WO2003011669A1

WO2003011669A1 - Verfahren zur analyse der wirksamkeit von radbremsen einer bremsanlage für ein mindestens zweiachsiges kraftfahrzeug

Info

Publication number: WO2003011669A1
Application number: PCT/EP2002/008363
Authority: WO
Inventors: Gerald Kunz; Timo Gurzawski
Original assignee: Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2003-02-13

Abstract

Die Erfindung beruht auf dem Problem, dass insbesondere bei einer 'Brake-by-Wire'-Bremsanlage, die einzelnen Radbremsen intakt sein müssen, damit die angeforderte Bremskraft tatsächlich realisiert wird. Um festzustellen, ob alle Radbremsen intakt sind, schlägt die Erfindung einen Testzyklus vor, bei dem dasselbe Gesamtbremsmoment in unterschiedlicher Verteilung an den Radbremsen der Vorder- und der Hinterachse aufgebracht wird. Wenn alle Radbremsen intakt sind, sollte sich die Fahrzeugverzögerung nicht ändern. Tut sie es doch, so muss davon ausgegangen werden, dass eine der Radbremsen, deren Bremsmoment reduziert worden ist, defekt ist.

Description

Verfahren zur Analyse der Wirksamkeit von Radbremsen einer Bremsanlage für ein mindestens zweiachsiges Kraftfahrzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analyse der Wirksamkeit von mittels einer Fremdkraft betätigbaren Radbremsen einer Bremsanlage für ein mindestens zweiachsiges Kraftfahrzeug, wobei jede Radbremse aufgrund einer Stellgröße ein bestimmtes Bremsmoment auf das ihr zugehörige Rad des Fahrzeuges überträgt, was eine zwischen dem Reifen des jeweiligen Rades und der Fahrbahn wirkende Bremskraft hervorruft, und wobei die Stellgrößen rad- oder achsindividuell bezogen auf gemessene Istverzögerung unter Berücksichtigung einer Sollverzögerung ermittelt werden.

Bremsaήlagen, bei denen die Radbremsen von einer Fremdkraft betätigt werden, wobei die Größe der Fremdkraft und damit das an den Rädern jeweils erzielte Bremsmoment von einer Stellgröße bestimmt ist, die von dem Wunsch des Fahrers nach einer bestimmten Sollverzögerung abgeleitet wird, werden auch als "Brake-by-Wire"-Bremsanlagen bezeichnet. Zwischen der Stellgröße und der sich einstellenden Fahrzeugverzögerung existiert ein theoretisch begründbarer Zusammenhang, bei dem u. a. Parameter der Bremsanlage, die Fahrzeugmasse und die Straßenneigung einfließen. Der ordnungsgemäße Betrieb einer solchen Bremsanlage hängt entscheidend davon ab, dass sich bei einer bestimmten Stellgröße tatsächlich die theoretisch zu erwartende Fahrzeugverzögerung einstellt. Wenn sich Abweichungen ergeben, kann das verschiedene Gründe haben: Die Fahrzeugmasse kann durch Zuladung erhöht sein, die Bremsung kann auf einer in Fahrtrichtung geneigten Straße erfolgen öder aber die Parameter der Bremsanlage können sich wegen eines Defektes der Bremsen so verändert haben, dass entweder kein der Stellgröße entsprechendes Bremsmoment erzeugt wird oder, aufgrund von inneren Widerständen, die Bremskraft nicht dem Bremsmoment entspricht. So kann z. B. bei einer hydraulischen Bremsanlage, bei der der Bremsdruck die Stellgröße bildet, zwar ein ausreichender Druck auf einen klemmenden Bremskolben ausgeübt werden, der kann aber wegen der Klemmung keine entsprechende Zuspannkraft auf ein mit der Rad umlaufende Bremsscheibe ausüben.

In der DE 197 26 116 ist eine Bremsanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, bei der durch den Vergleich der Sollverzögerung mit der Istverzögerung der Beladungszustand des Fahrzeuges ermittelt wird und anschließend die Bremskraft dem tatsächlichen Fahrzeuggewicht angepasst wird.

Ähnliches gilt für die Bremsanlage nach der DE 197 55 112. Bei dieser Anlage wird aus dem Vergleich der Sollverzögerung mit der Istverzögerung auf die Fahrbahnneigung geschlossen.

Die WO 99/24300 beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Optimierung einer elektronischen Bremskraftverteilung.

