DE10011801A1 - Verfahren zum Bestimmen von Kenngrößen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Kenngrößen für die Viskosität oder Temperatur einer Bremsflüssigkeit eines Fahrzeugs über einen vorgegebenen zeitlich begrenzten Druckaufbau in mindestens einem definierten Abschnitt eines Bremskreises und Erfassen eines Druckes in dem Abschnitt und/oder einer Zeit, die für den Aufbau des einen Druckes benötigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Kenn­ größen für die Viskosität und/oder Temperatur einer Brems­ flüssigkeit eines Fahrzeugs.

Bekanntlich ist die Viskosität einer Bremsflüssigkeit oder Hydraulikflüssigkeit in hohem Maße temperaturabhängig. Die hohe Viskosität bei niedriger Flüssigkeitstemperatur, näm­ lich bei tiefer Temperatur z. B. unterhalb -10 Grad C, in der Startphase eines Kraftfahrzeugs, beeinträchtigt die Regel­ barkeit des Bremsdruckes einer geregelten hydraulischen Bremsanlage. Problematisch ist, wenn Bremsflüssigkeit, bei­ spielsweise im Rahmen einer Fahrstabilitätsregelfunktion, d. h. ohne Beeinflussung durch den Fahrer, besonders schnell von dem Bremsflüssigkeitsreservoir zu einer Radbremse verla­ gert werden soll. Bei sinkenden Temperaturen steigt die Vis­ kosität der Bremsflüssigkeit überproportional an. Dies führt bei sehr niedrigen Temperaturen dazu, dass die Bremsflüssig­ keit nicht schnell genug angesaugt werden kann, wobei noch hinzu kommt, dass mit steigender Viskosität der Druckverlust in der Rohrleitung zunimmt. Diese Hemmnisse führen zu einem verlangsamten Bremseneingriff. Bei einer Fahrstabilitätsre­ gelung besteht allerdings die generelle Anforderung, einen schnellen Bremseingriff zu bewirken. Zur Lösung des Problems wurden bereits Einrichtungen vorgeschlagen, die eine Hilfs­ druckquelle bzw. eine Vorladepumpe vorsehen (WO 96/20102). Weil dies mit erheblichen Mehrkosten verbunden ist, nimmt man zunehmend von diesen Einrichtungen Abstand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Funkti­ on einer hydraulischen Fahrzeug-Bremsanlage mit all ihren Teilfunktionen, wie Antiblockierfunktion, Antriebsschlupf­ funktion und Fahrstabilitätsfunktion bei allen, auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen mit geringem Aufwand zu ge­ währleisten.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Vorteilhaft wird das Verfahren bei einem fahrdynamischen Re­ gelsystem eingesetzt, das dazu dient, den Fahrer eines Fahr­ zeugs bei kritischen Fahrsituationen zu unterstützen. Mit Fahrzeug ist in diesem Zusammenhang ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern gemeint, welches mit einer hydraulischen Brems­ anlage ausgerüstet ist. In der hydraulischen Bremsanlage kann mittels eines pedalbetätigten Hauptzylinders vom Fahrer ein Bremsdruck aufgebaut werden. Jedes Rad besitzt eine Bremse, welchem mindestens jeweils ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet ist. Über die Einlassventile stehen die Radbremsen mit dem Hauptzylinder in Verbindung, während die Auslassventile zu einem drucklosen Behälter bzw. Nieder­ druckspeicher führen. Schließlich ist noch eine Hilfs­ druckquelle, in der Regel ein Motor-Pumpen-Aggregat, vorhan­ den, welche auch unabhängig von der Stellung des Bremspedals einen Druck in den Radbremsen aufzubauen vermag. Die Ein­ lass- und Auslassventile sind zur Druckregelung in den Rad­ bremsen elektromagnetisch betätigbar. Zur Erfassung von fahrdynamischen Zuständen sind vier Drehzahlsensoren, pro Rad einer, ein Giergeschwindigkeitssensor, ein Querbeschleu­ nigungssensor, ein Lenkwinkelsensor und mindestens ein Drucksensor für den vom Bremspedal mittelbar oder unmittel­ bar erzeugten Bremsdruck vorhanden. Ein elektronisches Re­ gelsystem, das üblicherweise zusammen mit einem die Ventile und Pumpe aufnehmenden Hydraulikblock eine Baueinheit bildet und an dessen einen Seite der Pumpenmotor angeordnet ist, regelt die fahrdynamischen Fahrzustände des Fahrzeugs bei instabiler Fahrt. Die Funktion der Fahrstabilitätsregelung besteht also darin, innerhalb der physikalischen Grenzen in kritischen Situationen dem Fahrzeug das vom Fahrer gewünsch­ te Fahrzeugverhalten zu verleihen.

