Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems, mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Merkmalen.

Pneumatische und/oder hydraulische Systeme mit Speichereinrichtungen und entsprechenden Ventilen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Häufig weisen derartige Systeme außerdem Sensoren und/oder Einrichtungen auf, welche es erlauben, einen Druck im System und/oder die Position der Stellung der Ventileinrichtung zu erfassen. Als Beispiel für ein derartiges System soll hier ein Druckluftsystem beziehungsweise ein Druckluftversorgungssystem eines

Kraftfahrzeuges genannt werden. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 10 2004 059 835 AI bekannt. Typisch für derartige Druckluftsysteme ist es dabei, dass diese einen Druckspeicher aufweisen, welcher je nach Fahrzustand von einem Kompressor entsprechend mit einem Vordruck aufgeladen wird.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird außerdem auf die WO

2005/066006 AI verwiesen. Hierin wird ein Verfahren zur Überwachung einer Bremsmomentänderung eines Retarders beschrieben. Die Bremsmomentänderung wird durch einen Stelldruck-Regelkreis mit einem darin installierten Drucksensor geregelt. Der zeitliche Verlauf des Stelldrucks des Retarders wird dynamisch erfasst, wobei dieser Verlauf mit einem vorgegebenen Sollverlauf verglichen wird. In Abhängigkeit des durchgeführten Soll/Ist-Vergleichs wird bei der Erfüllung von vorgegebenen Kriterien eine Warnmeldung ausgegeben und/oder ein zukünftiges Einschalten des Retarders verhindert.

Typisch für derartige hydraulische oder pneumatische Systeme ist es dabei, dass für die Einstellung eines definierten Drucks geeignete Ventile in einem

Druckregelkreis betrieben werden. Der Druckregelkreis besteht dabei

BESTÄTIGUNGSKOPIE typischerweise aus dem Ventil, welches das Stellglied des Regelkreises bildet, einer Regelstrecke, beispielsweise dem sich an das Stellglied anschließenden Volumen, sowie einem Sensor zur Rückführung der gemessenen Regelgröße sowie einen Regler zum Ausregeln der Differenz zwischen der Führungsgröße und der gemessenen Regelgröße. Bei all diesen Aufbauten ist es nun so, dass bei einem Ausfall des Drucksensors, welcher die Regelgröße misst und zurückführt, keine Regelung des Drucks mehr möglich ist. Dies stellt in Systemen, welche zur Ansteuerung von sicherheitsgerichteten Funktionalitäten, beispielsweise der Bremse in einem Fahrzeug, vorgesehen sind, einen erheblichen Nachteil dar.

Außerdem können eventuelle Signalabweichungen, welche beispielsweise über die Lebensdauer oder in Abhängigkeit der Temperatur des Drucksensors auftreten können, von dem System nicht erkannt werden und führen damit zu

Fehlfunktionen bei der Erfassung der Regelgröße und damit zu einer fehlerhaften Regelung.

Der hier vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgaben zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ohne eine zusätzliche Sensorik Größen bereitzustellen, welche zur Optimierung der Regelung und/oder der Diagnose von Fehlern genutzt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im

kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Ferner ist in Anspruch 8 eine besonders geeignete Verwendung für ein derartiges

erfindungsgemäßes Verfahren angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der Verwendung ergeben sich ferner aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems ermittelt anhand einer Simulation aus den erfassten Werten der beiden Sensoren einen Wert für den Druck auf der dem Druckspeicher abgewandten Seite der Ventileinrichtung. Dieser Druck, welcher letztlich den Stelldruck für eine Druckregelung mit der Ventileinrichtung als Stellglied darstellt, kann auf die erfinderische Art ermittelt werden, ohne dass im Bereich, in dem der Druck geregelt werden soll, ein entsprechender Drucksensor vorhanden ist.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren nun in einem Aufbau eingesetzt, in dem ein solcher Stelldrucksensor vorhanden ist, dann kann der gemäß des Verfahrens aus deh beiden erfassten Werten der Sensoren berechnete beziehungsweise über eine Simulation ermittelte theoretische Wert des Stelldrucks mit dem praktisch erfassten Wert des Stelldrucksensors verglichen werden. Der mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Druckwert kann also zur Überwachung der Funktionalität des optionalen Stelldrucksensors genutzt werden. Bei einer entsprechenden Abweichung des bestimmten Druckwerts und des von dem

