DE102016203735A1 - Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage, Druckregler für eine Bremsanlage und Bremsanlage - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage (1), umfassend Radbremsen (8, 9, 10, 11), in die eine Druckbereitstellungseinrichtung (5) bedarfsweise zum Druckaufbau Druckmittel verschiebt, indem sie einen Systemdruck (PSys) bereitstellt, wobei ein Sollsystemdruck (PSys,Soll) angefordert wird, und wobei aufgrund der Sollsystemdruckanforderung von der Druckbereitstellungseinrichtung (5) der Systemdruck (PSys) in der geforderten Höhe des Sollsystemdrucks (PSys,Soll) aufgebaut wird, wobei der zeitliche Verlauf des Systemdrucks (PSys) auf Druckschwingungen überwacht wird, und wobei bei Erkennen einer Druckschwingung der von der Druckbereitstellungseinrichtung (5) zum Druckaufbau bereitgestellte Volumenstrom des Druckmittels reduziert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage, umfassend Radbremsen, in die eine Druckbereitstellungseinrichtung bedarfsweise zum Druckaufbau Druckmittel verschiebt, indem sie einen Systemdruck bereitstellt, wobei ein Sollsystemdruck angefordert wird, und wobei aufgrund der Sollsystemdruckanforderung von der Druckbereitstellungseinrichtung der Systemdruck in der geforderten Höhe des Sollsystemdrucks aufgebaut wird. Sie betrifft weiterhin einen Druckregler für eine Bremsanlage. Sie betrifft weiterhin eine Bremsanlage.
• „Brake-by-Wire“-Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge finden eine immer größere Verbreitung. Derartige Bremsanlagen umfassen oftmals neben einem durch den Fahrzeugführer betätigbaren Hauptbremszylinder eine elektrisch („by-Wire“) ansteuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, mittels welcher in der Betriebsart „Brake-by-Wire“ eine Betätigung der Radbremsen stattfindet.
• Bei diesen Bremssystemen, insbesondere elektrohydraulischen Bremssystemen mit der Betriebsart „Brake-by-Wire“, ist der Fahrer von dem direkten Zugriff auf die Bremsen entkoppelt. Bei Betätigung des Pedals werden gewöhnlich eine Pedalentkopplungseinheit und ein Simulator betätigt, wobei durch eine Sensorik der Bremswunsch des Fahrers erfasst wird. Der gewöhnlich als Hauptbremszylinder ausgebildete Pedalsimulator dient dazu, dem Fahrer ein möglichst vertrautes und komfortables Bremspedalgefühl zu vermitteln. Der erfasste Bremswunsch führt zu der Bestimmung eines Sollbremsmomentes, woraus dann der Sollbremsdruck für die Bremsen ermittelt wird. Der Bremsdruck wird dann aktiv von einer Druckbereitstellungseinrichtung in den Bremsen aufgebaut.
• Das tatsächliche Bremsen erfolgt also durch aktiven Druckaufbau in den Bremskreisen mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung, die von einer Steuer- und Regeleinheit angesteuert wird. Durch die hydraulische Entkopplung der Bremspedalbetätigung von dem Druckaufbau lassen sich in derartigen Bremssystemen viele Funktionalitäten wie ABS, ESC, TCS, Hanganfahrhilfe etc. für den Fahrer komfortabel verwirklichen.
• Die Druckbereitstellungseinrichtung in oben beschriebenen Bremssystemen wird auch als Aktuator bzw. hydraulischer Aktuator bezeichnet. Insbesondere werden Aktuatoren als Linearaktuatoren bzw. Lineareinheiten ausgebildet, bei denen zum Druckaufbau ein Kolben axial in einen hydraulischen Druckraum verschoben wird, der in Reihe mit einem Rotations-Translationsgetriebe gebaut ist. Die Motorwelle eines Elektromotors wird durch das Rotations-Translationsgetriebe in eine axiale Verschiebung des Kolbens umgewandelt.
• Aus der DE 10 2013 204 778 A1 ist eine „Brake-by-Wire“-Bremsanlage für Kraftfahrzeuge bekannt, welche einen bremspedalbetätigbaren Tandemhauptbremszylinder, dessen Druckräume jeweils über ein elektrisch betätigbares Trennventil trennbar mit einem Bremskreis mit zwei Radbremsen verbunden sind, eine mit dem Hauptbremszylinder hydraulisch verbundene, zu- und abschaltbare Simulationseinrichtung, und eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum gebildet wird, deren Kolben durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, umfasst, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung über zwei elektrisch betätigbare Zuschaltventile mit den Einlassventilen der Radbremsen verbunden ist.
• Im Normalbetrieb wird der Fahrer durch Schalten der Trennventile bzw. Fahrertrennventile von den Radbremsen getrennt, und der Linearaktuator wird durch Schalten der Zuschaltventile bzw. Aktuatorzuschaltventile hydraulisch mit den Radbremsen verbunden. Eine Bewegung des Kolbens des Linearaktuators aus seiner Ruhelage in den Druckraum verschiebt Bremsflüssigkeitsvolumen vom Linearaktuator über die geöffneten Einlassventile in die Radbremsen und bewirkt auf diese Weise einen Druckaufbau in den Radbremsen. Im umgekehrten Fall, also beim Zurückfahren des Kolbens in Richtung seiner Ruhelage, erfolgt ein Druckabbau in den Radbremsen. Die Einstellung eines geforderten Systemdruckes erfolgt mit Hilfe eines geeigneten Druckreglers.
