DE69920579T2

DE69920579T2 - Bremsregelverfahren mit Abschätzung der maximalen Verstärkung und der Pedalkraft

Info

Publication number: DE69920579T2
Application number: DE69920579T
Authority: DE
Inventors: Prakah Novi Kulkarni; Yusaf Amin Khan; Hong-Xing Westland Wei
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2019-06-15
Also published as: JP2000033870A; DE69920579D1; JP3210302B2; EP0967131A2; EP0967131A3; EP0967131B1; US6033038A

Description

Die Erfindung betrifft elektrisch unterstützte Bremskraftverstärkungssysteme und insbesondere ein Steuerverfahren zum präzisen Detektieren der Pedalkraft und eines Zustandes eines Auslaufens eines Bremskraftverstärkers.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei Kraftfahrzeugbremssystemen wandelt ein Hauptzylinder die von dem Fahrzeuglenker angewendete Bremspedalkraft in einen entsprechenden hydraulischen Druck um, der auf die vorderen und hinteren Bremsen verteilt wird. Bei so genannten Servobremsanlagen ist ein Bremskraftverstärker zwischen dem Pedal und dem Hauptzylinder zwischengeschaltet, um die von dem auf den Hauptzylinder aufgebrachte Kraft zu verstärken. Der Bremskraftverstärker hat eine Anbindung zum Motorunterdruck und verstärkt die vom Fahrzeuglenker ausgeübte Kraft durch Steuern der Druckdifferenz über eine oder mehrere Membran/en, die mit dem Hauptzylinder gekoppelt ist/sind. Bei einem typischen System ist eine Unterdruckkammer, die an der Hauptzylinderseite der Membran angeordnet ist, mit Motorunterdruck gekoppelt und eine Aufbringungskammer, die an der Bremspedalseite der Membran angeordnet ist, ist mit einem Ventil gekoppelt, das den Druck in der Kammer zwischen Motorunterdruck und Atmosphärendruck variiert. Bei diesen Systemen spricht man davon, dass der Verstärker einen "Auslauf"-Zustand erreicht, wenn die Aufbringungskammer unter Atmosphärendruck steht, da keine weitere Verstärkung der Bremspedalkraft möglich ist.
Bei höher entwickelten Bremssystemen ist die Kraftverstärkung des Bremskraftverstärkers durch eine elektrisch gesteuerte Druckdosiereinrichtung abgewandelt und/oder ergänzt. Die Steuerung der Dosiereinrichtung erfordert Kenntnis über die Pedalkraft und den Betriebszustand des Bremskraftverstärkers, insbesondere, ob der Verstärker in einem Auslaufzustand arbeitet. Der herkömmliche Ansatz in diesem Zusammenhang besteht darin, fest zugeordnete Sensoren zum Messen der erforderlich Parameter zu verwenden. Beispielsweise kann ein Kraftsensor verwendet werden, um die Pedalkraft zu messen, und ein Drucksensor kann verwendet werden, um den Druck der Aufbringungskammer zu messen, wobei ein bevorstehender Auslaufzustand detektiert wird, wenn der gemessene Aufbringungskammerdruck Atmosphärendruck erreicht. Dieser Ansatz bedingt jedoch natürlich Kosten für zusätzliche Sensoren und erhöht die Gesamtkosten des Systems.
Die WO 96/31374, von der man annimmt, dass sie der nächstliegende Stand der Technik ist, offenbart ein Bremssystem, bei dem vorgesehen ist, dass der Verstärker gemäß der Geschwindigkeit des Bremspedals betätigt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes elektrisch unterstütztes Bremssteuerungsverfahren gemäß Anspruch 1, bei dem ein Auslaufen eines Bremskraftverstärkers und eine Pedalkraft als eine Funktion von Hauptzylinderdruck und Motorunterdruck genau vorhergesagt werden, wodurch die Kosten für zusätzliche fest zugeordnete Sensoren vermieden werden. Gemäß der Erfindung wird ein mathematisches Modell des Bremskraftverstärkers verwendet, um zumindest den Aufbringungskammerdruck und vorzugsweise die Bremspedalkraft des Fahrers auf der Grundlage von gemessenen Werten des Motorunterdrucks (oder Einlasskrümmerabsolutdruck) und des Hauptzylinderdrucks abzuschätzen. Der Punkt des Auslaufens eines Bremskraftverstärkers kann als der Punkt detektiert werden, an dem der abgeschätzte Aufbringungskammerdruck Atmosphärendruck erreicht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Kräftegleichgewichtansatz verwendet, um die Abschätzung auf eine genaue aber einfache Weise durchzuführen, die insbesondere für eine Echtzeitsteuerung in einem Board-Mikrocontroller in Kraftfahrzeugen offen ist. Bei dem Steuerverfahren der Erfindung werden die bei Systemen nach dem Stand der Technik erforderlichen verschiedenen Sensoren für Pedalkraft und Verstärkerdruck beseitigt, was zu einem kostengünstigen Bremssteuersystem beiträgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines elektrisch unterstützten Bremssteuersystems gemäß der Erfindung.
