WO2005054028A1 - Verfahren zur kalibrierung von analog regelnden elektrisch ansteuerbaren hydraulischen ventilen - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung von analog regelnden elektrisch ansteuerbaren hydraulischen ventilen Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to claim 7.
  • An analog / digital valve is a switching valve that is operated in such a way that it has analog control properties. This valve is designed in such a way that it can be operated both analog and digital.
  • a method for detecting the switching point of the valve, in particular for determining the pressure ratios from the current profile of the valve control current, can be found in EP 0 813 481 B1 (P 7565).
  • the pressure gradient built up by the valve can be adjusted via the coil current.
  • this requires a complex calibration.
  • characteristic curves for the valves are determined and setpoint currents calculated with the aid of the characteristic curves are set as a function of the desired pressure gradient.
  • the volume flow Q therefore depends on the characteristic curve f on the differential current ⁇ p and on the current I.
  • DE 102 214 56 AI discloses a calibration method for analogized intake and isolation valves according to the preamble of claim 1. The calibration procedure described in this document cannot do without the use of a so-called test stage, which therefore requires a correspondingly complex test device to depress the brake pedal.
  • the calibration according to the invention is carried out automatically by the device using the hydraulic energy of the power-controlled pressure build-up device (for example a piston pump controlled by a motor).
  • the calibration is preferably carried out only after the valve or the electro-hydraulic device has been produced in the object in which the valve or the electro-hydraulic device is installed.
  • the calibration can therefore only take place, for example, after the control unit has been installed in a motor vehicle. This method is considerably more cost-effective than creating calibration data on the line, since it is no longer necessary to transfer the calibration data to the electronic control connected to the valve.
  • the electro-hydraulic control device in which the valves are installed preferably comprises a plurality of hydraulic pressure control circuits which can be controlled separately by means of inlet and outlet valves.
  • a brake cylinder is particularly preferably assigned to each circuit.
  • each pressure control circuit is assigned to a motor vehicle wheel.
  • the electrohydraulic control device preferably includes a pressure sensor on the input side, for example in the area of the master cylinder (Thz).
  • circuit pressure sensors which allow an individual pressure measurement in each hydraulic circuit.
  • the method can preferably also be used at the same time to check the correct functioning of the device.
  • the calibration routine described is expediently carried out once after the installation of the brake control device when it is started up for the first time or during each ignition run.
  • a motor vehicle, in which the braking device is installed in particular, is preferably at a standstill while the calibration routine is being carried out.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a braking device with analog controllable valves
  • Fig. 2 is a diagram showing the pressure profiles and the valve flow.
  • tandem master cylinder 5 is connected to valve block 6 of an electronic motor vehicle brake system.
  • Electronics unit 7 comprises a microcontroller system with which the actuators and sensors contained in the valve block are electronically controlled or measured.
  • Valve block 6 comprises two brake circuits I and II. Each brake circuit comprises two wheel pressure circuits, each with an inlet valve 3 and an outlet valve 4. 2 denotes an isolating valve which is open when de-energized and 8 is an electronic switching valve which is closed when de-energized.
  • An inlet pressure sensor 9 is located in the hydraulic line leading to master cylinder 5.
  • One or more pressure sensors 10, 10 ', 10 "', 10"" are located in the wheel pressure circuits.
  • Pump 1 is used for independent pressure build-up, for example in the ASR or ESP case.
  • valve 2 is first closed and valve 8 opened in the first step. Pump 1 is activated. After pressure builds up to around 5 bar in pressure circuit A (calibration circuit), valve 3 is closed. Valve 3 'in circuit B remains open until a pressure of approximately 180 bar in circuit B is reached. The pressure in circuit A is greater than zero, so that undesired effects (e.g. cavitation) do not occur during the actual calibration.
  • valve 8 is closed.
  • the pressure in circuit B is then initially included, similar to a pressure accumulator.
  • the pump is switched off at the time t1.
  • the pressure in the "storage wheel” B is approximately 180 bar.
