen einem Hauptbremszylinder und der Bremseinheit liegt, insbesondere der Radbremseinheit. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kalibrierung anderer aktiver Stellglieder vorzunehmen wie sonstiger Ventile, beispielweise Einlass- oder Auslassventile, oder ggf. auch elektrischer Pumpen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einer Bremseinheit des Bremssystems während eines definierten Bremszustandes mithilfe eines Sensors aktorspezifische Zustandsgrößen gemessen und der Ermittlung von Kalibrierdaten zu Grunde gelegt. Dies erfolgt in der Weise, dass über einen Abgleich zwischen dem gemessenen Sensorwert und einem zugeordneten Sollwert ein Korrekturwert ermittelt wird, der zum einen für den vermessenen Aktor Gültigkeit besitzt, zum anderen aber auch in einer zweiten Bremseinheit des Bremssystems, die entsprechend aufgebaut ist wie die erste Bremseinheit, zur Sollwertkorrektur herangezogen wird. Mithilfe dieses Verfahrens ist es möglich, eine Kalibrierung eines Aktors in einem Bremssystem vorzunehmen, auch wenn diesem Aktor kein Sensor zugeordnet ist bzw. keine unmittelbar auf diesen Aktor bezogenen Sensordaten vorliegen. Dies ermöglicht eine Anwendung in Bremssystemen, in denen nur ein einziger Drucksensor zur Ermittlung des Hydraulikdrucks an einer Radbremseinheit angeordnet ist, wohingegen an der zweiten Radbremseinheit auf einen derartigen Drucksensor verzichtet wird. Durch Übertragung auf die zweite Bremseinheit kann auch ohne Sensorik an dieser Stelle mit hinreichender Genauigkeit die betrachtete Zustandsgröße im Bremssystem ermittelt werden, insbesondere der Druckwert in der zweiten Bremseinheit, auch wenn der Sensorwert für die Zustandsgröße in der ersten Bremseinheit nicht zur Verfügung steht.
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Bei der Übertragung der Kalibrierdaten wird in der zweiten Bremseinheit ein Sollwert der betrachteten Zustandsgröße mit dem Korrekturwert aus der ersten Bremseinheit beaufschlagt, beispielsweise der Solldruck mit einem entsprechenden Korrekturwert. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, als Zustandsgröße den Sollstrom in einem Umschaltventil heranzuziehen, welcher mit einem zugeordneten Korrekturwert verbessert wird. Die Sollstromkorrektur ist mit der Druckkorrektur gleichwertig, das über das Druck-Strom-Diagramm des Umschaltventils der Zusammenhang zwischen Druck und Strom festliegt und bekannt ist.
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Neben dem Vorteil, dass weniger Sensoren benötigt werden, erhält man den weiteren Vorteil, dass man zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht auf eine spezielle Ausgangssituation beschränkt ist, so wie dies beim Stand der Technik der Fall ist. Es ist vielmehr möglich, auch während des laufenden Fahrzeugbetriebes das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, so dass eine fortlaufende Aktualisierung der Korrekturwerte und damit der Kalibrierdaten gegeben ist. Die Kalibrierung ist somit nicht auf einen einmaligen Vorgang vor Beginn der Inbetriebnahme beschränkt, sondern kann über die gesamte Betriebs- bzw. Lebensdauer wiederholt durchgeführt werden. Dadurch können Alterungen und Verschleißerscheinungen im Bremssystem erkannt und berücksichtigt werden, die zu geänderten Korrekturwerten bzw. Kalibrierdaten führen, so dass eine entsprechend veränderte Anpassung an geänderte Bedingungen im Bremssystem gegeben ist und demzufolge auch der Aktor im Bremssystem in einer besser angepassten Weise eingestellt werden kann.
