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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage
eines Fahrzeugs mit elektrisch betätigten Radbremsen.
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Stand der Technik
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In
der
WO-A 94/24453 wird
eine Radbremse beschrieben, bei welcher die Zuspannkraft durch einen
Elektromotor erzeugt wird. Besonderes Augenmerk ist bei derartigen
elektromotorisch betreibbaren Radbremsen wie auch im allgemeinen
bei anderen, elektrisch gesteuerten Radbremsen auf die zuverlässige Funktion
der Bremsanlage zu richten. Dabei steht die Zuverlässigkeit
der durch die Batterien bereitgestellten Spannungsversorgung im
Vordergrund. Insbesondere muß die
Betriebssicherheit des Bremssystems auch dann gewährleistet
sein, wenn bei unzureichender gespeicherter elektrischer Energie
keine ausreichende Bremswirkung mehr aufgebracht werden kann.
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Aus
der
DE 35 27 907 A1 ist
eine elektrisch angesteuerte Druckmittel-Bremsanlage bekannt, bei der
zwischen einem Handbremsventil und einer mit einem Federspeicher
versehenen Feststellbremse ein Magnetventil eingebaut ist. Das Magnetventil
ist durch eine Elektronik erst dann in eine geöffnete Stellung steuerbar,
wenn ein Zündschalter
eingeschaltet ist und die Bremsanlage mit Erfolg durch die Elektronik
geprüft
ist. Zur Prüfung
ist zwingend eine Vollbremsbetätigung
eines Bremswertgebers durch den Fahrer vorgesehen. Durch das Magnetventil
wird das Lösen
der Feststellbremse nur bei intakter Bremsanlage zugelassen.
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Aufgabenstellung
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben,
die bei elektrisch steuerbaren Bremsanlagen die Betriebssicherheit
auch bei unzureichender gespeicherter elektrischer Energie aufrechterhalten.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Lösung gewährleistet die
Betriebssicherheit einer elektrisch betätigten Bremsanlage.
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Es
ist vorteilhaft, daß das
mit einer solchen Bremsanlage ausgerüstete Fahrzeug auch bei unzureichender
gespeicherter elektrischer Energie nicht rollt.
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Besonders
vorteilhaft ist, daß die
erfindungsgemäße Lösung ohne
Messung des Ladezustands der Batterie (der Batterien) auskommt.
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Vorteilhaft
ist ferner, daß ein
Losfahren des Fahrzeugs verhindert wird, wenn die speicherte elektrische
Energie zum Bremsen des Fahrzeugs über die elektrisch betätigte Betriebsbremsanlage
nicht ausreicht.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß die erfindungsgemäße Lösung sowohl
bei Feststellbremsen ohne als auch bei Feststellbremsen mit elektrischer
Hilfsenergie angewendet werden kann.
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Ausführungsbeispiel
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand den in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
einer bevorzugten Ausgestaltung einer Bremsanlage mit elektromotorischer
Zuspannung. 2 zeigt ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
zur Verriegelung der Feststellbremse, während in 3 ein
Flußdiagramm
die Realisierung der erfindungsgemäßen Bremsensteuerung als Rechnerprogramm
skizziert. In 4 schließlich ist anhand von Zeitdiagrammen
die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorgehensweise verdeutlicht.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine bevorzugte Ausgestaltung einer elektromotorisch betreibbaren
Bremsanlage für Fahrzeuge,
welche ein zweikreisiges elektrisches Bordnetz umfaßt. In 1 sind
vier Bremsen dargestellt, die den vier Rädern des Fahrzeugs zugeordnet sind.
Dabei ist die Radbremse 100 beispielsweise dem rechten
Hinterrad, die Radbremse 102 dem linken Vorderrad, die
Radbremse 104 dem linken Hinterrad und die Radbremse 106 dem
rechten Vorderrad zugeordnet. Die Radbremsen sind jeweils über mechanische
Verbindungen 108, 110, 112 und 114 mit
elektromotorischen Stelleinrichtungen 116, 118, 120 und 122 verbunden.
Die elektromotorischen Stelleinrichtungen werden von einem elektronischen Steuergerät 124 über Ausgangsleitungen 126, 128, 130 und 132 angesteuert.
