DE102006033351A1

DE102006033351A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Bremsdruckes

Info

Publication number: DE102006033351A1
Application number: DE200610033351
Authority: DE
Inventors: Günther SOKOLL
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-01-24

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Bremsdruckes oder einer dem Bremsdruck proportionalen Größe - ohne Verwendung eines Bremsdrucksensors - wird der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe (z. B. Bremsmoment, Bremskraft) abhängig von der Fahrzeugverzögerung (gemessen oder aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal berechnet) und der Fahrbahnlängsneigung berechnet. Vorzugsweise wird die Fahrbahnlängsneigung mittels eines geeigneten Sensors (z. B. Neigungssensor, Längsbeschleunigungssensor) erfasst.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsdruckes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Verfahren sind im Zusammenhang mit Ersatzwertbestimmungen bei Sensorausfall in Bremsregelsystemen bekannt, die hinsichtlich Ihrer Genauigkeit derzeit lediglich nur für einen Notlaufbetrieb ausreichen. Zum weiteren technischen Hintergrund hinsichtlich der Berechnung von Fahrzeugwerten wird auf die DE 101 48 091 A1 verwiesen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Bestimmung von Bremsdruckersatzwerten ohne Verwendung eines Bremsdrucksensors hinsichtlich Ihrer Genauigkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines Bremsdruckes oder einer dem Bremsdruck proportionalen Größe – ohne Verwendung eines Bremsdrucksensors – wird der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe (z. B. Bremsmoment, Bremskraft) abhängig von der Fahrzeugverzögerung (gemessen oder aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal berechnet) und der Fahrbahnlängsneigung berechnet. Vorzugsweise wird die Fahrbahnlängsneigung mittels eines geeigneten Sensors (z. B. Neigungssensor, Längsbeschleunigungssensor) erfasst.
Der Erfindung liegen folgende Erkenntnisse zugrunde:
Bekannt und seit längerem Stand der Technik sind zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren für Traktions- bzw. Antriebsschlupfregelsysteme (ASC/ASC+T, ASR, TC, TCS, ...), die allein oder in Verbindung mit bzw. integriert in übergeordnete Fahrstabilitäts- oder Bremsregelsysteme (z. B. DSC-/ESP-/EHB-/EMB-Systeme) die Brems- und Traktionsleistung sowie die Fahrstabilität unter verschiedensten Fahrbahn-Reibwertverhältnissen verbessern und optimieren.
Bei diesen Regelsystemen findet in Abhängigkeit von definierten funktionalen Zusammenhängen und Algorithmen unter bestimmten Randbedingungen über (elektro-)hydraulische, (elektro-)mechanische und/oder (elektro-) pneumatische Aktuatoren eine Modulation von Bremsdruck oder Bremsmoment an mindestens einer Radbremse statt.
Für die Erfassung notwendiger Eingangsgrößen nutzen diese Regelsysteme i. A. meist Sensoren oder Schalter, z. B. Radsensoren für die Erfassung der Radgeschwindigkeiten oder z. B. Bremslichtschalter für die Erkennung einer betätigten oder nicht betätigten Bremse (z. B. Fußbremse oder Handbremse).