Stelldrucksensor ermittelten Druckwerts kann dieser dann zur Diagnose eines Fehlers oder eines Ausfalls des Stelldrucksensors genutzt werden. Bei einem ausgefallenen Stelldrucksensor ist ein Weiterbetrieb der Druckregelung dennoch möglich, da dann an die Stelle des von dem Stelldrucksensor erfassten Druckwerts der bestimmte Druckwert gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt und die Regelung kann weiterhin erfolgen kann. Auch eine über einen längeren Zeitraum hinweg auftretende Abweichung des bestimmten Werts von dem erfassten Wert des Stelldrucksensors, beispielsweise aufgrund eines Signaldrifts des

Stelldrucksensors, welcher temperaturbedingt oder aufgrund einer Alterung des Sensors auftreten kann, kann durch einen entsprechenden Vergleich mit den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Druckwerten erkannt werden. Dann ist eine Kalibrierung beziehungsweise Anpassung des Werts des Stelldrucksensors möglich, ohne dass hierfür der reguläre Betrieb des Systems unterbrochen werden muss.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur rechnerischen Bestimmung des Stelldrucks anhand von erfassten Größen des Vorratsdrucks und der Position der Ventileinrichtung erlaubt es so, einfach und effizient einen optionalen

Stelldrucksensor zu überwachen und gegebenenfalls auftretende Abweichungen auszugleichen beziehungsweise diesen neu zu kalibrieren. Andererseits ermöglicht es bei einem Ausfall des Stelldrucksensors oder wenn in einem alternativen System bereits bei der Konstruktion desselben auf den

Stelldrucksensor verzichtet worden ist, eine sichere zuverlässige und qualitativ hochwertige Druckregelung zu ermöglichen. Damit lässt sich in der zuletzt genannten Art und Weise ein entsprechend kostengünstiges System bereitstellen, welches dennoch eine sichere und zuverlässige Funktionalität garantiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei in beliebigen hydraulischen oder pneumatischen Systemen einsetzen, in denen eine entsprechende Druckregelung mit hoher Qualität und/oder mit minimalem Einsatz an Bauteilen sichergestellt werden soll. Der Aufbau eignet sich aber besonders, um ein Druckluftsystem in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, zu betreiben, da hier eine zuverlässige Funktionalität mit minimalen Kosten und bei entsprechenden

Varianten des Systems minimalem Aufwand hinsichtlich der verbauten Sensoren von besonderem Vorteil ist. Insbesondere entsteht ein Kostenvorteil aufgrund der vergleichsweise hohen Stückzahlen bei Fahrzeugen. Außerdem stellt das

Druckluftsystem eines Fahrzeugs sehr häufig das System dar, welches zumindest indirekt zur Betätigung der Bremsen notwendig ist, sodass in diesem Fall eine hohe Anforderung an die Sicherheit des Systems gewährleistet werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in derartigen Systemen bei vorhandenem Stelldrucksensor dann sichergestellt werden, dass dessen Funktionalität sicher und zuverlässig während des Betriebs überwacht werden kann, und dass ein

gegebenenfalls auftretender Ausfall des Sensors mit dem nach dem

erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Druckwerts ausgeglichen werden kann, sodass die Druckregelung weiterhin funktioniert und ein sicheres und zuverlässiges Bremsen des Fahrzeugs über das Druckluftsystem auch weiterhin möglich ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Verwendung desselben, ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgen anhand der Figuren näher erläutert werden.

Dabei zeigen:

Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung eines hydraulischen oder

pneumatischen Systems, welches mit einem Verfahren gemäß der Erfindung betrieben werden kann;

Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der

Erfindung zur Berechnung eines Druckwerts; und

Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der

Erfindung zur Berechnung eines Druckwerts.

In der Figur 1 ist stark schematisiert ein pneumatisches oder hydraulisches System 1 dargestellt. Ohne dass die Erfindung hierdurch auf pneumatische Systeme eingeschränkt werden soll, wird das beispielhafte System in Figur 1 nachfolgend als pneumatisches System 1 beschrieben, wobei die erfindungsgemäße

Ausgestaltung von jedem Fachmann entsprechend analog auf ein hydraulisches System angewandt werden kann.