• Zur Druckregelung steht ein Drucksensor zur Verfügung, der den von dem Linearaktuator aufgebrachten hydraulischen Systemdruck, der auch in der hydraulischen Kammer bzw. dem Druckraum des Linearaktuators herrscht, erfasst. Die Position des Kolbens des Linearaktuators wird gewöhnlich gemessen durch einen Motorwinkelsensor. Aus diesem Motorwinkelsignal wird ein Motordrehzahlsignal, beispielsweise durch Differentiation, ermittelt.
• Die Dimensionierung und Parametrisierung des Druckreglers erfolgt auf der Basis des statischen und dynamischen Verhaltens des zu regelnden Prozesses, in diesem Fall der Bremsanlage, z.B. in seinem Nominalzustand. Weicht der zu regelnde Prozess stark von diesem Auslegungszustand in einer Art und Weise ab, dass die Stelleingriffe der Druckregelung zu groß sind, führt dies im geschlossenen Druckregelkreis zum Teil zu signifikanten Schwingungen im Systemdruck, die sich störend auf Bremsfunktion, Geräusch und Komfort auswirken sowie zu einem erhöhten Verschleiß der beteiligten Bauteile führen.
• Derartige Abweichungen rühren beispielsweise her vom Betrieb der Bremsanlage bei niedrigen Temperaturen, was eine erhebliche Erhöhung der Viskosität der Bremsflüssigkeit bedingt. Sie können auch bedingt sein durch Aktuatorzuschaltventile, die aufgrund einer zu geringen Bestromung der Ventilspulen überhaupt nicht oder nur unzureichend geöffnet sind.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen störungsfreien Betrieb der Bremsanlage zu ermöglichen. Weiterhin soll ein Druckregler bereitgestellt werden, der einen störungsfreien Betrieb einer Bremsanlage ermöglicht. Zudem soll eine Bremsanlage bereitgestellt werden, die besonders störungsfrei betrieben werden kann.
• In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zeitliche Verlauf des Systemdrucks auf Druckschwingungen überwacht wird, wobei bei Erkennen einer Druckschwingung der von der Druckbereitstellungseinrichtung zum Druckaufbau bereitgestellte Volumenstrom des Druckmittels reduziert wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass aus verschiedenen Gründen Druckschwingungen in der Bremsanlage verhindert werden sollten. Sie verhindern nämlich ein präzises Einstellen eines angeforderten Bremsdruckes und sorgen für Störeinflüsse bei Regelvorgängen. Eine Druckanforderung kann dabei durch einen vom Fahrer geäußerten Bremswunsch durch Betätigung des Bremspedals und/oder durch ein Fahrassistenz- und/oder Fahrsicherheitssystem erfolgen.
• Wie nunmehr erkannt wurde, können aufgetretene Druckschwingungen bis auf ein Minimum reduziert und das Auftreten von neuen Druckschwingungen verhindert werden, indem der Volumenstrom reduziert wird. Dabei wird weiterhin der geforderte Druck eingestellt, allerdings kann diese Maßnahme zu einer Reduzierung der Geschwindigkeit des Druckaufbaus führen, so dass schnelle Bremsflüssigkeitsbewegungen, die zum Auftreten von Druckschwingungen führen können, vermieden werden.
• Grundgedanke des Verfahrens ist somit, anhand des gemessenen Systemdruckverlaufs die hierdurch verursachten Schwingungen zu detektieren und daraus eine entsprechende Anpassung der Stelleingriffe des Druckreglers zu veranlassen. Bei Erkennen einer Druckschwingung wird bevorzugt somit die Geschwindigkeit, mit der die Druckbereitstellungseinrichtung das für den Druckaufbau erforderliche Bremsflüssigkeitsvolumen in die Radbremsen verschiebt, reduziert.
• Die Reduzierung des Volumenstroms bedeutet dabei, dass die Zeit, die gebraucht wird, um ausgehend von dem momentan ausgehend Istsystemdruck den geforderten Systemdruck zu erreichen, durch entsprechende Maßnahmen verlängert wird gegenüber dem momentan eingestellten Fall.
• Vorteilhafterweise wird der Volumenstrom wieder erhöht, wenn für eine vorgegebene Zeitspanne keine Druckschwankung erkannt wurde. Auf diese Weise kann die Dynamik der aktiven Druckregelung wieder optimiert werden, wenn Druckschwingungen nicht auftreten.
• Die Druckbereitstellungseinrichtung weist vorzugsweise einen Elektromotor auf, dessen Motorwelle mit einer Motordrehzahl betrieben wird, wobei ein Rotations-Translationsgetriebe die Rotation der Motorwelle in eine Translation eines Druckkolbens umsetzt, der zum Druckaufbau in einen hydraulischen Druckraum der Druckbereitstellungseinrichtung verfahren wird, und wobei zur Einstellung des Systemdruckes eine Sollmotordrehzahl angefordert wird, und wobei zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Druckaufbaus eine Reduzierung der geforderten Sollmotordrehzahl erfolgt. Je höher die Motordrehzahl ist, umso schneller ist die axiale Verfahrgeschwindigkeit des Druckkolbens in den hydraulischen Druckraum. Eine Reduzierung der Motordrehzahl resultiert somit in einer verringerten Verfahrgeschwindigkeit, so dass der Druckaufbau langsamer erfolgt.
