DE10054744B4

DE10054744B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10054744B4
Application number: DE10054744A
Authority: DE
Inventors: Rainer Klusemann
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-11-04
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2020-11-05
Also published as: DE10054744A1

Abstract

Verfahren zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (2) in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung (1, 1'), die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird, bei dem der zeitliche Gradient (4) der Bremskraftanforderung bestimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Sollbremskraft von einem Anfangswert (5), der je nach Vorzeichen des Gradienten niedriger bzw. höher als die angeforderte Bremskraft (6) ist, über einen fest vorgegebenen oder berechneten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die angeforderte Bremskraft herangeführt wird und bei dem weiterhin während des Heranführens der Sollbremskraft bei einem positiven Gradienten nach Überwindung eines Lüftspiels des Aktuators ein bei der Erhöhung der Sollbremskraft für die Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs höchstzulässiger Schwellenwert für den Gradient (3) nicht überschritten wird, wenn ein Antriebsmoment auf das abzubremsende Rad wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals, insbesondere eines elektrisch oder hydraulisch übermittelten Signals, in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung, die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Verfahrens in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).
In herkömmlichen hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlagen wird die zur Bremsenbetätigung erforderliche Ansteuerung der Radbremsen durch den Bremsenregler über Hydraulikleitungen vorgenommen. Auch in neueren elektrohydraulischen Bremsanlagen (EHB) mit einem Druckspeicher zur Aufnahme der zur Betätigung der Bremsen erforderlichen Energie werden die Bremsenaktuatoren über Hydraulikleitungen betätigt, wobei sich mittels eines Druckspeichers gegenüber herkömmlichen Bremssystemen in kürzerer Zeit höhere Bremsdrücke und damit kürzere Ansprechzeiten der Bremsen realisieren lassen. In zukünftigen elektromechanischen Bremssystemen für Serienfahrzeuge wird man auf den Einsatz einer Hydraulikflüssigkeit ganz verzichten können, da hier die Ansteuerung der Bremsenaktuatoren mittels elektrischen Signalen erfolgt (EMB). Ähn lich wie bei elektrohydraulischen Bremssystemen lassen sich auch mittels elektromechanischen Aktuatoren außerordentlich hohe Bremsmomente erzeugen.
Es ist üblich, daß die vorstehend aufgeführten Bremssysteme mit elektronischen Einrichtungen zur Regelung der Bremskraft ausgerüstet werden. Mit Hilfe der elektronischen Einrichtung wird beispielsweise das Blockieren der Räder aufgrund übermäßiger Bremsenbetätigung oder rutschigem Untergrund verhindert (ABS). Während der Beschleunigung des Fahrzeugs ist es sinnvoll, wenn durch eine in der Bremsenregelungseinrichtung integrierte Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs (ASR) unerwünschter Radschlupf an den Antriebsrädern unterdrückt wird.
Zur Unterdrückung eines Radschlupfs während hoher auf die Antriebsräder wirkender Radmomente wird auf an sich bekannte Weise über einen angeschlossenen Fahrzeugdatenbus das elektronische Motormanagement veranlaßt, das Motormoment zu verringern. In einigen Fällen wird zusätzlich an dem einen übermäßigen Schlupf aufweisenden Rad durch Betätigung des zugeordneten Bremsenaktuators eine Verringerung der Winkelgeschwindigkeit bewirkt. Hierzu besteht eine Signalverbindung zwischen der Einrichtung zur Antriebsschlupfregelung und der Bremsenregelungseinrichtung.