  • the valve current of the valve 3 to be calibrated is increased so far on the “calibration wheel” A that the valve is firmly closed.
  • the current (from t3 to t4) follows slowly lowered.
  • the valve opens so that the pressure in the storage wheel A drops.
  • the pressure in range "0 '" in calibration wheel B increases accordingly.
  • PB - PA differential pressure
  • support point SPi is recorded and saved.
  • valve 3 is closed again by a steep current increase (flank Fl). This stops the pressure change.
  • point 0 ⁇ is searched by lowering the current, at which the valve just brings about a change in pressure again. This can be determined, for example, by monitoring that a predetermined threshold value is not reached.
  • the opening current at point Oi is stored linked to the pressure at support point SPi.
  • the method for measuring further support points (SP 2 , 0 2 ), (SP 3 , 0 3 ), ..., (SP n , O n ) is then continued in a corresponding manner.
  • a calibration curve DeltaP (I) is obtained for valve 3.
  • the procedure can be additionally secured, for example, by checking whether
  • the characteristic curve found lies within certain limits (eg maximum characteristic curve, minimum characteristic curve, minimum and maximum slope). It is also expedient to secure the calibration data or the data of the characteristic curves by means of checksums.

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Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren sowie eine Druckregelvorrichtung zur Ventilkalibrierung eines analog regelnden, elektrisch ansteuerbaren Hydraulikventils (2, 2',3, 3', 3 ", 3 "'.) in einer Vorrichtung mit zumindest einer Einrichtung zum fremdkraftgespeisten Druckaufbau (1, 1') und mit Drucksensoren (9, 10, 10', 10 ", 10"'), wobei die Vorrichtung mehrere Drucksteuerkreise (A, B, C, D) sowie insbesondere mehrere Bremskreise (I., II.) umfasst und wobei zumindest einige Drucksteuerkreise mit einem diesem Kreis zugeordneten Drucksensor sowie Einlass- und Auslassventilen verbunden sind. Bei dem Verfahren werden mehrere Kalibrierroutinen zum Erzeugen und Speichern von automatisch ermittelten Kalibrierdaten durchgeführt und es wird während oder vor jeder Kalibrierroutine durch die fremdkraftgespeiste Druckaufbaueinrichtung (1, 1') Druck in mindestens einem Drucksteuerkreis (A, B, C, D) erzeugt und es werden unter Nutzung des aufgebauten Drucks Kalibrierdaten für eines oder mehrere analog regelnde Hydraulikventile aufgenommen.

Description

Verfahren zur Kalibrierung von analog regelnden elektrisch ansteuerbaren hydraulischen Ventilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7.
Es ist bekannt, in ABS-Steuergeräten für Kraftfahrzeugbremssysteme, aber auch in sogenannten Fahrdynamikreglern mit zusätzlichen Funktionen wie ESP etc., analog regelnde elektrisch ansteuerbare hydraulischen Ventile zur Regelung des Hydraulikdrucks einzusetzen.
Bei neueren Generationen von Hydraulikregelvorrichtungen werden sogenannte Analog/Digital-Ventile eingesetzt. Ein Analog/Digitalventil ist ein Schaltventil, welches so betrieben wird, dass es analoge Regeleigenschaften besitzt. Dieses Ventil ist in der Weise konstruiert, dass es sowohl analog als auch digital betrieben werden kann.
Ein Verfahren zur Erkennung des Schaltpunktes des Ventils, insbesondere zur Bestimmung der Druckverhältnisse aus dem Stromverlauf des VentilansteuerStromes, geht aus der EP 0 813 481 Bl (P 7565) hervor.