Das pneumatische System der Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einem

Druckspeicher 2 einer Ventileinrichtung 3 sowie einem pneumatischen Nutzsystem 4, in welcher durch den über die Ventileinrichtung 3 Steuer- oder regelbar bereitgestellten Druck gewünschte Vorgänge ablaufen. Beispielhaft für derartige Vorgänge im Nutzsystem 4 kann die Ansteuerung von entsprechenden Ventilen genannt werden, welche beispielsweise ein Bremssystem eines Nutzfahrzeugs steuern. So kann in dem Nutzsystem 4 insbesondere ein Aufbau von

pneumatischen Ventileinrichtungen vorgesehen sein, welche durch den an ihnen anliegenden, durch die Steuer- oder regelbare Ventileinrichtung 3 bereitgestellten Stelldruck f einen entsprechenden Durchfluss beispielsweise eines

Arbeitsmediums in einen hydrodynamischen Retarder steuern beziehungsweise regeln. Alternativ dazu sind in dem Nutzsystem 4 jedoch auch andere

Möglichkeiten zur Nutzung denkbar, beispielsweise die direkte

Druckbeaufschlagung einer Membran mit Druckluft, welche dann durch eine entsprechende Verformung ein Arbeitsmedium, wie beispielsweise Öl, in einen hydrodynamischen Retarder drückt oder die Vorsteuerung eines Regelventils, beispielsweise über einen Regelkolben. Dabei sind neben dem Arbeitsmedium Öl selbstverständlich auch andere Arbeitsmedien wie insbesondere Wasser

beziehungsweise ein Wasserkühlmittelgemisch aus dem Kühlkreislauf eines Fahrzeugs denkbar.

Grundsätzlich soll das Nutzsystem 4 jedoch nicht auf derartige Anwendungen eingeschränkt werden, es könne jegliche anderen denkbaren Anwendungen in dem Nutzsystem realisiert werden, welche anhand des über die Ventileinrichtung 3 bereitgestellten Stelldrucks /^entsprechend gesteuert werden.

In dem hier dargestellten pneumatischen System 1 sind außerdem zwei Sensoren dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Drucksensor 5 für den Druck im Druckspeicher 2 sowie einen Sensor 6 zur Erfassung einer Stellung der

Ventileinrichtung 3. Beide Sensoren können dabei als herkömmliche Sensoren ausgebildet sein. Es sind jedoch auch alternative Möglichkeiten denkbar, bei denen die entsprechenden Werte nur mittelbar erfasst werden. Dies kann insbesondere bei der Ventileinrichtung 3 dadurch erfolgen, dass die Ventileinrichtung 3 als digitale Ventileinrichtung ausgebildet ist, welche lediglich die Zustände offen und geschlossen kennt. Dann kann über eine entsprechende Elektronik in der Ansteuerung der Ventileinrichtung 3 dieser Zustand beziehungsweise der für die Ventileinrichtung 3 bereitgestellte Stellstrom Is _t erfasst werden, so dass hierdurch mittelbar die entsprechende Stellung der Ventileinrichtung 3 bekannt ist, ohne dass hierfür ein in Hardware realisierter Sensor notwendig wäre. Der Begriff Sensor für die Sensoren 5, 6 soll also nicht nur Hardwaresensoren umfassen, sondern steht stellvertretend auch für eine alternative Erfassung der

entsprechenden Werte über andere Kenngrößen, welche zumindest mittelbar mit diesen Werten zusammenhängen und daher über einfache Berechnungen oder entsprechende Kennfelder zu den durch die„Sensoren" 5, 6 erfassten Werten führen.

Die beiden Sensoren 5, 6 korrespondieren dabei mit einer Steuereinrichtung 7, die eine Regelungselektronik umfasst, durch welche der Stelldruck für das

Nutzsystem 4 entsprechend gesteuert oder zum Beispiel mittels des optischen Stelldrucksensors 8 geregelt werden kann. Die Steuereinrichtung 7 ist dabei als Steuergerät ausgebildet, welches außerdem über die Möglichkeit verfügt, entsprechende Softwareprogramme ablaufen zu lassen und Werte entsprechend zu speichern. Für die Realisierung der nachfolgend dargelegten Ausführungsbeispiele der

Erfindung sind dabei in allen Fällen beide Sensoren 5, 6 notwendig, während der Stelldrucksensor 8 optional ist. Zum besseren Verständnis wurden diese in Figur 1 jedoch alle eingezeichnet. Je nach Erläuterungen bei den nachfolgend

dargestellten Ausführungsbeispielen ergibt sich jedoch die Situation, dass lediglich die beiden Sensoren 5, 6 oder bei bestimmten Ausführungsformen auch alle drei der Sensoren 5, 6, 8 vorhanden sein können beziehungsweise müssen.