2 ist ein Diagramm eines herkömmlichen Bremskraftverstärkers wie in 1 gezeigt.
3 ist ein Diagramm eines Modells des Bremskraftverstärkers von 2.
4 ist ein Blockdiagramm eines Auslaufdetektions- und Pedalkraftabschätzungsverfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein Kräftediagramm zur Detektion des Auslaufs und zum Abschätzen der Pedalkraft gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist ein Blockdiagramm eines Auslaufdetektions- und Pedalkraftabschätzungsverfahrens gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen veranschaulicht 1 ein Bremssystem 10, bei dem bei Detektion des Auslaufens des Bremskraftverstärkers eine elektrisch betätigte Dosiereinrichtung 20 zusätzlichen hydraulischen Bremsdruck zuführt. Obwohl ein Bremssystem mit diagonaler Bremskreisaufteilung als eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulicht ist, ist die vorliegende Erfindung auf andere Arten von Bremssystemen wie ein Schwarz/Weiß-Aufteilungssystem oder ein Vierkanalsystem einfach anwendbar. Das Bremssystem 10 umfasst ein Bremspedal 12 das durch die Druckstange 15 einen Krafteingang an den Bremskraftverstärker 14 bereitstellt. Die durch das Pedal 12 auf die Druckstange 15 aufgebrachte Kraft wird durch den Bremskraftverstärker 14 verstärkt und dem Hauptzylinder 16 übermittelt. Der Hauptzylinder 16 umfasst einen Flüssigkeitsbehälter 17, um den Flüssigkeitsbedarf des Bremssystems 10 zu versorgen. Der Hauptzylinder 16 ist vom herkömmlichen Doppelkolbenzylinder-Typ, bei dem eine Bewegung der Hauptzylinderkolben einen hydraulischen Druck entwickelt, der durch die Bremsleitungen 18 und 19 zu einem geteilten Bremssystem übertragen wird. Die Bremsleitungen 18 und 19 erstrecken sich durch eine Dosiereinrichtung 20 und verzweigen in der Bremsleitungen 21–24, die mit den vier Radbremsen 25–28 verbunden sind. Die Dosiereinrichtung 20 ist eine elektro-hydraulische Vorrichtung wie z. B. ein motorbetriebener Kolben zum gesteuerten Dosieren der Hauptzylinderbremsdrücke, die an die Bremsleitungen 21–24 verteilt werden.
Ein elektronisches Steuergerät 30 ist vorgesehen, um den Betrieb des Bremssystems 10 zu steuern. Das Steuergerät 30 steht mit der Dosiereinrichtung 20, und auch mit dem Motoreinlasskrümmerdruck-Sensor 35, sowie dem Drucksensor 31, der den von dem Hauptzylinder 16 erzeugten Flüssigkeitsdruck in der Bremsleitung 18 misst, in Verbindung. Das Element 34 ist ein Unterdruckventil, das einen Luftstrom von dem Verstärker 14 zu dem Einlasskrümmer des Motors 11 in einer Richtung erlaubt. Das Steuergerät 30 kann über herkömmliche Mittel auch mit Bremsleitungsdrucksignalen für den Druck an den Radbremsen 25–28 versorgt werden. Durch die Verwendung eines mathematischen Modells des Bremskraftverstärkers 14 ist das Steuergerät 30 in der Lage, die auf das Bremspedal 12 aufgebrachte Kraft abzuschätzen und den Punkt des Auslaufens des Bremskraftverstärkers zu detektieren. Die Detektion des Auslaufens wird verwendet, um die Dosiereinrichtung 20 zu aktivieren, zusätzlichen Bremsdruck zuzuführen, und die abgeschätzte Pedalkraft wird verwendet, um die Dosiereinrichtung 20 zu steuern, so dass sich die Bremskraft trotz des Auslaufzustandes linear mit der Pedalkraft ändert.