In neueren, funktionserweiterten Systemen sind zudem häufig auch ein oder mehrere Sensoren zur Erfassung des Bremsdrucks (oder allgemein des bzw. der Bremsmomente) vorhanden, über die z. B. der vom Fahrer am Bremspedal vorgegebene Druck (Bremsmoment) oder z. B. das in den internen Druckkreisen des hydraulischen Bremsregelsystems vorliegende Druckniveau oder auch das an den Ein- und/oder Ausgängen des Bremsregelsystems bzw. an den Radbremsen anliegende Druckniveau sensiert werden können.
Bei Ausfall eines Drucksensors, der eine für eine oder mehrere bestimmte Bremsregelfunktionen oder deren Subfunktionen wesentliche Voraussetzung ist oder zumindest eine wichtige funktionelle Bedeutung hat, ist es oft notwendig, mangels eines geeigneten Ersatzsignals (Ersatz-Bremsdruck, Ersatz-Bremsmoment) die betreffende Funktion abzuschalten oder zumindest auf eine „Rückfallebene" (Degradationsebene) umzuschalten, in der die betreffende Funktion nur noch mit eingeschränktem Funktionsumfang zur Verfügung steht. Teilweise werden in diesen Fällen – wenn möglich – Druck-Ersatzwerte gebildet, die z. B. aus anderen im Hydrauliksystem vorhandenen Drucksensorwerten abgeleitet werden.
Bei im Regelsystem fehlender Bremsdruckinformation – beispielsweise weil generell kein Drucksensor vorgesehen ist oder weil ein Drucksensordefekt vorliegt (ohne dass ein weiterer Drucksensorwert systemseitig vorhanden ist) – kann ggf. ein Druckersatzwert auf rechnerischer Basis anhand von anderen der Systemsteuerung bzw. -regelung vorliegenden Informationen (z. B. Sensorinformationen) gebildet werden.
Beispiel: Bei einem hydraulischen Regelsystem DSC, bei dem generell nur ein Drucksensor zur Sensierung des Fahrer-Vordrucks vorhanden ist, werden bei einem Ausfall dieses Sensors Teilfunktionen wie ABS, ASC, FZR (Fahrzeugregler), FLR (Fahrleistungsreduzierung) usw. komplett abgeschaltet. Andere Teilfunktionen wie EBV (Elektronische Bremskraftverteilung), BTM (Bremsentemperaturmodell), CBS – BBV (Condition Based Service – Bremsbelagverschleißberechnung) usw. funktionieren trotzdem weiterhin, die letzteren beiden aber mit einem Druckersatzwert für den Fahrervordruck, der im ungeregelten Systemzustand nahezu gleich den vier Raddrücken ist.
Dieser Druckersatzwert kann beispielsweise errechnet werden unter Ansatz einer einfachen (quasi-)stationären Kräftebilanz am Fahrzeug in Längsrichtung, wenn zumindest ein Wert für die Masse des Fahrzeugs (z. B. als angenommener Festwert oder aus einer Masseschätzung bzw. mit Hilfe eines Masse-Lernalgorithmus), dem/den (dynamischen) Reifenhalbmessern, dem/den wirksamen (mittleren) Reibradien der Fahrzeugbremsen, dem Reibwert zwischen Bremsbelägen und Bremsscheiben und den wirksamen Flächen des/der Bremskolben, auf die der Druck einwirkt (oder alternativ des wirksamen hydraulisch/mechanischen Übersetzungsverhältnisses der Radbremsen, das die Übersetzung von Bremsmoment zu Bremsdruck angibt; dem sog. c_p-Faktor in der physikalischen Einheit Nm/bar), vorliegen. Diese Art der Druckersatzwertberechnung wird heute bereits verwendet (z. B. bei den serienmäßigen Bosch-Regelsystemen DSC8, DSC8+/DXC8+).
