DE10011634C1

DE10011634C1 - Verfahren zur Leistungsansteuerung von elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE10011634C1
Application number: DE10011634A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hackl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Chassis Brakes International Technologies Pty Ltd
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-03-11
Also published as: US20010020562A1; US6386645B2; JP2001278018A; JP4960549B2

Abstract

Ein Verfahren zur Leistungsansteuerung von elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen bei unterhalb der Nominalkapazität verfügbarer elektrischer Maximalleistung sieht vor, dass die bremskrafterzeugenden Einheiten (3.1 bis 3.4) des Bremssystems einzeln oder in Untergruppen zeitlich aufeinanderfolgend jeweils mit einem für eine zumindest Teil-Funktionsfähigkeit der einzelnen Einheit (3.1 bis 3.4) ausreichenden Leistungsanteil an der verfügbaren Maximalleistung angesteuert werden und dass jede Bremseinheit zu ihrer Aktivierung mit einem erhöhten Leistungsanteil eingeregelt und dann mit einem demgegenüber erniedrigten Bremskraft-haltenden Leistungsanteil versorgt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsansteuerung von elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen bei unterhalb der Nominalkapazität verfügbarer elektrischer Maximalleistung.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass moderne Automobile aufgrund der ständig steigenden Anforderungen an die aktive und passive Sicherheit, die Umweltverträglichkeit und den Komfort mit immer mehr elektronischen Systemen aus gestattet werden. Dies trifft in besonderem Maße für das Fahrverhalten zu, das mittels intelligenter elektronischer Steuersysteme durch entsprechende Eingriffe in die Motor- und Bremssteuerung zunehmend stärker beeinflusst wird. Als Bei spiele seien nur das Anti-Blockier-System, die Antriebs- Schlupf-Regelung oder elektronische Stabilitätsprogramme ge nannt. Letztere stabilisieren ein zum Ausbrechen tendierendes Fahrzeug durch gezielte Bremseingriffe an den Rädern.

Solche elektronischen Fremdeingriffe in das bislang hydrauli sche Bremssystem zur Realisierung der vorgenannten Sicher heitskonzepte macht jedoch den Einsatz einer Vielzahl zusätz licher Komponenten, wie z. B. Ventile, Pumpen und Speicherbe hälter notwendig. Dies macht solche Bremsanlagen äußerst kom plex und regelungstechnisch schwierig beherrschbar.

Zur Lösung dieser Problematik sind in jüngerer Zeit elektro mechanische Bremssysteme entwickelt worden, bei denen die Bremskräfte am Rad mit Hilfe von elektromechanischen Wandlern erzeugt werden. Diese Wandler werden über ein Steuersystem aktiviert, das mit Hilfe geeigneter Sensoren den Pedalweg und/oder -betätigungsdruck erfasst und die Bremsen entspre chend ansteuert. Die Steuereinheit des Bremssystems kann da bei spezielle Funktionen, wie das erwähnte ABS, ASR, verschiedene Brems-Assistenzfunktionen oder das elektronische Stabilitätsprogramm (ESP) problemlos in das elektromechani sche Bremssystem integrieren.

Zusammenfassend stellt ein derartiges "Brake-by-Wire"-System eine Fremdkraftbremsanlage dar, bei der der Fahrer beim Brem sen lediglich einen Bremspedalsimulator betätigt, dessen Be wegung wiederum über Sensoren einer übergeordneten Steuerein heit - dem "Brake-by-Wire-Manager" - zugeleitet wird.