2 zeigt den Bremskraftverstärker 14 von 1 in größerem Detail. Obwohl der Bremskraftverstärker 14 bei dieser beispielhaften Ausführungsform ein unterdruckgesteuerter Doppelmembranbremskraftverstärker ist, ist die vorliegende Erfindung auch auf Systeme mit einem Einzelmembranbremskraftverstärker anwendbar. 2 veranschaulicht zu Erläuterungszwecken in einem Querschnitt im Wesentlichen die Hälfte des Bremskraftverstärkers 14, wobei der verbleibende nicht veranschaulichte Abschnitt im Wesentlich ein Spiegelbild ist. Der Bremskraftverstärker 14 weist einen im Wesentlichen offenen inneren Hohlraum auf, der durch die Kopplung des vorderen Gehäuses 54 und des hinteren Gehäuses 55 gebildet wird. Die vorderen und hinteren Gehäuse 54 und 55 bestehen aus einem herkömmlichen Material wie z. B. Metall oder Kunststoff. Das hintere Gehäuse 55 umfasst einen sich axial erstreckenden Flansch 62, der einem äußeren umgekehrten Flansch 68 des vorderen Gehäuses 54 koppelt und die Gehäuse 54, 55 miteinander verriegelt. Ein innerer Rand 56 des hinteren Gehäuses 55 trägt eine Dichtung 57. Das Ende des hinteren Gehäuses 55 ist von einer Manschette 58 umschlossen, die über den inneren Rand 56 aufgenommen wird. Eine weitere Dichtung 59 dichtet den Bereich an dem inneren Rand 63 des vorderen Gehäuses 54 ab. Die Dichtung 59 ist zwischen dem hinteren Ende des Hauptzylinders 16 (in 1 zu sehen) und dem vorderen Gehäuse 54 befestigt.
Eine Gehäusetrenneinrichtung 70 trennt den inneren Hohlraum in vordere und hintere Kammern 71 bzw. 72. Die Gehäusetrenneinrichtung 70 umfasst einen äußeren umlaufenden Flansch, der zwischen dem vorderen Gehäuse 54 und dem hinteren Gehäuse 55 in Eingriff steht. Die Gehäusetrenneinrichtung 70 umfasst ferner einen inneren Rand, der einen Dichtungsring 77 trägt. Ein Arbeitskolben 80 erstreckt sich durch die Dichtungsringe 57 und 77 und kann innerhalb der Dichtungsringe 57 und 77 vorwärts und rückwärts verschoben werden. Die Dichtungsringe 57 und 77 wirken als Lager zum Lagern des Arbeitskolbens 80 in der seitlichen Richtung.
Der Arbeitskolben 80 umfasst eine rückwärts gerichtete Wand 83, gegen die die Halteplatte 84 die Membran 85 hält. Die Membran 85 umfasst einen einstückigen inneren Dichtungsring 89, der mit dem Arbeitskolben 80 in Eingriff steht. Die Membran 85 trennt die Kammer 71 in eine Unterdruckkammer 87 und eine Aufbringungskammer 88. Der Arbeitskolben 80 umfasst auch eine rückwärts gerichtete Wand 91, gegen die die Halte platte 92 die Membran 93 hält. Die Membran 93 umfasst einen einstückigen inneren Dichtungsring 94, der mit dem Arbeitskolben 80 in Eingriff steht. Die Membran 93 trennt die hintere Kammer 72 in eine Unterdruckkammer 95 und eine Aufbringungskammer 96.
Die Membranen 85 und 93 und ihre jeweiligen Halteplatten 84 und 92 wirken derart, dass ein Unterdruck in den Unterdruckkammern 87 und 95 besteht, der hierin über das Unterdruckventil 34 durch den Motor 11 erzeugt wird. In den Aufbringungskammern 88 und 96 besteht ein variabler Druck, um den Arbeitskolben 80 in Ansprechen auf eine Druckdifferenz, die durch Einleiten von atmosphärischer Luft durch das Luftventil 60 erzeugt wird, selektiv zu bewegen. Der variable Druck in den Aufbringungskammern 88 und 96 erzeugt selektiv eine Kraft an den jeweiligen Membranen 85 und 93. Die Halteplatten 84 und 92 bringen die Kraft der Membranen 85 und 93 an den jeweiligen rückwärts gerichteten Wänden 83 und 91 des Arbeitskolbens 80 auf. In Ansprechen darauf drückt der Arbeitskolben 80 die Rückholfeder 98 wie gezeigt zusammen, was bewirkt, dass der Arbeitskoben 80 innerhalb der Dichtungsringe 77 und 78 verschoben wird und den Stab 99 zwingt, Kraft auf den Hauptzylinder 16 aufzubringen.
Der variable Druck in den Aufbringungskammern 88 und 96 wird durch die Betätigung des Luftventils 60 erhöht. Das Luftventil 60 ist in der offenen Stellung veranschaulicht, die es dem Atmosphärendruck erlaubt, in die Aufbringungskammern 88 und 96 zu gelangen, wodurch er eine Druckdifferenz über den Membranen 85 und 93 erzeugt. Die maximale Druckdifferenz zwischen den Unterdruckkammern 87 und 95 auf der einen Seite und den Aufbringungskammern 88 und 96 auf der anderen Seite ist die Differenz zwischen dem Motorunterdruck und dem Atmosphärendruck.
