EP2396202B1

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Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

[0002] 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, ISBN 3-528-13952-8, 15 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 m= 0,05 (Eis) und m=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 35 Druckgradienten, die Druckamplitude und auch die Temperatur berücksichtigen muss. Für den Druckabbau wird diese PWM-Steuerung nicht eingesetzt.

[0003] In der WO2006/111393A1 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 WO2006/111393A1 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.

[0004] Trotz dieser in der WO2006/111393A1 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 WO2006/111393A1 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.

[0005] Wie oben erwähnt können Druckab- und Druck- aufbauten 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.

[0006] Ferner ist in der WO2006/111393A1 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

[0007] Aufgabe der Erfindung ist das aus der WO2006/111393A1 bekannte Multiplexverfahren so weiter zu verbessern, dass ein simultaner oder teilsimultaner Druckabbau und Druckaufbau von zwei oder mehreren Radzylindern aus unterschiedlichen Druckniveaus erfolgen kann.

Lösung der Aufgabe

[0008] 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.

[0009] Die Erfindung zeichnet sich vorteilhaft dadurch aus, dass ein simultaner oder teilsimultaner Druckabbau und Druckaufbau auch bei unterschiedlichen Druckniveaus aller Radbremsen möglich ist. Dies wird erreicht 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. Als Bedingung gilt, dass der Strömungswiderstand RL kleiner als der Strömungswiderstand RV sein muss. 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.

[0010] Gemäß der Erfindung wird berücksichtigt, 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.

[0011] Bei der Auslegung der Schaltventile ist somit 15 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.

[0012] 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. Vorteilhaft ist dabei, dass damit auch bei simultanen bzw. teilsimultanen Druckauf- und Druckabbauten situationsabhängig 30 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 35 Druckniveaus in zwei oder mehreren Rädern werden dadurch beherrschbar.

[0013] 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.

[0014] 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 aufrechtzuerhalten. 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 stets oberhalb des maximalen Druckniveaus aller in dem Augenblick mit dem HZ bzw. THZ über ein geöffnetes Magnetventil verbundenen Radzylindern liegt.

[0015] 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.

[0016] Bekanntlich ist bei hochdynamischen Vorgängen in der Drucksteuerung sowohl im Druckaufbau als auch im Druckabbau infolge der Strömungswiderstände im Schaltventil, welches in der Regel 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 Druckvolumen-Kennlinie der Radzylinderdruck auch bei unterschiedlicher Dynamik genau eingestellt werden.

[0017] 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 Druckvolumen-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 Druckvolumen-Kennlinie berechnet wurde, vorgenommen. Danach kann auch das Magnetventil der letzten Radbremse geschlossen werden.

[0018] Das Druckmodell zur Kolbensteuerung Berechnung bzw. Schätzung  der Radzylinderdrücke dient. Die damit berechneten Radzylinderdrücke werden sowohl zur Berechnung von Schließ- und Öffnungszeit- punkten 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.).

[0019] 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.

[0020] 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.

[0021] 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 Druckvolumen-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.

[0022] 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 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 50 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.

[0023] Bei der Auslegung des HZ bzw. THZ ist darauf 55 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.

[0024] Zur Überprüfung und ggf. Korrektur der durch das Druckmodell berechneten Radzylinderdrücke wäh- rend 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 durchge- führt, 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-Kenn- linie und entsprechender Kolbenverstellung proportional zur Regleranforderung zu arbeiten.

[0025] In der WO 2006/111393 A1 ist ein Bremssystem beschrieben, bei dem ein Wegsimulator zum Einsatz kommt. Das erfindungsgemäße Bremssystem kann einen Wegsimülator 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.

[0026] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

[0027] Es zeigen:

  • Fig. 1: Grundaufbau der Aktuatorik zur Drucksteuerung;
  • Fig. 2: Regelzyklus zur Drucksteuerung von einem Radzylinder;
  • Fig. 3: Regelzyklus zur teilsimultanen Drucksteuerung von zwei Radzylindern;
  • Fig. 4: Blockschaltbild eines Druckmodells;
  • Fig. 5: Signalflussplan einer möglichen Softwarestruktur.

[0028] Die Figur 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.

