DE10132834A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse vorgeschlagen, bei welcher die Betätigung der Radbremse im Rahmen einer Bremsmomentenregelung stattfindet. Ein Stillstand des Fahrzeugs wird erkannt, wenn die Fahrgeschwindigkeit einen Grenzwert unterschreitet und Bremsmoment und Drehwinkel oder Zuspannkraft des Aktuators der Radbremse einen vorgegebenen Zusammenhang verlassen. Bis zum erkannten Stillstand wird die Momentenregelung aufrechterhalten. Bei erkanntem Stillstand wird insbesondere der Aktuator in der momentanen Position fixiert.

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse.
• Bei modernen Steuersystemen für Fahrzeugbremsanlagen wird vielfach eine Regelung einer die Bremswirkung charakterisierenden Größe, z. B. des Bremsmoments oder der Bremskraft, eingesetzt. Bei elektromechanischen Scheiben- bzw. Trommelbremsen, bei welchen die Zuspannkraft durch Elektromotoren oder ähnliche Stellelemente ohne Zwischenschaltung hydraulischer oder pneumatischer Komponenten erfolgt, hat sich zur Regelung des Bremsvorgangs eine Regelung des Bremsmoments oder der Bremskraft an jeder Radbremse als geeignet erwiesen. Eine Bremsmomentenregelung im Zusammenhang mit einer elektromotorischen Fahrzeugbremsanlage ist beispielsweise in der DE-A 195 37 464 beschrieben.
• Bei dem Einsatz einer solchen Bremsmomentenregelung bei elektromechanischen Bremsanlagen ergeben sich Probleme bei der Umsetzung des Fahrerwunsches in eine dem Wunsch entsprechende Aktivität am Rad. Während der Fahrt gibt der Fahrer mit dem Bremspedal einen Verzögerungswunsch an die Bremsen weiter, während er im Stillstand durch dieselbe Vorgabe die Anpresskraft der Bremsbeläge auf die Scheibe einregeln möchte. Dem Verzögerungswunsch wird mittels der Bremsmomentenregelung bestmöglich entsprochen, während die Anpresskraft aufgrund der fehlenden Dynamik am Rad beim Stillstand anhand des Radmomentensensors nicht ermittelt werden kann.
• Zur Lösung dieses Zielkonflikts wird in der DE 198 26 134 A1 eine Vorgehensweise beschrieben, bei der die Regelgröße "Bremsmoment" bei Unterschreiten einer Grenzgeschwindigkeit, die den Fahrzeugstillstandsbereich begrenzt, aus dem Drehwinkel oder dem Verschiebeweg eines beweglichen Teils des Radbremsaktuators, beispielsweise der Antriebsspindel, erzeugt wird. In einigen Anwendungsbeispielen hat sich eine Schmälerung des Komforts der Bremsung herausgestellt, insbesondere durch ungenaue Signalgenerierungen im Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten kleiner als die Grenzgeschwindigkeit und/oder durch Unstetigkeiten im Umschaltzeitpunkt von der momentbasierten zur positionsbasierten Istwertermittlung.
Vorteile der Erfindung
• Durch die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise, die zur Stillstandserkennung das Bremsmomentensignal heranzieht, wird ein höherer Regelkomfort bei Stopbremsungen und bei Bremsungen im Bereich extrem kleiner Geschwindigkeiten, insbesondere bei einer elektromechanischen Radbremse, erreicht. In besonders vorteilhafter Weise wird dabei die Momentenregelung bis in den Stillstand angewandt.
• Aus diesem Grund kann auch mit einem sehr grob quantisierten Positionssignal ein hoher Regelkomfort dargestellt werden.
• Besonders vorteilhaft ist ferner, dass die Stillstandserkennung unter Berücksichtigung des Bremsmomentensignals nicht nur auf ebenen Fahrbahnen, sondern auch an Steigungen mit den oben genannten Vorteilen bezüglich der Bremsregelung eingesetzt werden kann.
• Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
• Zeichnung
• Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanlage mit elektromotorischer Zuspannung der Radbremse am Beispiel eines Radpaares. In Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, welches das Verhalten wesentlicher Signalgrößen beim Übergang in den Stillstand des Fahrzeugs darstellt und anhand derer die prinzipielle Vorgehensweise zur Stillstandserkennung bzw. zur Modifizierung der Bremsmomentenregelung erläutert ist. Fig. 3 schließlich zeigt ein Flussdiagramm, welches eine bevorzugte Realisierung dieser Vorgehensweise darstellt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
• Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanlage mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaares. Dieses Radpaar könnte einer Achse oder einer Diagonalen des Fahrzeugs zugeordnet sein. Dabei ist mit 10 das Bremspedal des Fahrzeugs dargestellt. Der Bremswunsch des Fahrers wird über das Sensorsystem 12 durch Winkel-, Weg- und/oder Kraftmessung erfaßt und über die Leitungen 14 einem elektronischen Steuerungssystem 16 zugeführt. Dieses Steuerungssystem ist in einer vorteilhaften Auslegung aus dezentral aufgeteilte Steuereinheiten aufgebaut. Das Sensorsystem 12 wie auch zumindest teilweise das elektronische Steuerungssystem 16 sind redundant ausgeführt. Das elektronische Steuerungssystem betätigt über die Ausgangsleitungen 18 und 20 die Elektromotoren 23 und 24, beispielsweise mittels eines pulsweitenmodulierten Spannungssignals unter Verwendung einer H-Brückenendstufe. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden Kommutator- Gleichstrommotoren eingesetzt. Die Elektromotoren sind Teil von Bremsenstellern 26 und 28. Die rotatorischen Bewegungen dieser Motoren werden in den nachgeschalteten Getriebestufen 58 und 60 in translatorische Bewegungen umgeformt, die zu Verschiebungen der Bremsbeläge 30 und 32 führen. Die Bremsbeläge werden in den Bremssättel 34 und 36 geführt und wirken auf die Bremsscheiben 38 und 40 der Räder 1 und 2. Daneben ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine elektrisch betätigbare Federkraftbremse vorgesehen, mit deren Hilfe der Bremsensteller in der aktuellen Position verriegelt werden kann, so daß der Elektromotor stromlos geschaltet werden kann. Die Position des Bremsenstellers wird dann ohne Energieaufwand gehalten.
• An jedem Rad werden Momentensensoren 42 und 44 eingesetzt, deren Signale über die Meßleitungen 46 und 48 dem elektronischen Steuerungssystem 16 zugeführt werden. In einer Ausführungsvariante werden die radialen Abstützkräfte der Bremsbeläge gemessen und bilden damit ein Maß für die in den Bremsscheiben auftretenden Reibkräfte bzw. deren Reibmomente. Diese Messung - wie auch die Verwendung eines direkten Momentensensors - wird im folgenden als Momentenmessung bezeichnet. Zudem werden über die Sensoren 50 und 52 die Radgeschwindigkeiten erfaßt und über die Eingangsleitungen 54 und 56 dem Steuerungssystem 16 übermittelt. Ferner sind Winkelsensoren 62 und 64 vorgesehen, deren Signale über die Leitungen 66 und 68 dem Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Diese Winkelsensoren sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Hallsensoren, welche z. B. die Umdrehung des Elektromotors des Bremsenstellers erfassen und pro Umdrehung mehrere Impulse liefern, deren Anzahl ein Maß für den zurückgelegten Winkel und damit für den zurückgelegten Weg ist. In anderen Ausführungsbeispielen werden andere Sensoren (z. B. induktive Sensoren, Potis, etc.) zur Weg- oder Winkelmessung eingesetzt.
• Im elektronischen Steuerungssystem 16 werden aus dem erfaßten Bremswunsch entsprechend vorprogrammierten Kennfeldern Sollwerte für die einzelnen Radbremsen oder Gruppen von Radbremsen ermittelt. Diese Sollwerte entsprechen beispielsweise den an einem Rad oder einem Radpaar einzustellenden Bremsmomenten, deren Größen unter anderem von der Achslastverteilung des Fahrzeugs abhängen. Aus den ermittelten, gegebenenfalls radindividuellen Sollwerten wird durch Vergleich mit den in den Sensoren 42 und 44 gemessenen Istwerten der Bremsmomente Regeldifferenzen ermittelt, die Regelalgorithmen, zum Beispiel in Form zeitdiskreten PID- Reglern, zugeführt werden. Die Stellgröße dieses Reglers wird zur Ansteuerung der Elektromotoren verwendet, wobei entsprechende Ansteuersignale über die Leitungen 18 und 20 ausgegeben werden.