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Vorteilhafterweise wird die Ermittlung der Korrekturwerte nur in definierten Betriebszuständen des Fahrzeuges durchgeführt. Vorzugsweise erfolgt dies während eines Bremsvorganges, insbesondere während eines selbsttätig durchzuführenden Bremsvorganges ohne Bremspedalbetätigung durch den Fahrer. Bei derartigen, selbsttätig durchzuführenden Bremsvorgängen handelt es sich beispielsweise um eine Tempomatfunktion mit selbsttätiger Bremsbetätigung zum Einhalten einer gewünschten Fahrgeschwindigkeit, um die Einhaltung eines gewünschten Abstandes zu einem vorausfahrenden Fahrzeug (Abstandsradar), was ebenfalls mit einem selbsttätig durchzuführenden Bremsvorgang verbunden ist, um das Vorbefüllen einer Bremseinheit im Bremssystem zur Verkürzung der Bremsreaktionszeit oder um eine selbsttätigen Vorbremsvorgang, bei dem die Bremsglieder an die Bremsscheibe leicht angelegt werden, um die Bremsscheibe von Flüssigkeit oder Schmutz zu befreien. Sobald in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug eine derartige Bremssituation festgestellt wird, kann der Kalibriervorgang für diejenige Radbremseinheit durchgeführt werden, die mit einem Drucksensor ausgestattet ist, wobei anschließend die in einem Regler erzeugten Korrekturwerte für diese Bremseinheit für wenigstens eine weitere Bremseinheit oder allgemein für den Bremskreis übernommen werden. In dieser weiteren Bremseinheit bzw. im Bremskreis wird der Korrekturwert dem Sollwert zugeschlagen, wodurch man an dieser Stelle einen hinreichend genauen Ersatzwert für die Ist-Zustandsgröße erhält.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird nicht nur eine Zustandsgröße bei der Berechnung der Korrekturwerte berücksichtigt, sondern mehrere Zustandsgrößen. In Betracht kommt beispielsweise der Bremsdruck im Bremssystem, die Hydrauliktemperatur sowie der Durchfluss am Hydraulikventil. Die zusätzlichen Zustandsgrößen werden entweder sensorisch ermittelt, insbesondere während des definierten Fahrzustandes, also vorzugsweise während eines selbsttätig durchzuführenden Bremsvorganges, oder aber, gemäß einer alternativen Ausführung, als Schätzwerte aus Systemmodellen berechnet. Auf diese Weise können zusätzliche Einflussgrößen bei der Ermittlung der Korrekturwerte berücksichtigt werden, die entsprechend als mehrdimensionales Kennfeld vorliegen, wobei grundsätzlich eine Messung sämtlicher Zustandsgrößen in einem Druckkreis des Bremssystems ausreichend ist und nach der Messung und der durchgeführten Kalibrierung die Korrekturwerte auf die anderen Druckkreise und Radbremseinheiten bzw. den Bremskreis allgemein übertragen werden. Grundsätzlich ist es auch möglich, in einem verteilten System verschiedene Zustandsgrößen in unterschiedlichen Druckkreisen zu ermitteln und zu einer Korrekturwertfunktion bzw. einem Korrekturkennfeld zusammenzuführen.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 in stark schematisierter Darstellung ein Bremssystem für ein Kraftfahrzeug,
- 2 ein Blockdiagramm mit dem Verfahrensablauf zur Einstellung eines Aktors in dem Bremssystem.
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In 1 ist ein Kreis eines hydraulischen bzw. elektrohydraulischen Bremssystems 1 in einem Kraftfahrzeug dargestellt mit Radbremseinheiten am linken (L) bzw. rechten (R) Rad des Fahrzeuges. Das Bremssystem 1 umfasst zusätzlich zu den Radbremseinheiten verschiedene Bremskomponenten, z.B. einen Hauptzylinder 4, welcher vom Fahrer betätigt wird, und ein dem Hauptzylinder 4 nachgeschaltetes, elektrisch betätigbares Umschaltventil 5. Die vom Umschaltventil 5 abgehende Hydraulikleitung verzweigt in zwei Einzelleitungen zu den beiden Radbremseinheiten, wobei in jeder der zu den Radbremseinheiten führenden Leitungen jeweils ein Einlassventil 6 bzw. 7 angeordnet ist, das ebenfalls elektrisch betätigbar ist. Zwischen einem Einlassventil 6 und der zugeordneten ersten Radbremseinheit ist ein Drucksensor 8 zur Ermittlung des Raddruckes pRad an dieser Stelle angeordnet. Im entsprechenden Leitungsstrang des rechten Rades R fehlt ein entsprechender Drucksensor.
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Des Weiteren sind ein Hauptschaltventil 9 sowie eine dem Hauptschaltventil 9 zugeordnete Förderpumpe 10 in einer Hydraulikleitung vorgesehen, die stromab des Umschaltventils 5 in die Hauptleitung einmündet. Über das Hauptschaltventil 9, welches ebenfalls elektrisch betätigbar ist, und die elektrische Förderpumpe 10 wird Hydraulikfluid aus einem Hydraulikreservoir in das Bremssystem gefördert.