Verwendet man einen erweiterten, dynamischen Ansatz für das Kräftegleichgewicht am Fahrzeug (Bewegungsgleichung) unter Berücksichtigung der wirksamen translatorischen und rotatorischen Massenträgheitsmomente von Fahrzeug, Rädern, Antriebsstrang etc. und, je nach Genauigkeitsanforderung, gegebenenfalls unter weiterer Berücksichtigung der Fahrwiderstände (z. B. Rollwiderstand, Luftwiderstand, Kurvenwiderstand) und unter Berücksichtigung von Querdynamikeinflüssen, so kann die Genauigkeit der Druckersatzwertbestimmung weiter erhöht werden.
In vielen praktischen Anwendungsfällen genügt allerdings meist eine vereinfachte Druckersatzwertbestimmung unter Verwendung eines stationären Kräftegleichgewichts und unter Annahme bestimmter Vereinfachungen.
Ein bislang vorhandener, prinzipiell jedoch nicht zu vermeidender Nachteil in beiden vorgenannten Möglichkeiten der Druckersatzwertbestimmung tritt beim Betriebszustand „Bremsen auf längsgeneigten Fahrbahnen" auf, also beim Verzögerungsvorgang bergauf oder bergab, der bislang nicht genau und zeitnah berücksichtigt wurde. Erfindungsgemäß wird die aktuelle Neigung der Fahrbahn im laufenden Fahrbetrieb und der Einfluss des Steigungswiderstands bzw. Hangabtriebs bei der Druckersatzwertbestimmung berücksichtigt. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert also die Ersatzwertbildung eines Bremsdrucksignals bzw. Bremsmomentsignals aus Fahrzeugverzögerung und Fahrbahnneigung unter Verwendung eines Längsbeschleunigungs- oder Fahrbahnneigungssignals. Der Erfindungsvorschlag dient der genaueren Bestimmung bzw. Schätzung eines Ersatz-Bremsdrucksignals, im Stand bei über Bremsdruck festgehaltenem Fahrzeug und außerdem insbesondere auch im Fahrbetrieb, mit Hilfe eines Längsbeschleunigungssensorsignals (oder ersatzweise Längsneigungssensorssignals) in Verbindung mit einer Auswerteeinheit.
Der Längsbeschleunigungssensor kann entweder in der Auswerteeinheit integriert oder alternativ in einem Sensorcluster (mehrere Sensoren in einem Gehäuse) oder auch als autarker Sensor im Fahrzeug verbaut sein. Die Ermittlung der Fahrbahnlängsneigung kann daraus durch einfache Anwendung trigonometrischer Funktionen erfolgen, worauf hier im Einzelnen nicht weiter eingegangen werden soll.
Alternativ zur Ermittlung/Berechnung der Fahrbahnneigung über das vorher grob beschriebene Verfahren kann auch ein eventuell bereits vorhandenes Signal eines im Fahrzeug verbauten Neigungssensors Verwendung finden.
Beispiel für die vereinfachte Berechnung eines (effektiv wirksamen) Bremsdruck-Ersatzwertes:
Eine quasistationäre Kräftebilanz am Fahrzeug (ohne Berücksichtigung von Querdynamik, ohne Berücksichtigung von Massenträgheiten, gebremster Zustand, d. h. z. B. Bremslichtschalter ist betätigt, kein positives Antriebsmoment infolge Gaspedalpetätigung) beim Verzögerungsvorgang könnte z. B. grundsätzlich folgendermaßen aussehen:
Bilanz der am Fahrzeug wirksamen äußeren Kräfte, das an einer geneigten Fahrbahn gebremst wird: mF·aFzg + mF·g·sinα –/+ FBrems –/+ EWider = 0