In bekannten hochintegrierten elektronischen Bremsenregelungseinrichtungen sind die Antiblockierregelung und die Antriebschlupfregelung in einem gemeinsamen elektronischen Regler untergebracht. An den Regler sind Sensoren zur Bestimmung der Raddrehzahl und der Beschleunigung angeschlossen. Wird nun seitens des elektronischen Reglers durch Auswertung der Sensorsignale ein Eingreifen der Antriebs schlupfregelung erforderlich, so wird bei Systemen mit Hydraulikleitungen ein durch die Antriebsschlupfregelung vorgegebener Bremsdruck bei einer Einrichtung zur Bremsensteuerung angefordert. Die Bremsensteuerung leitet in Abhängigkeit vom Bremswunsch ein Soll-Signal zur Betätigung des Bremsenaktuators an die Radbremse weiter.
Wie bereits weiter oben erwähnt, lassen sich bei elektrohydraulischen und elektromechanischen Bremsanlagen in kürzerer Zeit hohe Bremsdrücke (z. B. der Anpreßdruck an eine Bremsscheibe) aufbauen, als bei herkömmlichen hydraulischen Bremsanlagen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Bremsung mit einem hohen Druckaufbaugradienten der Antriebsstrang aus Motor, Antriebswelle, Kupplung, Getriebe, Differential etc. mechanisch übermäßig belastet wird. Ist die durch ein vergleichsweises hohes Bremsmoment hervorgerufene Verzögerung der Radwinkelgeschwindigkeit zu groß, können die Komponenten des Antriebsstrangs sogar beschädigt oder gar zerstört werden.
Aus der DE 42 15 350 A1 ist ein Antiblockierregelsystem bestehend aus einem ABS-Regler und einem Plunger-Druckmodulator bekannt. Bei einer durch den Antiblockierregler angeforderten Druckbeaufschlagung der Radbremsen wird zur Vermeidung von kritischen Fahrzuständen oder aus Komfortgründen eine exponentielle Druckerhöhung (Rampe) durchgeführt. Hierdurch wird ein asymptotisches Heranführen des Istdrucks an den Solldruck erreicht.
Die DE 28 39 291 A1 beschreibt eine Notbremszusatzeinrichtung z. B. für Linienbusse, mit der verhindert werden soll, dass Fahrgäste bei einer Notbremsung mit hartem Bremspedalantritt verletzt werden. Die Zusatzeinrichtung ist so ausgelegt, dass zunächst ein Bremsdruck unterhalb des Soll-Bremsdrucks an die Radbremsen weitergeleitet wird. Nach einiger Zeit wird dann der Bremsdruck auf den eigentlichen Solldruck erhöht.
An dieser Stelle muß deutlich gemacht werden, daß bei der vorliegenden Erfindung nicht der Fall einer gewöhnlichen Bremsung im ausgekuppelten Zustand beschrieben ist, wo im allgemeinen die bei neueren Bremssystemen erzielbaren wesentlich höheren Bremsdruckaufbaugradienten gerade erwünscht sind, sondern der Fall einer Bremsung während ein oder mehrere Räder mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbunden sind, wie dies zum Beispiel bei einer aktivierten Antriebsschlupfregelung der Fall ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Belastung von Kraftfahrzeugkomponenten durch zu hohen Bremsdruckaufbau verbunden mit einer übermäßigen schlagartigen Verzögerung der Radwinkelgeschwindigkeit zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (elektrisch oder hydraulisch) in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung, die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der zeitliche Gradient, insbesondere der Anstieg, der Bremskraftanforderung bestimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Sollbremskraft von einem Anfangswert, der je nach Vorzeichen des Gradienten niedriger bzw. höher als die angeforderte Bremskraft ist, über einen fest vorgegebenen oder berechneten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die angeforderte Bremskraft herangeführt wird.