Im Prinzip lässt sich der durch das Ventil aufgebaute Druckgradient über den Spulenstrom einstellen. Allerdings ist hierzu bekanntlich eine aufwendige Kalibrierung notwendig. Hierzu werden, wie z.B. in der WO 01/98124 AI (P 9896) beschrieben, Kennlinien für die Ventile ermittelt und in Abhängigkeit vom gewünschten Druckgradienten mit Hilfe der Kennlinien berechnete Sollströme eingestellt. Der Volumenstrom Q hängt demzufolge über die Kennlinie f vom Differenzstrom Δp und vom Strom I ab. Aus der DE 102 214 56 AI ist ein Kalibrierverfahren für ana- logisierte Einlass- und Trennventile gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Das in dieser Druckschrift beschriebene Kalibrierverfahjren kommt nicht ohne die Nutzung einer sogenannten Prüfstancre aus, welches daher zum Niederdrücken des Bremspedals eine entsprechend aufwendig gestaltete Prüfvorrichtung voraussetzt.
Eine Erstellung von individuellen Kalibrierdaten oder Kennlinien für jedes Ventil während der Fertigung, zum Beispiel durch manuelles Einsetzen des Bremsensteuergerätes in eine Vorrichtung mit Prüfstange, ist allerdings aufwendig und nachteilhaft. Weiterhin ist es nachteilhaft, wenn zum Beispiel die Elektronik einer diese Ventile enthaltenden elekt- rohydraulischen Vorrichtung zum Zwecke der Wartung zu einem späteren Zeitpunkt ausgetauscht werden muss. In diesem Fall gehen die dort gespeicherten Kalibrierdaten in der Regel verloren. Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich, entsprechend geeignete Kalibrierdaten oder Kennlinien auf einfachere Weise erstellen lassen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst .
Die Kalibrierung nach der Erfindung erfolgt durch die Vorrichtung automatisch unter Nutzung der hydraulischen Energie der fremdkraftgesteuexten Druckaufbauvorrichtung (zum Beispiel eine von einem Motor angesteuerte Kolbenpumpe) . Die Kalibrierung wird bevorzugt erst nach der Produktion des Ventils oder der elektrohydraulischen Vorrichtung in dem Objekt, in dem das Ventil bzw. die elektrohydraulische Vorrichtung eingebaut ist, durchgeführt. Die Kalibrierung kann also zum Beispiel erst nach dem Einbau des Steuergeräts in ein Kraftfahrzeug erfolgen. Dieses Verfahren ist erheblich kostengünstiger, als eine Erstellung von Kalibrierdaten am Band, da eine Übertragung der Kalibrierdaten in die mit dem Ventil verbundene elektronische Steuerung nicht mehr erforderlich ist.
Vorzugsweise umfasst die elektrohydraulische Regeleinrichtung, in der die Ventile eingebaut sind, mehrere hydraulische Druckregelkreise, die getrennt mittels Einlass- und Auslassventile ansteuerbar sind. Besonders bevorzugt ist jedem Kreis ein Bremszylinder zugeordnet. Im Beispiel einer Bremsvorrichtung ist jeder Druckregelkreis einem Kraftfahrzeugrad zugeordnet.
Die elektrohydraulische Regeleinrichtung umfasst eingangs- seitig vorzugsweise einen Drucksensor zum Beispiel im Bereich des Hauptzylinders (Thz) .
Mehrere oder alle Kreise sind vorzugsweise mit weiteren "Kreisdruck-sensoren" ausgestattet, welche eine individuelle Druckmessung in jedem Hydraulikkreis gestatten.
Bei den erfindungsgemäß zu kalibrierenden Magnetventilen, wobei es sich insbesondere um stromlos offene Einlassventile eines Bremsenssteuergerätes handelt, lässt sich einem bestimmten Differenzdruck ein im wesentlichen zugeordneter Spulenstrom bestimmen.
Das Verfahren kann vorzugsweise auch gleichzeitig zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktion der Vorrichtung verwendet werden. Zweckmäßigerweise wird die beschriebene Kalibrierroutine nach dem Einbau des Bremsensteuergeräts einmalig bei der ersten Inbetriebnahme oder bei jedem Zündungslauf vorgenommen.
