DE3636140C2

DE3636140C2 - Druckregler

Info

Publication number: DE3636140C2
Application number: DE19863636140
Authority: DE
Inventors: Winfried Dipl Ing Hommen; Joachim Dipl Ing Rau; Georg Dipl Ing Staeuble; Tiberius Dipl Ing Wieser
Original assignee: Knorr Bremse AG
Current assignee: Knorr Bremse AG
Priority date: 1986-10-24
Filing date: 1986-10-24
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2006-10-25
Also published as: DE3636140A1; FR2609339A1; FR2609339B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckregler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Druckregler ist aus der DE 34 44 827 A1 bekannt. Ähnliche Druckregler sind auch aus den US-Patentschriften 3,402,972, 3,398,993, 3,807,810 und den deutschen Patentschriften 1 160 491, 1 100 672 und 2 811 345 bekannt. Kurz zusammen gefaßt wird diesen bekannten Druckreglern für Bremsen ein elektrisches Bremsanforderungssignal, das Soll-Wert-Signal U_soll zugeführt. Das Soll-Wert-Signal U_soll wird mit dem Ist-Wert- Signal U_ist verglichen. Der Regler steuert entsprechend der Soll-/Ist-Abweichung das Einlaß oder das Auslaß-Ventil an, um den Ist-Wert an den Soll-Wert anzugleichen.

Um das Soll-Wert-Signal U_soll auch von der Pedalgeschwindigkeit abhängig zu machen, wurde bei der DE 34 44 827 A1 ein Differenzierer vorgesehen, das den Weg (s, s′) des Verstär kerkolbens oder des Bremspedals differenziert und ergänzend dem Kennlinienformungsblock zur zusätzlichen Veränderung des modifizierten Weggrößen-Signales zuführt. Dadurch wird im Kennlinienformungsblock eine Verschiebung der Kennlinie erreicht, aus der bei gegebenem s, s′ das Soll-Wert-Signal U_soll ermittelt wird.

Um die Regelgüte zu verbessern, wurden bei der DE 28 11 345 A1 Auslaß- und Einlaßventile als sog. Proportio nalventile ausgebildet, die im Ergebnis ihren öffnungs querschnitt entsprechend der Regelabweichung ändern. Der Regler hat hierbei auch einen Integralanteil (PI- Regler) um auch kleine Regelabweichungen noch ausregeln zu können und den Regler insgesamt weitestgehend hyste resefrei zu machen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den gattungs bildenden Regler so zu verbessern, daß er schneller ar beitet, also eine höhere Eckfrequenz hat, gleichwohl jedoch hysteresefrei und stabil arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei dein gattungsbildenden Regler durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Generell sind die Forderungen nach Schnelligkeit, Stabi lität und Hysteresefreiheit bei Reglern teilweise gegen sätzlich. Für die Hysteresefreiheit ist ein Integral anteil des Reglers unerläßlich. Er wirkt jedoch bei kurzen Zeitkonstanten destabilisierend, insbesondere wenn ein hoher P-Anteil (hohe Proportionalverstärkung) vorgesehen ist. Umgekehrt läßt sich die Schnelligkeit zwar durch einen Differentialanteil (PID-Regler) er höhen was jedoch ebenfalls destabilisierend wirkt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht daher darin, bei schnellen Soll-Wert-Änderungen, d. h. bei steilem Soll- Wert-Gradienten die Proportionalverstärkung auf höhere Werte umzuschalten. Durch die erhöhte Proportionalver stärkung reduziert sich die Ansprechzeit der Magnet ventile und der elektrische "Totbereich" der Magnet ventile wird schneller durchlaufen. Sinkt der Soll wert- Gradient wieder unter einen Grenzwert ab, so wird der Proportionalanteil auf seinen niedrigeren Wert zurückgeschaltet. Eine weitere Verbesserung der Stabi lität erhält man dadurch, daß man bei der höheren Pro portionalverstärkung den Integralanteil abschaltet und ihn erst dann wieder zuschaltet, wenn der Proportional anteil auf seinen niedrigen Wert zurückgeschaltet ist. Damit behält man die Hysteresefreiheit und die Regelung wird stabiler. Eine weitere Verbesserung erhält man dadurch, daß man bei einem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung den Integralanteil auf Null zurücksetzt und von Null aus die Stellgröße mit dem richtigen Vor zeichen hochlaufen läßt. Damit reduziert sich bei der vorgegebenen Zeitkonstanten des Integralanteiles die Totzeit um den Anteil, der erforderlich wäre, um die Stellgröße von einem zufälligen, momentanen Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen auf Null zu bringen. Es wird also die Schnelligkeit erhöht ohne die Stabilität zu beeinträchtigen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Prinzipschaltbild einer geregelten Brems anlage und

Fig. 2 Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei spiels des Druckreglers der Erfindung.

