DE102020200089A1

DE102020200089A1 - Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage und hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage

Info

Publication number: DE102020200089A1
Application number: DE102020200089.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Borchers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeugbremsanlage (100), die folgende Komponenten umfasst:• vordere Radbremsen (110) und hintere Radbremsen (120);• einen Hauptbremszylinder (140), der einen mittels Bremspedal (130) betätigbaren Druckkolben (141) und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) aufweist;• ein Fahrdynamikregelungsmodul (150), das eine Hydraulikpumpe (151) aufweist.Das Verfahren weist folgende Schritte auf:• Erzeugen eines Radbremsdrucks (pbrems) durch Betätigen des Bremspedals (130), wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker (145) eine Unterstützungskraft erzeugt;• Erhöhen des Radbremsdrucks (pbrems) mithilfe der Hydraulikpumpe (151) des Fahrdynamikregelungsmoduls (150);• Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal (130) durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) erzeugten Unterstützungskraft, sodass die Bremspedalposition (Pos. 1) beibehalten wird.Die Erfindung betrifft ferner eine mit entsprechender Funktionalität ausgestattete Kraftfahrzeugbremsanlage (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage, welche vordere und hintere Radbremsen, einen Hauptbremszylinder mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker und ein Fahrdynamikregelungsmodul umfasst, wie nachfolgend noch näher erläutert. Die Erfindung betrifft ferner eine solche hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage.
Eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage (Bremssystem) betreffender Art ist bspw. aus der DE 20 2019 102 503 U1 bekannt (siehe insbesondere Abs. [0014]).
Bei einer solchen hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage wird durch Betätigen eines Bremspedals mit einer durch den elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft (zusätzlich zur Betätigungskraft bzw. Fahrerfußkraft) ein Bremsdruck erzeugt. Der Zusammenhang zwischen Bremsdruck und Betätigungsweg (des Bremspedals) ergibt sich bekanntermaßen nach einer anlagen- bzw. systemspezifischen Druck-Volumen-Kennlinie (p-V-Kennlinie).
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie bei einer hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlage eingangs genannter Art eine komfortable Verkürzung des Bremspedalwegs erreicht werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Erfindung auch auf eine hydraulische Kraftfahrzeugbremsanlage, die mit einer dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Funktionalität ausgestattet ist. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Steuerung einer Kraftfahrzeugbremsanlage (Bremssystem) vorgesehen, welche zumindest folgende Komponenten umfasst:

• vordere Radbremsen und hintere Radbremsen;
• einen Hauptbremszylinder, der einen mittels eines Bremspedals oder dergleichen betätigbaren Hydraulik- bzw. Druckkolben und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (eBKV) aufweist;
• ein Fahrdynamikregelungsmodul (ESC-, ESP-Modul) zur fahrsituationsabhängigen Steuerung des Radbremsdrucks an jeder Radbremse, wobei dieses Fahrdynamikregelungsmodul (wenigstens) eine Hydraulikpumpe (ESC-, ESP-Pumpe) aufweist.

Ein solches Bremssystem, das sowohl einen elektromechanischen Bremskraftverstärker als auch ein Fahrdynamikregelungsmodul umfasst, kann auch als 2-Box-Bremssystem bezeichnet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte, welche insbesondere gleichzeitig oder zumindest mit zeitlicher Überschneidung ausgeführt werden:

• Erzeugen eines Radbremsdrucks durch Betätigen des Bremspedals, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker (zusätzlich zur Betätigungskraft bzw. Fahrerfußkraft) eine Unterstützungskraft erzeugt;
• Verstärken bzw. Erhöhen des Radbremsdrucks mithilfe der Hydraulikpumpe des Fahrdynamikregelungsmoduls, insbesondere mit dem Ziel eines verkürzten Betätigungswegs;
• Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft, sodass die

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht also vor, dass bei betätigtem Bremspedal zusätzlich ein Druckaufbau mithilfe der zum Fahrdynamikregelungsmodul gehörenden Hydraulikpumpe erfolgt, indem diese Hydraulikpumpe ein zusätzliches hydraulisches Volumen zu den Radbremsen fördert bzw. in die betreffenden Bremsdruckleitungen, mit denen die Radbremsen am Fahrdynamikregelungsmodul angeschlossen sind, pumpt. Dadurch kann der Betätigungsweg des Bremspedals bzw. der Bremspedalweg verkürzt werden, was insbesondere bei einer flachen Druck-Volumen-Kennlinie das Ansprechverhalten verbessert. Allerdings führt dies zu einer Veränderung, insbesondere zu einer Verringerung, des im Hauptbremszylinder herrschenden Vordrucks, was sich ohne die erfindungsgemäße Anpassung der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft durch Veränderung der Bremspedalposition bemerkbar machen würde, insbesondere derart, dass sich das Bremspedal spürbar unter dem Fuß wegbewegt. Durch die erfindungsgemäße Anpassung, insbesondere Verringerung bzw. Reduzierung, der Unterstützungskraft wird eine solche Rückwirkung auf das Bremspedal vermieden, indem ein neues Kräftegleichgewicht geschaffen wird, welches zu einer gleichbleibenden Bremspedalposition führt, sofern die Betätigungskraft bzw. Fahrerfußkraft nicht verändert oder aufgehoben wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt also eine für den Fahrer komfortable Verkürzung des Bremspedalwegs ohne spürbare bzw. fühlbare Rückwirkung auf das Bremspedal.
Bevorzugt umfasst das Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft folgende Teilschritte, die insbesondere automatisiert ausgeführt werden:

• Ermitteln des im Hauptbremszylinder herrschenden Vordrucks, der sich aufgrund der Hydraulikpumpenrückwirkung ergibt bzw. eingestellt hat;
• Berechnen einer Druckdifferenz zwischen dem ermittelten Vordruck (im Hauptbremszylinder) und dem sich für jeweilige Bremspedalposition aus der (hinterlegten) Druck-Volumen-Kennlinie der Kraftfahrzeugbremsanlage (womit die Grundkennlinie des Gesamtbremssystems gemeint ist) ergebenden Bremsdruck;
• Verringern der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft um einen der berechneten Druckdifferenz entsprechenden Betrag (Deltakraft), der bspw. über die Druckkolbenfläche errechnet werden kann.

Diese Teilschritte können außerdem wiederholend, vorzugsweise in einem Regelkreis, ausgeführt werden, insbesondere auch in Abhängigkeit einer sich verändernden Bremspedalbetätigung.
Der im Hauptbremszylinder herrschende Vordruck kann (mittels Drucksensor) gemessen werden. Der im Hauptbremszylinder herrschende Vordruck kann aber auch berechnet werden, bspw. anhand eines (hinterlegten) mathematischen Druckmodells und/oder anhand des gemessenen Radbremsdrucks und/oder anhand des Fördervolumens der Hydraulikpumpe, welches bspw. über die Pumpenlaufzeit bestimmt werden kann.
Das Fahrdynamikregelungsmodul kann (wenigstens) ein Trennventil zur Abtrennung einer Vordruckhydraulik von einer Radbremshydraulik aufweisen, wobei dieses Trennventil beim Erhöhen des Radbremsdrucks, d. h. beim Verstärken des Radbremsdrucks mithilfe der Hydraulikpumpe, geschlossen wird. Dadurch wird ein gezielter Radbremsdruckaufbau sowie gegebenenfalls auch Radbremsdruckabbau begünstigt. Durch Umschalten bzw. Schließen dieses Ventils ergeben sich dann zwei hydraulische Teilsysteme, deren Drücke (Vordruck und Radbremsdruck) sich voneinander unterscheiden, wie nachfolgend noch näher erläutert.
Bevorzugt wird die mithilfe der Hydraulikpumpe zum Erhöhen des Radbremsdrucks geförderte Hydraulikflüssigkeit (Bremsflüssigkeit), während die Bremspedalposition beibehalten wird, über (wenigstens) eine entsprechend ausgelegte Manschettendichtung des Druckkolbens (im Hauptbremszylinder) aus einem Vorratsbehälter angesaugt.
Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremsanlage (Bremssystem) umfasst neben den o. g. Komponenten ferner (wenigstens) ein Steuergerät, welches dazu ausgebildet ist, automatisch bzw. selbsttätig die folgenden Verfahrensschritte einzuleiten bzw. zu veranlassen:

• Erhöhen des Radbremsdrucks (bei betätigtem Bremspedal) mithilfe der Hydraulikpumpe des Fahrdynamikregelungsmoduls (wie oben beschrieben); und
• Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker erzeugten Unterstützungskraft, sodass die Bremspedalposition beibehalten wird (wie oben beschrieben).

Die erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbremsanlage kann ferner ein Trennventil zur Abtrennung der Vordruckhydraulik von der Radbremshydraulik aufweisen, welches insbesondere Bestandteil des Fahrdynamikregelungsmoduls ist (s. o.). Bevorzugt ist das Steuergerät dann auch zur entsprechenden Ansteuerung dieses Trennventils ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.

1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugbremsanlage (Bremssystem).
2 zeigt beispielhaft das Druck-Volumen-Diagramm bzw. die Druck-Volumen-Kennlinie des Gesamtbremssystems aus 1.