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Über den Drucksensor 8 wird der Raddruck pRad im linken Rad L gemessen. Für die Regelung im Bremssystem wird der Kreisdruck pKreis herangezogen, welcher stromauf der Einlassventile 6 und 7 in der Hydraulikleitung herrscht. Der Kreisdruck pKreis hängt unmittelbar vom Raddruck pRad ab, er ist jedoch üblicherweise nicht mit diesem identisch. Über einen bekannten Zusammenhang kann jedoch der Kreisdruck pKreis aus dem Raddruck pRad ermittelt werden.
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Sofern beide Einlassventile 6 und 7 geöffnet sind, liegt zumindest näherungsweise auch an beiden Radbremseinheiten der gleiche, über den Sensor 8 ermittelbare Raddruck pRad an. Sofern jedoch eine getrennte Regelung durchgeführt wird, was in bestimmten Fahrmanövern beispielsweise zur gezielten Abbremsung eines einzelnen Rades erforderlich sein kann, und hierfür das Einlassventil 6 geschlossen wird, ist der Bremsdrucksensor 8 für das rechte Rad außer Funktion gesetzt und kann keinen Wert für den Raddruck pRad liefern. Um auch für diesen Fall bei geschlossenem Einlassventil 6 der Radbremseinheit und geöffnetem Einlassventil 7 der Radbremseinheit einen Druckwert für den Kreisdruck pKreis und ggf. für den Raddruck der Radbremseinheit zu erhalten, wird über das erfindungsgemäße Verfahren in bestimmten Bremssituationen eine Kalibrierung bezogen auf das Umschaltventil 5 durchgeführt, woraus Korrekturwerte ermittelt werden, mit denen sich prinzipiell der Kreisdruck pKreis mit hinreichender Genauigkeit ermitteln lässt. Hierbei macht man sich die Tatsache zu Nutze, dass am Umschaltventil 5 ein Druckabfall ΔpUSV anliegt, der als Funktion der Ventilbestromung IUSV sowie ggf. weiterer Parameter bzw. Zustandsgrößen darstellbar ist. Aus der Ventilbestromung IUSV kann auf den Kreisdruck pKreis geschlossen werden.
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Die Druckdifferenz Δp
USV am Umschaltventil ist im Regel- bzw. Steuergerät als funktionaler Zusammenhang gemäß
hinterlegt, wobei mit I
soll der Ventil-Sollstrom zur gewünschten Betätigung des Umschaltventils bezeichnet ist und mit q
USV der Durchfluss des Bremsfluids durch das Umschaltventil. Gegebenenfalls kann diese Beziehung um eine Abhängigkeit von der Temperatur T des Hydraulikfluids gemäß
ergänzt werden. Die an sich bekannte Funktion f bezieht sich hierbei auf Nennkomponenten unter Nennbedingungen, die in der Regel unter Prüfstandsbedingungen ermittelt werden.
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Mithilfe der Daten mindestens eines Drucksensors wird eine Korrekturfunktion k (Isoll, qUSV, T) gebildet, die vorzugsweise die drei maßgeblichen Einflussgrößen Ventil-Sollstrom Isoll, Durchfluss qUSV des Bremsfluids durch das Umschaltventil und Temperatur T des Hydraulikfluids enthält. Der Durchfluss qusv und die Temperatur T stellen optionale Größe dar, auf die ggf. auch verzichtet werden kann bzw. die durch andere Zustands- oder Kenngrößen ersetzt oder ergänzt werden können. Der Ventil-Sollstrom Isoll oder eine damit korrespondierende Größe ist dagegen zwingend erforderlich, wobei als korrespondierende Größe auch der Solldruck psoll herangezogen werden kann. Die Korrekturfunktion k (Isoll, qUSV, T) kann in einer Speichereinheit in einer Regel- bzw. Steuereinheit im Fahrzeug temporär oder dauerhaft abgespeichert werden, beispielsweise in einem EEPROM-Speicher.
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Die Korrekturfunktion k (Isoll, qUSV, T) kann auf unterschiedliche Weise berechnet werden. In einer vorteilhaften Ausführung stammen die Korrekturwerte aus einem Regler, mit dem die Abweichung zwischen den gemessenen Sensorwerten des Drucks und den zugeordneten Sollwerten auf Null bzw. eine kleinere Abweichung geregelt wird. Als Reglertyp kommt beispielsweise ein PI-Regler in Betracht.
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Bei der Berechnung der Ventilbestromung I
USV kann auf einen Algorithmus der Form
zurückgegriffen werden, um den Ventil-Sollstrom I
soll für das Umschaltventil zu berechnen. Mit f
-1 ist die Umkehrfunktion der oben genannten Funktion f bezeichnet.