Atmosphärische Luft, die in den Bremskraftverstärker 14 gelangt, strömt durch das Filter 75 und der von dem Bremskraftverstärker 14 abgezogene Unterdruck tritt durch das Unterdruckventil 34, das in dem vorderen Gehäuse 54 aufgenommen ist, aus. Der Arbeitskolben 80 umfasst eine Vielzahl von Luftdurchlässen, durch die die Strömung auf eine herkömmliche Weise geleitet wird. Der Bremskraftverstärker 14 wird in einem Auslaufzustand gezeigt, was bedeutet, dass das Luftventil 60 vollständig geöffnet ist und die Feder 64 mit der Schulter 65 gegen den Anschlag 66 drückt. Der Arbeitskolben 80 wird wie in 2 gezeigt nach links zu der Auslaufstellung bewegt, so dass die Feder 98 zusammengedrückt wird und keine zusätzliche Kraftverstärkung möglich ist.
Wenn der Druck in den Aufbringungskammern 88 und 96 Atmosphärendruck erreicht, ist keine weitere Erhöhung der Druckdifferenz möglich. Demgemäß vermag der Bremskraftverstärker 14 die Krafteinleitung des Fahrzeuglenkers auf das Pedal 12 nicht weiter zu verstärken. Zusätzliche Kraft auf das Pedal 12 wird noch immer zu verstärktem Druck auf die Radbremsen 25–28 übersetzt, der zusätzliche Druck ist jedoch nur eine Funktion der Krafteinwirkung auf das Pedal 12 anstatt eine Funktion des Verstärkungsverhältnisses des Bremskraftverstärkers 14. Der Arbeitskoben 80 überträgt verstärkte Kraft durch die Elemente 74 und 76 auf den Stab 99 und durch diesen hindurch auf den Hauptzylinder 16. Im Auslaufzustand ist eine weitere Bewegung des Arbeitskolbens 80 möglich. Deshalb resultiert das Vorhandensein einer erhöhten Kraft, die durch das Bremspedal 12 auf die Druckstange 15 aufgebracht wird, in einer Aufbringung einer zusätzlichen Kraft, die hierin als Kontaktkraft (Fcontact) bezeichnet wird, durch die Elemente 74 und 76 und durch diese an die Stange 99.
Nach Betätigung der Bremse, wenn die Druckstange 15 freigegeben ist, zwingt die Feder 64 das Luftventil 60 dazu, mit dem Schwimmsteuerventil 67 zu schließen, wobei der Fluss atmosphärischer Luft in den Bremskraftverstärker 14 hinein unterbrochen wird. Das Ausströmen des Unterdrucks durch das Unterdruckventil 34 gleicht den Druck an den gegenüberliegenden Seiten der Membranen 85 und 93 wieder aus. Während die Druckdifferenz verringert wird, zwingt die Rückholfeder 98 den Arbeitskolben 80 dazu, sich nach rückwärts zu verschieben und in eine Grundstellung zurückzukehren.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 in Kombination, wirkt die Dosiereinrichtung 20, wenn der Bremskraftverstärker 14 sich im Auslaufzustand befindet, um die Betätigung der Bremsen zu unterstützen oder zu steuern. Im Auslaufzustand vermag der Bremskraftverstärker 14 die Krafteinwirkung des Fahrzeuglenkers auf das Pedal 12 nicht weiter zu verstärken. An diesem Punkt verwendet das Bremssystem 10 die Dosiereinrichtung 20, um den Bremsdruck, der auf die Radbremsen 25–28 aufgebracht wird, zu erhöhen. Durch die Verwendung der Dosiereinrichtung 20 wird der Bremsdruck erhöht und eine lineare Beziehung zwischen der Kraftaufbringung auf das Bremspedal 12 und der Bremskraft jenseits des Auslaufpunktes des Bremskraftverstärkers 14 wird aufrecht erhalten.
Gemäß der Erfindung wird ein Modell des Bremskraftverstärkers 10 verwendet, um die Pedalkraft und das Auslaufen des Verstärkers auf der Grundlage des erfassten Hauptzylinderdrucks und des Einlasskrümmerabsolutdrucks (MAP) genau abzuschätzen. Es sind keine zusätzlichen Sensoren erforderlich, da diese Signale verbraucherseitig für Steuer- oder Prüfzwecke in Motorsteuersystemen und/oder elektrisch unterstützten Bremssystemen bereitgestellt werden. Eine schematische Darstellung des Modells ist in 3 zu sehen. Bei dem Modell sind eine Aufbringungs kammer (entsprechend den Kammern 88, 96), eine Unterdruckkammer (entsprechend den Kammern 87, 95), ein Zwischenkammerventil (entsprechend den inneren Arbeitskolbendurchgängen, auf die das Luftsteuerventil 60 wirkt), ein Arbeitskolben 80, ein Abtriebsstab 99, eine Rückholfeder 98, ein Druckventil 34 und ein Motoreinlasskrümmer sowie ein Hauptzylinder MC dargestellt. Luftströme aus der Atmosphäre in die Aufbringungskammer (m₁) hinein, aus der Aufbringungskammer in die Unterdruckkammer (m₂) hinein, und aus der Unterdruckkammer in den Einlasskrümmer (m₃) hinein sind dargestellt. Die Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke sind als p_a bzw. p_v bezeichnet, und X_p bezeichnet die Verschiebung des Arbeitskolbens 80.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die auf dem Modell basierenden Differenzialgleichungen für die Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke gleichzeitig gelöst und dazu verwendet, die Pedalkraft abzuschätzen. Der Weg des Arbeitskolbens X_p wird als eine Funktion des Hauptzylinderdrucks P_mc unter Verwendung einer empirisch bestimmten Kalibrationstabelle berechnet, und die ersten und zweiten Ausdrücke für die Differenz-Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke werden gleichzeitig gelöst, um Auslaufen zu detektieren und die Pedalkraft zu bestimmen. Diese Werte werden wiederum von dem Steuergerät 30 verwendet, um zusätzliche Bremskraftunterstützung während des Auslaufens bereitzustellen, um so das Verhältnis zwischen Pedalkraft und Bremsdruck zu linearisieren.