Die in 1 gezeigte Zweikreis-Kraftfahrzeugbremsanlage 100 weist beispielhaft zwei hydraulisch betätigte Scheibenbremsen 110 an der Fahrzeugvorderachse VA und zwei hydraulisch betätigte Trommelbremsen 120 an der Fahrzeughinterachse HA auf. Die Kraftfahrzeugbremsanlage 100 weist ferner ein Bremspedal 130, einen Hauptbremszylinder 140 mit einem Druckkolben 141 (der als Tandemkolben ausgebildet ist) und mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker 145 (der mit dem Druckkolben 141 und/oder dem Bremspedal 130 gekoppelt ist), ein Fahrdynamikregelungsmodul 150 (bspw. ein Standard-ESC-Hydroaggregat) und ein Steuergerät 170 auf. Bevorzugt sind der Hauptbremszylinder 140 und der elektromechanische Bremskraftverstärker 145 als Baueinheit ausgebildet. Das Steuergerät 170 kann auch zum Fahrdynamikregelungsmodul 150 oder zum elektromechanischen Bremskraftverstärker 145 gehören. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Fahrdynamikregelungsmodul 150 und der elektromechanische Bremskraftverstärker 145 jeweils ein eigenes Steuergerät aufweisen, die untereinander kommunizieren. Die Radbremsen 110, 120 sind über Bremsdruckleitungen 160 einzeln am Fahrdynamikregelungsmodul 150 angeschlossen.
Das schematisch gezeigte Fahrdynamikregelungsmodul 150 weist u. a., wie vereinfachend nur für einen der Bremskreise dargestellt, eine Hydraulikpumpe (ESC-Pumpe) 151, ein Trennventil (USV-Umschaltventil) 152 sowie mehrere Steuerventile 153 für die einzelnen Radbremsen 110, 120 auf. Für den anderen Bremskreis kann ein separates Trennventil vorgesehen sein. Die Hydraulikpumpe 151 kann auf beide Bremskreise einwirken, indem die Pumpe 151 bspw. mindestens zwei Kolben oder dergleichen aufweist, mit denen sie getrennt in den Bremskreisen Druck aufbauen kann. Das Fahrdynamikregelungsmodul 150 kann weitere Komponenten bzw. Bauteile umfassen, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auf die hier im Weiteren nicht eingegangen werden soll.
Die Erfindung sieht vor, dass bei betätigtem Bremspedal 130 (die Betätigung erfolgt mit einer vom Bremskraftverstärker 145 erzeugten Unterstützungskraft) mithilfe der Hydraulikpumpe 151 des Fahrdynamikregelungsmoduls 150 eine Erhöhung bzw. Verstärkung des Radbremsdrucks erfolgt. Dies wird von der Steuereinrichtung 170 gesteuert. Wie im Diagramm der 2 veranschaulicht, kann dadurch eine der Volumendifferenz ΔV entsprechende Verkürzung des Bremspedalwegs erreicht werden (der Bremspedalweg und das Hydraulikvolumen korrelieren über die Druckkolbenfläche). Hierbei wird das Trennventil 152 geschlossen (Ventilumschaltung), wodurch sich zwei hydraulische Teilsysteme ergeben, nämlich ein erstes hydraulisches Teilsystem (Vordruckhydraulik) vom Hauptbremszylinder 140 bis zum Trennventil 152 des Fahrdynamikregelungsmoduls 150 in dem ein Vordruck pvor herrscht und ein zweites hydraulisches Teilsystem (Radbremshydraulik) zwischen der Hydraulikpumpe 151 und den Radbremsen 110, 120 in dem ein Radbremsdruck pbrems herrscht (wie in 1 und 2 gezeigt).
Das von der Hydraulikpumpe 151 in Richtung der Radbremsen 110, 120 geförderte hydraulische Volumen führt zu einer Verringerung des Vordrucks pvor, wobei der Vordruck pvor gegebenenfalls sogar einen Wert von 0 bar annehmen kann. Der sich ergebende bzw. einstellende Vordruck pvor kann gemessen oder berechnet werden, wie oben beschrieben. Durch Vergleich des ermittelten Vordrucks pvor mit dem sich für die betreffende Bremspedalposition Pos. 1 aus der Druck-Volumen-Kennlinie (Grundkennlinie) der Kraftfahrzeugbremsanlage ergebenden Bremsdruck kann eine Druckdifferenz Δp bestimmt werden, wie in 2 veranschaulicht. Entsprechend der hydraulischen Auslegung des Hauptbremszylinders 140 kann ein dieser Druckdifferenz Δp entsprechender Kraftbetrag (Deltakraft) berechnet werden, um den die vom Bremskraftverstärker 145 erzeugte Unterstützungskraft reduziert werden kann, damit die eingenommene Bremspedalposition Pos. 1 beibehalten wird. Auch dies wird von der Steuereinrichtung 170 gesteuert.
Bei gleichbleibender Bremspedalposition Pos. 1 kann die mithilfe der Hydraulikpumpe 151 zum Erhöhen des Radbremsdrucks p_brems geförderte Hydraulikflüssigkeit über die Manschettendichtung des Druckkolbens 141 aus einem Vorratsbehälter 180 angesaugt werden, wie in 1 durch den kleinen Pfeil im Hauptbremszylinder 140 veranschaulicht. Dies gilt insbesondere für den Fall, dass der Vordruck pvor bereits auf 0 bar abgesenkt ist (s. o.). Die Manschettendichtung ist entsprechend ausgebildet.
Bezugszeichenliste