• Die Bremsmomentenerfassung erfolgt dabei wie oben erwähnt durch Bremsmomentensensoren im Bereich der Radbremse, aber auch durch Reifenkraftsensoren oder Radlagerkraftsensoren, welche ebenfalls ein Maß für das ausgeübte Bremsmoment am Rad erfassen.
• Wie oben erwähnt, ergibt sich bei der Bremsmomentenregelung das Problem, dass die Sensorsignale im Stillstand nicht mehr mit der Zuspannung der Bremse korrelieren. Zwar ist durch die Bremsmomentenregelung die Betätigung der Radbremse im Fahrbetrieb des Fahrzeugs optimal, die oben erwähnten Schwierigkeiten ergeben jedoch Probleme im Bereich des Stillstandes. Somit sind bei Verwendung eines Bremsmomentenreglers Stillstandserkennungsmaßnahmen notwendig, die eine Modifizierung der Regelung im Stillstand bewirken. Ohne weitere Stillstandserkennungsmaßnahme würde bei jeder Bremsung in den Stillstand eine maximale Zuspannkraft eingeregelt, da das Bremsmoment im Stillstand dem vorgegebenen Fahrerwunsch nicht nachgeführt werden kann.
• Während des Einbremsens in den Stillstand wird das Bremsmomentensignal, insbesondere dessen Absolutwert, beobachtet. Während einer Bremsung im Fahrbetrieb korreliert in der Regel das Bremsmomentensignal, sein Absolutwert, mit der Zuspannkraft und dem Drehwinkel des Aktuators. Ist diese Korrelation nicht mehr vorhanden, so ist davon auszugehen, dass das Fahrzeug still steht. Diese Erkennung wird durch Fading- Effekte nicht beeinflusst, da das Auftreten von Fading ein sehr langsamer Vorgang im Vergleich zur Dynamik des Aktuators ist. Dieses Verhalten der Korrelation von Drehwinkel und Bremsmoment wird zur Stillstandserkennung ausgenutzt. Ein entsprechendes Verhalten zeigt der Zusammenhang einer aus dem Drehwinkel oder auf andere Weise erfasste Bremskraft (Zuspannkraft) und des Bremsmoments, welches entsprechend zur Stillstandserkennung ausgewertet wird. Wird ein Stillstand des Fahrzeugs auf der Basis des Bremsmomentensignals erkannt, so wird der Aktuator in seiner momentane Position fixiert, d. h. die bisher aufgebrachte Zuspannkraft wird gehalten. Anhand des erfassten Drehwinkels wird die Zuspannkraft und ein Bremsmomentenwert abgeschätzt. Bewegt sich die Bremsmomentenvorgabe des Fahrers zwischen dem gemessenen Bremsmoment und einem aus dem Drehwinkel abgeleiteten Momentenwert, so wird dieser Status des fixierten Aktuators beibehalten. Steigt die Regelgrößenvorgabe über diesen Wert hinaus, wird die Regelung wieder freigegeben und die Aktuatoren bestromt. Wird dann wieder keine Korrelation zwischen Drehwinkel und Bremsmoment festgestellt, wird der Aktuator wieder fixiert. Der oben beschriebene Vorgang wird erneut durchlaufen.
• In einer anderen Ausführungsform wird bei erkanntem Stillstand von der Bremsmomentenregelung auf eine Drehwinkel- oder Zuspannkraftregelung umgeschaltet.
• Fällt die Fahrervorgabe unter das gemessene Bremsmoment oder wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit ungleich Null erfasst, so wird die Bremsmomentenregelung fortgesetzt.
• Ist der Motordrehwinkel zu klein, wird die Momentenregelung auch dann nicht unterbunden, wenn keine Korrelation zwischen Bremsmomentensignal und Motordrehwinkel vorliegt, da es im Bereich kleiner Winkel, also im Bereich des Lüftspiels, keine Korrelation zwischen Motordrehwinkel und Bremsmomentensignal gibt. Das bedeutet, dass im Stillstand immer auf eine minimale Zuspannkraft zugespannt wird (bis ein größerer Drehwinkel vorliegt und anhand der fehlenden Korrelation der Stillstand erkannt ist), was aber ohne Einfluss auf das äußere Verhalten des Fahrzeugs ist und somit dem Fahrer unbemerkt bleibt.
