DE4011217A1

DE4011217A1 - Verfahren zum ansteuern eines magnetventils einer schlupf-regelanlage

Info

Publication number: DE4011217A1
Application number: DE19904011217
Authority: DE
Inventors: Guenther Heinz; Hubert Schmitt
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1990-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-10-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils einer Schlupf-Regelanlage eines Kraftfahrzeuges mittels einer Ansteuerschaltung, die einen Ausgangstransitor aufweist, mit dem der Stromfluß durch eine Spule des Magnet ventils gesteuert wird.

Der Begriff "Schlupf-Regelanlage" umfaßt sogenannte ABS- und ASR- Anlagen, d. h. als solche bekannte Einrichtungen, mit denen einerseits beim Bremsen eines Kraftfahrzeuges das Blockieren der Räder und andererseits auch ein Durchdrehen der Räder (z. B. beim Anfahren auf glatter Fahrbahn) verhindert wird.

In beiden Fällen wird der Schlupf der Räder in bezug auf eine sogenannte Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ermittelt und in Abhängigkeit von einem Überschreiten vorgegebener Schwellen werte werden die Bremsen der Räder gesteuert. Bei einer ABS-Re gelung wird bei Überschreiten eines vorgegebenen Schlupf- Schwellenwertes (ggf. unter Beachtung anderer Regelgrößen) bei betätigter Bremse ein Abbau oder eine Konstanthaltung des Bremsdruckes (bei betätigter Bremse) eingeleitet, während mit den selben Meßinstrumenten bei einer ASR-Anlage ein Voreilen (positiver Schlupf) eines angetriebenen Rades gegenüber der Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit ermittelt wird, um bei Über schreiten eines Schwellenwertes eine Zwangsbremsung des durch drehenden Rades einzuleiten.

Sowohl bei einer ABS- als auch bei einer ASR-Regelung erfolgt die Steuerung des Bremsdruckes mit Hilfe von Magnetventilen, die in den hydraulischen Bremsleitungen angeordnet sind. Im Stand der Technik ist weiterhin bekannt, solche Magnetventile gepulst anzusteuern, um eine feinere Dosierung der Druckände rung an der Bremse zu erreichen. Dabei wird die Spule des Mag netventils gepulst durch elektrischen Stromfluß erregt, so daß das Ventil periodisch öffnet und schließt. Hiermit läßt sich der Gradient der Druckänderung (Aufbau oder Abbau des Brems druckes) sehr präzise steuern, so daß der Verlauf des Brems druckes bei aufeinanderfolgenden Regelzyklen möglichst weitge hend an denjenigen Idealverlauf des Bremsdruckes angenähert wird, bei dem gemäß dem gerade durchgeführten Regelalgorithmus eine optimale Bremsung unter Erhalt der Seitenführungskraft erzielt wird.

Die hier in Rede stehenden Magnetventile sind digitale Stell elemente, d. h. sie kennen nur den Zustand "ein" oder "aus", je nachdem, ob Strom durch die Spule des Magnetventils fließt oder nicht.

Das tatsächliche Steuerverhalten eines Magnetventils ist jedoch sehr viel komplizierter als dieses einfache Bild erscheinen läßt. Das Ventil öffnet bzw. schließt nicht völlig zeitgleich mit den entsprechenden Steuersignalen. Vielmehr treten in Abhängigkeit vom Zustand des Ventils Verzögerungen der tatsäch lichen mechanischen Bewegung des Ventils gegenüber der Änderung des Stromflusses durch die Spule auf. Dieses tatsächliche Öffnungs- und Schließverhalten des Magnetventils wird bei einer herkömmmlichen Schlupf-Regelanlage nicht berücksichtigt, d. h. die elektrischen Steuergrößen am Magnetventil werden von der ABS- bzw. ASR-Regeleinrichtung eingestellt, ohne daß das tat sächliche Öffnungs- bzw. Schließverhalten des Ventils Berück sichtigung findet. Dies hat beim Stand der Technik zufolge, daß die Steuerung des Ventils den sogenannten "Schlechtesten Fall" annehmen muß, nämlich ein relativ "schlecht" funktionierendes Magnetventil, bei dem die zeitlichen Verzögerungen der mechani schen Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Ventils in Bezug auf die elektrischen Steuersignale (Stromfluß ein bzw. Stromfluß aus) relativ groß sind. Der sogenannte "schlechteste Fall" für das Ventil ergibt sich aus einer verminderten Betriebsspannung und/oder extremen Umgebungstemperaturen und/oder einer ungün stigen Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang des Ventils.