Die Differenzialgleichung für den Aufbringungskammerdruck P_a berücksichtigt den Massendurchsatz m₁ der Luft, die aus der Umgebung in die Aufbringungskammer hinein gelangt, den Massendurchsatz m₂ der Luft, die aus der Aufbringungskammer in die Unterdruckkammern hinein gelangt, und die an oder durch die Verstärkermembranen 85, 93 verrichtete Arbeit. Die Änderungsgeschwindigkeit des Aufbringungsdrucks in Bezug auf die Zeit, d(P_a)/dt kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden: d(Pa)/dt = 1/Va[RγTatm(m1Ψ1 – m2Ψ2) – γPaAbXpdot] (1)wobei V_a das Produkt des gesamten Membranbereiches und der Änderung der Verschiebung des Arbeitskolbens 80 ist, R die allgemeine Gaskonstante ist, γ der Boyl'sche Koeffizient für Luft (1, 4) ist, T_atm die Lufttemperatur des Motorraumes ist, m₁ der Massendurchsatz der durch das Luftventil 60 in die Aufbringungskammern 88 und 96 eintretenden Luft ist, m₂ der Massendurchsatz der durch das Luftventil 60 aus den Aufbringungskammern 88 und 96 austretenden Luft ist, A_b der Verstärkergesamtmembranbereich ist, und X_pdot die Änderungsgeschwindigkeit der Verschiebung des Arbeitskolbens mit der Zeit ist.
Die Terme Ψ₁ und Ψ₂ bezeichnen die Funktionsweise wie folgt. Wenn X_pdot > 0 ist, was die Bewegung des Arbeitskolbens 80 nach links bedeutet, wie in 2–3 dargestellt, ist Ψ₁ = 1 und Ψ₂ = 0. In diesem Fall ist der Wert des Ausdrucks (m₁Ψ₁ – m₂Ψ₂ gleich m₁. Wenn X_pdot < 0, was die Bewegung des Arbeitskolbens 80 nach rechts bedeutet, ist Ψ₁ = 0 und Ψ₂ = 1, und der Wert des Ausdrucks (m₁Ψ₁ – m₂Ψ₂) ist gleich m₂. Wenn X_pdot = 0, was keine Bewegung des Arbeitskolbens 80 bedeutet, ist Ψ₁ = Ψ₂ = 0, und der Wert des Ausdrucks (m₁Ψ₁ – m₂Ψ₂) ist gleich Null.
Sowohl m₁ als auch m₂ können ausgedrückt werden durch:
wobei C_d ein Austragkoeffizient ist, A der Bereich der inneren Luftdurchgänge des Arbeitskolbens 80 ist, p_u der Luftdruck oberstromig des Luftdurchgangs ist, p_d der Luftdruck unterstromig des Luftdurchgangs ist, ν das Verhältnis von p_d zu p_u ist, und B der Singularitätswert ist, wenn das Verhältnis ν gleich Eins ist. Für m1 bezeichnen p_u und p_d den Atmosphärendruck P_atm bzw. den Aufbringungskammerdruck p_a. Für m2 bezeichnen p_u und p_d den Aufbringungskammerdruck p_a bzw. den Unterdruckkammerdruck P_v.
