LOOS, Mirco (Hunsrückstraße 12A, Rodgau, 63110, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem - der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens eines analogisierten Magnetventils (10) gesteuert und/oder geregelt wird, - zur Steuerung und/oder Regelung des Magnetventils (10) in einen teilgeöffneten Zustand der Spulenstrom (I) des Magnetventils durch einen Wechsel zwischen wenigstens einem ersten (Ii) und einem zweiten Stromwert (I2) modu¬ liert wird, und das Magnetventil (10) mit einem dem ersten Stromwert (Ii) entsprechenden Spulenstrom (I) im geschlossenen Zustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein dritter Stromwert (I3) für den Spulenstrom (I) vorgesehen ist, wobei der dritte Stromwert (I3) zwischen dem ersten und zweiten Stromwert liegt (Ii, I2) und - während der Bestromungsphase (Tpi, Tpi, TPu des Magnet¬ ventils (10), die zur Bestromung mit dem zweiten Stromwert (I2) vorgesehen ist, der Spulenstrom (I) durch Wechsel zwischen dem zweiten Stromwert (I2) und dem dritten Stromwert (I3) mit der durch den dritten Stromwert (I3) vorgegebenen Amplitude (A) und vorgegebenen Frequenz moduliert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Stromwert (I3) in Abhängigkeit des angeforder¬ ten Volumenstroms des Magnetventils (10) eingestellt wird . 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetventil (10) vorgesehen ist, bei dem im elekt¬ risch unbestromten Zustand das Magnetventil voll geöff¬ net ist. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Magnetventil (10) vorgesehen ist, bei dem im elekt¬ risch unbestromten Zustand das Magnetventil voll ge¬ schlossen ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens ei ¬ nes analogisierten Magnetventils gesteuert und/oder geregelt wird gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bekannt, in ABS- und/oder ESP-Systemen für Kraftfahrzeuge vermehrt analogisierte Magnetventile, sogenannte AD- Ventile zur Regelung der Hydraulikflüssigkeit einzusetzen. Der Spulenstrom, bei dem das AD-Ventil öffnet, ist von der am Magnetventil anliegenden Druckdifferenz abhängig.
Um die AD-Ventile regeln zu können, ist es notwendig genaue Informationen über den aktuellen Raddruck und den THZ-Druck des TandemhauptZylinders (THZ) zu haben. Der THZ-Druck wird über einen Sensor erfasst.
Ein Verfahren zum Regeln eines stromlos offenen Magnetventils in den Analogbetrieb ist aus der gattungsbildenden WO 03/0537353 bekannt, bei dem das Magnetventil zur Reduzierung von Ventilgeräuschen bei der Bremsdruckregelung in eine als Drossel wirkende teilgeöffnete Stellung geschaltet wird. Zur Steuerung der Magnetspule in diese Drosselstellung wird vorgeschlagen, dass diese mit fest eingestellten Stromwerten bestromt wird. Mit einem ersten Stromwert Null ist das Mag ¬ netventil im unbestromten Zustand, also voll geöffnet, mit einem zweiten Stromwert ist das Magnetventil im teilbestrom- ten Zustand zu Drosselzwecken teilgeöffnet und mit einem dritten Stromwert ist das Magnetventil im vollbestromten Zu ¬ stand und damit voll geschlossen. Ferner soll die Federkennlinie der Ventilfeder des Magnetventils derart ausgebildet werden, dass der Ventilkörper im teilbestromten Zustand der Magnetspule in der teilgeöffneten Stellung verharren bleibt.
Ein solches in einer Bremsenanlage eingesetztes Einlassven ¬ til wird im Analogbetrieb, also im teilgeöffneter Zustand in einem Gleichgewichtszustand zwischen Magnetkraft, Federkraft und hydraulischen Kräften betrieben.