• Zur Reduzierung der Sollmotordrehzahl wird diese bevorzugt mit einem Drehzahlskalierungsfaktor multipliziert, der kleiner gleich eins (≤1) und größer als ein vorgegebener, minimaler Drehzahlskalierungsschwellenwert ist.
• Bei der nächsten Bremsenbetätigung wird vorteilhafterweise der Drehzahlskalierungsfaktor um einen Drehzahlskalierungserhöhungswert erhöht. Auf diese Weise wird wieder ein schnellerer Druckaufbau eingestellt, so dass die Dynamik des entsprechenden Druckreglers wieder erhöht wird. Werden bei diesem Bremsvorgang erneut Druckschwingungen detektiert, erfolgt wieder wie oben beschrieben eine Verringerung der Motordrehzahl.
• In einer bevorzugten Ausführungsform hängt der Drehzahlskalierungserhöhungswert ab von dem aktuellen Wert des Drehzahlskalierungsfaktors. Beispielsweise kann dadurch erreicht werden, dass bei einer starken vorangegangenen Reduzierung der Motordrehzahl diese nur gering erhöht werden, um nicht sofort wieder in einem Motordrehzahlbereich zu landen, in dem Druckschwingungen entstehen.
• Bei Erkennung von Druckschwingungen wird bevorzugt die Bestromung von bereits aktivierten Zuschaltventilen geändert. Die Zuschaltventile verbinden im offenen Zustand die Druckbereitstellungseinrichtung mit den Radbremsen und trennen sie von diesen im geschlossenen Zustand. Die Änderung der Bestromung erfolgt bevorzugt im Wesentlichen dadurch, dass die bereits bestromten Ventile erneut mit einem Wert zum Öffnen der Ventile bestromt werden, wobei der Wert für den Ventilöffnungsstrom ebenso wie der Wert für den Haltestrom gegenüber der Einstellung für den Normalbetrieb erhöht werden kann.
• Eine Druckschwingung wird vorteilhafterweise erkannt, wenn die zeitliche Ableitung des Systemdruckes, also sein zeitlicher Gradient, und/oder der Vorzeichenwechsel der zeitlichen Ableitung des Systemdruckes jeweils außerhalb eines oder mehrerer vorgegebenen Schwellenwertbereiche liegen. Eine erkannte Druckschwingung ist vorzugsweise gekennzeichnet durch simultan vorliegende große Druckänderungen und eine hohe Frequenz dieser Änderungen.
• Vorteilhafterweise werden zu, vorzugsweise mit gleichem zeitlichen Abstand, wiederkehrenden Erfassungszeitpunkten der Wert des Istsystemdruckgradienten und Vorzeichenwechsel des Istsystemdruckgradienten ermittelt bzw. bestimmt, wobei ein erster Zähler mit einem Ursprungswert, der insbesondere Null ist, vorgesehen ist, der um einen ersten Wert, vorzugsweise Eins, erhöht wird, wenn der Istsystemdruckgradient an einem Erfassungszeitpunkt außerhalb eines vorgegebenen ersten Druckgradienttoleranzbandes liegt. Dies bedeutet insbesondere, dass der zeitliche Istdruckgradient betragsmäßig einen vorgegebenen positiven Schwellenwert überschreitet. Ein derartiger Zähler lässt sich in zuverlässiger und robuster Weise in einem Regler implementieren, wobei die Erfassungszeitpunkte bevorzugt jeweils Reglerloops entsprechen, die in gleichen zeitlichen Abständen aufeinander folgen.
• Der erste Zähler wird zusätzlich bevorzugt um den ersten Wert erhöht, wenn der Istsystemdruckgradient an einem Erfassungszeitpunkt außerhalb eines vorgegebenen zweiten Druckgradienttoleranzbandes liegt. Damit kann abgebildet werden, dass sich besonders große Druckänderungen stärker auf die Erkennung einer Druckschwingung auswirken.
• Nach einer vorgegebenen Anzahl von Erfassungszeitpunkten wird bevorzugt der erste Zähler um einen zweiten Wert, vorzugsweise Eins, reduziert, sofern er größer als sein Ursprungswert war. Dadurch wird erreicht, dass der Zähler wieder auf seinen Ursprungswert reduziert wird, wenn keine Druckschwingungen auftreten.
• Bevorzugt ist ein zweiter Zähler vorgesehen, der die Anzahl der Erfassungszeitpunkte zwischen zwei Vorzeichenwechseln des Istsystemdruckgradienten zählt. Der zweite Zähler bildet das zweite Schwingungserkennungskriterium ab, welches die Frequenz der jeweiligen Schwingung betrifft.
• Eine Druckschwingung wird bevorzugt erkannt, wenn der erste Zähler einen vorgegebenen Zählerschwellenwert überschritten hat und wenn der Wert des zweiten Zählers innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegt.
• In Bezug auf den Druckregler wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, dass ein oben beschriebenes Verfahren in ihm hardware- und/oder softwaremäßig implementiert ist.
• In Bezug auf die Bremsanlage wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem derartigen Druckregler.
• Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass durch das beschriebene Verfahren der Komfort der Bremsanlage gesteigert wird, da durch Druckschwingungen verursachte Geräusche oder Einschränkungen der Bremsfunktionen reduziert oder ganz vermieden werden können. Darüber hinaus wird durch eine Reduzierung des Verschleißes der Bauteile die Lebensdauer der verbauten Komponenten bzw. der Bremsanlage erhöht.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:
• 1 eine Bremsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform;
• 2 einen Druckregler für die Bremsanlage gemäß 1;
• 3 eine detaillierte Darstellung des Druckreglers gemäß 2 mit einer Limitierungsfunktion; und
• 4 die Limitierungsfunktion gemäß 3 in detaillierter Darstellung.
• Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
• In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bremsanlage 1 dargestellt. Die Bremsanlage umfasst einen mittels eines Betätigungs- bzw. Bremspedals 1a betätigbaren Hauptbremszylinder 2, eine mit dem Hauptbremszylinder 2 zusammen wirkende Simulationseinrichtung 3, einen dem Hauptbremszylinder 2 zugeordneten, unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 4, eine elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5, welche durch eine Zylinder-Kolben-Anordnung mit einem hydraulischen Druckraum 37 gebildet wird, deren Kolben 36 durch einen elektromechanischen Aktuator verschiebbar ist, eine elektrisch steuerbare Druckmodulationseinrichtung zum Einstellen radindividueller Bremsdrücke und eine elektronische Steuer- und Regeleinheit 12.
• Die nicht näher bezeichnete Druckmodulationseinrichtung umfasst beispielsgemäß je hydraulisch betätigbare Radbremsen 8, 9, 10, 11 und je betätigbarer Radbremse 8, 9, 10, 11 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges ein Einlassventil 6a–6d und ein Auslassventil 7a–7d, die paarweise über Mittenanschlüsse hydraulisch zusammengeschaltet und an die Radbremsen 8, 9, 10, 11 angeschlossen sind. Die Eingangsanschlüsse der Einlassventile 6a–6d werden mittels Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b mit Drücken versorgt, die in einer „Brake-by-Wire“-Betriebsart aus einem Systemdruck abgeleitet werden, der in einer an den Druckraum 37 der Druckbereitstellungseinrichtung 5 angeschlossenen Systemdruckleitung 38 vorliegt. Die Bremsen 8, 9 sind dabei an einen ersten Bremskreis 27, die Bremsen 10, 11 an einen zweiten Bremskreis 33 hydraulisch angeschlossen.
• Den Einlassventilen 6a–6d ist jeweils ein zu den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b hin öffnendes Rückschlagventil 50a–50d parallel geschaltet. In einer Rückfallbetriebsart werden die Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b über hydraulische Leitungen 22a, 22b mit den Drücken der Druckräume 17, 18 des Hauptbremszylinders 2 beaufschlagt. Die Ausgangsanschlüsse der Auslassventile 7a–7d sind über eine Rücklaufleitung 14b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 verbunden.
• Der Hauptbremszylinder 2 weist in einem Gehäuse 21 zwei hintereinander angeordnete Kolben 15, 16 auf, die die hydraulischen Druckräume 17, 18 begrenzen. Die Druckräume 17, 18 stehen einerseits über in den Kolben 15, 16 ausgebildete radiale Bohrungen sowie entsprechende Druckausgleichsleitungen 41a, 41b mit dem Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung, wobei die Verbindungen durch eine Relativbewegung der Kolben 17, 18 im Gehäuse 21 absperrbar sind. Die Druckräume 17, 18 stehen andererseits mittels der hydraulischen Leitungen 22a, 22b mit den bereits genannten Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b in Verbindung.
• In der Druckausgleichsleitung 41a ist ein stromlos offenes Ventil 28 enthalten. Die Druckräume 17, 18 nehmen nicht näher bezeichnete Rückstellfedern auf, die die Kolben 15, 16 bei unbetätigtem Hauptbremszylinder 2 in einer Ausgangslage positionieren. Eine Kolbenstange 24 koppelt die Schwenkbewegung des Bremspedals 1 infolge einer Pedalbetätigung mit der Translationsbewegung des ersten Hauptbremszylinderkolbens 15, dessen Betätigungsweg von einem, vorzugsweise redundant ausgeführten, Wegsensor 25 erfasst wird. Dadurch ist das entsprechende Kolbenwegsignal ein Maß für den Bremspedalbetätigungswinkel. Es repräsentiert einen Bremswunsch des Fahrzeugführers.
• In den an die Druckräume 17, 18 angeschlossenen Leitungsabschnitten 22a, 22b ist je ein Trennventil 23a, 23b angeordnet, welches als ein elektrisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes, 2/2-Wegeventil ausgebildet ist. Durch die Trennventile 23a, 23b kann die hydraulische Verbindung zwischen den Druckräumen 17, 18 des Hauptbremszylinders und den Bremskreisversorgungsleitungen 13a, 13b abgesperrt werden. Ein an den Leitungsabschnitt 22b angeschlossener Drucksensor 20 erfasst den im Druckraum 18 durch ein Verschieben des zweiten Kolbens 16 aufgebauten Druck.