Bei ESP-Regelsystemen (ESP = elektronisches Stabilitätspro­ gramm) wird aus der ermittelten Instabilität des Fahrzeugs eine radindividuelle Druckanforderung berechnet, die notwen­ dig ist, um das Fahrzeug wieder auf den vom Fahrer gewünsch­ ten Kurs zu bringen. Dabei sorgt eine Giermomentenregelung für stabile Fahrzustände beim Durchfahren einer Kurvenbahn. Zur Giermomentenregelung kann auf unterschiedliche Fahrzeug- Referenzmodelle zurückgegriffen werden, beispielsweise auf das Einspur-Modell. Bei den ESP-Regelsystemen werden stets Eingangsgrößen, welche aus dem vom Fahrer gewünschten Weg resultieren (beispielsweise dem Lenkradwinkel, der Geschwin­ digkeit u. dgl.) der Fahrzeug-Modellschaltung zugeführt, wel­ che aus diesen Eingangsgrößen und für das Fahrverhalten des Fahrzeugs charakteristischen Parametern aber auch durch Ei­ genschaften der Umgebung vorgegebene Größen (Reibwert der Fahrbahn, Fahrbahnneigung) ein Soll-Wert für die Gierrate bestimmt, die mit der gemessenen tatsächlichen Gierrate ver­ glichen wird. Die Gierratendifferenz wird mittels eines sog. Giermomentenreglers - oder genauer - einem Giermoment- Regelgesetz, in ein Giermoment umgerechnet, welches die Ein­ gangsgröße einer Verteilungslogik bildet. Die Verteilungslo­ gik selbst bestimmt in Abhängigkeit von einem Bremsdruckmo­ dell, den an den einzelnen Radbremsen aufzubringenden Bremsdruck. Die Ansteuerung der Ein- und Auslassventile er­ folgt dabei über eine Drucksteuerung, die in Abhängigkeit von der im Druckmodell nachgebildeten realen Druckaufbau- und Druckabbaucharakteristik in den Radbremsen, Druckgrößen in Ventilschaltsignale umrechnet. Das Druckmodell empfängt hierzu benötigte Eingangsgrößen und bildet daraus sowie nach Maßgabe von Systemparametern den in der Bremse herrschenden Druck nach. Insbesondere kann das Druckmodell die Steuersi­ gnale empfangen, die den Bremsdruck an der jeweils betrach­ teten Bremse beeinflussen, also beispielsweise Signale für die Einlassventile, die Auslassventile, für die Hydraulik­ pumpe oder ähnliches. Aus diesen Signalen sowie aus System­ Parameters (beispielsweise Leitungsquerschnitte, Schaltcha­ rakteristika usw.) kann das Druckmodell den Druck in den Radbremsen parallel zum Aufbau des Raddrucks nachbilden, so dass durch Ausgabe des' so anhand des Druckmodells ermittel­ ten Drucks der Regelkreis geschlossen werden kann.

Eine Schwierigkeit bestehender Systeme liegt darin, den Ein­ fluss schwankender Temperaturen zu berücksichtigen. Bei niedrigen Temperaturen sinkt die Viskosität der Bremsflüs­ sigkeit. Damit ändert sich eine in das Druckmodell bei der Nachbildung des Raddrucks eingehende Eingangsgröße, die Pum­ penförderleistung bzw. das Fördervolumen, die bzw. das sich in Abhängigkeit von der temperaturabhängigen Viskosität der Bremsflüssigkeit erhöht oder verringert.

Um Abweichungen zwischen dem im Druckmodell nachgebildeten Raddruck und dem tatsächlichen Raddruck zu vermeiden, wäre eine Anpassung der im Druckmodell abgelegten bzw. der dem Druckmodell zur Verfügung gestellten Parameter, insbesondere des Pumpenfördervolumens, wünschenswert.

Eine erste erfindungsgemäße Ausbildung schlägt daher ein Verfahren zum Bestimmen von Kenngrößen für die Viskosität und/oder Temperatur einer Bremsflüssigkeit eines Fahrzeugs über einen zeitlich vorgegebenen begrenzten Druckaufbau in mindestens einem definierten Abschnitt eines Bremskreises und ein Erfassen eines Drucks in dem Abschnitt und/oder ei­ ner Zeit, die für den Aufbau des einen Druckes benötigt wird, vor. Zum Druckaufbau des Messdruckes wird das Um­ schaltventil geöffnet und das Einlassventil geschlossen. Über die Ansteuerung der Pumpe wird Druckmittel von dem Hauptzylinder in die Bremsleitung gefördert. Das Trennventil ist während der Druckmittelförderung geschlossen. Erfin­ dungsgemäß wird nach einer vorgegebenen Zeitspanne das Trennventil geöffnet und der durch den Druckaufbau erzeugte Messdruck (Druckimpuls) zwischen dem Einlassventil, welches geschlossen ist, und dem Hauptzylinder erzeugt. Da das in dem Messabschnitt angeordnete Trennventil während der Erfas­ sung des Druckes geöffnet ist, kann ein zwischen dem Um­ schaltventil und dem Trennventil in der Bremsleitung vor dem Hauptbremszylinder angeordneter Drucksensor den temperatur­ abhängigen Messdruck erfassen. Der aus dem Staudruck ermit­ telte Temperaturwert der Bremsflüssigkeit wird dem Druckmo­ dell als Eingangsgröße für die Nachbildung der tatsächlichen Bremsdrücke zugeführt. Die Kenngrößen für die Viskosität bzw. Temperatur können dabei aus dem zeitlichen Verlauf und/oder der Höhe des gemessenen Druckes in dem definierten Abschnitt des Bremskreises bestimmt werden.