Diese Situation stellt ein ausschnittsweise in Figur 5 dar ¬ gestelltes stromlos offenes Magnetventil 10 dar, das in ei ¬ nem Ventilblock 11 angeordnet ist. Dieses Magnetventil 10 umfasst ein Ventilgehäuse 3 mit einer Magnetspule 1, die bei Bestromung einen Anker (nicht dargestellt) , der in Wirkverbindung mit einem Ventilstößel 2 steht, diesen in Richtung eines von einem Ventilsitzkörper 7 gebildeten Ventilsitzes 5 bewegt, wobei bei voller Bestromung der Magnetspule der Ven ¬ tilkörper 5 die Öffnung des Ventilsitzes 7 verschließt, so dass über einen mit einem Tandemhochdruckzylinder verbundener Druckmitteleinlasskanal 8 keine Hydraulikflüssigkeit zu ¬ fließen kann. Bei geöffnetem oder teilgeöffnetem Magnetventil 10 fließt zwecks Druckaufbaus Hydraulikflüssigkeit in eine mit einem Druckmittelauslasskanal 9 verbundene Radbrem ¬ se. Die Rückstellkraft des Ventilstößels 2 wird von einer Ventilfeder 6 erzeugt. Die PWM-gesteuerte Magnetspule 1 erzeugt eine auf den Ven ¬ tilstößel 2 wirkende Magnetkraft, die im teilgeöffneten Zu ¬ stand die Federkraft und die hydraulische Kraft, die im We ¬ sentlichen der Differenz aus dem THZ-Druck und dem an dem Rad herrschen Bremsdruck entspricht, kompensiert, wodurch sich ein sehr sensibles Gleichgewicht einstellt. Die PWM- Steuerung zur Erreichung dieses Gleichgewichtszustandes zeigt das Zeit-Strom-Diagramm gemäß Figur 6, wonach der Stromwert Ii des Schließstromes, bei dem das Magnetventil 10 im geschlossenen Zustand gehalten wird, auf einen Stromwert I 2 des Arbeitsstromes I während der Pulszeit T p des PWM- Signals abgesenkt wird.
Die Stabilität dieses Gleichgewichtszustands ist nur in ei ¬ nem bestimmten Bereich gegeben. Die Breite dieses stabilen Bereichs hängt von vielen Betriebsparametern ab. Unter
Grenzbedingungen können hydraulische Druckschwingungen aus dem Bremssystem zu einem Aufschwingen des Systems führen. Hierdurch wird auch die Stromregelung zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen angeregt, wodurch aufgrund von Schwingungen des Ventilstößels Ventilgeräusche entstehen. Eine solche Situation zeigen die Messdiagramme nach Figur 7, die in zeitlicher Abhängigkeit einen Druckverlauf (Figur 7a) in einer angeschlossenen Radbremse, die Anker- bzw. Stößeloszillation (Figur 7b) und den Verlauf eines Spulenstrom (Figur 7c) zeigen. In dem Diagramm nach Figur 7c sind die einzelnen Bestromungsphasen deutlich erkennbar, insbesondere der Teilbestromungsphasen T p i, T p2 und T p3 mit einem Arbeitsstrom des Stromwertes I 2 . Während dieser Teilbestromungspha ¬ sen pi, T P 2 und T p3 entstehen gemäß Figur 7b oszillierende An ¬ ker- bzw. Stößelbewegungen, die zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen führen, so dass auch der Druckverlauf gemäß Figur 7a in diesen Teilbestromungsphasen T p i , T P 2 und T P 3 oszilliert .
An die Teilbestromungsphasen T pi , T p2 und T p3 schließt sich eine Vollbestromungsphase mit einem Stromwert an, in der das Magnetventil geschlossen wird, anschließend wird dieser Stromwert auf den Stromwert I i des Schließstromes reduziert, wodurch das Magnetventil im geschlossenen Zustand gehalten wird .
Bei Analogventilen wird versucht, durch ein Gleichgewicht zwischen der hydraulischen Kraft und der elektrischen Magnetkraft eine stabile Zwischenstellung des Ventilstößels zu erreichen .
Dabei besteht jedoch das Problem, dass aufgrund der tole- ranzbehaften Ansteuerkette von Analogventilen ein genaues Druckmodell notwendig ist, um eine reproduzierbare Ansteue- rung von Analogventilen zu gewährleisten.