• Die Simulationseinrichtung 3 ist hydraulisch an den Hauptbremszylinder 2 ankoppelbar und besteht beispielsgemäß im Wesentlichen aus einer Simulatorkammer 29, einer Simulatorfederkammer 30 sowie einem die beiden Kammern 29, 30 voneinander trennenden Simulatorkolben 31. Der Simulatorkolben 31 stützt sich durch ein in der Simulatorfederkammer 30 angeordnetes elastisches Element (z. B. eine Feder), welches vorteilhafterweise vorgespannt ist, am Gehäuse 21 ab. Die Simulatorkammer 29 ist mittels eines elektrisch betätigbaren Simulatorventils 32 mit dem ersten Druckraum 17 des Hauptbremszylinders 2 verbindbar. Bei Vorgabe einer Pedalkraft und geöffnetem Simulatorventil 32 strömt Druckmittel vom Hauptbremszylinder-Druckraum 17 in die Simulatorkammer 29. Ein hydraulisch antiparallel zum Simulatorventil 32 angeordnetes Rückschlagventil 34 ermöglicht unabhängig vom Schaltzustand des Simulatorventils 32 ein weitgehend ungehindertes Zurückströmen des Druckmittels von der Simulatorkammer 29 zum Hauptbremszylinder-Druckraum 17. Andere Ausführungen und Anbindungen der Simulationseinrichtung an den Hauptbremszylinder 2 sind denkbar.
• Die elektrisch steuerbare Druckbereitstellungseinrichtung 5 ist als eine hydraulische Zylinder-Kolben-Anordnung bzw. ein einkreisiger elektrohydraulischer Aktuator ausgebildet, deren/ dessen Druckkolben 36, welcher den Druckraum 37 begrenzt, von einem schematisch angedeuteten Elektromotor 35 unter Zwischenschaltung eines ebenfalls schematisch dargestellten Rotations-Translationsgetriebes betätigbar ist. Ein der Erfassung der Rotorlage des Elektromotors 35 dienender, lediglich schematisch angedeuteter Rotorlagensensor ist mit dem Bezugszeichen 44 bezeichnet. Zusätzlich kann auch ein Temperatursensor zum Sensieren der Temperatur der Motorwicklung verwendet werden.
• Der durch die Kraftwirkung des Kolbens 36 auf das in dem Druckraum 37 eingeschlossene Druckmittel erzeugte Aktuatordruck wird in die Systemdruckleitung 38 eingespeist und mit einem vorzugsweise redundant ausgeführten Drucksensor 19 erfasst. Bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b gelangt das Druckmittel in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 zu deren Betätigung. Durch Vor- und Zurückschieben des Kolbens 36 erfolgt so bei geöffneten Zuschaltventilen 26a, 26b bei einer Normalbremsung in der „Brake-by-Wire“-Betriebsart ein Radbremsdruckaufbau und -abbau für alle Radbremsen 8, 9, 10, 11. Beim Druckabbau strömt dabei das vorher aus dem Druckraum 37 in die Radbremsen 8, 9, 10, 11 verschobene Druckmittel auf dem gleichen Wege wieder in den Druckraum 37 zurück. Dagegen strömt bei einer Bremsung mit radindividuell unterschiedlichen, mit Hilfe der Einlass- und Auslassventile 6a–6d, 7a–7d geregelten Radbremsdrücken (z. B. bei einer Antiblockierregelung (ABS-Regelung)) der über die Auslassventile 7a–7d abgelassene Druckmittelanteil in den Druckmittelvorratsbehälter 4 und steht somit zunächst der Druckbereitstellungseinrichtung 5 zur Betätigung der Radbremsen 8, 9, 10, 11 nicht mehr zur Verfügung. Ein Nachsaugen von Druckmittel in den Druckraum 37 ist durch ein Zurückfahren des Kolbens 36 bei geschlossenen Zuschaltventilen 26a, 26b möglich.
• In der Steuer- und Regeleinheit 12 ist ein oben beschriebenes Verfahren, welches in einer bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit den 2 bis 4 besprochen wird, softwaremäßig implementiert. Die Steuer- und Regeleinheit 12 ist signaleingangsseitig mit dem Drucksensor 19 verbunden, dessen Signal ihr den aktuell herrschenden Systemdruck bzw. Istsystemdruck liefert.
• Die Steuer- und Regeleinheit 12 umfasst bevorzugt einen Druckregler 70 (dieser kann auch separat vorgesehen sein), der in 2 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt ist. Der Druckregler 70 weist ein Druckregelungsmodul 72 auf, dem der Sollsystemdruck P_Sys,Soll 76 und der beispielsweise mittels des Drucksensors 19 bestimmte Istsystemdruck P_Sys 78 zugeführt werden. Einem Berechnungsmodul 80 wird das Signal für den Sollsystemdruck P_Sys,Soll 76 ebenfalls zugeführt. Das Berechnungsmodul 80 berechnet mit Hilfe des Sollsystemdrucks P_Sys,Soll im Rahmen einer Geschwindigkeitsvorsteuerungsberechnung eine Vorsteuerungsmotordrehzahl ω_{Akt,Soll,DR,FFW} der Motorachse.