Aus Sicherheits- und Zuverlässigkeitsgründen ist
das die Stelleinrichtungen mit Spannung versorgende elektrische
Bordnetz redundant ausgeführt.
Dabei können
die den Radbremsen zugeordneten Stelleinrichtungen aus beiden Batterien
gespeist werden. In diesem Sinne sind die Stelleinrichtungen 116, 118, 120 und 122 über die Versorgungsleitungen 134, 136, 160 und 162 mit dem
positiven Pol 138 einer ersten Batterie 140 verbunden.
Entsprechend sind die Stelleinrichtungen über Versorgungsleitungen 142, 144, 164 und 166 mit
dem positiven Pol 146 einer zweiten Batterie 148 verknüpft. Dem
elektronischen Steuergerät 124,
welches wenigstens einen Mikrocomputer umfaßt, wird über eine Eingangsleitung 150 von
einem Pedalwertgeber 152 wenigstens eine Größe für den Betätigungsgrad
des Bremspedals zugeführt.
Ferner wer den dem elektronischen Steuergerät 124 Eingangsleitungen 154 bis 156 von
Meßeinrichtungen 158 bis 160 zugeführt, die
Betriebsgrößen der
Bremsanlage und/oder des Fahrzeugs erfassen. Derartige Betriebsgrößen sind
beispielsweise Radlasten, Größen für die eingestellten
Istwerte der Bremswirkung an jeder Radbremse (z. B. Strom, Bremsmoment,
Bremskraft, Schlupf, etc.), Raddrehzahlen, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Bremsbelagverschleiß,
etc. Ferner wird das elektronische Steuergerät 124 aus wenigstens
einer der Batterien 140 und 148 mit Strom versorgt.
Die entsprechende Verbindungsleitung ist in 1 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht
dargestellt.
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In
Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät 124 ist ein Steckanschluß 170 vorgesehen, von
dem eine Leitung 172 zum Steuergerät 124 sowie zu einem
Anschluß eines
Schaltelements 174 führt,
welches in der Versorgungsleitung zum positiven Pol einer der Batterien
(im Ausführungsbeispiel nach 1 der
Batterie 146) eingefügt
ist. Über
eine Ausgangsleitung 176 betätigt das Steuergerät 124 das
Schaltelement im Sinne eines Öffnens
und Schließens
der Versorgungsleitung 144. Ferner weist die dargestellte
Bremsanlage eine nicht dargestellte mechanische oder mit elektrischer
Hilfsenergie betriebene Feststellbremse auf, die über die
symbolisch dargestellten, strichlierten Wirkungslinien 178, 180, 182 und 184 auf
wenigstens zwei Radbremsen einwirkt. Über eine Leitung 190 betätigt die
Steuereinheit 124 eine Warnlampe 192.
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Die
grundsätzliche
Funktionsweise der Steuerung einer solchen Bremsanlage ergibt sich
wie folgt. Das elektronische Steuergerät 124 bildet aus dem
zugeführten
Betätigungsgrad
Signal des Bremspedals nach Maßgabe
zusätzlicher
Betriebsgrößen wie
Radlasten, Bremsbelagverschleiß,
Reifengröße, Batteriespannung,
etc. für
jede Radbremse einen Sollwert, welcher ein Maß für die an der Radbremse einzustellende
Bremswirkung repräsentiert
(z. B. Bremsmoment, Bremskraft, Strom durch den elektrischen Motor,
Verdrehwinkel des elektrischen Motors, Radschlupf, Raddrehzahl,
etc.). Reglereinheiten, die nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelstrategie (z.
B. PID) ein Ausgangssignal im Sinne einer Annäherung der Istwerte an die
Sollwerte erzeugen, führen
die Regelung der Bremswirkung auf den vorgegebenen Sollwert durch.
Die Istwerte werden dabei entweder an den Radbremsen gemessen oder
aus dort gemessenen Größen berechnet.