Die beschriebenen Verfahren gehen stets davon aus, dass die Bremsanlage intakt ist und ordnungsgemäß arbeitet. Sollte aber eine Radbremse defekt sein, können die in den Schriften vorgestellten Verfahren zu nicht beabsichtigten Ergebnissen führen. So würde in der Bremsanlage gemäß der DE 197 26 116 die Fremdkraft kontinuierlich gesteigert, um eine vermeintliche Zuladung zu kompensieren, was wiederum zu einer Beschädigung der Fremdkraftanlage führen kann.

Die Erfindung beruht daher auf der Aufgabe, bei einer "Brake-by-Wire"-Bremsanlage ein Verfahren darzustellen, mit dem Defekte in den Radbremsen ermittelt werden können und mit dem ggf. die defekte Radbremse identifiziert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe, sieht die Erfindung vor, dass in einem ersten Schritt die Bremsmomente an der Vorder- und der Hinterachse in einer Grundverteilung eingestellt werden und die dazugehörige Grundverzögerung gemessen und registriert wird, dass in einem zweiten Schritt die Bremsmomente an der Vorder- und der Hinterachse in einer von der Grundverteilung abweichenden Testverteilung eingestellt werden und die dazugehörige Testverzögerung gemessen und registriert wird, wobei in beiden Schritten die Summe der Bremsmomente an Vorder- und Hinterachse gleich ist, und dass in einem dritten Schritt die Grundverzögerung und die Testverzögerung miteinander vergli- chen werden.

Mit diesem Testzyklus ermittelt man somit einen Kennwert, nämlich die Differenz zwischen der Grundverzögerung und der Testverzögerung, der eine Vielzahl von Rückschlüssen zulässt, die es ermöglichen, entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten.

Ein erstes mögliches Ergebnis kann darin bestehen, dass die Differenz zwischen den beiden Fahrzeugverzögerungen von Null verschieden ist. Wenn der Unterschied erheblich ist, bedeutet dies zwangsläufig, dass mindestens eine Radbremse defekt ist. Im zweiten Schritt sind nämlich lediglich Bremsmomente von einer zur anderen Achse verscho- ben worden, was keinen Einfluss auf- die sich einstellende Fahrzeugverzögerung haben sollte, wenn alle Radbremsen intakt sind und die Halbmesser der Räder an Vorder- und Hinterachse gleich sind. Für die Fahrzeuge, bei denen, dies nicht der Fall ist, ist der zu verschiebende Anteil im Verhältnis der Halbmesser zu korrigieren. Außerdem darf das in die Radbremsen eingeleitete Bremsmoment die maximal zwischen Reifen und Fahrbahn übertragbare Reibkraft nicht übersteigen, was zu einem Blockieren des Rades führen würde, so dass die das Bremsmoment beschreibende Stellgröße und die Bremskraft nicht mehr linear korreliert sind.

Das Verfahren ermöglicht es auch, die defekte Radbremse zu ermitteln. Wenn nämlich die Testverzögerung größer als die Grundverzögerung ist, kann auf einen Defekt der Radbremsen der Achse geschlossen werden, deren Bremsmoment verringert worden ist.

Da normalerweise die Radbremsen der Vorderachse wegen der sich ändernden Achslastverteilung beim Bremsen höhere Bremskiäfte übertragen, ist bei ihnen eher ein Defekt zu erwarten. Es bietet sich daher an, im Testzyklus das Bremsmoment an den Radbremsen der Vorderachse zu verringern und das Bremsmoment an den Radbremsen der Hinterachse zu erhöhen, so dass bei einer Differenz zwischen der Grundverzögerung und der Testverzögerung unmittelbar auf eine defekte Radbremse an der Vorderachse geschlossen werden kann.

Eine Verschiebung der Bremsmomente von den Rädern auf der einen Fahrzeugseite zu den Rädern auf der anderen Seite könnte in entsprechender Weise dazu genutzt werden, eine defekte Radbremse genau zu lokalisieren. Allerdings führt eine solche Verschiebung zu einem Moment um die Fahrzeughochachse, was ein Schleudern des Fahrzeuges hervorrufen kann. In der Regel reicht es aber aus, zu wissen, dass irgendeine der Radbremsen defekt ist, da bei einer dann fälligen Werkstattüberprüfung alle Radbremsen überprüft werden.

Der oben geschilderte Testzyklus kann natürlich jederzeit bei einer vom Fahrer initiierten Bremsung vorgenommen werden. Es bietet sich aber an, dies nur zu tun, wenn die Sollverzögerung nicht erreicht wird, was bedeutet, dass die auf den ersten Schritt folgenden Schritte nur dann eingeleitet werden brauchen, wenn die gemessene Grundverzögerung von einer theoretisch zu erwartenden Fahrzeugverzögerung, also der Sollverzögerung, abweicht.

