DE10203484A1 - Drucksensoranordnung für Kraftfahrzeugbremssysteme und Verfahren zur Kalibrierung eines Drucksensors - Google Patents

Abstract

Beschrieben ist ein Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Drucksensors (1, 1'), welcher in oder an einer Steuervorrichtung (2) eines elektronischen Bremssystems oder Fahrdynamikregelungssystems für Kraftfahrzeuge montiert ist. Nach der Montage wird eine Kalibrierung des Drucksensors durchgeführt, insbesondere in der Weise, daß ein Heizelement (3) oder eine Heizeinrichtung verwendet wird, die innerhalb des Drucksensors enthalten ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drucksensoranordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 sowie eine Drucksensoranordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 8.

In der überwiegenden Zahl von Bremssystemen für Personen­ kraftfahrzeuge werden die Radbremsen nach Maßgabe der Stel­ lung eines Bremsdruckgebers (z. B. Bremspedal) über Hydrau­ likleitungen und Radbremszylinder angesteuert. Es sind in unterschiedlichen Ausführungsformen elektronische Regelein­ richtungen bekannt, welche entweder nach Maßgabe eines elek­ tronischen Weggebers (z. B. EHB) oder bei älteren konventio­ nellen Systemen lediglich in bestimmten Fahrsituationen (ABS, ESP etc.) eine Steuerung des Bremsdrucks vornehmen. Einige dieser elektronischen Systeme verwenden insbesondere zur Erhöhung der Regelqualität Signale von einem oder mehre­ ren Drucksensoren, welche den Druck in den Hydraulikleitun­ gen wiedergeben. Entsprechende elektronische Bremssysteme, bei denen Drucksensoren in das Gehäuse des Bremsenreglers integriert sind, sind daher ebenfalls bekannt.

Die eingesetzten Drucksensorelemente umfassen eine Membran, welche an einer Seite mit dem Druckmedium beaufschlagt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der Membran sind z. B. Deh­ nungsmeßstreifen aufgebracht, deren Widerstandsänderung ein Maß für die durch den Druck hervorgerufene Membranverformung ist. Das gewonnene elektrische Signal hängt außerdem von der Umgebungstemperatur ab, so daß es üblich ist, die Temperatur ebenfalls sensorisch zu erfassen und beide Informationen in einer im Drucksensor integrierten elektronischen Auswerte­ schaltung aufzubereiten und insbesondere das Drucksignal von Temperatureinflüssen zu bereinigen. Für die beschriebenen Bremssysteme geeignete Drucksensoren werden in der Regel bereits vom Hersteller vorkalibriert geliefert. Beson­ ders dann, wenn eine größere Zahl Drucksensoren benötigt wird, ist es kostenintensiv, für jeden Drucksensor eine ei­ gene integrierte Schaltung vorzusehen.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, daß die In­ tegration von Drucksensoren in elektronische Bremssysteme nicht ausreichend kostengünstig durchführbar ist.

Die Erfindung setzt sich zu Ziel, ein neues, vereinfachtes Verfahren zur Kalibrierung anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.

Nach einer ersten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die Drucksensoren erst nach der Montage in eine hydraulische Steuervorrichtung (Ventilblock, Drucklei­ tung etc.), in der die Druckmessung stattfinden soll, kali­ briert, d. h. die Sensoren werden Vermessen und Korrekturwer­ te ermittelt, die bei der späteren Nutzung der Sensoren, z. B. im Mikroprozessorsystem der Bremsensteuerung, als Kor­ rekturgrößen gespeichert werden. Während einer Druckmessung können diese Größen zur Kalibrierung der druckabhängigen Si­ gnale herangezogen werden.

Der oder die Drucksensoren können daher vorzugsweise zu­ nächst in der Steuervorrichtung, insbesondere in einen soge­ nannten hydraulischen Ventilblock, eingebaut werden. An­ schließend werden die bei der Kalibrierung ermittelten Kenn­ werte bevorzugt innerhalb einer elektronischen Einrichtung gespeichert. Die elektronische Einrichtung kann insbesondere das elektronische Steuergerät (ECU) der Bremsanlage sein.

Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird zur Kalibrierung ein Heizelement oder eine Heizeinrichtung verwendet, welche im Drucksensor enthalten ist. Hierdurch kann zum Beispiel auf den Einsatz von aufwen­ digen Meßöfen bei der Drucksensorfertigung verzichtet wer­ den. Zudem reduziert sich durch die vergleichsweise geringe erforderliche thermische Energie zur Temperierung des Sen­ sors die für einen vollständigen Kalibriervorgang benötigte Zeit.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung wird auf eine nach dem Stand der Technik übliche, un­ mittelbar in der Nähe eines Einzelsensors angeordnete aktive Sensorelektronik verzichtet. Eine Kalibrierung der elektri­ schen Signale erfolgt innerhalb einer oder mehrerer Kali­ briereinrichtungen im Inneren, abgeschlossenen Teil des elektronischen Steuergerätes der Bremsanlage. Es ist dabei zweckmäßig, wenn die in dem elektronischen Steuergerät ange­ ordnete Kalibriereinrichtung mehrkanalig ausgeführt ist, so daß ein Kostenvorteil gegenüber mehreren einzelnen Kali­ briereinrichtungen erzielt wird.

Die Erfindung ermöglicht eine Kalibrierung von Sensoren auch im eingebauten Zustand, denn die zur Temperierung des Sen­ sors notwendige Erwärmung wird innerhalb des Sensors er­ zeugt. Besonders einfach ist dies durchführbar, wenn der thermische Übergangswiderstand zwischen dem zu kalibrieren­ den Sensorelement und dem Druckmedium bzw. der Membran ge­ eignet gewählt wird. Hierzu wird zweckmäßigerweise zwischen der Membran des Drucksensorelements und der mit der Membran verbundenen Meßelemente eine Wärmeflußbarriere angeordnet. Diese Wärmeflußbarriere kann durch Zwischenlagen aber auch durch definierte mechanische Kopplung (z. B. Punktkontakte) zwischen Meßelement und Membran realisiert werden.

Nach dem Verfahren der Erfindung erfolgt bevorzugt die Ein­ stellung der Temperatur mittels ohmscher Heizelemente und/oder Halbleiterelemente. Dabei ist es sinnvoll, die Wär­ mekapazität eines im Drucksensor angeordneten Sensorelemen­ tes und den thermischen Leitungswiderstand zwischen Sensore­ lement und Drucksensormembran bzw. dem Druckmedium so nied­ rig zu wählen, daß eine Temperierung des Sensorelementes mittels der Heizeinrichtung, welche eine begrenzte Heizlei­ stung hat, noch in geeigneter Weise erfolgen kann.

Die Erwärmung des Sensorelementes erfolgt in besonders vor­ teilhafter Weise durch ein innerhalb des Sensors angebrach­ tes Heiz- oder Kühl-Element. Dieses kann insbesondere ein Widerstandselement sein, ein Halbleiterelement, ein Peltier­ element oder eine Kombination der angeführten Elemente. Ganz besonders bevorzugt wird der Meßstrom des zur Druckmessung verwendeten Sensorelementes (z. B. Brückenstrom) zur Erwär­ mung genutzt oder mitgenutzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Temperatur­ meßelement auf dem Sensorelement angeordnet und dieses dazu genutzt, die während eines Kalibriervorgangs benötigten un­ terschiedlichen Temperaturen elektronisch durch den Bremsen­ regler einzuregeln. Hierzu wird die Temperatur beispielswei­ se zu einem Mikrocontroller weitergeleitet, der dann nach einem üblichen Regelalgorithmus den Strom zum Heizen ein­ stellt.