Vorzugsweise befindet sich ein Kraftfahrzeug, in dem die Bremsvorrichtung insbesondere eingebaut ist, während der Durchführung der Kalibrierroutine im Stillstand.
Bevorzugt wird während des Verfahrens überwacht, ob beim Befüllen des Druckspeichers eine bestimmte vorgegebene Maximalzeit nicht überschritten wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass überwacht wird, ob die ermittelte Kennlinie oder die ermittelten Kalibrierdaten innerhalb eines vorgegebenen Gültigkeitsbereich liegen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung der Figuren.
Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines Beispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Bremsvorrichtung mit analog ansteuerbaren Ventilen und
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Druckverläufe und des Ventilstroms . In Fig. 1 ist Tandemhauptzylinder 5 mit Ventilblock 6 eines elektronischen Kraftfahrzeugbremssystems verbunden. Elektronikeinheit 7 umfasst ein Mikrocontrollersystem, mit dem die im Ventilblock enthaltenen Aktuatoren und Sensoren elektronisch gesteuert bzw. ausgemessen werden. Ventilblock 6 umfasst zwei Bremskreise I und II. Jeder Bremskreis umfasst zwei Raddruckkreise mit jeweils einem Einlass- 3 und einem Auslassventil 4. 2 bezeichnet ein stromlos offenes Trennventil und 8 ein stromlos geschlossenes elektronisches Umschaltventil. In der zu Hauptzylinder 5 führenden Hydraulikleitung befindet sich ein Eingangsdrucksensor 9. In den Raddruckkreisen befinden sich ein oder mehrere Drucksensoren 10, 10' , 10"', 10'''. Pumpe 1 wird zum selbstständigen Druckaufbau verwendet, zum Beispiel im ASR- oder ESP-Fall.
Zur Kalibrierung wird zunächst im ersten Schritt Ventil 2 geschlossen und Ventil 8 geöffnet. Pumpe 1 wird aktiviert. Nach Druckaufbau von etwa 5 bar in Druckkreis A (Kalibrierkreis) wird Ventil 3 geschlossen. Ventil 3' in Kreis B bleibt weiterhin offen, bis ein Druck von etwa 180 bar in Kreis B erreicht wird. Der Druck in Kreis A ist größer Null, damit während der eigentlichen Kalibrierung unerwünschte Effekte (z.B. Kavitation) nicht auftreten.
Im nächsten Schritt wird die Pumpe ausgeschaltet und Ventil 8 geschlossen. Der Druck in Kreis B ist dann zunächst ähnlich einem Druckspeicher eingeschlossen.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird nun das weitere Verfahren erläutert. Zum Zeitpunkt tl wird die Pumpe ausgeschaltet. Der Druck im "Speicherrad" B beträgt etwa 180 bar. Zum Zeitpunkt t2 wird der Ventilstrom des zu kalibrierenden Ventils 3 am "Kalibrierrad" A so weit erhöht, dass das Ventil fest geschlossen ist. Darauffolgend (ab t3 bis t4) wird der Strom langsam abgesenkt. Währenddessen, an Punkt "O0" öffnet das Ventil, so dass der Druck im Speicherrad A sinkt. Entsprechend steigt der Druck in Bereich "0'" im Kalibrierrad B an. Wenn ein Differenzdruck (PB - PA) von 140 bar erreicht ist, wird Stützstelle SPi erfasst und gespeichert. An Punkt SP1 wird das Ventil 3 durch eine steile Stromerhöhung (Flanke Fl) wieder geschlossen. Die Druckänderung wird hierdurch gestoppt. Im Anschluss daran wird durch Stromabsenkung Punkt 0ι gesucht, bei dem das Ventil gerade wieder eine Druckänderung herbeiführt. Dies kann z.B. durch Überwachung einer Unterschreitung eines vorgegebenen Schwellenwertes festgestellt werden. Der Öffnungsstrom an Punkt Oi wird mit dem Druck an Stützstelle SPi verknüpft gespeichert. Danach wird das Verfahren zur Messung weiterer Stützpunkte (SP2, 02) , (SP3, 03) , ..., (SPn, On) in entsprechender Weise fortgeführt. Man erhält eine Kalibrierkurve DeltaP (I) für das Ventil 3.