Sollte sich im Testzyklus herausstellen, dass die Differenz Null oder nahezu null ist, kann dies nur bedeuten, dass sich die Zuladung erhöht hat (oder eine Zuladung wieder entfernt worden ist) oder die Bremsung auf einer geneigten Fahrbahn stattfindet. In diesem Fall werden die Stellgrößen für die Radbremsen an beiden Achsen im gleichen Maße um einen Faktor korrigiert, bis die Istverzögerung der Sollverzögerung entspricht.

Diese Korrektur wird zumindest solange beibehalten, bis sich eine erneute Abweichung der Istverzögerung von der Sollverzögerung einstellt.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert werden. Dazu zeigen:

Fig. 1 eine schematisσhe Darstellung eines zweiachsigen Fahrzeuges mit Radbremsen an der Vorder- und an der Hinterachse sowie mit einem Fahrzeugverzögerungssensor und Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung des Testzyklus

Die Figur 1 zeigt schematisch ein vierrädiges Fahrzeug 1 mit einer Vorder- und einer Hinterachse 2, 3. Die einzelnen Räder sind mit Radbremsen 4, 5 versehen, mit denen auf die Räder ein Bremsmoment ausgeübt werden kann. Die Radbremsen sind an eine üblicherweise hydraulische Fremdkraftanlage 6 angeschossen. Eine Stellgröße bestimmt, in welcher Maße den einzelnen Radbremsen unter Druck stehendes Druckmittel zugeführt wird, wodurch die Zuspannkraft und damit das Bremsmoment bestimmt wird. Dabei bildet der Druck die Stellgröße linear ab.

Außerdem steht dem Fahrer ein Pedal 7 mit einem Wegsimulator 8 zur Verfügung. Aus der Art, wie das Pedal 7 betätigt wird, kann auf die Sollverzögerung geschlossen werden, mit der der Fahrer das Fahrzeug abzubremsen wünscht. Sie wird daher häufig auch als Wunschverzögerung angesprochen.

Basierend auf dieser Sollverzögerung werden die Stellgrö- i ßen ermittelt und die Radbremsen entsprechend angesteuert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass wegen der Achslastverlagerung bei einer Bremsung die Radbremsen der Vorderachse mit einem höheren Bremsmoment zu versorgen sind als die der Hinterachse, um an den Rädern der Vorder- und Hinterachse dieselbe Kraftschlussausnutzung zu erhalten (das ist das Verhältnis von Bremskraft zu Last am jeweiligen Rad) .

Um die Bremskraftverteilung in "Brake-by~Wire"-Bremsan- lagen zu optimieren, ist es wichtig zu wissen, warum ein Verzögerungswunsch mit den eingestellten Bremsmomenten nicht erreicht wird: Zur Auslegung der Bremskraftverteilung wird das Gewicht des fahrfertigen Fahrzeuges zu- gründe gelegt und angenommen, dass sich die Bremsanlage in einem technisch einwandfreien Zustand befindet. Über den gemessenen Pedalweg und eine in einem elektronischen Regler abgelegte Kennlinie ^{^}wird während einer Bremsung die Wunschverzögerung ermittelt.

Um diese Fahrzeugverzögerung zu erreichen, muss über die Radbremsen ein Bremsmoment aufgebaut werden. Dieses Bremsmoment wirkt über den Reifenhalbmesser an der Kontaktstelle zwischen Reifen und Fahrbahn als Bremskraft. Entspricht der Beladungszustand des Fahrzeuges und der Zustand der Bremsanlage der Auslegungsgrundlage, wird das Fahrzeug mit einer Istverzögerung abgebremst, die der vom Fahrer gewünschten Sollverzögerung entspricht. Die Istverzögerung kann durch einen Beschleunigungssensor bzw. Fahrzeugverzögerungssensor 9 oder aus dem Verlauf der Radgeschwindigkeiten ermittelt werden. In diesem Sinne stellen auch Radsensoren zur Bestimmung der Umfangsgeschwindigkeit einen Fahrzeugverzögerungssensor dar.

Weiterhin ist einer bestimmten Fahrzeugverzögerung über eine im elektronischen Regler abgelegten Kennlinie auch ein bestimmter Anteil (Phi) der Bremskraft der Hinterachse an der Gesamtbremskraft zugeordnet. Phi folgt bei einer Bremsung der idealen Bremskraftverteilung und wird bei ansteigender Fahrzeugverzögerung kleiner, das heißt, dass die Räder der Hinterachse bei stärker werdenden Bremsung im Verhältnis zu den Rädern an der Vorderachse weniger zur Gesamtverzögerung beitragen.