Das Sollbremskraftsignal, welches insbesondere durch eine Bremsensteuerungseinrichtung weiterverarbeitet wird, kann beispielsweise über eine hydraulische Leitung mittels eines Fluids (Bremsflüssigkeit) oder über eine elektrische Leitung an den Bremsenaktuator (Hydraulikzylinder bzw. Elektromotor) geleitet werden. Die Steuerung des Aktuators kann weiterhin elektrisch über eine Leitung, aber auch über einen beliebig gestalteten Datenbus erfolgen (z. B. über Lichtleiter).
Die Bremskraftanforderung kann vom Fahrer, welcher hierzu das Bremspedal betätigt, von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs (ASR), einer Antiblockierregelung (ABS) oder einer Fahrdynamikregelung (Gierratenregelung, ESP) stammen. Bevorzugt stammt das Signal von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs.
Das Heranführen der Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft kann im wesentlichen kontinuierlich oder, bei einem digitalen Regler stufenweise, durchgeführt werden. Bevorzugt wird gemäß der Erfindung die Sollbremskraft stufenweise herangeführt.
Das Verfahren läßt sich zwar im Prinzip auch während einer sogenannten Normalbremsung ohne zugeschalteten Antrieb durchführen, allerdings ist es zweckmäßig, das Verfahren nur dann durchzuführen, wenn das abzubremsende Rad mit dem Antriebsstrang verbunden ist.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überprüft, ob der Antriebsstrang mit dem Rad, für das die Bremskraftanforderung vorliegt, mit dem Antriebsstrang verknüpft ist. Insbesondere wird überprüft, ob eine Antriebsschlupfregelung aktiviert ist.
Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs umfaßt beispielsweise einen Motor, Antriebswellen, ein Getriebe, eine Kupplung und ein Differential an der angetriebenen Achse. Bei einem Allradfahrzeug ist zusätzlich in der Regel eine zusätzliches Differential an der weiteren Antriebsachse und eine Mittenkupplung oder ein Mittendifferential vorhanden.
Bei herkömmlichen mechanischen Bremsen, wie Scheibenbremsen oder Trommelbremsen, muß der Bremsbacken zunächst an die Scheibe oder Trommel herangeführt werden, bevor die Wirkung der Bremse beginnt. Dieses sogenannte Luftspiel sollte in möglichst kurzer Zeit überwunden werden, um ein schnelles Ansprechverhalten der Bremse zu erhalten.
Bevorzugt wird nach dem Verfahren der Erfindung während des Heranführens der Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft bei einem positiven Gradienten nach Überwindung eines Lüftspiels des Aktuators ein bei der Erhöhung der Sollbremskraft für die Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs höchstzulässiger Schwellenwert für den Gradient nicht überschritten, wenn ein Antriebsmoment auf das abzubremsende Rad wirkt.
Während der Überwindung des Lüftspiels wird der Schwellenwert vorzugsweise für den Gradienten höher gewählt, als der höchstzulässige Gradient für die höchstzulässige mechanische Belastung der Antriebskomponente. Auf diese Weise läßt sich die Sollbremskraft mit einem hohen Gradienten für die Sollbremskraft zu Beginn der Bremskraftanforderung innerhalb kurzer Zeit auf einen vorgegebenen Mindestwert anheben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer erheblich beschleunigten Überwindung des Lüftspiels, was mit einem früheren Ansprechen der Bremse und damit mit einem verkürzten Ansprechverhalten der Regelung übergeordneten Regelung (z. B. Antriebsschlupfregelung) verbunden ist.
Der Anstieg der Sollbremskraft kann gegenüber der angeforderten Bremskraft zweckmäßigerweise vermindert werden, indem