Beispielsweise kann aus dem Strom durch den elektrischen Motor die
Anpreßkraft
der Bremsbeläge
bzw. das Antriebsmoment des Motors abgeleitet werden, das ein direktes
Maß für die ausgeübte Bremswirkung
an der entsprechenden Radbremse ist. Ferner kann durch Dehnungsmeßstreifen
oder andere geeignete Sensoren die ausgeübte Bremskraft gemessen und
nach Maßgabe
der Bremsenauslegung das ausgeübte Bremsmoment
bestimmt werden. Der Verdrehwinkel kann durch entsprechende Winkelsensoren
an den Radbremsen ermittelt werden.
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Die
Reglerausgangssignale für
jede Radbremse werden in Ansteuersignale für die entsprechenden Stelleinrichtungen
umgesetzt. Je nach Ausführung
des die elektrische Stelleinrichtung enthaltenden Motors, ob Schrittmotor,
Kommutatormotor oder Motor mit elektronischer Kommutierung, stellt die
Ansteuersignalgröße eine
auszugebende Schrittzahl, ein Tastverhältnis, einen Spannungswert,
einen Stromwert, etc. dar. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden in den
Stelleinrichtungen Kommutatormotoren verwendet, die über eine
Vollbrückenendstufe
durch ein impulsförmiges
Ansteuersignal mit veränderbarem
Tastverhältnis
in beiden Richtungen bestrombar sind. Das Tastverhältnis wird
nach Maßgabe
der Regelausgangssignale gebildet und verstellt den Motor gegen
rückstellende
Kräfte
auf eine vorbestimmte Position.
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Diese
elektrische Betriebsbremse funktioniert nur dann, wenn ausreichend
elektrische Energie zur Verfügung
steht. Sind die Batterien so leer, daß der Lichtmaschinenstrom bei
laufendem Antriebsmotor zum Bremsen nicht ausreicht, darf das Fahrzeug nicht
rollen. Insbesondere muß bei
unzureichender gespeicherter elektrischer Energie das Öffnen der Feststellbremse
verhindert werden. Da der Ladezustand der Batterie bzw. der Batterien
schlecht meßbar
ist, läuft
erfindungsgemäß in einem
der Mikrocomputer der Steuereinheit 124 ein Prüfablauf
ab. Nach Start der Antriebseinheit des Fahrzeugs wird das Erreichen
einer definierten, stabilen Leerlaufdrehzahl abgewartet. Dann werden
die Stelleinrichtungen der Radbremsen nach einem festzulegenden Muster
(beispielsweise alle Räder
parallel) bestromt, wobei der eingesteuerte Stromwert auf eine festzulegende
Mindestbremswirkung eingestellt wird. Dann wird am Steller oder
in der elektrischen Ansteuerstufe elektrisch gemessen, ob der der
Mindestbremswirkung entsprechende Stromwert erreicht ist. Falls
dies der Fall ist, wird die Feststellbremse beispielsweise über eine
elektromechanische Lösevorrichtung
oder mit der vorgesehenen Hilfsenergie entriegelt. Wurde der der
Mindestbremswirkung entsprechende Stromwert nicht erreicht, dann
wird die Feststellbremse nicht entriegelt und der Fahrer informiert,
daß keine ausreichende
Energie für
Bremsvorgänge
zur Verfügung
steht. Dieser Test wird in einem vorgegebenen Zeitraster wiederholt,
bis ggf. der Ladezustand der Stromspeicher infolge des laufenden
Antriebsmotors ausreicht, die Betriebsbremse zu betätigen.
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In 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für eine
elektromechanische Lösevorrichtung der
Feststellbremse dargestellt. Dabei zeigt 2a den Betätigungshebel 200 der
Feststellbremse, der in einem Gelenk 202 drehbar gelagert
ist. In der dar gestellten Stellung sei die Feststellbremse geöffnet. Durch
Schwenken des Betätigungsarms 200 um
einen Winkel α wird
die Feststellbremse geschlossen (strichlierte Position). Ferner
ist an der Feststellbremse eine Lasche 204 mit einer Aussparung 206 angebracht,
in die der bewegliche Anker eines Relais zur Verriegelung der Feststellbremse
eingreift. Dies ist anhand der Schnittbilder der 2b und 2c dargestellt.