Alternativ ist es möglich, durch das Temperaturmeßelement immer eine geeignete Meßtemperatur einzuregeln, bei der das Drucksensorelement in der gewünschten Weise arbeitet. Der zur Einregelung der Temperatur notwendige Stromfluß ist dann ein Maß für die Umgebungstemperatur des Sensors.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drucksensoranordnung gemäß Anspruch 8, welche insbesondere zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens geeignet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Es zeigen

Fig. 1 einen Drucksensor gemäß der Erfindung und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Drucksensoranordnung.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Drucksensor 1 besteht aus einem Halbleiter-Drucksensorelement 4, welches über eine thermische Wärmeflußbarriere 9 an Meßmembran 5 befestigt ist. Die Sensorelement 4 gegenüberliegende Seite von Membran 5 ist mit Druckmedium 6 beaufschlagt, welches insbesondere eine Hydraulikflüssigkeit ist. Nach Maßgabe des Drucks wird Membran 5 verformt, was durch Druckmeßeinrichtung 8 gemessen wird. Die Druckmeßeinrichtung ist bevorzugt eine Wider­ standsbrücke, welche mit der Membran über Barriere 9 in Kon­ takt steht.

Drucksensorelement 4 umfaßt Druckmeßeinrichtung 8, eine Tem­ peraturmeßeinrichtung 7 und einen ohmschen Widerstand 3, welcher nach Maßgabe eines über Zuleitungen 18 an den ohm­ schen Widerstand zugeführten Stroms Wärmeenergie abgibt. Be­ vorzugt bildet die Widerstandsbrücke der Druckmeßeinrichtung auch den ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung. Die aktu­ elle Temperatur des Sensorelementes 4 wird mittels der Tem­ peraturmeßzelle 7 bestimmt und ein entsprechendes elektri­ sches Signal über Zuleitungen 18 an einen elektronischen Regler 11 (Fig. 2) abgegeben. Wärmeflußbarriere 5 verhindert einen übermäßigen Abfluß von Wärmeenergie zum Druckmedium, so daß die benötigte Heizleistung in vertretbaren Grenzen bleibt. Gleichzeitig wird die Wärmekapazität des Drucksenso­ relementes 4 gering ausgelegt, so daß eine während der Mes­ sung des Drucks vorkommende Temperaturänderungen im Druckme­ dium noch innerhalb des Sensorelements 4 hinreichend genau gemessen werden kann. Selbstverständlich ist aber auch für Wärmeflußbarriere 9 ein Mindestmaß an thermischer Leitfähig­ keit erforderlich um, allerdings in einem im Vergleich zu einem Kalibrierzyklus erheblich längeren Zeitintervall, ei­ nen Temperaturangleich an die Umgebungstemperatur zu ermög­ lichen. Geeignete Werte für die Wärmeleitfähigkeit von Bar­ riere 9 lassen sich experimentell auf einfache Weise, z. B. durch Variation der Dicke der Barriere 9, ermitteln.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Drucksensoranordnung in einem elektronischen Bremssystem einer elektrohydraulischen Brem­ sanlage (EHB) mit einer elektrohydraulischen Steuervorrich­ tung 2. Die Betätigung des Bremspedals 12 bewirkt über eine elektrische Signalleitung 13 eine Betätigung der Radbremsen 14, welche über Hydraulikleitungen 15 an Hydraulik-Einheit 16 der Steuervorrichtung 2 angebunden sind. Einheit 16 um­ faßt u. a. elektrisch ansteuerbare hydraulische Ventile und ein hydraulisches Leitungsnetz. Mit Einheit 16 ist ein elek­ tronischer Regler 11 verbunden, welcher gemeinsam mit diesem eine monolithische Einheit bildet.

Auf Oberfläche 19 der Einheit 16, welche Regler 11 zugewandt ist, sind 6 Drucksensoren 1, 1' angeordnet. Mittels Druck­ sensoren 1, 1' kann eine Information über den hydraulischen Druck in den Radbremszylindern der Bremsen 14 gewonnen wer­ den. Von den Drucksensoren führen elektrische Leitungen 18 zu Mikrorechnersystem 17, 10, welches innerhalb des Reglers 11 angeordnet ist.

System 17, 10 umfaßt CPU 17 und Digitalspeicher 10, welcher als RAM, zweckmäßigerweise jedoch als Flash-ROM oder OTP- ROM-RAM-Kombination ausgeführt ist.