[0029] 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 Druckvolumen-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.

[0030] 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.

[0031] 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 R ⁢ L ≤ R ⁢ V / Faktor,

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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.
 
[0032] 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 WO2006/111393A1 beschrieben sind. Das Bremssystem der WO2006/111393A1 hat jedoch die Drucksteuerung und modulation zum Inhalt und benötigt nicht alle oben genannten Komponenten.
 
[0033] 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.
 
[0034] Ist über entsprechenden Kolbenweg der vom Regler vorgegebene Druckabbau pab 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 pauf erfolgen, so öffnet das Magnetventil 17d, und der Kolben wird in die neue Sollposition für den Sollwert pauf gefahren. Sofern ein simultaner bzw. teilsimultaner Druckabbau pab 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 Figur 2 und der Figur 3 beschrieben.
 
[0035] In Fig. 2 ist ein Regelzyklus im MUX-Verfahren für eine Radbremse dargestellt. Im oberen x-y-Diagramm ist mit pR der Radzylinderdruck und mit pHZ der HZ- bzw. THZ-Druck schematisch dargestellt. Darunter ist mit der y-Achsenbeschriftung sK die Position des Druckstangenkolbens über die Zeit aufgetragen. Die Ansteuersignale UMV für die Magnetventile sind im unteren Diagramm dargestellt.

[0036] Bei dem dargestellten zeitlichen Verlauf erfolgt zuerst ein Druckabbau pab. Zum Zeitpunkt 6 schließt sich ein Druckaufbau pauf für eine Radbremse an.

[0037] Vor dem Zeitpunkt 1 sind alle Schaltventile 17a-d geschlossen und der HZ-Kolben steht still. Bei 1 erfolgt ein Druckabbaubefehl für das dargestellte Rad. Zwischen den Zeitpunkten 1 und 2 ist die sogenannte Umschaltzeit TUm dargestellt, in der, unter Verwendung der Druck-Volumen-Kennlinie des Hauptzylinders, mit einer Kolbenverschiebung versucht wird, den Druck im HZ dem über das Druckmodell bekannten Raddruck anzupassen, damit beim Ventilöffnen zum Ende der Phase 2 bereits annähernd ein Druck im HZ eingestellt ist, der dem Druck im Radzylinder entspricht, so dass nahezu ein Druckausgleich zwischen dem HZ und dem Radzylinder erreicht ist. Über die Druck-Volumen-Kennlinie des Radzylinders wird nun abhängig vom aktuellen Raddruck und vom geforderten Solldruck am Rad bei 2 das notwendige Volumen bzw. der Kolbenweg und speziell der Differenzweg berechnet, dass/der dem Radzylinder entnommen werden muss, um den Druck auf ein bestimmtes bzw. das geforderte Niveau zu bringen. Der HZ-Kolben wird nun entsprechend angetrieben/geregelt und verstellt und das jeweilige Schaltventil 17i wird gleichzeitig angesteuert und geöffnet. Der Zeitbereich zwischen den Zeitpunkten 2 und 3 stellt die gesamte kleine Totzeit oder Verzögerungszeit dar, bis auch im Raddruck ein Effekt des Druckabbaus erkennbar ist. Anschließend fährt der HZ-Kolben zwischen 3 und 4 die berechnete Sollposition an, die er am Ende der Phase 4 erreicht hat. Sollte sich in der Zwischenzeit der Solldruck wieder erhöhen, z.B. durch Vorgabe von übergeordneten Reglern, so würde der Motor den Vorgang schon früher abbrechen. Ist die Sollposition erreicht, so wird zur Beruhigung der Strömungsverhältnisse in der Hydraulik eine Einschwingzeit Te in der Phase 4 bis 5 eingehalten in der der HZ-Kolben still steht, bevor das Schaltventil 17i schließt. Hier wird mit einer Voransteuerung der Schaltventile gearbeitet, wobei das Signal um die Schließzeit des Ventils vorgezogen wird. Die Einschwingzeit 4-5 trägt zur genaueren Schätzung der Raddrücke bei, und reduziert das Geräusch beim Schließen des Magnetventils zum Zeitpunkt a. Die Ansteuerung des Magnetventils zum Schließen erfolgt unter Berücksichtigung des aktuell vorliegenden Istdruckes, des Druckgradienten und der vorbekannten Schließzeit. In der Phase 5 bis 6 sind nun wieder alle Schaltventile 17a-d geschlossen. Der Aktuator hätte nun Zeit, weitere Räder zu bedienen. Muss er in der Zwischenzeit den Druck im HZ nicht verändern, so ist bei einem dann folgenden Druckaufbauwunsch zum Zeitpunkt 6 die Umschaltzeit TUM = 0. Der folgende Druckaufbau erfolgt analog wie der zuvor beschriebene Druckabbau.