Die Differenzialgleichung für den Unterdruckkammerdruck P_v berücksichtigt den Massendurchfluss m₃ von Luft, die aus der Unterdruckkammer durch das Sperrventil 38 in den Motor hinein gelangt, den Massendurchsatz m₂ von Luft aus der Aufbringungskammer in die Unterdruckkammer hinein, und die an oder durch die Verstärkungsmembrane 85 und 93 verrichtete Arbeit. Die Änderungsgeschwindigkeit in dem Unterdruckkammerdruck in Bezug auf die Zeit, d(P_v)/dt, kann durch folgenden Ausdruck modelliert werden: d(Pv)/dt = 1/Vv(RγTatm(m2Ψ2 – m3Ψ3) – γpνAbXpdot] (3)wobei V_v wie folgt ausgedrückt werden kann: Vv = Aboost[(Xpmax/2) – Xp(0) – Xp)]. (4)
In den oben stehenden Ausdrücken ist R die allgemeine Gaskonstante, γ ist der Boyl'sche Koeffizient für Luft (1, 4), T_atm ist die Lufttemperatur im Motorraum, A_boost ist der Verstärkergesamtmembranbereich, und X_pdot ist die Änderungsgeschwindigkeit der Verschiebung X_p des Arbeitskolbens mit der Zeit. Der Term X_pmax ist die maximal zulässige Arbeitsbewegung des Arbeitskoblens 80, und der Term X_p(0) ist die Arbeitsbewegung des Arbeitskolbens zu Beginn. Die Massendurchflussrate m3 wird empirisch als eine Funktion der Druckdifferenz zwischen der Unterdruckkammer und dem Einlasskrümmer des Motors bestimmt.
Die Terme Ψ₂ und Ψ₃ bezeichnen die Funktionsweise wie folgt. Wie vorstehend mit Bezug auf den Ausdruck (1) erklärt, ist Ψ₂ Null, wenn X_pdot ≥ 0, und Eins, wenn X_pdot < 0 ist. Der Wert von Ψ₃ beträgt Eins, wenn der Unterdruckkammerdruck P_v höher ist als der Motorunterdruck und andernfalls Null. Im Term des gemessenen Einlasskrümmerabsolutdrucks P_map des Motors ist Ψ₃ Eins, wenn (P_v – P_map) ≥ 0 ist.
Die Ausdrücke (1) und (2) können gleichzeitig in Echtzeit unter Verwendung eines einfachen Euler'schen Integrals gelöst werden. Ein Diagramm eines Steueralgorithmus auf der Grundlage dieses Ansatzes ist in 4 gezeigt, wobei der Hauptzylinderdruck und der Motorunterdruck (Einlasskrümmerabsolutdruck) als Eingänge geliefert werden. Der Hauptzylinderdruck P_mc wird gefiltert und dazu verwendet, um die Stellung X_p des Arbeitskolbens durch Tabellenverweis zu bestimmen, und die Stellung X_p wird differenziert und zusammen mit dem gefilterten Motorunterdruck P_map als Eingang einer Berechnungsroutine für die Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke P_a und P_v geliefert. Die Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke wiederum werden verwendet, um die Pedalkraft und den Auslaufdruck zu berechnen, wie oben beschrieben, und werden als Eingänge zu einem Verstärkungsalgorithmus geliefert, der die Betätigung der Dosiereinrichtung 20 steuert. Dieser Ansatz ist in der Theorie einwandfrei, erfordert aber typischerweise einen sehr kleinen Integrationszeitschritt, um eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen, und neigt deshalb dazu, für den typischen Kraftfahrzeug-Mikrocontroller rechnerischen aufwändig zu sein.
Gemäß der zweiten und bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Aufbringungskammerdruck auf der Grundlage eines vereinfachten Modells eines Gleichgewichtes statischer Kräfte berechnet, wie im Allgemeinen in 5 dargestellt. Das Kräftegleichgewichtmodell veranschaulicht die entgegengesetzten Kräfte, die auf die Druckstange 15 und den Arbeitskolben 80 wirken. Die Luftventilfeder 64 erzeugt gleiche und entgegengesetzte Kräfte F_av an der Druckstange 15 und dem Arbeitskolben 80, wie es die Kontaktkraft F_contact tut, sobald ein Auslaufen erfolgt. Die Druckstangenkraft (das ist die Pedalkraft F_pedal, die durch das Verstärkungsverhältnis R_bp des Bremspedals 12 wirkt) steht der Summe aus der Druckstangenreaktionskraft F_rpr, der Luftventilfederkraft F_av, und der Kontaktkraft F_contact gegenüber. Die Summe aus der Verstärkungskraft F_boost, der Luftventilfederkraft F_av, und der Kontaktkraft F_contact steht der Summe aus der Arbeitskolbenreaktionskraft F_rpp und der Kraft F_ret der Rückholfeder 98 gegenüber.
Die Größe bestimmter Kräfte kann aus dem gemessenen Hauptzylinderdruck P_mc, in dem Kräftegleichgewichtmodell als Hauptzylindereingangskraft F_mc zu betrachten, bestimmt werden. Die Arbeitskolbenreaktionskraft F_rpp ist eine Funktion der Hauptzylinderkraft F_mc und des Reaktionsverhältnisses RR, oder Verstärkungsfaktors des Verstärkers 14. Die Druckstangenreaktionskraft F_rpr wiederum wird gemäß der Differenz zwischen der Hauptzylinderkraft F_mc und der Arbeitskolbenreaktionskraft F_rpp bestimmt. Die Stellung X_p des Arbeitskolbens 80, auch als eine Funktion des Hauptzylinderdrucks P_mc bestimmt, wird verwendet, um die Rückholfederkraft F_ret zu bestimmen. Die Luftventilfederkraft F_av wird als eine Konstante behandelt.