Wenn die ermittelte Fahrzeugverzögerung nicht mit dem Verzögerungswunsch des Fahrers übereinstimmt, gibt es mehrere mögliche Gründe:

1. Das Fahrzeug ist beladen. 2. Das Fahrzeug bremst an Steigung oder Gefälle.

3. Die Radbremsen des Fahrzeuges befinden sich in einem schlechten technischen Zustand.

Zur richtigen Verteilung der Bremskraft und zur eventuellen Kompensation einer schlechten Bremsanlage ist es nötig, den Grund für die nicht erreichte Fahrzeugverzögerung zu wissen. Dazu wird entsprechend dem Diagramm der Fig.2 wie folgt vorgegangen:

Erreicht das Fahrzeug die gewünschte Sollverzögerung (Entscheidungsraute 10) ist die Bremsanlage intakt. Das Verfahren endet, in dem festgestellt wird, dass das System in Ordnung (i. 0.) ist (Aktion 11). Erreicht die Istverzögerung die Sollverzögerung nicht, -wird der Anteil der Hinterachsbremskraft an der Gesamtbremskraft entsprechend der dynamischen Achslastverteilung erhöht (Aktion 12) .

Ist das Fahrzeug beladen und die Bremsanlage ohne Mangel, wird s^ch die Fahrzeugverzögerung durch die Änderung der Bremskraftverteilung nicht verändern (Abzweigung 13) . Das Verfahren hat die Beladung des Fahrzeuges oder eine Fahrbahnneigung als Grund für die nicht erreichte Wunschverzögerung erkannt (Aktion 14) .

Ist das Fahrzeug nicht beladen und hat sich der Zustand einer Vorderachsbremse durch starke Beanspruchung verschlechtert, wird sich durch die stärkere Inanspruchnahme der hinteren Bremse mehr Bremskraft am gesamten Fahrzeug realisieren lassen und die Istverzögerung wird sich erhöhen (Abzweigung 15) . Der Betrag des Bremsmomentes, der von der Vorderachse an die Hinterachse übertragen wird, kann dort ganz in Bremskraft umgewandelt werden. An der Vorderachse würde dieser Betrag durch die schlechte Funk- tion der Bremse nur teilweise in Bremskraft umgewandelt werden können. Die Bremskraft, die am gesamten Fahrzeug realisiert werden kann, erhöht sich deshalb. Das Verfahren hat den schlechten technischen Zustand der Bremsanlage des Fahrzeuges für die nicht erreichte Wunschverzögerung erkannt (Aktion 16) .

Beispiel:

Ein Fahrzeug benötigt im Auslegungszustand mit intakter Bremsanlage für die. Fahrzeugverzögerung von einem g (= 9,81m/s²) ein Bremsmoment von 10.000 Nrn. Voll beladen benötigt das Fahrzeug für die gleiche Fahrzeugverzögerung ein Bremsmoment von 15.000 Nrn.

Fall 1:

Das Fahrzeug ist voll beladen, der Fahrer möchte mit 0,5g verzögern:

Das Fahrzeug benötigt 0,5g * 15.000 Nm/g = 7.500 Nm, um die ge ünschte Fahrzeugverzögerung zu erreichen. Da die Pedalkennlinie jedoch für das unbeladene Fahrzeug ausgelegt ist (10.000 Nm/g), muss der Fahrer hier 0,75g anfordern.

Bei dieser Wunschverzögerung wäre beispielsweise ein Anteil der Hinterachse an der Gesamtbremskraft von 0,3 ideal.

Damit ergibt sich an der Vorderachse ein Bremsmoment von: 0,75g * (10.000 Nm/g) * (1 - 0,3) = 5.250 Nm und an der Hinterachse ein Bremsmoment von: 0,75g * (10.000 Nm/g) * 0,3 = 2.250 Nm.

Das Gesamtmoment beträgt somit: 5.250 Nm + 2.250 Nm = 7.500 Nirr.

Wird Phi beispielsweise auf 0,4 erhöht, um die Ursache der Differenz zwischen angeförderter (Soll-) und erreichter (Ist-) Fahrzeugverzögerung festzustellen, ändert sich die Verteilung der Bremskraft wie folgt:

An der Vorderachse ergibt sich ein Bremsmoment von: 0,75g * (10.000 Nm/g) * (1 - 0,4) = 4.500 Nm.