Aus der Druckschrift DE 42 14 547 A1 ist ein elektrohydrauli sches Fahrzeugbremssystem mit mehreren Teilbremssystemen be kannt. Jedes der Teilbremssysteme weist dabei unter anderem ein Magnetventilpaar auf, um entweder eine Unterbrechung der Versorgung eines Betätigungsgliedes mit Bremsbetätigungsdruck zu erreichen oder um eine Unterbrechung der Versorgung eines Betätigungsgliedes mit Bremsbetätigungsdruck und den Austritt des Bremsbetätigungsdruckes aus dem Betätigungsglied zu er reichen. Um im elektrischen Bordnetz unzulässig hohe Stromstärken für den Betrieb der Magnetventile zu vermeiden, wird die Erregung der Magnetven tile der einzelnen Teilsysteme derart gesteuert, dass der Stromverbrauch zumindest eines Magnetventils gegenüber seinem Spitzenstromverbrauch verringert ist, bevor der Spitzenstrom verbrauch von zumindest einem anderen Magnetventil auftritt.

Aus der Druckschrift DE 198 41 170 C1 ist ein Verfahren zur sparsamen Nutzung der von einem elektrisch betätigbaren Brems aktuator benötigten elektrischen Energie bekannt, bei dem man während eines Bremsvorgangs den Bremsaktuator nur dann mit dem vollen zur Aktivierung erforderlichen Strom beauf schlagt, wenn durch eine Änderung der Bremsanforderung eine Änderung der Zuspannkraft erfolgen soll. Wird die Bremsanfor derung dagegen nicht geändert, wird der Bremsaktuator ledig lich mit einem geringeren, zur Aufrechterhaltung der stationär gewünschten Zuspannkraft erforderlichen Strom beaufschlagt.

Da die Bremsanlage ein Fahrzeugsystem ist, das extrem sicher heitsrelevant ist, sind das Sicherheitskonzept, die Zuverläs sigkeit und die Überwachung dieses Systems von zentraler Be deutung. Insoweit überwacht in der Regel ein Kontrollrechner den Brake-by-Wire-Manager, die einzelnen elektromechanischen Wandler, das diese Komponenten verbindende Bussystem und die verschiedenen, am System beteiligten Sensoren.

Durch Plausi bilitätskriterien und Prüfroutinen innerhalb des Steuer- und Überwachungsprogramms können Fehlerzustände detektiert, loka lisiert und diagnostiziert werden. In Abhängigkeit des Feh lerzustandes können entsprechende Notfunktionen aktiviert werden, um die Bremsanlage in einem möglichst betriebssiche ren Zustand zu halten.

Eine spezielle Problematik im Zusammenhang mit Fehlerzustän den stellt die Energieversorgung der elektromechanischen Bremsanlage dar, die vom Bordnetz des jeweiligen Fahrzeuges zu übernehmen ist. In kritischen Betriebszuständen, z. B. bei Störungen des an Bord befindlichen Generators, kann die ver fügbare elektrische Maximalleistung nur einem gewissen Bruch teil der Nominalkapazität - also dem für den störungsfreien Normalbetrieb geltenden Leistungswert - entsprechen. Damit könnten die elektromechanischen bremskrafterzeugenden Einhei ten die notwendigen Bremskräfte nicht mehr bereitstellen. Die erreichbaren Bremskräfte müssen jedoch in möglichst vielen Systemzuständen - also auch in einem Fehlerfall bei reduzierter verfügbarer Leistung - aus Sicherheitsgründen so nah wie möglich an der spezifizierten Maximalbremskraft liegen.

Zur Lösung dieser Problematik schlägt die Erfindung nun ein Verfahren zur Leistungsansteuerung von elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen bei unterhalb der Nominalka pazität verfügbarer elektrischer Maximalleistung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vor.

Die zur Verfügung stehende Maximalleistung wird also - bildlich gesprochen - intelligent über das Brems system verteilt. Dabei macht sich das erfindungsgemäße Steu erverfahren eine besondere Eigenschaft elektromechanischer Bremsanlagen zu Nutze, nämlich dass die Aufrechterhaltung ei ner bestimmten Bremskraft nach Ansteuerung der jeweiligen bremskrafterzeugenden Einheit wesentlich weniger Energie be nötigt als der anfängliche Aufbau der Bremskraft. Dies ist bedingt durch die in jedem mechanischen, bewegten System auf tretenden Hystereseeffekte, die u. a. durch Reibung hervorge rufen werden.