– bei einer hydraulischen Bremsanlage mit hydraulischen Schaltventilen das oder die Ventile zum Erhöhen des Bremsdrucks für eine begrenzte Zeitdauer geöffnet werden,
– bei ganz oder teilweise hydraulischen Bremsen mit analogen Regelventilen, das oder die Ventile teilweise geöffnet werden und
– in elektromechanischen Bremsen eine elektrische Ansteuerung des oder der elektromechanischen Aktuatoren mit gerin gerer elektrischer Leistung erfolgt.

Im letztgenannten Fall kann dies besonders zweckmäßig durch eine Verringerung der elektrischen Ansteuerleistung des Elektromotors, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, bewerkstelligt werden.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Betätigung von Bremsen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Vorrichtung das vorstehend beschriebene Verfahren mittels einer oder mehreren elektronischen Recheneinheiten, insbesondere in einem elektronischen Bremsenregler, durchgeführt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.
Nachfolgend wird das Verfahren an Hand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur näher erläutert.
Es zeigen
1a ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Bremskraftanforderung und
1b ein Diagramm mit dem zeitlich zugeordneten weitergeleiteten Sollbremskraftsignal.
Das in 1 dargestellte Beispiel bezieht sich auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder elektromechanischen Bremsanlage (EMB).
In 1a ist die Bremskraftanforderung 1, 1', BA in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetragen. Im an Hand der durchgezogenen Kurve 1 dargestellten Beispiel leitet eine Antriebsschlupfregelung einen Bremswunsch zur Aktivierung einer Radbremse an eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Kurven für die übrigen Räder sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Vor dem Zeitpunkt t₀ wird kein Bremsmoment angefordert (Nullbremsmoment). Zum Zeitpunkt t₀ erzeugt die Antriebsschlupfregelung ein Signal 1, welches einem vorgegebenen Maximalwert von 100% entspricht. Bei einer digitalen Regelungseinrichtung wird hierzu eine Variable oder ein Register auf einen Maximalwert gesetzt. Das Signal steigt somit sprunghaft an und bleibt im dargestellten Beispiel für den im Diagramm dargestellten Zeitraum des Bremseneingriffs konstant. Während der Funktion einer Antriebsschlupfregelung wird jedoch in der Regel das angeforderte Bremsmoment in Abhängigkeit von der Regelung auch sprunghaft andere Werte annehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so ausgelegt, daß auch Werteänderungen der Bremsmomentanforderung von einem Wert größer Null auf einen neuen kleineren oder größeren Wert als der vorherige Wert sinngemäß mit einem verringerten Gradienten an die Aktuatoren weitergeleitet werden.
Ein Beispiel für einen nicht wie im vorangegangenen Absatz beschriebenen treppenförmigen Verlauf eines von der Antriebsschlupfregelung vorgegebenen Bremskraftanforderungssignals mit einem weniger hohen Gradienten 4 unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₀ ist in 1a mit 1' bezeichnet. Das Signal 1' liegt vor, wenn die Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs keine abrupte Änderung der für die Datenübertragung verwendeten Speicherzelle vornimmt, sondern diese bereits quasikontinuierlich in kleinen Schritten bei digitaler Arbeitsweise oder analog auf den gewünschten Endwert erhöht.
In 1b ist der Verlauf der an die Aktuatoren weitergeleiten Sollbremskraft 2, M in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Der dargestellte Signalverlauf 2 gibt die an den Aktuator weitergeleitete Sollbremskraft bei einer Bremskraftanforderung gemäß Kurve 1 in 1 wieder. Zum Zeitpunkt t₀ weist das der entsprechenden Bremskraftanforderung zugeordnete Ausgangssignal einen Wert auf, der einem festgelegtem Anfangswert 5 der verschwindend gering ist (Null), entspricht. Zur Überwindung des Lüftspiels wird die Sollbremskraft zunächst in kurzer Zeit auf einen Wert 7 angehoben, der etwa 1 bis etwa 15% der Bremskraftanforderung entspricht. Der Wert 7 wird in Abhängigkeit vom Luftspiel festgelegt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun der Gradient 3 für die Sollbremskraft kontrolliert.
Im zeitlichen Bereich A ist der Gradient nach Überwindung des Lüftspiels zunächst vergleichsweise gering.
In einem zweiten, auf den Bereich A folgenden Zeitbereich B ist der Gradient größer als im ersten Bereich A.
In einem dritten, auf den zweiten Zeitbereich folgenden Zeitbereich C wird der Gradient wieder verringert, so daß ein stetiger Übergang in den Wert der Bremskraftanforderung von 100% (durchgezogene Kurve 1 in 1) gewährleistet ist. Zum Zeitpunkt T hat der Wert der Sollbremskraft den Wert der Bremskraftanforderung nahezu erreicht.
Die Erhöhung der Sollbremskraft läßt sich bevorzugt mittels eines rekursiven Verfahrens, insbesondere in einer bereits vorhandenen Programmschleife des Reglers, durchführen. Zunächst wird ein aktueller Wert für die angeforderte Bremskraft mit einem aktuellen Wert für die Sollbremskraft verglichen. In Abhängigkeit von der Abweichung wird dann der aktuelle Gradient für den Anstieg der Sollbremskraft festgelegt. Dies kann vorzugsweise mittels gespeicherter tabellierter Wertebereiche erfolgen.
Zweckmäßigerweise kann dann das zeitliche Heranführen des Wertes für die Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft nach Maßgabe eines durch gespeicherte Stützstellen definierten Polygonzuges durchgeführt werden.
Ein Beispiel für eine geeignete Tabelle zum Heranführen der Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft zeigt Tabelle 1. In der Tabelle befindet sich in der ersten Zeile ein Bereich für die Abweichung von Sollbremskraft und Bremskraftanforderung, die sich nach der Formel
berechnen läßt.