Hinweis: Minuszeichen bei Bremsung bergab, Pluszeichen bei Bremsung bergauf

Es seien hier im Folgenden aus Vereinfachungsgründen die Fahrwiderstandskräfte F_Wider ≈ (d. h. vernachlässigbar klein gegenüber F_Brems) mF·(aFzg, + g·sinα) = +/– FBrems = +/– cp·pBrems/rdyn = +/– AKolben·rWirk·μBremse·pBrems/rdyn
Umgestellt nach der Druckgröße p_Brems, die hier den gesuchten Ersatz-Bremsdruck darstellt, folgt dann: pBrems = mF·|(aFzg + g·sinα)|·rdyn/cp = mF·|aSens|·rdyn/cp
Hinweis: (a_Fzg + g·sinα) ist die vom Längsbeschleunigungssensor gemessene, steigungsabhängige Verzögerung a_sens des Fahrzeugs.
oder: pBrems = mF·|(aFzg. + g·sinα)|·rdyn/(AKolben·rWirk·μBremse) = mF·|aSens|·rdyn/(AKolben·rWirk·μBremse)
Hinweis: Im gebremsten Fall – und nur dieser ist hier relevant – kann auf die Betragsstriche verzichtet werden.
Mit:

m_F: Fahrzeugmasse (Festwert oder z. B. aus Masse-Rechenmodell geschätzt/ermittelt)
g: Erdbeschleunigung
α: Winkel der Fahrbahnlängsneigung (aus Beschleunigungssignal des Längsbeschleunigungs-Sensors ermittelt
F_Brems: Bremskraft (Summe der Bremskräfte der beteiligten Radbremsen)
F_Wider: (bremsende) Kraftanteile aus Fahrwiderständen (z. B. Rollreibung, Luftwiderstand etc.)
a_Fzg: effektive Fahrzeuglängsbeschleunigung (Verzögerung), z. B. ermittelt mit Hilfe der Radsensoriksignale bzw. der daraus gebildeten differenzierten Fahrzeug-Referenzgeschwindigkeit
a_Sens: Fahrzeuglängsbeschleunigung über Längsbeschleunigungs-Sensor ermittelt
r_dyn: dynamischer Reifenhalbmesser
c_p: wirksame „Bremsenübersetzung" (Bremsmoment/Bremsdruck)
A_Kolben: (Summe) wirksamer Bremskolbendurchmesser
r_Wirk: wirksamer Reibradius der Bremsbeläge
μ_Bremse: wirksamer Reibbeiwert zwischen Bremsbelägen und Bremsscheiben (einschl. Wirkungsgrad).

Bei stehendem Fahrzeug, d. h. v = 0, ergibt sich aus oben genannten Formeln der Mindesthaltedruck zum Festhalten des Fahrzeugs an der betreffenden Steigung.
Der vom Längsbeschleunigungssensor gemessene Beschleunigungswert a_Sens = (a_Fzg + g·sinα) muss für die Ermittlung des Ersatz-Bremsdruckwertes p_Brems systemseitig in geeigneter Weise gefiltert und gegebenenfalls begrenzt werden.
Unter Einbeziehung von Fahrwiderstandskräften und Masseträgheiten ist eine Genauigkeitserhöhung bei der Berechnung des Ersatz-Bremsdruckwertes möglich.
In analoger Weise, wie oben dargestellt, kann statt des Ersatz-Bremsdruckes über den entsprechenden physikalisch/mathematischen Zusammenhang auch ein Ersatzbremsmoment errechnet werden. Dies gilt ebenso für nicht-hydraulische Bremsanlagen (z. B. bei einer elektromechanischen Bremsanlage).
Kern und Vorteile der Erfindung, besonders gegenüber dem Bekannten:

– Möglichkeit der Ersatzwertbildung für ein oder mehrere Bremsdrucksignale (Bremsmomentsignale) in den Fällen, in denen konzeptbedingt kein Drucksensor im System verbaut ist bzw. nutzbar ist oder in den Fällen, in denen ein Sensordefekt eines oder mehrerer vorhandener Drucksensoren systemseitig erkannt wurde.
– Erhöhung der Systemverfügbarkeit und Erhöhung der Funktionsqualität durch Verwendung des errechneten Druckersatzwertes bzw. eines entsprechenden Bremsmoments für Funktionalitäten, die bisher abgeschaltet werden mussten, bzw. bei denen eine Degradation in eine Rückfallebene notwendig wurde, zumindest aber (fahrstabilitäts-)unkritische aber prinzipiell wichtige Systemfunktionen oder Subfunktionen (die evtl. bisher notwendige Stilllegung der betreffenden Systemfunktionen kann damit vermieden werden).
– Auch kann generell auf einen Bremsdrucksensor verzichtet werden, bei Regelsystemen, bei denen heute noch ein oder mehrere entsprechende Sensoren vorgesehen sind.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Bremsdruckes oder einer dem Bremsdruck proportionalen Größe in einem Kraftfahrzeug ohne Verwendung eines Bremsdrucksensors, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe abhängig von der Fahrzeugverzögerung (gemessen oder aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitssignal berechnet) und der Fahrbahnlängsneigung berechnet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahnlängsneigung mittels eines geeigneten Sensors rfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe zusätzlich abhängig vom dynamischen Reifenhalbmesser berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe zusätzlich abhängig von der Summe der wirksamen Bremskolbendurchmesser berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe zusätzlich abhängig vom jeweils wirksamen Reibradius der Bremsbeläge berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsdruck oder die dem Bremsdruck proportionale Größe zusätzlich abhängig vom wirksamen Reibbeiwert zwischen den Bremsbelägen und den Bremsscheiben berechnet wird.