An der Hinterachse ein Bremsmoment von:

0,75g * (10.000 Nm/g) * 0,4 = 3.000 Nm.

Das Gesamtmoment beträgt somit :

4.500 Nm + 3.000 Nm = 7.500 Nm.

Durch die Erhöhung von Phi hat sich nur die Bremskraftverteilung geändert. Die Fahrzeugverzögerung ändert sich nicht, weil sich das absetzbare Bremsmoment nicht ändert. Als Ursache für die nicht erreichte Wunschverzögerung ist damit die Zuladung des Fahrzeuges erkannt.

Fall 2;

Der Zustand der vorderen Bremse hat sich verschlechtert, so dass hier beispielsweise nur noch etwa 50 % des angeforderten Bremsmoments übertragen werden können. Das Fahrzeug ist nicht beladen und der Fahrer muss jetzt ebenfalls 0,75g Fahrzeugverzögerung anfordern, um die gewünschten 0,5g Fahrzeugverzögerung zu erreichen:

An der Vorderachse können jetzt θ^',75g * (10.000 Nm/g) * (1 - 0,3) * (50%) = 2.625 Nm realisiert werden; an der Hinterachse werden weiterhin

0,75g * (10.000 Nm/g) * 0,3 = 2.250 Nm abgesetzt.

Als Summe der Bremsmomente ergibt sich somit: ■ 2.625 Nm + 2.250 Nm = 4.875 N :

Wird in diesem Fall Phi wieder auf 0,4 erhöht, ergibt sich an der Vorderachse ein Bremsmoment von

0,75g * (10.000 Nm/g) * (1 - 0,4) * (50%) = 2.250 Nm an der Hinterachse ein Bremsmoment von

0,75g * (10.000 Nm/g) * 0,4 = 3.000 Nm. Zur Fahrzeugverzögerung des Fahrzeuges stehen durch die Erhöhung von Phi auf 0,4 jetzt

2.250 Nm + 3.000 Nm = 5.250 Nm zur Verfügung.

Die Fahrzeugverzögerung wird sich erhöhen. Als Ursache für die nicht erreichte Wunschverzögerung ist der Verschleiß der Bremsanlage erkannt.

Das Verfahren erkennt somit den schlechten technischen Zustand einer Bremsanlage. Das "Brake-by-Wire"-System kann sich mit dieser Information entsprechend verhalten und weiterhin ein sicheres Bremsen ermöglichen oder den Fahrer über den Zustand der Bremsen informieren.

Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zur Analyse der Wirksamkeit von Radbremsen einer Bremsanlage für ein mindestens zweiachsiges Kraftfahrzeug, wobei jede Radbremse aufgrund einer Stellgröße ein bestimmtes Bremsmoment auf das ihr zugehörige Rad des Fahrzeuges überträgt, was eine zwischen dem Reifen des jeweiligen Rades und der Fahrbahn wirkende Bremskraft hervorruft, und wobei die Stellgrößen- rad- oder achsindividuell bezogen auf die gemessene Fahrzeugverzögerung unter Berücksichtigung einer Sollverzögerung ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Bremsmomente an der Vorder- und der Hinterachse in einer Grundverteilung eingestellt werden und die dazugehörige. Grundverzögerung gemessen und registriert wird, dass in einem zweiten Schritt die Bremsmomente an der Vorder- und der Hinterachse in einer von der Grundverteilung abweichenden Testverteilung eingestellt werden und die dazugehörige Testverzögerung gemessen und registriert wird, wobei in beiden Schritten die Summe der Bremsmomente an Vorder- und Hinterachse gleich ist, und dass in einem dritten Schritt die Grundverzögerung und die Testverzögerung miteinander verglichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer festgestellten Differenz zwischen den beiden Fahrzeugverzögerungen auf einen Defekt einer der Radbremsen geschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Testverzögerung größer als. die Grundverzögerung ist, auf einen Defekt der Radbremsen der Achse geschlossen wird, deren Bremsmoment verringert worden ist.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den ersten Schritt folgenden Schritte eingeleitet werden, wenn die gemessene Grundverzögerung von einer theoretisch zu erwartenden Fahrzeugverzögerung abweicht.

Verfahren nach Anspruch 4, ^' dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Grundverzögerung der Testverzögerung entspricht, die Stellgrößen für die Radbremsen an beiden Achsen im gleichen Maße um einen Faktor korrigiert werden, bis die Istverzögerung der Sollverzögerung entspricht.

Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur zumindest solange beibehalten wird, bis sich eine erneute Abweichung der Istverzögerung von der Sollverzögerung einstellt.