Regelabweichung in % > 95 > 85 > 70 > 50 > 40 > 20 > 10 > 2 <= 2

Gradient hoch klein klein bis mittel mittel hoch hoch mittel klein Null

Tabelle 1

Claims

Verfahren zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (2) in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung (1, 1'), die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird, bei dem der zeitliche Gradient (4) der Bremskraftanforderung bestimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Sollbremskraft von einem Anfangswert (5), der je nach Vorzeichen des Gradienten niedriger bzw. höher als die angeforderte Bremskraft (6) ist, über einen fest vorgegebenen oder berechneten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die angeforderte Bremskraft herangeführt wird und bei dem weiterhin während des Heranführens der Sollbremskraft bei einem positiven Gradienten nach Überwindung eines Lüftspiels des Aktuators ein bei der Erhöhung der Sollbremskraft für die Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs höchstzulässiger Schwellenwert für den Gradient (3) nicht überschritten wird, wenn ein Antriebsmoment auf das abzubremsende Rad wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Überwindung des Lüftspiels der Schwellenwert für den Gradienten höher ist, als der höchstzulässige Gradient für die höchstzulässige mechanische Belastung der Antriebskomponente.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert (5) für die Sollbremskraft ein zu einem früheren Zeitpunkt vorgegebener Wert für die Sollbremskraft ist und das Verfahren nach Anspruch 1 vorzugsweise ausschließlich bei einem positiven Gradienten durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient des Anstiegs der Sollbremskraft -ggf. nach Überwindung eines Lüftspiels- in einem ersten Zeitbereich (A) zunächst vergleichsweise gering ist, in einem zweiten darauffolgenden Zeitbereich (B) der Gradient größer ist, als im ersten Zeitbereich (A), und in einem dritten auf den zweiten Zeitbereich folgenden Zeitbereich (C) kleiner ist, als im zweiten Zeitbereich (B).
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitliche Heranführen nach Maßgabe eines durch gespeicherte Stützstellen definierten Polygonzuges durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heranführen an die angeforderte Bremskraft in diskreten Schritten erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angeforderte Bremskraft von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs vorgegeben wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktueller Wert für die angeforderte Bremskraft mit einem aktuellen Wert für die Sollbremskraft verglichen wird und in Abhängigkeit von der Abweichung der aktuelle Gradient für den Anstieg der Sollbremskraft festgelegt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbremskraft gegenüber der angeforderten Bremskraft vermindert wird, indem bei einer hydraulischen Bremsanlage mit hydraulischen Schaltventilen das oder die Ventile zum Erhöhen des Bremsdrucks für eine begrenzte Zeitdauer geöffnet werden, bei ganz oder teilweise hydraulischen Bremsen mit analogen Regelventilen, die Ventile teilweise geöffnet werden und in elektromechanischen Bremsen eine elektrische Ansteuerung der elektromechanischen Aktuatoren mit geringerer elektrischer Leistung erfolgt.
Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).
Vorrichtung zur Betätigung von Bremsen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorrichtung ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 mittels einer oder mehreren elektronischen Recheneinheiten durchgeführt wird.