Hierdurch wird auch die Steuerung des Bremsdruckes relativ grob, d. h. die beim gepulsten Druckaufbau oder Druckabbau er reichten Druckstufen sind relativ groß, was dem Fahrer bei Be tätigung der Bremse unangenehm auffallen kann, und auch die An passung des tatsächlichen Verlaufes des Bremsdruckes an den idealen Druckverlauf ist nicht optimal, so daß die Steuerung des Bremsdruckes verbesserungsfähig ist.

Im Stand der Technik sind Verfahren und Schaltungen bekannt, um das tatsächliche Öffnungs- und Schließverhalten eines Magnet ventils in Abhängigkeit vom Stromfluß durch die Magnetspule zu ermitteln.

So beschreibt die DE 38 07 278 A1 ein Verfahren zum Überpüfen von Magnetventilen, bei dem eine Änderung des Erregerstromes der Magnetspule in Abhängigkeit von der Zeit erfaßt und unter logarithmischer Verstärkung aufgezeichnet wird. Aufeinanderfol gende Messungen dieses Signals werden in einem Computer gespei chert und miteinander verglichen. Der Vergleich der aufeinander folgenden Messungen erlaubt eine Bewertung des Funktionszustan des des betreffenden Magnetventils. Für die Messung ist ein Ferritring vorgesehen, der die Zuleitung zur Magnetspule um schließt und mit zwei gegenläufig gewickelten Spulen versehen ist. Diese Meßanordnung ist relativ aufwendig. Verfolgt wird dabei das Einschaltsignal des Erregerstromes der Magnetspule, um aus einem charakteristischen Verhalten des zeitlichen Ver laufs des Stromes (bei dem ein Peak dann auftritt, wenn die Nadel des Magnetventils sich zu bewegen beginnt) eine Aussage über den Zustand des Ventils zu gewinnen.

Die WO 88/02 491 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Erfassung der Ansprechspannung eines Magnetventils, bei dem bzw. der eine Prüfspannung an das Ventil angelegt wird und diejenige Prüfspannung ermittelt wird, bei der das Ventil anspricht.

Die DE 38 17 770 A1 beschreibt eine Einrichtung zur getakteten Ansteuerung eines elektromagnetischen Ventils, bei der die zwei Endlagen des beweglichen Ventilelementes dadurch erfaßt werden, daß jeweils ein Einbruch des Erregungsstromes der Ventilspule erfaßt wird. Ein solcher Einbruch des Erregungsstromes erfolgt dann, wenn sich die Magnetnadel bewegt und in der Spule eine Spannung induziert.

In der DE 37 30 523 A1 wird ein Verfahren zum Ermitteln der Schaltzeiten von Magnetventilen beschrieben, bei dem mittels einer externen Energiequelle eine Induktivitätsänderung zu den Schaltzeiten des Magnetventils auf einen feststellbaren Signal pegel angehoben wird. Dort ist in Fig. 2b eine Schaltungsanord nung gezeigt, bei der eine Spannung über der Magnetspule abge griffen wird. Der Stromfluß durch die Magnetspule wird durch einen Transistor gesteuert. Diese Anordnung mit Abgriff einer Spannung über der Magnetspule ist bezüglich der Aussagekraft des Meßsignales verbesserungsfähig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum An steuern eines Magnetventils einer Schlupf-Regelanlage für Kraftfahrzeuge so auszubilden, daß mit geringem Aufwand die Funktion des Magnetventils meßbar und die Schlupf-Regelung mit hoher Genauigkeit steuerbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Mes sung der Funktion des Magnetventils eine Spannung am spulensei tigen Ausgang des Transistors abgegriffen wird und daß nach dem Abschalten des Stromflusses durch die Spule der zeitliche Ver lauf der abgegriffenen Spannung gemessen und mit einem Soll- Verlauf dieser Spannung verglichen wird und daß in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis bei einem gepulsten Ansteuern des Magnetventils das Tastverhältnis der Ansteuerung eingestellt wird.