100: Kraftfahrzeugbremsanlage (Bremssystem)
110: vordere Radbremse(n)
120: hintere Radbremse(n)
130: Bremspedal
140: Hauptbremszylinder
141: Druckkolben
145: elektromechanischer Bremskraftverstärker
150: Fahrdynamikregelungsmodul
151: Hydraulikpumpe
152: Trennventil
153: Steuerventil
160: Bremsdruckleitung(en)
170: Steuergerät
180: Vorratsbehälter (Bremsflüssigkeit)
HA: Hinterachse
HR: Radbremse hinten rechts
HL: Radbremse hinten links
M: Antrieb (elektrom. Bremskraftverstärker)
VA: Vorderachse
VR: Radbremse vorne rechts
VL: Radbremse vorne linke
p: Druck
V: Volumen
p(V): Druck-Volumen-Kennlinie
Pbrems: Bremsdruck
pvor: Vordruck
ΔV: Volumendifferenz
Δp: Druckdifferenz
Pos. 1: Bremspedalposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202019102503 U1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Kraftfahrzeugbremsanlage (100), die folgende Komponenten umfasst: • vordere Radbremsen (110) und hintere Radbremsen (120); • einen Hauptbremszylinder (140), der einen mittels Bremspedal (130) betätigbaren Druckkolben (141) und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) aufweist; • ein Fahrdynamikregelungsmodul (150), das eine Hydraulikpumpe (151) aufweist; mit den Schritten: • Erzeugen eines Radbremsdrucks (p_brems) durch Betätigen des Bremspedals (130), wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker (145) eine Unterstützungskraft erzeugt; • Erhöhen des Radbremsdrucks (p_brems) mithilfe der Hydraulikpumpe (151) des Fahrdynamikregelungsmoduls (150); • Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal (130) durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) erzeugten Unterstützungskraft, sodass die Bremspedalposition (Pos. 1) beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal (130) durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) erzeugten Unterstützungskraft folgende Teilschritte ausgeführt werden: • Ermitteln des im Hauptbremszylinder (140) herrschenden Vordrucks (pvor); • Berechnen einer Druckdifferenz (Δp) zwischen dem ermittelten Vordruck (pvor) und dem sich für jeweilige Bremspedalposition aus der Druck-Volumen-Kennlinie (p_(v)) der Kraftfahrzeugbremsanlage (100) ergebenden Bremsdruck; • Verringern der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) erzeugten Unterstützungskraft um einen der berechneten Druckdifferenz (Δp) entsprechenden Betrag.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Hauptbremszylinder (140) herrschende Vordruck (pvor) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Hauptbremszylinder (140) herrschende Vordruck (pvor) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrdynamikregelungsmodul (150) ein Trennventil (152) zur Abtrennung der Vordruckhydraulik von der Radbremshydraulik aufweist, wobei dieses Trennventil (152) beim Erhöhen des Radbremsdrucks (p_brems) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei beibehaltener Bremspedalposition (Pos. 1) die mithilfe der Hydraulikpumpe (151) zum Erhöhen des Radbremsdrucks (p_brems) geförderte Hydraulikflüssigkeit über die Manschettendichtung des Druckkolbens (141) aus einem Vorratsbehälter (180) angesaugt wird.
Kraftfahrzeugbremsanlage (100), aufweisend die folgenden Komponenten: • vordere Radbremsen (110) und hintere Radbremsen (120); • einen Hauptbremszylinder (140), der einen mittels Bremspedal (130) betätigbaren Druckkolben (141) und einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) aufweist; • ein Fahrdynamikregelungsmodul (150) mit einer Hydraulikpumpe (151); und • ein Steuergerät (170), welches dazu ausgebildet ist, bei betätigtem Bremspedal (130) folgende Schritte zu veranlassen: • Erhöhen des Radbremsdrucks (p_brems) mithilfe der Hydraulikpumpe (1151) des Fahrdynamikregelungsmoduls (150); und • Verhindern einer Rückwirkung auf das Bremspedal (130) durch Anpassen der mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker (145) erzeugten Unterstützungskraft, sodass die Bremspedalposition (Pos. 1) beibehalten wird.
Kraftfahrzeugbremsanlage (100) nach Anspruch 7, ferner aufweisend ein Trennventil (152) gemäß Anspruch 5, wobei das Steuergerät (170) ferner dazu ausgebildet ist, dieses Trennventil (152) beim Erhöhen des Radbremsdrucks (p_brems) zu schließen.