Dabei zeigt 2b die Situation bei geöffneter, 2c die
Situation bei geschlossener Feststellbremse. Im geöffneten
Zustand (2b) der Feststellbremse steht
der bewegliche Anker 210 nicht im Eingriff in der Aussparung 206 der
Lasche 204. Wird die Versorgungsspannung des Fahrzeugs
und der Bremsanlage ausgeschaltet, verriegelt das Relais 212 die
Feststellbremse, wenn sie geschlossen wird. Diese Situation ist
in 2c dargestellt, in der der bewegliche Anker 210 zur
Verriegelung der Feststellbremse in die Aussparung 206 hineinragt.
Bei Bestromung des Relais 212 wird der Anker zurückgezogen und
die Feststellbremse entriegelt. Diese elektromechanische Lösungsvorrichtung
stellt lediglich ein Beispiel für
eine geeignete Ausführung
dar. Daneben sind andere elektromechanische Lösungen denkbar, bei der die
erfindungsgemäße Lösung gleichermaßen anzuwenden
ist. Neben elektromechanischen Lösevorrichtungen
ist die erfindungsgemäße Lösung auch
bei Feststellbremsen anwendbar, die zum Öffnen Hilfsenergie benötigen. Derartige
Feststellbremsen werden nur dann gelöst, wenn eine entsprechende
Bestromung oder eine sonstige Hilfsenergiegröße aufgebracht wird.
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Eine
weitere Betriebssituation des Fahrzeugs, der Beachtung geschenkt
werden muß,
ist das Abschleppen. Generell ist festzustellen, daß ein Abschleppen
mit Seil ohne elektrische Bordenergie infolge der dann fehlenden
Bremswirkung unzulässig ist,
während
ein Abschleppen mit der Stange zulässig ist, beispielsweise wenn
der Warnblinker funktionstüchtig
ist. In allen Abschleppfällen
ist aber Energie zum Lösen
der Feststellbremse notwendig. Daher ist für das Abschleppen im Fahrzeug
eine Steckverbindung (170) angebracht, über die eine Verbindung zum
abschleppenden Fahrzeug hergestellt werden kann. Wird die Steckverbindung
geschlossen, so wird wie in 1 dargestellt,
eine der Batterien abgeklemmt und deren elektrischer Kreis mit Energie
aus dem Zugfahrzeug versorgt, ggf. ergänzend die Batterie geladen,
bis der Ladezustand zum Lösen
der Feststellbremse ausreicht. Das Abklemmen eine der Batterien
wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel
von der Steuereinheit 124 ausgelöst, wenn das Schließen der
Steckverbindung 170 erkannt wird. Dieses Erkennen erfolgt
vorzugsweise dadurch, daß dem
abgeschleppten Fahrzeug über
die Steckverbindung und die Leitung 172 die Versorgungsspannung des
Zugfahrzeugs zugeführt
wird.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung zur Entriegelung bzw.
zur Freigabe der Feststellbremse gemäß den obigen Angaben als Programm
eines der Mikrocomputer der Steuereinheit 124 darstellt.
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Der
in 3 dargestellte Programmteil wird dabei mit Einschalten
der Versorgungsspannung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch
Drehen des Zündschlüssels, eingeleitet.
Im ersten Schritt 300 werden Motordrehzahl Nmot sowie ein
die tatsächliche
Bremswirkung kennzeichnender Istwert Ii eingelesen. Im bevorzugten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich dabei um die durch die elektrischen Stellmotoren
der Radbremsen fließenden
Ströme.
Im darauffolgenden Abfrageschritt 302 wird überprüft, ob die Motordrehzahl
Nmot eine vorgegebene, stabile Leerlaufdrehzahl Nmot0 erreicht oder überschritten
hat. Ist dies nicht der Fall, befindet sich die Antriebseinheit
noch in der Startphase. Der Programmteil wird daher zu gegebener
Zeit mit Schritt 300 wiederholt. Ergab Schritt 302,
daß die
vorbestimmte Drehzahl erreicht bzw. überschritten ist, werden gemäß den Schritten 304 und 306 die
Stelleinrichtungen der Radbremsen nach einem vorgegebenen Muster
bestromt. Dieses Muster sieht dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel
derart aus, daß alle
Radbremsen parallel gleichzeitig bestromt werden. In anderen Ausführungsbeispielen
können
die Radbremsen zeitversetzt paarweise oder einzeln bestromt werden. Die
dabei von der Steuereinheit ausgegebenen Stromwerte sind so bemessen,
daß sich
an den Radbremsen eine Mindestbremswirkung einstellt. In dem auf
den Schritt 306 folgenden Schritt 308 wird anhand
der gemessenen Istwerte überprüft, ob der
vorgegebene Stromwert bei allen Radbremsen erreicht wurde. Wurde
der Stromwert bei einer Radbremse nicht erreicht, so wird gemäß Schritt 310 eine
entsprechende Fahrerinformation ausgegeben (eine Warnlampe eingeschaltet)
und der Programmteil zu gegebener Zeit mit Schritt 300 wiederholt.