Der Erfindung liegt also zunächst die Erkenntnis zugrunde, daß eine Spannungsmessung direkt am spulenseitigen Ausgang des Aus gangstransistors der Steuerschaltung ein wesentlich besseres Signal liefert als eine Strommessung oder ein Abgreifen einer Spannung über der Spule. Weiterhin liegt der Erfindung die Er kenntnis zugrunde, daß eine Schlupf-Regelung bei einem Kraft fahrzeug dadurch verbessert werden kann, daß die tatsächliche Funktion des Ventils, also die jeweilige Verzögerung der tat sächlichen mechanischen Öffnung des Ventils in Abhängigkeit von einer Änderung des Erregerstromes in der Magnetspule, gemessen und berücksichtigt wird. Ist die Funktion des Ventils gut, also spricht es relativ schnell auf eine Änderung (ein/aus) des Er regerstromes an, so können bei einem gepulsten Ansteuern des Ventils wesentlich kürzere Pulslängen vorgesehen werden, so daß sowohl der Bremskomfort (Vibrieren im Bremspedal) als auch die Genauigkeit der Schlupf-Regelung (genau gesteuerte Einstellung des Gradienten der Drucksteuerung) verbessert sind. Unter dem Tastverhäitnis der Ansteuerung des Ventils ist das Verhältnis der Zeitspanne, in welcher ein Erregerstrom fließt, zur Zeit spanne, in der kein Erregerstrom fließt, zu verstehen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das Öffnungs- und Schließverhalten eines Magnetven tils über der Zeit;

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener für die Steue rung und Funktion des Ventils wichtiger Meßgrößen über einer gemeinsamen Zeitskala und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Messen der Funktion eines Magnetventils.

In Fig. 1b) ist über der Zeit t der Verlauf des Erregerstromes eines Magnetventils aufgetragen, mit dem der Bremsdruck in einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage gesteuert wird. Das Magnetven til ist Teil einer herkömmlichen ABS- und/oder ASR-Anlage. Zum ZeitPunkt t_e wird der Erregerstrom der Spule des Magnetventils eingeschaltet. Die Nadel des Magnetventils (nicht gezeigt) reagiert allerdings nicht sofort, sondern verzögert, nämlich erst zum Zeitpunkt t_e′. Dies ist Fig. 1a) zu entnehmen, wo die Änderung des Druckes in der Hydraulikleitung stromab des Ven tils über der Zeit aufgetragen ist. Das Ventil öffnet also erst zum Zeitpunkt t′_e, also gegenüber dem Zeitpunkt t_e um die Zeit spanne t_anv verzögert.

Entsprechendes gilt beim Abschalten des Ventils, wenn zum Zeit punkt t_a der Stromfluß durch die Spule des Ventils beendet wird. Hier schließt die Magnetspule nicht unmittelbar, sondern um die Zeitspanne t_abv verzögert, also zum Zeitpunkt t_a′.

Die Verzögerungszeitspannen t_anv und t_abv sind abhängig vom momentanen Funktionszustand des Ventils, d. h. seinem Alter, seinem Schmierzustand, möglichen Roststellen oder dergleichen.

Bei einer herkömlichen ABS- oder ASR-Regelanlage muß bei der Steuerung des Ventils der "schlechteste Fall" angenommen wer den, d. h. es müssen relativ große Verzögerungszeitspannen t_tav und t_abv bei der Ansteuerung des Ventils vorausgesetzt werden, damit überhaupt eine Öffnung des Ventils stattfinden kann. Auch ist der tatsächliche Öffnungsvorgang des Ventils bei einer her kömmlichen ABS- und ASR-Regelung unbekannt, d. h. bei der Rege lung wird der tatsächliche Öffnungs- und Schließvorgang des Ventils nicht berücksichtigt.

Fig. 2a) zeigt über der Zeit t den Verlauf des Stromes I durch die Magnetspule. Der Ein- und Ausschaltvorgang bezüglich des Erregerstromes der Spule des Magnetventils ist in Fig. 2e) dar gestellt. Fig. 2b) zeigt den Differentialquotienten dI/dt der Kurve gemäß Fig. 2a).