Unter Ausnutzung dieses Effektes wird nach der Erfindung jede bremskrafterzeugende Einheit zu ihrer Aktivierung mit einem erhöhten Leistungsanteil eingeregelt und anschließend mit ei nem demgegenüber erniedrigten, bremskrafthaltenden Leistungs anteil versorgt.

Sollte nach dem Einregeln der jewei ligen Einheit die im System vorhandene mechanische Reibung nicht ausreichen, können in einer bevorzugten Ausführungsform des Leistungsansteuerungsverfahrens mechanische Verriegelungsmittel zur Unterstützung der Bremskrafthaltung, wie z. B. ein elektrisch anzustellender Reibkonus o. dgl., aktiviert werden.

Aus fahrsicherheitstechnischen Gründen ist es einerseits zu bevorzugen, bei gemeinsamer Ansteuerung von Untergruppen von Bremseinheiten dafür die jeweils einer Fahrwerkachse zugeordneten Bremseinheiten zu selektieren. Es werden also bei spielsweise symmetrisch zuerst die beiden Bremseinheiten an der Vorderachse eingeregelt, zeitlich danach dann die Bremseinheiten an der Hinterachse.

Schließlich ist bei der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhafterweise ein vorgegebener Maximalwert für den Bremskraftunterschied zwischen den einzelnen Bremseinheiten, insbesondere bei unsymmetrischer Aktivierung von Bremseinheiten zu beachten. Die Differenz der eingeregel ten Bremskräfte an den einzelnen Bremseinheiten darf nämlich nicht über eine gewisse "Schiefziehgrenze" hinausgehen, da ansonsten der Fahrzeugzustand instabil werden kann.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsge mäßen Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei bung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeich nungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine höchst schematische Darstellung eines Fahrzeu ges mit elektromechanischer Bremsanlage, und

Fig. 2 ein qualitatives Zeit-Leistungs-Diagramm zur Dar stellung der zeitlich aufeinanderfolgenden Leis tungseinregelung der Bremseinheiten an Vorder- und Hinterachse des Fahrzeugs gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt im Grundriss ein Automobil 1 mit seinen vier Rä dern 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4. Jedes Rad 2.1 bis 2.4 ist mit ei ner bremskrafterzeugenden Einheit in Form eines elektromecha nischen Wandlers 3.1 bis 3.4 versehen, die bei entsprechender Ansteuerung innerhalb einer Zehntelsekunde eine hohe Brems kraft am jeweiligen Rad 2.1 bis 2.4 erzeugen können. Für die Aktivierung der elektromechanischen Wandler 3.1 bis 3.4 sind diese jeweils mit einer elektronischen Kontrolleinheit 4.1 bis 4.4 versehen.

Kernstück des elektromechanischen Bremssystems im Fahrzeug 1 ist nun eine zentrale Steuereinheit 5, die einerseits über einen CAN-Bus 6 mit den Kontrolleinheiten 4.1 bis 4.4 der einzelnen elektromechanischen Wandler 3.1 bis 3.4 in Verbin dung steht. Anderseits ist die Steuereinheit 5 mit einer Bremspedal-Sensoreinheit 7 gekoppelt, die den Weg und/oder die Betätigungskraft des Bremspedals 8 erfasst und in ent sprechende elektrische Signale umsetzt.

Ferner ist eine Energieversorgung 9 in Form der Bordnetz- Batterie vorgesehen, die für die Stromversorgung der einzel nen Komponenten verantwortlich ist. Dies ist durch das Netz von Stromversorgungsleitungen 10 angedeutet. Der Stromquelle ist ein Leistungsdetektor 11 zugeordnet, mittels dem die von der Energieversorgung 9 zur Verfügung stellbare Maximalleis tung erfassbar ist. Der Steuereinheit 5 wird ein entsprechen des Signal zugeführt.