Das Verfahren wird dann für die übrigen Raddruckkreise B bis D wiederholt, wobei jeweils ein benachbarter Raddruckkreis als Speicherkreis verwendet wird. Auf diese Weise können für alle Einlassventile Kalibrierkurven gemessen werden.
Das Verfahren kann zum Beispiel zusätzlich abgesichert werden dadurch, dass geprüft wird, ob
- alle Drucksensoren plausible Signale liefern,
- das Fahrzeug sich zur Kalibrierzeit im Stillstand befindet,
- eine maximale Zeit für den Druckaufbau nicht überschritten wird,
- die gefundene Kennlinie innerhalb gewisser Schranken liegt (z.B. Maxkennlinie, Minkennlinie, Mindest und Maximai- Steigung) . Es ist außerdem zweckmäßig, die Kalibrierdaten bzw. die Daten der Kennlinien durch Prüfsummen abzusichern.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ventilkalibrierung eines analog regelnden, elektrisch ansteuerbaren Hydraulikventils (2, 2' ,3, 3', 3'', 3''') in einer Vorrichtung, insbesondere elektro- hydraulische Druckregeleinrichtung ( ) , mit zumindest Aλ einer Einrichtung zum fremdkraftgespeisten Druckaufbau (1, 1') und mit Drucksensoren (9, 10, 10', 10'', 10'''), wobei die Vorrichtung mehrere Drucksteuerkreise (A, B, C, D) sowie insbesondere mehrere Bremskreise (I., II.) umfasst und wobei zumindest einige Drucksteuerkreise mit einem diesem Kreis zugeordneten Drucksensor sowie Einlass- und Auslassventilen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - mehrere Kalibrierroutinen zum Erzeugen und Speichern von automatisch ermittelten Kalibrierdaten durchgeführt werden und - während oder vor jeder Kalibrierroutine durch die fremdkraftgespeiste Druckaufbaueinrichtung (1, 1') Druck in mindestens einem Drucksteuerkreis (A, B, C, D) erzeugt wird und unter Nutzung des aufgebauten Drucks .Ka— librierdaten für eines oder mehrere analog regelnde Hydraulikventile aufgenommen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Drucksteυerkreis (A) als Druckspeicher genutzt wird und die Aufnahme der Kalibrierdaten eines Ventils in mindestens einem weiteren Drucksteuerkreis (B), welcher vom ersten Kreis verschieden ist, vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch im mindestens einen weiteren Kreis mit dem zu kalibrierenden Ventil (3') mittels der fremdkraftgespeis- ten Druckaufbaueinrichtung Druck aufgebaut wird, wobei dieser Druck geringer ist, als der Druck im ersten Kreis.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierdaten den Differenzdruck oder daraus ableitbare Größen umfassen und der Differenzdruck, bei dem der Öffnungsstrom des Ventils gemessen werden soll, zunächst durch Öffnen des gleichen Ventils eingestellt wird, wobei Hydraulikvolumen aus dem ersten Kreis in den weiteren Kreis abfließt, und dann das geöffnete Ventil wieder vollständig geschlossen wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil bei einem vorher nach Anspruch 4 eingestellten und gemessenen Differenzdruck durch Variation des Ventilstroms langsam geöffnet wird und der Öffnungsstrom gemessen wird, wenn der Druck im ersten bzw. weiteren Kreis oder der Differenzdruck sich um ein festes vorgegebenes Maß verändert hat.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Kalibrierdaten mehrere Messwerte und/oder mehrere Messroutinen zum Zwecke der Genauigkeitsverbesserung oder Redundanz berücksichtigt werden.
7. Druckregelvorrichtung für elektronische Bremssysteme oder Fahrdynamikregelungssysteme, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Mikrorechner umfasst, welche das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 ausführt.
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