Nach dem Zeitpunkt t_e steigt der Strom I durch die Spule des Magnetventils gemäß Fig. 2a) an, um zum Zeitpunkt t₂ ein Maxi mum zu erreichenm, wenn sich die Nadel des Magnetventils zu be wegen beginnt und aufgrund ihrer Bewegung einen Strom in der Spule induziert. Dieses Maximum ist durch Differenzierung in Fig. 2b) als Null-Durchgang zu erkennen. Zum Zeitpunkt t₂ öff net das Magnetventil tatsächlich. Zum Zeitpunkt t₃ hört die Bewegung der Magnetnadel auf und der Strom I steigt bis zum Zeitpunkt t₄ bis zu einem Maximalwert an.

Zum Zeitpunkt t_a (Fig. 2e) wird der Erregerstrom durch die Mag netspule abgestellt. Fig. 2c) zeigt den Verlauf einer Spannung U, die mit einer Schaltung gemäß Fig. 3 gemessen wird. Die Schaltung gemäß Fig. 3 zeigt die Spule L des Magnetventils. Der Stromfluß durch die Spule L wird durch einen Transistor T ge steuert. Das Steuersignal S für den Transistor T stammt von einer Ansteuerschaltung C (sogenannter Controller). Wird der Transistor T angesteuert, also durchgeschaltet, so fließt Strom vom Betriebspotential U_B durch die Spule L zu einem Referenz potential R, z. B. der sogenannten Masse. Am spulenseitigen Aus gang T_L des Ausgangstransistors T der Ansteuerschaltung C wird eines Spannung U gegenüber der Masse abgegriffen und in einen Verstärker V eingegeben.

Der zeitliche Verlauf der Spannung U ist in Fig. 2c) darge stellt. Dieser Spannungsverlauf weist ein Maximum zum Zeitpunkt t₇ auf. Zum Zeitpunkt t₇ schließt das Ventil wieder, so daß sich insgesamt eine Öffnungszeitspanne t_offen zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₇ ergibt. Gemäß Fig. 2d) kann in der Meß schaltung M auch die Spannung U über der Zeit differenziert werden, um den Zeitpunkt t₇ als zweiten Null-Durchgang der ersten Ableitung des Spannungssignales zu erhalten.

Die so gewonnenen Offenzeitspannen t_offen des Magnetventils werden in die Steuerschaltung (Computer) C der Schlupf-Regel anlage eingegeben und dort berücksichtigt.

Hierzu wird z. B. während eines ersten Regelzyklus einer ABS-Re gelung (oder entsprechend auch einer ASR-Regelung) eine be stimmte Zeitspanne t_e bis t_a vorgegeben, bei der gewährleistet ist, daß das Magnetventil auch dann öffnet, wenn es einen rela tiv schlechten Zustand aufweist. Wie beschrieben, ergeben sich dann die Zeitspannen t_abv, t_abv sowie t_offen. Bei einem in gu tem Zustand befindlichen Magnetventil werden die Zeitspannen t_anv und t_abv relativ kurz sein. Hierzu werden im Computer der Regelanlage die aktuell gemessenen Zeitspannen t_anv, t_abv oder auch t_offen mit abgespeicherten Vergleichswerten, die z. B. einem neuwertigen Magnetventil entsprechen können, verglichen. Ergibt der Vergleich, daß das Magnetventil relativ verzöge rungsfrei anspricht, so können bei einem gepulsten Ansteuern des Ventils relativ kurze Pulszeiten eingestellt werden. Zeigen die gemessenen Zeitspannen jedoch an, daß das Ventil relativ träge reagiert, muß die Tastrate entsprechend groß eingestellt werden, d. h. die Pulslängen bei der Steuerung müssen relativ lang gewählt werden.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Magnetventils einer Schlupf-Re gelanlage eines Kraftfahrzeuges mittels einer Ansteuerschal tung, die einen Ausgangstransitor (T) aufweist, mit dem der Stromfluß durch eine Spule (L) des Magnetventils gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Funktion des Magnetventils eine Spannung (U) am spulensei tigen Ausgang (T_L) des Transistors (T) abgegriffen wird und daß nach dem Abschalten des Stromflusses durch die Spule (L) der zeitliche Verlauf der abgegriffenen Spannung (U) gemessen und mit einem Soll-Verlauf dieser Spannung verglichen wird und daß in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis bei einem gepulsten Ansteuern des Magnetventils das Tastverhältnis der Ansteuerung eingestellt wird.