Weitere Kräfte wie die Verstärkungskraft F_boost, die Kontaktkraft F_contact und die Pedalkraft F_pedal erfordern die Kenntnis der Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke P_a und P_v. Die Verstärkungskraft F_boost ist eine Funktion der Druckdifferenz P_a – P_v, und wird verwendet, um die Kontaktkraft F_contact zu berechnen. Die Kontaktkraft F_contact wiederum wird zusammen mit der Luftventilfederkraft F_av und der Druckstangenreaktionskraft F_rpr verwendet, um die Pedalkraft F_pedal zu berechnen. Auf Grund der rekursiven Lösungsart werden diese Kräfte auf der Grundlage der zuvor berechneten oder letzten Werte von P_a bzw. P_v berechnet, und hierin als P_a(letzt) bzw. P_v(letzt) bezeichnet.
In Bezug auf die vorstehend beschriebenen Kräfte erfolgt das Auslaufen, wenn der Aufbringungskammerdruck P_a Atmosphärendruck P_atm erreicht. An einem solchen Punkt wird die Kontaktkraft F_contact gemäß dem Betrag, um den die Summe aus der Arbeitskolbenreaktionskraft F_rpp und der Rückholfederkraft F_ret die Summe aus der Luftventilfederkraft F_av und der Verstärkungskraft F_boost übersteigt, bestimmt.
Während des Auslaufens ist die Aufbringungskammer für Atmosphärendruck offen und ist deshalb gleich P_atm. Vor dem Auslaufen wird der Aufbringungskammerdruck P_a im Hinblick auf die auf den Arbeitskolben 80 wirkenden Kräfte berechnet, gemäß dem Ausdruck: Pa = Pv(letzt) + (Frpp + Fret + Fav – Fcontact)/Aboost (5)
Der Unterdruckkammerdruck P_v wird dann durch Lösen des Ausdrucks (3) für d(P_v)/dt und Integration des Ergebnisses bestimmt. Der Fluss m₃ durch das Sperrventil 34 wird als eine Funktion der Druckdifferenz über dem Sperrventil 34 bestimmt. Wenn jedoch P_v(letzt) niedriger oder gleich dem gemessenen P_map ist, ist keine Strömung vorhanden und m₃ = 0. Der Fluss m₂ von der Aufbringungskammer zu der Unterdruckkammer während des Freigabemodus wird als eine Funktion des Druckverhältnisses P_v (letzt)/P_a bestimmt.
Ein Blockdiagramm des oben beschriebenen Ansatzes ist in 6 dargestellt, wo P_map und M_mc als gemessene Eingänge dargestellt sind, und P_a und F_pedal als Ausgänge zu dem Verstärkungsalgorithmus dargestellt sind. Der Block Anfängliche Zustände IC setzt die anfänglichen Werte von P_a und P_v auf der Grundlage von dem gemessenen Wert von P_map, und danach werden die berechneten Werte von P_a und P_v verwendet, um die verschiedenen in den Berechnungsblöcken CALC1 und CALC2 dargestellten Kraft- und Druckterme zu berechnen. Die Integration von d(P_v)/dt, die im Berechnungsblock CALC3 dargestellt ist, wird durch ein beliebiges von einer Reihe herkömmlicher Verfahren numerisch durchgeführt.
Zusammenfassend stellt die vorliegende Erfindung ein elektrisch verstärktes Bremssteuersystem mit einem Bremskraftverstärker bereit, bei dem der Punkt des Auslaufens des Bremskraftverstärkers und die Bremspedalkraft auf der Grundlage des erfassten Motorunterdrucks und Hauptzylinderdrucks abgeschätzt wird. Dies vermeidet die Vielzahl fest zugeordneter Sensoren, die bei elektrisch verstärkten Bremssteuersystemen nach dem Stand der Technik verwendet werden, und verringert entscheidend die Gesamtkosten für das System. Während diese Erfindung unter Bezugnahme auf die veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist einzusehen, dass dem Fachmann verschiedene Abwandlungen und ergänzende Elemente einfallen werden. Beispielsweise ist es möglich, ein Steuerverfahren zu verwenden, bei dem der Aufbringungskammerdruck P_a bestimmt wird, um Auslaufen zu detektieren, wobei die Dosiereinrichtung auf der Grundlage eines Parameters (ein anderer als die Pedalkraft) gesteuert wird. In diesem Zusammenhang ist einzusehen, dass der Umfang der Erfindung nicht auf die veranschaulichten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern durch die angeschlossenen Ansprüche definiert ist.