In Fig. 1 gelangt das Medium (z. B. Luft oder Hydraulik flüssigkeit), dessen Druck geregelt werden soll über eine Leitung 1 zu einem Absperrventil 2 (Einlaßventil) und kann über ein weiteres Absperrventil 3 (Auslaß ventil) abgelassen werden. Zwischen Einlaß- und Auslaß ventil 2 und 3 ist eine Leitung 4 vorgesehen, die zu einem Bremszylinder 5 führt. An diese Leitung 4 ist auch ein elektromechanischer Druck-Spannungswandler 6 angeschlossen, dem eingangsseitig der pneumatische bzw. hydraulische Druck zugeführt wird und der ausgangs seitig auf der elektrischen Leitung 7 ein elektrisches Signal U_ist abgibt, das dem Druck proportional ist. Dieses Ist-Wert-Signal wird einem Regler 8 zugeführt, der bei der Erfindung einen Proportionalanteil und einen Integralanteil enthält (sog. PI-Regler). Der Regler kann auch einen zusätzlichen D-Anteil (Differential anteil) haben und damit ein PID-Regler sein. Über elek trische Leitungen 9 und 10 werden das Einlaßventil 2 und das Auslaßventil 3 so angesteuert, daß sich der gewünschte geregelte Druck einstellt, der über ein elektrisches Druck-Soll-Wert-Signal U_soll auf einer elektrischen Leitung 11 dem Regler 8 zugeführt wird. Bei einer Bremsanlage handelt es sich dabei also um ein Bremsanforderungssignal.

Fig. 2 zeigt den nach der Erfindung ausgestalteten Regler. Die Soll- und Ist-Wert-Signale U_soll und I_ist (von den Leitungen 11 und 7 der Fig. 1) werden einem Vergleicher 12 zugeführt, der die Differenz zwischen U_soll und U_ist bildet. Dieses Differenzsignal wird allgemein auch als Regelabweichung ΔU bezeichnet. Zu sätzlich wird das Soll-Wert-Signal einem Differenzierer 13 zugeführt, der die zeitliche Ableitung d U_soll/dt bildet. Das Regelabweichungssignal ΔU wird über einen Umschalter 14 dem Regler 15 zugeführt. Dieser Regler hat eine Proportionalverstärkung mit einem ersten (nie drigen) Verstärkungsfaktor. Ein zweiter Ausgang des Um schalters 14 wird einem anderen Regler 16 zugeführt, der keinen Integralanteil hat, dessen Proportionalver stärkung (P-Anteil) jedoch größer ist als die des Reglers 15.

Das Ausgangssignal des Differenzierers 13 steuert die Schaltstellung des Umschalters 14. Liegt das Ausgangs signal des Differenzierers 13 unter einem vorgegebenen Schwellwert, so ist der Umschalter 14 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, bei der der Vergleicher 12 zu dem Regler 15 durchgeschaltet ist. Ist dagegen das Aus gangssignal des Differenzierers 13 größer als der vor gegebene Schwellwert, was bedeutet, daß sich der Soll- Wert mit steilem Gradienten ändert, so schaltet der Umschalter 14 in die andere Schaltstellung, in welcher das Ausgangssignal des Vergleichers 12 zu dem Verstärker 16 durchgeschaltet wird. Unterhalb des Schwellwertes des Gradienten des Soll-Wert-Signales ist also der PI-Regler 15 im Einsatz; es wirkt ein relativ niedriger Proportionalanteil sowie der Integralanteil. Oberhalb des Schwellwertes des Gradienten des Soll-Wertes wirkt dagegen nur noch der "Regler" 16, der einen höheren Proportionalanteil hat und dafür aber keinen Integral anteil. Die Ausgangssignale (von denen jeweils ja nur eines wirksam ist) der Regler 15 und 16 werden einer Endstufe 17 zugeleitet, die dann die entsprechenden Magnetventile (z. B. die Magnetventile 2 und 3 der Fig. 1) ansteuert. Vorzugsweise verwendet man hier sog. Proportionalventile gemäß der DE-OS 28 11 345. Die Endstufe 17 enthält dann entsprechend einen Impulsgene rator, dessen Frequenz in Abhängigkeit vom Eingangs signal, d. h. also von Ausgangssignal der Regler 15 und 16 verändert wird.