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Die Korrektur ergibt sich gemäß einer ersten Berechnungsmöglichkeit in zwei Stufen aus der Differenz von Soll-Druckdifferenz Δp
USV,soll und Ist-Druckdifferenz Δp
USV,ist am Umschaltventil:
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Die Korrektur ΔpUSV, korr wird bei der Berechnung der Ventilbestromung IUSV des Umschaltventils berücksichtigt und kompensiert indirekt die Einflüsse der an der Druckstellung des Umschaltventils beteiligten Komponenten.
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Eine zweite Möglichkeit besteht in einer der Ventilstromberechnung nachgeschalteten Korrektur. Zunächst wird der Sollstrom I
soll gemäß
berechnet. Der Ventilstrom I
USV des Umschaltventils wird anschließend um einen Korrekturfaktor in Abhängigkeit der Korrekturfunktion k korrigiert:
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Beide Berechmingsrriöglichkeiten erlauben die Kompensation von Toleranzeinflüssen sowie von äußeren Randbedingungen wie die Temperatur.
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Die Funktion f ist fest als Kennfeld im ROM-Speicher des Regel- bzw. Steuergerätes abgespeichert, wohingegen die Korrekturfunktion k variabel ist und im EEPROM-Speicher abgelegt ist. Beide Funktionen sind Eingangsgrößen für die Berechnung der Ventilansteuerung des Umschaltventiles 5. Der berechnete Strom IUSV, in welchem die Korrekturfunktion berücksichtigt wurde, führt zu einem Druckabfall am Umschaltventil 5 und damit zu einem Kreisdruck pKreis, woraufhin sich in den Radbremsleitungen ein entsprechender Raddruck pRad einstellt. Über einen Auswertealgorithmus wird der Solldruck psoll, mit dem eingestellten Raddruck pRad oder dem Kreisdruck pKreis verglichen und es werden die erforderlichen Werte der Korrekturfunktion k berechnet. Dies erfolgt zumindest einmalig als Kalibrierroutine, vorzugsweise aber wiederholt während bestimmter Bremsphasen, in denen selbsttätig und ohne Bremspedalbetätigung durch den Fahrer gebremst wird. Somit wird eine permanente Neukalibrierung mit einhergehender Ermittlung aktualisierter Korrekturwerte durchgeführt.
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Der Vorteil liegt zum einen in der Kenntnis des Kreisdruckes pKreis bzw. des Raddruckes pRad auch an derjenigen Radbremseinheit, die keinen Drucksensor aufweist. Zum andern wird die Druckstellgenauigkeit des Umschaltventils 5 verbessert.
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2 zeigt ein Blockdiagramm mit einzelnen Blöcken 20 bis 25, welche das erfindungsgemäße Verfahren repräsentieren. In einem ersten Block 20 wird die Funktion f ermittelt, welche zur Berechnung der Druckdifferenz ΔpUSV am Umschaltventil erforderlich ist. Im nächsten Block 21 wird die Ventilbestromung IUSV des Umschaltventiles als Funktion des Solldruckes psoll, welcher von einem Regler stammt, in Abhängigkeit der Funktion f berechnet. Dies erfolgt in dem Regel- bzw. Steuergerät des Bremssystems. Die Ventilbestromung IUSV fließt als Eingangsgröße in den Block 22 ein, der die Bremshydraulik repräsentiert, wobei am Ausgang des Blocks 22 der Kreisdruck pKreis anliegt. Der Kreisdruck pKreis wird gemeinsam mit dem Solldruck psoll dem nächsten Block 23 zugeführt, der den Algorithmus zur Bestimmung der Korrekturwerte k repräsentiert.
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Anstelle oder zusätzlich zum Solldruck psoll kann auch der Sollstrom Isoll dem Block 23 zugeführt werden, der die Sollbestromung für das Umschaltventil darstellt.
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Zusätzlich kann dem Block 23 als Eingangsgröße die Hydrauliktemperatur T sowie der Durchfluss qusv des Hydraulikfluids durch das Umschaltventil zugeführt werden.
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Die Korrekturwerte k werden vom Block 23 geliefert und im nächsten Block 24 in einem EEPROM-Speicher abgespeichert. Aus dem Speicher 24 können die Korrekturwerte jederzeit abgerufen werden und insbesondere als Eingangsgrößen dem Block 21 zugeführt werden, wo durch die Addition des Solldruckes psoll mit einem entsprechend korrigierten Druckwert ein die Realität verhältnismäßig gut wiedergebender Druckwert beispielsweise für den Kreisdruck pKreis oder den Raddruck pRad berechnet werden kann.