Dabei müssen bei Erstellung eines solchen Druckmodells fol ¬ gende Einflüsse berücksichtigt werden:
- Raddruck,
- THZ-Druck,
- THZ-Druckgradient ,
- Temperatur,
- Pulslänge,
- Präzision des eingestellten Stromes,
- Dynamik des Stromreglers,
- Bremsleitungslänge,
- Systemsteifigkeit,
- Qualität der Steuerkettenkalibrierung. Eine erhöhte Neigung hinsichtlich des Auftretens von Ventil ¬ schwingungen besteht bei einem Bremssystem insbesondere bei niedrigem Raddruckniveau mit niedrigem Blockierdruckniveau von weniger als 30 bar in Kombination mit einem hohen THZ- Druck und hohen angeforderten analogen Volumenströmen.
Bei Druckmodellfehlern oder bei einer Verschiebung (Verschleiß) der Öffnungsstromkennlinie besteht jedoch die Ge ¬ fahr, dass zu große Arbeitsströme berechnet werden, welches zu einem zu gering geschätzten Volumenstrom führen kann. Dies führt dazu, dass das Magnetventil zu große Gradienten einstellt und dazu neigt, eine Schwingung des Stößels aufzu ¬ bauen. Unter diesen Grenzbedingungen können hydraulische Druckschwingungen aus dem Bremssystem zu einem Aufschwingen des Systems führen. Hierdurch wird auch die Stromregelung zu hochfrequenten Stellgrößenänderungen angeregt, wodurch geräuscherzeugende Schwingungen des Ventilstößels erzeugt wer ¬ den. Diese Geräusche werden im Fahrzeug als sehr unangenehm und störend empfunden und wirken komfortbeeinträchtigend.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem das Auftreten von Ventilschwingungen verhindert oder zumindest wesentlich ver- mindert wird, um dadurch auch von schwingenden Ventilstößel verursachten Geräusche ebenfalls zu minimieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk ¬ malen des Patentanspruchs 1.
Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung des Druckes in einem Hydrauliksystem, insbesondere in einem elektronisch geregelten Bremsensystem für ein Kraftfahrzeug, bei dem
- der Druck oder der Druckverlauf mit Hilfe wenigstens eines analogisierten Magnetventils gesteuert und/oder geregelt wird,
- zur Steuerung und/oder Regelung des Magnetventils in einen teilgeöffneten Zustand der Spulenstrom des Magnetventils durch einen Wechsel zwischen wenigstens einem ersten und einem zweiten Stromwert moduliert wird, und
das Magnetventil mit einem dem ersten Stromwert entsprechen ¬ den Spulenstrom im geschlossenen Zustand gehalten wird, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
- ein dritter Stromwert für den Spulenstrom vorgesehen ist, wobei der dritte Stromwert zwischen dem ersten und zweiten Stromwert liegt, und
- während der Bestromungsphase des Magnetventils, die zur Bestromung mit dem zweiten Stromwert vorgesehen ist, der Spulenstrom durch Wechsel zwischen dem zweiten Stromwert und dem dritten Stromwert mit der durch den dritten Stromwert vorgegebenen Amplitude und vorgegebenen Frequenz moduliert wird .
Hiernach zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren da ¬ durch aus, dass mittels einer durch eine Strommodulation in der Magnetspule erzeugte Kraftmodulation eine Stabilisierung des Ventilstößels und eine Reduzierung der Schwingungsnei ¬ gung erzielt wird. Dabei ist die Frequenz der Kraftmodulati ¬ on abhängig von der Eigenfrequenz des eingesetzten Magnetventils .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Stromamplitude der Modulation, also der dritte Stromwert in Abhängigkeit des angeforderten Volumenstroms des Magnet ¬ ventils eingestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise sowohl für SO-Magnetventile als auch für SG-Magnetventile eingesetzt werden, die im elektrisch unbestromten Zustand voll geöffnet bzw. voll geschlossen sind.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Be ¬ zugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert und be ¬ schrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Zeit-Spulenstrom-Diagramm als erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines modulierten Arbeits ¬ stromes,
Figur 2 Mess-Diagramme zur Darstellung der Reaktion des mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 1 bestromten Magnetventils,
Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der
Amplitude des modulierten Arbeitsstromes von dem angeforderten Volumenstrom,
Figur 4 ein Raddruck-Volumenstrom-Diagramm zur Darstellung des verwendbaren Arbeitsbereiches eines mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 1 bestromten Magnetventils,
Figur 5 eine Detaildarstellung eines in einem Ventilblock einer Hydraulikeinheit angeordneten SO-Magnet- ventils gemäß Stand der Technik, Figur 6 ein Zeit-Strom-Diagramm zur Darstellung einer gemäß Stand der Technik bekannten Bestromungsphase eines Magnetventils nach Figur 5, und
Figur 7 Mess-Diagramme zur Darstellung der Reaktion des mit dem Arbeitsstrom gemäß Figur 5 bestromten Magnetventils nach Figur 5.