• Der Istsystemdruck bzw. Systemdruck P_Sys wird in einem Subtraktionsmodul 86 von dem Sollsystemdruck P_Sys,Soll subtrahiert und das Ergebnis dieser Subtraktion einem Druckregelmodul 92 zugeführt, welcher daraus eine Stellgröße ω_{Akt,Soll,DR,Ctrl} für die Motordrehzahl berechnet. Diese Stellgröße wird zur Vorsteuerungsmotordrehzahl in einem Addiermodul 96 addiert, wodurch eine Sollmotordrehzahl ω_Akt,Soll berechnet wird. Diese wird einem Begrenzungsmodul 100 zugeführt, das sie auf einen vorgegebenen Wertebereich beschränkt, woraus die resultierende begrenzte Sollmotordrehzahl ω_{Alt,Soll,Result} resultiert.
• Die begrenzte Sollmotordrehzahl ω_{Akt,Soll,Result} wird einem Subtraktionsmodul 106 zugeführt, dem die ermittelte Istmotordrehzahl ω_Akt 110 zugeführt wird und von der Sollmotordrehzahl ω_{Akt,Soll,Result} abgezogen wird. Die auf diese Weise ermittelte Motordrehzahldifferenz wird einem Drehzahlregelmodul 112 zugeführt, welches anhand dieser Größe ein Sollmotormoment berechnet, welches in einem Begrenzungsmodul 116 auf einen vorgegebenen Motormomentwertebereich begrenzt wird. Das Begrenzungsmodul 116 liefert als Ausgangsgröße ein Sollmotormoment M_Akt,Soll, mit welchem der Elektromotor 35 der Druckbereitstellungseinrichtung angesteuert wird.
• Der in 2 dargestellte Druckregler 70 weist noch weitere Module auf, die in 3 dargestellt sind und im Zusammenhang mit 3 besprochen werden. Der Druckregler 70 gemäß 2 weist ein in 2 nicht dargestelltes Anpassungsmodul 120 auf, welches als Eingangsgröße über eine Signalleitung 78 den Sollsystemdruck P_Sys,Soll und 126 den Istsystemdruck P_Sys erhält. Das Anpassungsmodul 120 führt eine Erkennung von Druckschwingungen durch.
• Die Erkennung der Druckschwingungen erfolgt dabei auf der Basis der gemessenen Werte für den Systemdruck P_Sys, indem die durch Ableitung ermittelte Systemdruckänderung d(P_Sys)/dt betrachtet wird. Zeigt das Signal P_Sys ein schwingendes Verhalten, so ergeben sich Druckänderungen, die im Vergleich zum normalen, nicht schwingenden Druckgradienten wesentlich größer sind, und zusätzlich vermehrte Wechsel in der Druckänderungsrichtung. Zusätzlich wird das Sollwertsignal P_Sys,Soll ebenfalls differenziert. Zur Verbesserung der Schwingungserkennung wird das Solldrucksignal bevorzugt vor der Differentiation über eine Anstiegsbegrenzungsfunktion geführt, bei der die Änderung des Sollsignals auf Werte begrenzt wird, die der die Druckbereitstellungseinrichtung 5 bzw. der Linearaktuator auch tatsächlich einstellen kann.
• Die beiden Signale d(P_Sys)/dt und d(P_Sys,Soll)/dt werden nun einem Zählermodul 130, das bevorzugt in das Anpassungsmodul 120 integriert ist, zugeführt. In diesem Zählermodul 130 wird nun in jeder Reglerloop der ermittelte Gradient des Systemdruckes P_Sys im Vergleich zum Solldruckgradient ausgewertet. Zusätzlich werden die Vorzeichenwechsel des Istdruckgradienten betrachtet.
• Hierfür ist ein erster Zähler N_Cnt,ε vorgesehen, der um den Wert 1 erhöht wird, wenn der Istdruckgradient d(P_Sys)/dt das durch (d(P_Sys,soll)/dt – ε) und (d(P_Sys,soll)/dt + ε) definierte Toleranzband verletzt. Zur Erhöhung der Auslösegeschwindigkeit kann ein weiteres, gröberes Toleranzband [(d(P_Sys,soll)/dt – ε₂)...(d(P_Sys,soll)/dt + ε₂)] mit ε < ε₂ festgelegt werden, so dass bei Verlassen dieses Bandes der Zähler N_Cnt,ε nochmals um den Wert 1 erhöht wird. Nach jeder n-ten Reglerloop wird N_Cnt,ε wieder um 1 reduziert, sodass bei einem längeren schwingungsfreien Betrieb dieser Zählerstand sich wieder dem Wert 0 nähert.
• Ein zweiter Zähler N_cnt,T zählt die Zeit bzw. die Anzahl der Reglerloops zwischen zwei Vorzeichenwechseln des Signals Istdruckgradient d(P_Sys)/dt und ermittelt somit ein Maß für die Periodendauer der Systemdruckschwingung. Zur besseren Auswertung der ermittelten Zählerstände werden die letzten m Werte für N_cnt,T gespeichert.
• Überschreitet der erste Zähler N_Cnt,ε einen vordefinierten Grenzwert N_Cnt,ε,Limit und liegen die ermittelten Werte des zweiten Zählers N_cnt,T innerhalb eines Auswertungsintervalls, so wird auf eine Druckschwingung erkannt, die einen Eingriff in die Verstärkung des Druckregler erfordert. Zusätzlich kann ein zweites Auswertungsintervall festgelegt werden, welches eine Anpassung der Bestromungsstrategie für die Zuschaltventile 26a, 26b erforderlich macht.