Anhand des in Figur 2 dargestellten Ablaufs wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Diesem liegt dabei insbesondere das Problem zugrunde, dass im Allgemeinen der Stelldruck p _y über einen Regelkreis geregelt wird. Sofern der optionale Stelldrucksensor 8 nicht vorhanden ist, oder einen Defekt aufweist, oder wenn im Bereich des Stelldrucksensors 8 aufgrund von Alterungsvorgängen oder Temperaturschwankungen ein Signaldrift auftritt, dann ist die Qualität der Regelung über den Regelkreis für den Stelldruck, bestehend aus dem Stellglied, nämlich der Ventileinrichtung 3, einer Ermittlung des Stelldrucks p _y und der in der Steuereinrichtung 7 implementierten Regelung gegebenenfalls problematisch. Der in Figur 2 gezeigte Aufbau ermöglicht es daher, in der unten beschriebenen Art und Weise den Stelldruck p _y über eine

entsprechende Simulation modellbasiert aus einer Statusrückmeldung des Sensors 6 über die Ventileinrichtung 3 und dem Vorratsdruck p _v zu ermitteln. Dieser so ermittelte/berechnete Wert des Stelldrucks p _y kann dann entweder zur

Plausibilisierung des gemessenen Werts über den optionalen Stelldrucksensor 8 genutzt werden, oder auch zu einer Anpassung eines eventuellen Signaldrifts des vom Stelldrucksensor 8 erfassten Werts. Bei einem Komplettausfall oder einem konstruktiven Verzicht auf den Stelldrucksensor 8 kann außerdem die gesamte Regelung über den Stelldruck ycy erfolgen.

Wie in Figur 2 dargestellt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dieser

Problematik dadurch begegnet, dass eine modellbasierte Berechnung des

Stelldrucks p _y aus dem Wert des Vorratsdrucks pv, welcher über den Drucksensor 5 gemessen wird und aus einer Statusrückmeldung des Sensors 6 über die

Stellung der Ventileinrichtung 3, erfolgt. In Figur 2 ist nun erkennbar, dass der vom Drucksensor 5 aufgenommene Vorratsdruck einer ersten

Berechnungseinheit 9 entsprechend verarbeitet wird. Insbesondere lässt sich aus dem Vorratsdruck und der idealen Gasgleichung ein Massenstrom r& in einer modellbasierten Simulation errechnen. Aus der idealen Gasgleichung p - V = m R -T ergibt sich bei konstanten V, R, reine unmittelbare Abhängigkeit des

Massenstroms /&von der zeitlichen Ableitung des Drucks r&= f( ^d /^ _t ■ Dabei ist das Volumen l dasjenige Volumen, in welchem der Vorratsdruck p _v gemessen wird, und die Größen R und 7 ^" sind die spezifische Gaskonstante beziehungsweise die Temperatur in Kelvin. Die spezifische Gaskonstante ist stoffabhängig und kann, wie gegebenenfalls die Temperatur, als konstant angenommen werden.

Insbesondere lässt sich jedoch auch die Temperatur über eine einfache zusätzliche Sensorik erfassen oder als ein ohnehin vorhandener Temperaturwert über beispielsweise einen in der Steuerungselektronik verbundenen CAN-Bus

mitverarbeiten.

In der ersten Berechnungseinheit 9 lässt sich somit der Massenstrom n& ermitteln. Dieser Wert des modelbasiert simulierten Massenstroms /&wird dann an eine zweite Berechnungseinheit 10 weitergegeben. In dieser Berechnungseinheit 10 wird außerdem ein über den Sensor 6 erfasster Wert über die Ventilstellung und damit der Öffnungsquerschnitt A der Ventileinrichtung 3 mitverarbeitet. Wie bereits oben erwähnt, kann dieser Wert aus einer direkten Sensorik oder konstanten Kenngrößen der Ventileinrichtung 3 in Verbindung mit beispielsweise dem Strom Ist zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 3, falls diese eine

magnetische Ventileinrichtung ist, gewonnen werden. Bei einem entsprechenden getakteten Betrieb der Ventileinrichtung 3 kann dann außerdem das

Pulsweitenverhältnis der Taktung mitberücksichtigt werden. All dies ist in der Darstellung in Figur 2 in der mit dem Bezugszeichen 6 des Sensors versehenen Box zusammengefasst, so dass in der zweiten Berechnungseinheit 10 lediglich ein direkter oder mittelbarer Wert über die Ventilstellung weiterverarbeitet wird. In dieser zweiten Berechnungseinheit 10 wird nun ein Modell berechnet, welches den Öffnungsquerschnitt der Ventileinrichtung 3 als Blende betrachtet. Aus der

Durchflussgleichung für eine derartige Blende mit /&= Q p ist darin wieder der in der ersten Berechnungseinheit 8 bereits modellbasiert ermittelten Massenstrom r& enthalten. A ist dabei die