• In Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm dargestellt, bei welchem die Zeitverläufe des gemessenen Bremsmoments Mi, der Fahrervorgabe Ms, des Motordrehwinkels Phi, sowie der Zuspannkraft F aufgetragen ist. Fig. 2 zeigt das zeitliche Verhalten dieser Signale beim Einbremsen in den Stillstand. Dabei wird von einer über der Zeit konstanten Bremsmomentenvorgabe Ms durch den Fahrer ausgegangen. Zum Zeitpunkt T1 kommt das Fahrzeug in den Stillstand. Das gemessene Bremsmoment fällt dann auf das Hangabtriebsmoment ab. In der in Fig. 2 dargestellten Situation wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug auf einem abfallenden Gelände gleichförmig in den Stillstand gebremst wird. Bis zum Zeitpunkt T1 bestromt der Regler den elektromechanischen Aktuator der Radbremse, um das Bremsmoment am Aktuator dem Sollwert anzugleichen. Da die Zuspannkraft (und der Drehwinkel) aber im Stillstand nicht mit dem Bremsmoment korreliert (ab Zeitpunkt T1), wird der Motordrehwinkel ab diesem Zeitpunkt steigen, während der Gradient des Bremsmoments sehr klein ist oder sogar das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist, d. h. das Bremsmoment im Wesentlichen nicht mehr ansteigt. Zum Zeitpunkt T2 wird der Stillstand sicher erkannt. Der aus dem Motordrehwinkel berechnete Bremsmomentenwert (Vorgehensweise beispielsweise aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt) liegt jetzt höher, als das vom Fahrer vorgegebene Bremsmoment. Der Aktuator wird in der ersten oben beschriebenen Ausführung in seiner momentanen Position fixiert. Steigt das gemessene Bremsmoment, z. B. durch Beladen des stehenden Fahrzeugs, über die Sollwertvorgabe des Fahrers an oder fällt die Bremsmomentenvorgabe unterhalb des gemessenen Bremsmoments ab oder steigt die Momentenvorgabe des Fahrers über den mittels des Motordrehwinkels ermittelten Bremsmomentenwert, wird die Regelung wieder freigegeben und die oben dargestellte Vorgehensweise wiederholt. Im letzteren Fall wird üblicherweise eine weitere Fehlkorrelation der Winkel- und Bremsmomentensignale detektiert werden, jedoch auf einem höheren Zuspannkraftniveau.
• Eine bevorzugte Realisierung der beschriebenen Vorgehensweise als Programm der die jeweilige Radbremse steuernde Steuereinheit. Das in Fig. 3 als Flussdiagramm skizzierte Programm wird zyklisch durchlaufen. Im ersten Schritt 100 werden die Messsignale Phi und M des Bremsmomentensensors und des Drehwinkelsensors eingelesen. Daraufhin wird im Schritt 102 der Absolutwert M des Bremsmomentensignalwerts M gebildet. Im darauffolgenden Schritt 104 wird beispielsweise nach der eingangs genannten bekannten Methode ein Schätzbremsmoment M_schätz als Funktion des Drehwinkels phi ermittelt. Daraufhin wird im Abfrageschritt 106 überprüft, ob ein nachfolgend beschriebenes Statussignal den Wert 1 aufweist und die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit Null ist. Die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist dabei auch dann Null, wenn sich das Fahrzeug mit sehr kleiner Geschwindigkeit bewegt. Ist das Statussignal nicht 1 oder die Geschwindigkeit nicht Null, so wird die Bremsmomentenregelung gemäß Schritt 108 wie bekannt auf der Basis von Soll- und Istbremsmomentenwert durchgeführt. In Abhängigkeit der Abweichung wird der elektromotorische Aktuator zum Aufbau von Zuspannkraft an der Radbremse betätigt. Nach Schritt 108 wird in einem Schritt 110 überprüft, ob zwischen Bremsmomentensignal und Drehwinkelsignal eine Korrelation besteht oder nicht. Dies erfolgt beispielsweise durch Vergleich der Änderung des Bremsmomentensignals dM über der Änderung des Drehwinkels dphi. Ist dieses Verhältnis kleiner als ein vorgegebener Grenzwert W_grenz, so ist von einer fehlenden Korrelation zwischen den beiden Größen auszugehen. Übersteigt das Verhältnis den Grenzwert, so besteht eine Korrelation und ein Übergang in den Stillstand ist nicht zu erwarten. Aus diesem Grund wird im Falle einer Nein-Antwort im Schritt 110 im nächsten Zyklus das Programm mit Schritt 100 wiederholt.