• Sind die aufgrund der erkannten Druckschwingung erforderlichen Anpassungsanforderungen gestellt worden, werden die beiden Zähler N_Cnt,ε und N_cnt,T zurückgesetzt und der Erkennungsvorgang beginnt von neuem.
• Somit kann auf gewisse Weise während einer Bremsung festgestellt werden, ob die durch die Schwingungserkennung angeforderte Maßnahme zu dem gewünschten Effekt führt.
• Im Weiteren wird exemplarisch anhand der Anpassung der Stellangriffe des Druckreglers 70 die weitere Umsetzung der Anforderung durch die Schwingungserkennung dargestellt. Diese wird dadurch erreicht, dass die vom Druckregler bestimmte Motorsolldrehzahl ω_Akt,Soll mit einem Skalierungsfaktor λ_SC gewichtet wird, insbesondere multipliziert wird, wodurch die Stelleingriffe des Druckreglers 70 im Sinne der Schwingungsreduzierung abgeschwächt werden können. Für den Faktor λ_SC gilt: 0 < λ_SC,Min ≤ λ_SC ≤ 1.0
• Hierbei repräsentiert λ_SC = 1.0 den Wert, der als Startwert gesetzt wird und der bei der Reglerabstimmung für den Normalzustand eingestellt ist. Wird aufgrund der Schwingungserkennung eine Anforderung zur Reduzierung der Stelleingriffe des Druckreglers 70 und damit zur Reduzierung des Skalierungsfaktors λ_SC gestellt, so wird dieser, solange der untere Grenzwert λ_SC,Min noch nicht erreicht ist, bei jeder aufgrund der Schwingungserkennung veranlassten Anpassungsanforderung um ein Δλ reduziert und anschließend die Anforderung zurückgesetzt: λ_SC,Neu = λ_SC,Alt – Δλ
• Da nun die Schwingungserkennung nach dem Zurücksetzen der Zähler wieder neu gestartet wird, kann nun festgestellt werden, ob diese Reduzierung des Skalierungsfaktors bereits ausreichend war. In diesem Fall werden im Weiteren keine Schwingungen detektiert. Falls die Schwingungserkennung während der Bremsung erneut anspricht, wird durch das Stellen einer entsprechenden Anforderung der Skalierungsfaktor um ein weiteres Δλ reduziert.
• Nach Beendigung der Bremsenbetätigung ergibt sich somit ein Wert λ_SC,2 für den Skalierungsfaktor. Zur Vermeidung, dass, im Hinblick auf eine möglichst große Dynamik des Linearaktuators bei der Betätigung der Bremse, dieser Wert nicht dauerhaft reduziert bleibt, wird nun im Anpassungsmodul 120 der Skalierungsfaktor λ_SC vor der nächsten Bremsenbetätigung neu berechnet, indem er um ein Δλ_SC,AUF erhöht wird: λ_SC,3 = λ_SC,2 + Δλ_SC,AUF
• Im einfachsten Fall kann Δλ_SC,AUF ein vordefinierter Wert Δλ_SC,AUF,Const sein.
• In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich berücksichtigt werden, wie stark der Skalierungsfaktor während der zurückliegenden Bremsung reduziert wurde. Mit λ_SC,2 wird der Wert des Skalierungsfaktors nach Beendigung der Bremsung bezeichnet. Der Faktor λ_SC,1 hingegen repräsentiert den Skalierungsfaktor vor Beginn der letzten Bremsung. Gilt nun, dass der Skalierungsfaktor nur gering reduziert wurde, also λ_SC,2 ≈ λ_SC,1, d. h., die Differenz der beiden Skalierungsfaktoren ist insbesondere betragsmäßig – geringer als ein vorgegebener Schwellenwert, wird vor der nächsten Bremsung der Skalierungsfaktor um den erwähnten Wert Δλ_SC,AUF,Const erhöht.
• Wurde hingegen eine stärkere Reduzierung der Stellgrößeneingriffe mittels des Faktors λ_SC vorgenommen, so erfolgt die erneute Anhebung des Skalierungsfaktors vor der nächsten Bremsung in kleineren Schritten, die dann durch Δλ_SC,AUF = (λ_SC,1 – λ_SC,2)/N definiert sind. Durch die Wahl von N kann beeinflusst werden, wie stark die Änderung des Skalierungsfaktors wieder korrigiert wird bzw. wie stabil der aufgrund der Schwingungserkennung resultierende Skalierungsfaktor bleibt.
• Der auf diese Weise berechnete Skalierungsfaktor sowie die Sollmotordrehzahl ω_Akt,Soll werden einem Limitierungsmodul 136 zugeführt, welches in 2 mit der Bezugszeichennummer 100 bezeichnet ist und welches als weitere Eingangsgrößen eine minimale Motordrehzahl ω_Min und eine maximale Motordrehzahl ω_Max erhält. Das so entstandene Limitierungsmodul 136 berechnet mit Hilfe dieser Größen die resultierende Sollmotordrehzahl ω_{Alt,Soll,Result}.