Claims

Betriebsverfahren eines Bremssystems (10) mit einem Bremspedal (12) zum Entwickeln einer Bremspedalkraft, einem Bremskraftverstärker (14), der mit dem Bremspedal gekoppelt ist und eine Unterdruckkammer (87, 95), die mit einer Unterdruckquelle (11, 34) gekoppelt ist, und eine Aufbringungskammer (88, 96) aufweist, die variabel mit sowohl der Unterdruckquelle als auch atmosphärischem Druck gekoppelt ist, um die Bremspedalkraft zu verstärken, einem Hauptzylinder (16), der mit einem Abtriebselement (99) des Bremskraftverstärkers gekoppelt ist, um in Ansprechen auf die verstärkte Bremspedalkraft Bremsdruck zu erzeugen, und einer elektrisch aktivierten Dosiereinrichtung (20) zum Erhöhen des Bremsdrucks, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Messen des Unterdrucks (Pv) der Unterdruckquelle, Messen des von dem Hauptzylinder (31) erzeugten Bremsdrucks, Abschätzen eines gegenwärtigen Druckwertes (Pa) in der Aufbringungskammer (88, 96) des Bremskraftverstärkers auf der Grundlage des gemessenen Unterdrucks und Bremsdrucks und einer vorhergehenden Abschätzung der Drücke (Pv, Pa) in den Unterdruck- und Aufbringungskammern, Vergleichen des abgeschätzten Drucks mit atmosphärischem Druck, um einen Zustand eines Auslaufens des Bremskraftverstärkers zu detektieren, bei dem der Bremskraftverstärker die Bremspedalkraft nicht weiter verstärken kann, und Aktivieren der Dosiereinrichtung, um den Bremsdruck in Ansprechen auf die Detektion des Auslaufzustandes zu erhöhen.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, das die Schritte umfasst: Abschätzen eines gegenwärtigen Druckwertes in der Unterdruckkammer (Pa) des Bremskraftverstärkers auf der Grundlage des gemessenen Unterdrucks und Bremsdrucks und der vorhergehenden Abschätzungen der Drücke in den Unterdruck- und Aufbringungskammern, Abschätzen der Bremspedalkraft (Fpedal) auf der Grundlage der abgeschätzten Werte der Aufbringungs- und Unterdruckkammerdrücke, und Aktivieren der Dosiereinrichtung, so dass der erhöhte Bremsdruck in Relation zu der abgeschätzten Bremspedalkraft variiert.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Abschätzens eines gegenwärtigen Druckwertes in der Aufbringungskammer den Schritt umfasst, dass gleichzeitig ein erster Ausdruck für den Differenzdruck in der Aufbringungskammer und ein zweiter Ausdruck für den Differenzdruck in der Unterdruckkammer gelöst wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Abschätzens eines gegenwärtigen Druckwertes in der Aufbringungskammer die Schritte umfasst, dass ein statischer Ausdruck für den Druck in der Aufbringungskammer gelöst wird, und ein Ausdruck für den Differenzdruck in der Unterdruckkammer gelöst wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 4, bei dem der statische Ausdruck für den Druck in der Aufbringungskammer auf einem Gleichgewicht von entgegen wirkenden Kräften, die auf das Abtriebselement des Bremskraftverstärkers wirken, beruht.
Betriebsverfahren nach Anspruch 5, das den Schritt umfasst, dass eine Kontaktkraft abgeschätzt wird, die auf das Abtriebselement aufgrund einer mit dem Bremskraftverstärker gekoppelten Bremspedalkraft während des Auslaufzustandes wirkt.
Betriebsverfahren nach Anspruch 6, bei dem die Kontaktkraft als die Kraft abgeschätzt wird, die erforderlich ist, um entgegen wirkende Kräfte, die auf das Abtriebselement des Bremskraftverstärkers wirken, auszugleichen.
Betriebsverfahren nach Anspruch 4, das den Schritt umfasst, dass der Druck in der Aufbringungskammer gemäß dem kleineren von dem atmosphärischen Druck und dem durch den statischen Ausdruck gelieferten Druck abgeschätzt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 2, das die Schritte umfasst, dass ein statischer Ausdruck für den Druck in der Aufbringungskammer auf der Grundlage eines Gleichgewichts von entgegen wirkenden Kräften, die auf das Abtriebselement wirken, gelöst wird, dass ein Ausdruck für den Differenzdruck in der Unterdruckkammer gelöst wird, und dass die Bremspedalkraft gemäß der Summe der Kräfte, die der Bremspedalkraft entgegen wirken, abgeschätzt wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 9, bei dem die Kräfte, die der Bremspedalkraft während des Auslaufzustandes des Bremskraftverstärkers entgegen wirken, eine Kontaktkraft umfassen, die erforderlich ist, um die entgegenwirkenden Kräfte, die auf das Abtriebselement wirken, auszugleichen.