Querschnittsfläche der Ventileinrichtung, welche über den Sensor 6

zurückgemeldet wird, Q der Durchfluss und α die Durchflusszahl. Die

Durchflusszahl kann beispielsweise für die Ventileinrichtung empirisch bestimmt werden. Nun sind soweit alle Größen bekannt, so dass aus dem Ap = p _v - p _y bei bereits gemessenem Vorratsdruck ^auf den Stelldruck p _y zurückgerechnet werden kann. In der zweiten Berechnungseinheit 10 wird somit der Stelldruck p _y anhand diverser realistischer Annahmen modellbasiert berechnet beziehungsweise simuliert. Der Stelldruck £y ergibt sich also aus dieser Simulation der Regelstrecke. Er kann dann der mit dem Bezugzeichen 11 bezeichneten Druckregelung, welche typischerweise als ein Teil der Steuereinrichtung 7 ausgebildet ist, zur Verfügung gestellt werden, um die Regelparameter entsprechend zu verbessern. Damit lässt sich die Lebensdauer der Ventile sowie die Güte der Regelung optimieren.

In der Darstellung der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des Aufbaus gezeigt, wobei hier zusätzlich eine weitere Ventileinrichtung neben der bisher beschriebenen Ventileinrichtung 3 vorhanden sein soll. Ein solcher Aufbau kann beispielsweise bei einem Nutzsystem 4 eingesetzt werden, welches zum Befüllen eines Retarders mit Arbeitsmedium vorgesehen ist. Wenn die Bremsleistung des Retarders nicht mehr benötigt wird, so wird über eine entsprechende Absenkung des Drucks beziehungsweise die Regelung des Drucks auf einem geringeren Wert eine Entleerung des Retarders durch dessen eigene Pumpwirkung ermöglicht. Je schneller der Gegendruck der Druckluft gegen das mit dem Arbeitsmedium gefüllte System, beispielsweise eine mit Öl gefüllte Kammer, welche eine Membran aufweist, auf deren einen Seite das Öl und auf der anderen Seite die Druckluft angeordnet ist nachlässt, desto schneller verringert sich die Bremsleistung. Eine besonders schnelle Entleerung ist dann möglich, wenn der Druckabfall auf der Druckluftseite der Membran sehr schnell erfolgt, sodass der Retarder das

Arbeitsmedium sehr schnell auf die dem Arbeitsmedium zugeordnete Seite der Membran in den Vorratsraum fördern kann. Für solche Fälle kann ein zusätzliches Entlüftungsventil vorgesehen sein, welches einen Strömungsweg für die Druckluft aus der mit Druckluft beaufschlagten Seite des Vorratsraums heraus

beispielsweise an die Umgebung oder ein anderes System ermöglicht.

In der Figur 3 ist nun ein solches System dargestellt, bei dem eine weitere

Ventileinrichtung z. B ein solches Entlüftungsventil in das erfindungsgemäße Verfahren mit einbezogen ist. Dieses umfasst ebenfalls einen Sensor, welcher zumindest mittelbar die Stellung der Ventileinrichtung erfasst. Dieser ist in der Darstellung der Figur 3 durch eine mit 6' bezeichnete Box dargestellt. Auch dieser ist eine erste Berechnungseinheit 9', analog der oben beschriebenen

Berechnungseinheit 9, vorgeschaltet, welche aus dem jeweils relevanten Druck, welche durch den Sensor 6' erfasst worden ist, einen entsprechenden

Massenstrom berechnet, welcher über eine geeignete Verknüpfung mit dem in der Ausführungsform gemäß Figur 2 zusammengeführt und dann der zweiten

Berechnungseinheit 10 zugeführt wird. Da beim Entlüftungsventil typischerweise nicht der Vorratsdruck auf der eine Seite des Ventils anliegt, sondern der

Stelldruck p _y , da hier der druckgeregelte Bereich entlüftet wird, wird dieser Stelldruck /? _y entweder berechnet oder über den optionalen Stelldrucksensor 8 gemessen und über die Druckregelung 11 an die erste Berechnungseinheit 9' der zweiten Ventileinrichtung mit dem Sensor 6' zurückgemeldet. Die in der Figur 3 dargelegte modellbasierte Berechnung beziehungsweise Simulation des Stelldrucks /^funktioniert dabei analog zu der im Rahmen der Figur 2 dargestellten und modellbasierten Rechnung beziehungsweise Simulation, sodass hierauf nicht nochmals näher eingegangen wird.