• Die im Limitierungsmodul 136 implementierte Funktionalität ist in 4 dargestellt. Die Sollmotordrehzahl ω_Akt,Soll und der Skalierungsfaktor λ_SC werden in einem Multipliziermodul 150 miteinander multipliziert. Da der Skalierungsfaktor gleich oder geringer dem Wert 1 ist, wird auf diese Weise die Sollmotordrehzahl ω_Akt,Soll verringert, oder sie bleibt für den Fall, dass der Skalierungsfaktor λ_SC = 1 ist, gleich groß. Die auf diese Weise berechnete intermediäre Sollmotordrehzahl ω_Akt,Soll* wird in einem Begrenzungsmodul 156 auf einen vorgegebenen Motordrehzahlswertebereich beschränkt, woraus die resultierende Sollmotordrehzahl ω_{Akt,Soll,Result} resultiert. Diese wird, wie in 2 dargestellt, dem Subtraktionsmodul 106 zugeführt.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102013204778 A1 [0006]

Claims (15)

1. Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage (1), umfassend Radbremsen (8, 9, 10, 11), in die eine Druckbereitstellungseinrichtung (5) bedarfsweise zum Druckaufbau Druckmittel verschiebt, indem sie einen Systemdruck (P_Sys) bereitstellt, wobei ein Sollsystemdruck (P_Sys,Soll) angefordert wird, und wobei aufgrund der Sollsystemdruckanforderung von der Druckbereitstellungseinrichtung (5) der Systemdruck (P_Sys) in der geforderten Höhe des Sollsystemdrucks (P_Sys,Soll) aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf des Systemdrucks (P_Sys) auf Druckschwingungen überwacht wird, wobei bei Erkennen einer Druckschwingung der von der Druckbereitstellungseinrichtung (5) zum Druckaufbau bereitgestellte Volumenstrom des Druckmittels reduziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Volumenstrom wieder erhöht wird, wenn für eine vorgegebene Zeitspanne keine Druckschwingung erkannt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Druckbereitstellungseinrichtung (5) einen Elektromotor (35) aufweist, dessen Motorwelle mit einer Motordrehzahl (ω) betrieben wird, und wobei ein Rotations-Translations-Getriebe die Rotation der Motorwelle in eine Translation eines Druckkolbens umsetzt, der zum Druckaufbau in einen Hydraulikraum (37) der Druckbereitstellungseinrichtung (5) verfahren wird, wobei zur Einstellung des Systemdruckes (P_Sys) eine Sollmotordrehzahl (ω_Akt,Soll) angefordert wird, und wobei zur Reduzierung des Volumenstroms eine Reduzierung der geforderten Sollmotordrehzahl (ω_Akt,Soll) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die geforderte Sollmotordrehzahl (ω_Akt,Soll) mit einem Drehzahlskalierungsfaktor (λ_SC) multipliziert wird, der kleiner gleich eins und größer als ein vorgegebener minimaler Drehzahlskalierungsschwellenwert (λ_SC,Min) ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei bei der nächsten Bremsenbetätigung der Drehzahlskalierungsfaktor (λ_SC) um einen Drehzahlskalierungserhöhungswert (Δλ_SC,AUF) erhöht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Drehzahlskalierungserhöhungswert abhängt von dem aktuellen Wert des Drehzahlskalierungsfaktors (λ_SC).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei Erkennung einer Druckschwingung die Bestromung von Zuschaltventilen (26a, 26b) verändert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Druckschwingung erkannt wird, wenn die zeitliche Ableitung (d(P_Sys)/dt) des Systemdruckes (P_Sys) und/oder der Vorzeichenwechsel der zeitlichen Ableitung des Systemdruckes (P_Sys) jeweils außerhalb eines oder mehrerer vorgegebenen Schwellenwertbereiche liegt/liegen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zu, insbesondere mit gleichem zeitlichen Abstand, wiederkehrenden Erfassungszeitpunkten der Wert des Systemdruckgradienten und Vorzeichenwechsel des Systemdruckgradienten (d(P_Sys)/dt) erfasst werden, und wobei ein erster Zähler mit einem Ursprungswert, der insbesondere Null ist, vorgesehen ist, der um einen ersten Wert, insbesondere Eins, erhöht wird, wenn der Systemdruckgradient (d(P_Sys)/dt) an einem Erfassungszeitpunkt außerhalb eines vorgegebenen ersten Druckgradienttoleranzbandes liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Zähler um den ersten Wert erhöht wird, wenn der Systemdruckgradient (d(P_Sys)/dt) an einem Erfassungszeitpunkt außerhalb eines vorgegebenen zweiten Druckgradienttoleranzbandes liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei nach einer vorgegeben Anzahl von Erfassungszeitpunkten der erste Zähler um einen zweiten Wert, insbesondere Eins, reduziert wird, sofern er größer als sein Urspungswert war.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein zweiter Zähler vorgesehen ist, der die Anzahl der Erfassungszeitpunkte zwischen zwei Vorzeichenwechseln des Ist-Systemdruckgradienten (d(P_Sys)/dt) zählt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Druckschwingung erkannt wird, wenn der erste Zähler einen vorgegebenen Zählerschwellenwert überschritten hat und wenn der Wert des zweiten Zählers innerhalb eines vorgegebenen Auswertungsintervalls liegt.
14. Druckregler (70) für eine Bremsanlage (1) in dem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hardware- und/oder softwaremäßig implementiert ist.
15. Bremsanlage (1) mit einem Druckregler nach Anspruch 14.

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