Weiterhin wird das Ausgangssignal U des Vergleichers 12 einem Schaltkreis 18 zugeführt, der erkennt, ob sich das Vorzeichen von ΔU ändert, d. h. ob die Regelabweichung positiv oder negativ ist, der Druck also erhöht oder er niedrigt werden soll. Bei jedem Vorzeichenwechsel er zeugt dieser Schaltkreis 18 ein Ausgangssignal, bei spielsweise in Form eines Impulses, der einer Rücksetz schaltung 19 für den Integralanteil des Reglers 15 zu geführt wird. Damit wird bei jedem Vorzeichenwechsel der Regelabweichung der Integralanteil des Reglers 15 auf Null zurückgesetzt von wo aus er dann die Regelab weichung weiter auf bzw. abintegriert, je nach Vor zeichen der Regelabweichung. Bei einem plötzlichen Sprung der Regelabweichung muß also der Integrierer im Regler 15 nicht erst vom jeweils aktuell vorhandenen Wert auf- oder abintegrieren, bis er zur Nullinie gelangt, was naturgemäß einige Zeit dauert; vielmehr wird er zwangsweise sofort auf den Wert Null zurückge setzt, womit der Regler also schneller anspricht.

Claims

1. Druckregler, insbesondere Bremsdruckregler für Fahr zeuge, mit mindestens einem durch elektrische Signale betätigbarem Magnetventil, einem Druck-Spannungswandler zur Erzeugung eines dem zu regelnden Druck proportiona len Ist-Wert-Signals, einem Geber für ein elektrisches Soll-Wert-Signal für den Druck, einem Vergleicher zur Erzeugung eines Regelabweichungssignales zwischen dem Ist-Wert-Signal und dem Soll-Wert-Signal, und mit einem mit dem Vergleicher verbundenen Regler, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) mit Proportional- und Integral-An teil ausgebildet ist, daß ein Differenzierer (13) vorgesehen ist, dem das Soll-Wert-Signal (U_soll) zugeführt wird, daß der Ausgang des Differenzierers mit einer Einrich tung verbunden ist, die nach Überschreiten eines vorge gebenen Schwellwertes des Ausgangssignals des Differen zierers (13) die Proportionalverstärkung des Reg lers (15) ändert, derart, daß entweder die Einrichtung einen Umschalter (14) enthält, der das Ausgangssignal (ΔU) des Verglei chers (12) in seiner einen Schaltstellung direkt dem Regler (15) und in der anderen Schaltstellung einem zweiten Regler (16) mit gegenüber dem ersten Reg ler (15) unterschiedlicher Proportionalverstärkung zuführt oder daß die Einrichtung den Verstärkungsfaktor der Proportionalverstärkung des Reglers zwischen zwei Verstärkungsfaktoren umschaltet.

2. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Schaltkreis (18) vorgesehen ist, der an den Vergleicher (12) angeschlossen ist und bei Wechsel des Vorzeichens des Ausgangssignales des Vergleichers (12) ein Signal erzeugt, welches den Integralanteil des Reglers (15) auf Null zurücksetzt.

3. Druckregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (15) nach dem Rücksetzen seines Inte gralanteiles auf Null vorzeichenrichtig weiter von Null aus integriert.

4. Druckregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Reglers (15) über eine Endstufe (17) mindestens einem Proportional ventil (2, 3) zuführbar ist.

5. Druckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß zwei Regler vorgesehen sind, der zweite Regler (16) ein Proportionalregler ohne Inte gralanteil ist.