Im Folgenden bezieht sich die Beschreibung auf ein SO- Magnetventil gemäß Figur 5, die bereits in der Beschrei ¬ bungseinleitung beschrieben wurde.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bestromungsphase T p an, mit der das Magnetventil in eine teilgeöffnete Stellung ge ¬ steuert wird. Vor dieser Bestromungsphase T p befindet sich das Magnetventil in seiner geschlossenen Stellung und wird in dieser Stellung durch einen im folgenden Schließstrom genannten Spulenstrom mit einem ersten Stromwert Ii bestromt.
In der Bestromungsphase wird der Spulenstrom auf einen ers ¬ ten Stromwert I 2 , im folgenden Arbeitsstrom genannte, absenkt und mit einer Amplitude A, die zu einem dritten Stromwert I 3 führt, mit einer vorgegebenen Frequenz moduliert. Hierdurch wird in dem Magnetventil eine Kraftmodulation erzeugt, die zu einer Modulation der Bewegung des Ventilstößels führt, jedoch ohne geräuscherzeugenden Oszillationen, wie dies in den Diagrammen a) und c) gemäß Figur 2 dargestellt ist.
In Figur 2 zeigt das Diagramm a) drei Bestromungsphasen T p i, T P 2 und T p3 mit jeweils einem entsprechend Figur 1 dargestell ¬ ten modulierten Arbeitsstrom. Die benachbarten Bestro- mungsphasen entsprechen denjenigen aus dem Diagramm nach Figur 7c) .
Das Diagramm b) der Figur 2 zeigt die durch den modulierten Arbeitsstrom erzeugten Modulationsbewegungen während der Be- stromungsphasen T p i , T p2 und T p3 , jedoch ohne die gemäß Figur 7b) auftretenden Oszillationen. Das Diagramm a) der Figur 2 zeigt den zugehörigen Druckverlauf in einer Radbremse.
Die Amplitude A und die Frequenz der Strommodulation des Arbeitsstromes werden mittels PrüfStanduntersuchungen optimiert, wobei nach Figur 3, die Amplitude A, d. h. die nach Figur 1 der Differenz des dritten Stromwertes I 3 und des zweiten Stromwertes I 2 entspricht.
Das Raddruck-Volumenstrom-Diagramm nach Figur 4 zeigt die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Ansteuerung eines SO-Magnetventils . Hiernach gibt es einen aufgrund zu gerin ¬ ger Volumenströme einen nicht nutzbaren Arbeitsbereich AI, ferner einen weiteren im oberen Volumenstrombereich liegenden Bereich A2, der ebenfalls nur eingeschränkt nutzbar ist.
Der eigentlich nutzbare funktionale Arbeitsbereich liegt dazwischen und besteht aus einem Bereich Bl, einem Bereich B2 und einem Bereich B3.
Der Bereich Bl stellt einen hinsichtlich Funktion und Komfort stabilen Arbeitsbereich dar, der auch für in bekannter Weise gemäß Figur 6 angesteuerte SO-Magnetventile zur Verfü ¬ gung steht und bei dem keine geräuscherzeugenden Schwingungen auftreten. Wird das Magnetventil gemäß Figur 1 bestromt, ergibt sich zusätzlich der Bereich B2, der den Bereich hinsichtlich Funktion und Komfort, d. h. also ohne Geräuschentwicklung erweitert. Der Bereich B3 ist nur funktional robust, bei dem also geräuscherzeugende Schwingungen auftreten können. Somit kann eine optimale Kennlinie K mit einem bestimmten Streu ¬ band gefahren werden, die sowohl hinsichtlich Funktion als auch hinsichtlich minimaler Geräuschentwicklung optimal ist.