[0038] Die Figur 3 unterscheidet sich von der Fig. 2 dadurch, dass zusätzlich im obersten Diagramm ein zweiter Radzylinderdruck pR2 dargestellt und ganz unten ein weiteres Diagramm für das Ansteuersignal des zweiten Schaltventils hinzugefügt ist.

[0039] Grundsätzlich beschreibt die Figur den Regelablauf für eine teilsimultane Druckmodulation pab und pauf in den Radzylindern. Bis zum Zeitpunkt 1 steht der HZ-Kolben still und die Magnetventile sind alle geschlossen. Dann kommt eine Druckabbauforderung für den ersten Radzylinder. Gleichzeitig oder auch zeitlich versetzt tritt eine zweite Druckabbauforderung für einen zweiten Radzylinder auf. Damit ist nun ein simultaner oder teilsimultaner Druckabbau an zwei Rädern möglich. Gleiches gilt natürlich auch für drei oder vier Räder. Von Zeitpunkt 1 bis Zeitpunkt 2 ist die Umschaltzeit TUm dargestellt, in der, wie oben beschrieben, versucht wird, sich dem über das Druckmodell bekannten Druck des ersten Radzylinders zu nähern, damit beim Öffnen des zur ersten Radbremse gehörenden Schaltventils schon annähernd ein Druckausgleich zwischen dem HZ und dem ersten Radzylinder erreicht ist. Über die Druck-Volumen-Kennlinie wird nun während oder am Ende der Phase 1-2 das notwendige Volumen berechnet, dass dem ersten Radzylinder entnommen werden muss, um den Druck auf ein bestimmtes Niveau zu bringen. Sofern der Abbauwunsch für den zweiten Radzylinder ebenfalls schon bekannt ist, wird auch hier über die abgespeicherte Druck-Volumen-Kennlinie der benötigte HZ-Kolbenweg schon berechnet. Grundsätzlich kann dieser Rechenschritt allerdings auch erst zum Zeitpunkt 3 erfolgen. Der HZ-Kolben fährt nun zum Zeitpunkt 2 los und das zur ersten Radbremse zugehörige Magnetventil wird gleichzeitig angesteuert und geöffnet. Der Zeitbereich 2-3 stellt die gesamte Totzeit dar, bis man auch im Radzylinderdruck einen Effekt des Druckabbaus erkennen kann. Sobald über das Druckmodell und den damit berechneten Volumenfluss absehbar ist (Zeitpunkt 3), dass der HZ-Druck pHZ innerhalb der bekannten Ventilöffnungszeit den Raddruck pR2 unterschreitet, wird das zweite Magnetventil MV2 über UMV2 angesteuert und geöffnet. Kurz vor dem Zeitpunkt 4 ist über das Druckmodell und den damit berechneten Volumenfluss bzw. Druckgradienten absehbar, dass der erste Radzylinder innerhalb der bekannten Ventilschließzeit den Zieldruck erreichen wird. Daher wird nun das Magnetventil MV1 geschlossen. Zum Zeitpunkt 4 ist das Ventil MV1 dann auch geschlossen und der Volumenfluss im Ventil MV1 wird gestoppt. Daraus resultieren Druckschwingungen im Radzylinderdruck bei b. Durch eine PWM-Ansteuerung der Magnetventile können hier die Druckschwingungen im Raddruck reduziert werden. Zufällig erreicht der HZ-Kolben zum Zeitpunkt 4 auch seine Sollposition, die - wie oben beschrieben - zuvor berechnet wurde. Der Volumenfluss im Magnetventil MV2 kann sich nun in der Einschwingzeit Te beruhigen bevor dann auch dieses Ventil MV2 zum Zeitpunkt 5 geschlossen wird. Aufgrund der Einschwingzeit entstehen bei diesem Vorgang kaum Druckschwingungen am Radzylinder bei a. Hier würde eine PWM-Ansteuerung der Magnetventile keine Vorteile mit sich bringen. Im Anschluss an die Phase 5 bis 6 wiederholt sich der zuvor beschriebene Ablauf für den simultanen Druckaufbau. Wichtig für den simultanen Druckaufbau ist, dass bei geöffnetem Magnetventil MVi der HZ-Druck stets über dem niedrigsten Radzylinderdruck liegt, um einen positiven Druckgradienten zu erhalten und einen Druckausgleich zwischen zwei oder mehreren Rädern zu vermeiden. Allgemein würde beim simultanen oder teilsimultanen Abbau die PWM-Ansteuerung der Magnetventile den Vorteil bringen, dass man die Druckgradienten dann auch bei simultanen oder teilsimultanen Druckab- oder Druckaufbauten online beeinflussen könnte.