Wird nun vom Leistungsdetektor 11 ermittelt, dass die von der Energieversorgung 9 bereitgestellte Maximalleistung deutlich unterhalb der Nominalkapazität liegt, so regelt die Steuer einheit 5 bei einem Druck auf das Bremspedal 8 alle vier Wandler 3.1 bis 3.4 weder gleichzeitig noch gleich stark an. Vielmehr wird eine zeitliche und quantitative Aufteilung vor genommen, wie sie grob und nur qualitativ der Fig. 2 entnehm bar ist. So werden die beiden Wandler 3.1, 3.2 an den Vorrä dern 2.1, 2.2 zuerst mit einer vorgegebenen Maximalleistung P₁ angesteuert, die für den Aufbau einer vorgegebenen Brems kraft an den beiden Vorderrädern 2.1, 2.2 sorgt. Danach kann die Leistung auf einen Wert P₂ zurückgenommen werden, da nach dem eigentlichen Aufbau der Bremskraft das Halten der Brems kraft mit einer verringerten Leistung erfolgen kann. Nach Er reichen des Leistungsniveaus P₂ an den beiden Wandlern 3.1, 3.2 der Vorderräder 2.1, 2.2 werden über die Steuereinheit 5 die elektromechanischen Wandler 3.3, 3.4 der Hinterachse 13 eingeregelt. Dies erfolgt mit einem gegenüber dem Leistungs niveau P₁ geringeren Niveau P₃, da für die Bremskrafthaltung an der Vorderachse 12 ein gewisser Leistungsanteil verfügbar gehalten werden muss.

Analog zu den Vorderrädern 2.1, 2.2 wird anschließend die Bremsleistung an den Hinterrädern 2.3, 2.4 durch Erniedrigung des Leistungsniveaus auf P₄ zurückgenommen, da dieses Leis tungsniveau zur Bremskrafthaltung an den Hinterrädern aus reicht.

Anhand des Diagramms von Fig. 2 ist ferner darauf hinzuwei sen, dass die unsymmetrische Leistungsansteuerung - insbeson dere wenn einzelne Wandler 3.1 bis 3.4 unabhängig von den an deren Wandlern angesteuert werden - nicht zu groß werden darf, um instabile Fahrzeugzustände zu vermeiden.

Claims

1. Verfahren zur Leistungsansteuerung von elektromechanischen Bremssystemen in Kraftfahrzeugen (1) bei unterhalb der No minalkapazität verfügbarer elektrischer Maximalleistung, wobei

- die Bremskraft erzeugenden Bremseinheiten (3.1 bis 3.4) des Bremssystems einzeln oder in Untergruppen zeitlich aufeinanderfolgend jeweils mit einem für eine zumindest Teil-Funktionsfähigkeit der einzelnen Einheit (3.1 bis 3.4) ausreichenden Leistungsanteil (P₁; P₂; P₃; P₄) an der verfügbaren Maximalleistung angesteuert werden und
- jede Bremseinheit (3.1 bis 3.4) zu ihrer Aktivierung mit einem erhöhten Leistungsanteil (P₁; P₃) eingeregelt und anschließend mit einem demgegenüber erniedrigten, Brems kraft-haltenden Leistungsanteil (P₂; P₄) versorgt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass nach der Einregelung der jeweiligen Bremseinheit (3.1 bis 3.4) mechanische Verriegelungsmittel zur Unterstüt zung der Bremskrafthaltung aktiviert werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als gemeinsam angesteuerte Unter gruppen von Bremseinheiten (3.1 bis 3.4) die jeweils einer Fahrwerkachse (12, 13) zugeordneten Bremseinheiten (3.1 bis 3.4) selektiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der Bremseinhei ten (3.1 bis 3.4) derart erfolgt, dass ein vorgegebener Maxi malwert für den Bremskraftunterschied zwischen den einzelnen Bremseinheiten (3.1 bis 3.4) insbesondere zwischen links- und rechtsseitigen Bremseinheiten (3.1 bis 3.4) einer Fahrwerk achse (12; 13) nicht überschritten wird.