• Ergab Schritt 110, dass die Korrelation zwischen Bremsmomentensignal und Drehwinkelsignal fehlt, so wird im Schritt 112 überprüft, ob der Drehwinkel phi größer ist als ein vorgegebener Grenzwert phigrenz. Ist dies nicht der Fall, befindet sich das System zwar in Stillstandsnähe, eine eindeutige Erkennung des Stillstandes kann jedoch noch nicht erfolgen. Daher wird im Falle einer Nein-Antwort in Schritt 112 das Programm zur nächsten Zykluszeit erneut durchlaufen. Ist jedoch der Drehwinkel größer als der Grenzwinkel, so wird gemäß Schritt 114 das Statussignal auf den Wert 1 gesetzt. Wird also im nächsten Durchlauf des Programms in Schritt 110 dann das Statussignal 1 und Geschwindigkeit 0 erkannt, so wird im Schritt 116 überprüft, ob das vom Fahrer vorgegebene Sollbremsmoment M_SOLL größer als das gemessene Istbremsmoment M und kleiner als das Schätzmoment M_Schätz ist. Ist dies der Fall, so wird der Stillstand erkannt und der Aktuator gemäß Schritt 118 fixiert, andernfalls wird gemäß Schritt 120 das Statussignal auf den Wert Null zurückgesetzt. Nach Schritt 120 wird die Bremsmomentenregelung gemäß Schritt 108 durchgeführt. Bei fixiertem Aktuator gemäß Schritt 118 im Stillstand wird das Programm zur nächsten Zykluszeit wieder mit Schritt 100 durchlaufen.
• Anstelle des Drehwinkelsignals zur Erkennung des Stillstandes wird in einem anderen Ausführungsbeispiel ein Bremskraftsignal verwendet, welches entsprechend dem Drehwinkelsignal ausgewertet wird.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betätigen einer Radbremse, welche einen elektromotorischen Aktuator aufweist, wobei ein das ausgeübte Bremsmoment repräsentierendes Signal ermittelt wird und im Fahrbetrieb während eines Bremsvorgangs eine Regelung des Bremsmoments der Radbremse auf einen vorgegebenen Sollwert erfolgt, wobei im Stillstand des Fahrzeugs eine modifizierte Betätigung der Radbremse durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenregelung solange aufrechterhalten wird, bis der Stillstand des Fahrzeugs erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stillstand des Fahrzeugs erkannt wird, wenn zwischen Bremsmoment und Drehwinkel des Aktuators bzw. Zuspannbremskraft ein vorgegebener Zusammenhang verlassen wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkanntem Stillstand der Aktuator fixiert und die momentane Zuspannkraft aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stillstandserkennung auf der Basis des Fahrgeschwindigkeitssignals erfolgt, wenn dieses einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stillstand ferner erkannt wird, wenn der Drehwinkel oder die Zuspannkraft einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, wobei der vorgegebene Zusammenhang zwischen Bremsmomentensignal und Drehwinkel bzw. Zuspannkraft verlassen ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmomentenregelung wieder aufgenommen wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Grenzwert überschreitet oder die Momentenvorgabe des Fahrers einen Schätzwert des Bremsmoments, abgeleitet aus Drehwinkel oder Zuspannkraft, überschreitet oder das gemessene Bremsmoment unterschreitet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stillstandserkennung der Absolutwert des Bremsmomentensignals verwendet wird.

8. Vorrichtung zum Betätigen einer Radbremse, mit einer Steuereinheit, welche ein Maß für das Bremsmoment an der Radbremse ermittelt, die Steuereinheit Ansteuersignale für einen elektromotorischen Aktuator an der Radbremse ausgibt, wobei das Ansteuersignal im Rahmen einer Bremsmomentenregelung ermittelt wird, mittels derer das Bremsmoment am Rad einem vorgegebenen Bremsmoment angeglichen wird, wobei bei Stillstand des Fahrzeugs modifizierte Einstellmaßnahmen für die Radbremse ergriffen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit Mittel umfasst, welche die Momentenregelung solange aufrechterhalten, bis der Stillstand des Fahrzeugs erkannt wird.

9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.

10. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programmprodukt auf einem Computer ausgeführt wird.