Haben alle Istwerte der Radbremsen den vorgegebenen Stromwert erreicht,
so wird gemäß Schritt 312 die
Feststellbremse entriegelt und die Fahrt des Fahrzeugs freigegeben.
Gegebenenfalls wird im darauffolgenden Schritt 314 die
im Schritt 310 eingeschaltete Warnlampe wieder ausgeschaltet.
Nach Schritt 314 wird der Programmteil beendet und erst
wieder beim nächsten
Start des Fahrzeugs eingeleitet.
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Neben
den oder alternativ zu den Vergleichen der Absolutstromwerten (Schritt 308)
wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
die Zeit abgeprüft,
die bis zu Erreichen der Normwerte vergeht. Überschreitet die Zeitdauer
bis zum Erreichen des Normwertes einen vorgegebenen, aus einem typischen
Stromverlauf bei ausreichendem Energievorrat abgeleiteten Grenzwert,
wird die Feststellbremse nicht entriegelt.
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Die
beschriebene Vorgehensweise ist in den 4a bis
d anhand von Zeitdiagrammen verdeutlicht. Dabei beschreibt 4a den Verlauf der Motordrehzahl über der
Zeit, 4b den Verlauf eines vorgegebenen, 4c den des zugeordneten tatsächlichen
Stromwertes, während
in 4d der zeitliche Verlauf der Warnlampenansteuerung
(strichliert) und des Entriegelungssignals der Feststellbremse (durchgezogen)
dargestellt ist.
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Zu
einem Zeitpunkt T0 betätigt
der Fahrer den Zündschalter,
so daß in
der darauffolgenden Anlaßphase
die Motordrehzahl bis auf die vorgegebene Leerlaufdrehzahl Nmot0
ansteigt. Diese wird zum Zeitpunkt T1 erreicht bzw. überschritten.
Dies ist die Auslösung
für den
dargestellten Prüfablauf
für das elektromechanische
Bremssystem. Zum Zeitpunkt T1 wird der den Radbremsen zugeführte Sollstrom auf
einen vorgegebenen, eine vordefinierte Mindestbremswirkung repräsentierende
Stromwert Inorm angehoben. Dieser Stromwert wird für eine bestimmte Zeit,
die im Normalfall zum Erreichen des Stromwertes ausreicht, festgehalten.
Zum Zeitpunkt T2 wird dieser Stromwert wieder auf den Wert 0 zurückgeführt. In
der dargestellten Situation erreicht der Istwert wenigstens einer
Radbremse zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 nicht den Normwert.
Dies bedeutet, daß zum
Zeitpunkt T2 die Warnlampe angesteuert wird und die Feststellbremse
nicht entriegelt werden kann. Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (T3) wird
der Prüfablauf
erneut wiederholt. Der Sollstromwert wird wieder auf den Normstromwert
erhöht,
bis zum Zeitpunkt T4 gehalten und dann wieder auf den Wert 0 abgesenkt.
Diesmal erreichen die Istströme durch
alle Radbremsen wie in 4c zwischen
den Zeitpunkten T3 und T4 dargestellt, den Normwert. Dies wird zum
Zeitpunkt T5 festgestellt, was zu einer Beendigung der Ansteuerung
der Warnlampe und zur Entriegelung der Feststellbremse (vgl. 4d) führt.
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In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden
nicht alle Radbremsen, sondern nur eine vorgegebene Anzahl, z. B.
nur die Radbremsen der Vorderachse oder eine der Radbremsen der
Vorderachse, in den Prüfablauf
einbezogen und entsprechend bestromt.