[0040] Die Figur 4 zeigt ein mögliches Druckmodell zur Berechnung der einzelnen Radzylinderdrücke. Als Eingangssignal 121 nutzt das Druckmodell den HZ-Druck pHZ(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 pR(t) zu erhalten. Im Folgenden wird die Funktion der einzelnen Signale und Signalblöcke näher erläutert.

[0041] Der Kolbenweg bzw. die Kolbenposition sk(t) 135 des HZ wird als Eingangssignal für das Druckmodell 103 (siehe auch Figur 5) verwendet. Über die Summationsstelle 134 wird aus den Volumen am Rad 129.1 bis 129.3 und dem Kolbenweg sk(t) 135 das Volumen im HZ 133 berechnet. Unter Radvolumen versteht die Erfindung, das Volumen der Radbremse, der Zuleitungen und das Volumen des Arbeitsraumes des HZ. Über die Volumen-Druck-Kennlinie 132 des HZ berechnet sich der HZ-Druck pHZ(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.

[0042] 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.

[0043] 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 Fig. 5) 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.

[0044] In Figur 5 ist ein möglicher Signalflussplan der Softwarestruktur dargestellt. Bezugszeichen 101 stellt dabei den Aktor pHZ(t) = f(sK(t)) dar, welcher detailliert in Fig.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.

[0045] Das Druckmodell 103 berechnet die aus den Signalen 121 und 135 die verschiedenen Radbremsendrücke 131 als Funktion des zeitlichen Druckverlaufs pHZ(t) im HZ und/oder des DK-Kolbenweges sK(t), oder als Funktion von beiden, wobei pR(t) = f(pHz) oder pR(t) = f(pHZ, sK) oder pR(t) = f(SK) gilt.

[0046] 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 pR(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 pR(t) als Regelgrößen angewiesen. Der ESP/ABS-Reger berechnet aufgrund der ABS/ESP-Sensorsignale wie Radgeschwindigkeiten, Querbeschleunigung, Gierrate usw. und der Radbremsendrücke pR(t) eine Radbremsen-Solldruck pRsoll(t). Alternativ kann der Radbremsen-Solldruck pRsoll(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.

[0047] 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. -5g, 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 Gewinn von Bremsweg oder Fahrstabilität erzielbar ist, erfolgt die Umschaltung auf simultan oder teilsimultan. Für den Fachmann bedeutet dies, dass ein optimaler Schlupf vorliegen muss.

[0048] Die jeweiligen zeitlichen Abläufe, wie sie in Figur 2 und Figur 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.

[0049] 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.

[0050]

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 + RVR + 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 pRsoll(t)Radsolldrücke p
121
Hauptzylinderdruck pHZ(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 pR(t)
132
Volumen-Druck-Kennlinie (Kapazität) des Hauptbremszylinders bei geschlossenen Schaltventilen
133
aktuelles Volumen im Hauptbremszylinder
134
Summationsblock
135
HZ-Kolbenweg sK(t)

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