Im Anschluß an die Montage von Steuergerät 2 werden die dar­ in enthaltenen, vor dem Einbau noch unkalibrierten Drucksen­ soren 1, 1' kalibriert. Die Kalibrierung kann entweder vor oder nach Einbau in ein Kraftfahrzeug erfolgen. In einem Ka­ librierzyklus wird zunächst der Drucksensor durch ein darin enthaltenes Heizelement auf eine durch den Mikrocontroller vorgegebene Temperatur aufgeheizt. Gleichzeitig wird die mit dem Drucksensor verbundene Hydraulikleitung mit einem defi­ nierten Druck beaufschlagt. Dies kann zum Beispiel mittels einer geeigneten Prüfvorrichtung für die Endkontrolle erfol­ gen. Wenn diese Temperatur erreicht ist, erfolgt eine Druck­ messung. Die ermittelten Kenngrößen (Druck, Spannung und Temperatur) werden elektronisch erfaßt und in Regler 11 zum Beispiel tabellarisch gespeichert. Der vorstehend beschrie­ bene Vorgang wird dann bei verschiedenen Druckwerten und/oder Temperaturwerten erneut durchgeführt. Dieser Zyklus kann auch mehrfach durchlaufen werden. Die benötigten Kali­ brierzyklen werden selbständig von dem Mikrorechnersystem durchgeführt.

Um den kalibrierbaren Temperaturbereich zur erweitern kann es sinnvoll sein, vor Beginn einer Kalibrierung die Umge­ bungstemperatur des Steuergeräts gegenüber der Raumtempera­ tur abzusenken.

Claims (12)

1. Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Drucksensors (1, 1'), welcher in oder an einer Steuervorrichtung (2) eines elektronischen Bremssystems oder Fahrdynamikrege­ lungssystems für Kraftfahrzeuge montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalibrierung des/der Drucksen­ sor-s/-en durchgeführt wird, nachdem dieser/diese in oder an die Steuervorrichtung montiert worden ist/sind.

2. Verfahren zur Kalibrierung mindestens eines Drucksensors (1, 1'), welcher in oder an einer Steuervorrichtung (2) eines elektronischen Bremssystems oder Fahrdynamikrege­ lungssystems für Kraftfahrzeuge montierbar ist, insbe­ sondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Temperaturkalibrierung des/der Drucksensor-s/-en durchgeführt wird, indem mindestens ein Heizelement (3) oder eine Heizeinrichtung verwendet wird, welches inner­ halb des/der Drucksensor-s/-en enthalten ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kalibrierung erfolgt, indem vor der Druck­ messung der Zusammenhang zwischen gemessenem Druck des/der Drucksensors/-en und dem/den entsprechend er­ zeugten elektrischen Meßsignal/-en bei unterschiedlichen Temperaturen erfaßt wird und nach der Kalibrierung wäh­ rend der Druckmessung mit dem so gewonnen Zusammenhang das elektrische Meßsignal korrigiert wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Tempera­ tur mittels ohmscher Heizelemente (3) und/oder Halblei­ terelemente und/oder mittels eines elektrisch leitenden Druckmeßelements (7) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente zum Heizen und zum Kühlen genutzt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß während der Kalibrierung die Temperatur mittels der Steuervorrichtung unter Verwen­ dung des/der Heizelementes eingeregelt wird.

7. Verfahren mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor der Druckmes­ sung die Temperatur mittels der Steuervorrichtung unter Verwendung des/der Heizelemente(s) eingeregelt wird.

8. Drucksensoranordnung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, mit mindestens einem Drucksensor, welcher an oder in ein Bremsensteuergerät montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor mindestens ein Heizelement (3, 7, 8) umfaßt.

9. Drucksensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Heizelement ohmsche Widerstände (3) und/oder Halbleiterbauelemente (7, 8) umfaßt.

10. Drucksensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Temperaturmeßelement (7) als Heizele­ ment ausgebildet ist.

11. Drucksensoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckmeßelement (7) als Heizelement ausgebildet ist.

12. Drucksensoranordnung nach einem der vorherigen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsensteuergerät einen digitalen Speicher (10) zur Speicherung der für die während der Kalibrierung ermittelten Korrekturwerte umfaßt.