Mittels der dem Bremsdruckmodell zur Verfügung gestellten Kenngrößen werden im Druckmodell berechnete oder eingegebene bzw. abgelegte Parameter, wie z. B. die Pumpenförderleistung sowie von den Parametern abgeleitete Werte, wie z. B. Ventil­ schaltzeiten entsprechend der bestimmten Kenngrößen für die Viskosität bzw. Temperatur der Bremsflüssigkeit modifiziert oder korrigiert. In Abhängigkeit von den aus den Messdruck­ werten abgeleiteten Temperaturwerten wird die im Druckmodell abgelegte Pumpenförderleistung korrigiert und damit die Druckaufbau- und Druckabbaukurven modifiziert, mittels denen die tatsächlichen Raddrücke nachgebildet werden. In Folge der veränderten Druckaufbau- und Druckabbaukurven des Druck­ modells werden bei höherer Viskosität der Bremsflüssigkeit, insbesondere unterhalb einer Temperatur von -10°C, bei­ spielsweise bei -15°C, die Ventile der Bremsanlage beim Bremsdruckaufbau z. B. länger angesteuert. Damit erreicht der tatsächliche Raddruck den von der Fahrdynamikregelung ange­ forderten Bremsdruck zeitlich früher.

Nach einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird die Zeit bis zum Beginn eines Druckanstiegs bzw. bis zum Erreichen eines Grenzwertes ermittelt, die ab dem Messdruckaufbau ver­ geht und in Abhängigkeit von der ermittelten Zeitspanne die Kenngröße für die Viskosität bzw. Temperatur bestimmt. Die Zeitermittlung kann dabei mit dem Schaltsignal des Trennven­ tils ausgelöst werden. Dieser Ermittlung der Temperatur bzw. Viskosität der Bremsflüssigkeit über den zeitlichen Verlauf des Messdrucks liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mit einer Bremsflüssigkeit bei Normaltemperatur (bis ca. -10°C Brems­ flüssigkeitstemperatur) und damit niedriger Viskosität, der Messdruckaufbau zu einem früheren Zeitpunkt ermittelt werden kann, als bei tiefer Temperatur (ab ca. -10°C Bremsflüssig­ keitstemperatur) und damit hoher Viskosität. Der Druckan­ stieg bei tiefer Temperatur findet also zu einem späteren Zeitpunkt statt als die Ermittlung des Messdrucks in einem vorgegebenen Normaltemperaturbereich. Dabei kann die ermit­ telte Zeitspanne ein direktes Maß für die Viskosität bzw. Temperatur der Bremsflüssigkeit sein oder über einen Ver­ gleich mit in Tabellen oder Kennlinien abgelegten Größen be­ stimmt werden.

Nach einer weiteren Ausbildung wird der maximale Druck der Bremsflüssigkeit erfasst. Dem erfindungsgemäßen Ausführungs­ beispiel liegt dabei die Überlegung zugrunde, dass der mit einem Bremsflüssigkeitsbehälter verbundene Hauptzylinder im Bremsflüssigkeitskreis einen Widerstand darstellt, vor dem sich ein Staudruck ausbildet und der bei tiefer Temperatur zu einem maximal höheren Bremsflüssigkeitsdruck in dem be­ trachteten Abschnitt des Bremskreises führt als bei geringe­ rer Umgebungs- bzw. Außentemperatur und damit geringerer Viskosität der Bremsflüssigkeit.

Die Erfindung schlägt weiterhin vor, den Druckverlauf über der Zeit zu erfassen oder die Zeit bis zum Beginn des Druck­ anstieges (wie vorstehend beschrieben) und den maximalen Druck (wie vorstehend beschrieben) bzw. den Druckverlauf nach Einschalten der die Bremsflüssigkeit fördernden Pumpe oder dem Öffnen des Trennventils zu erfassen und in Abhän­ gigkeit von vorher im Bremsdruckmodell abgelegten Grenzwer­ ten bzw. Grenzwertkurven oder Tabellen bzw. Kennlinien oder Modellen die Kenngrößen für die Viskosität oder Temperatur der Bremsflüssigkeit zu bestimmen.

Zur Bestimmung von Kenngrößen für die Viskosität oder Tempe­ ratur der Bremsflüssigkeit wird vorgeschlagen, dass man ins­ besondere kurz nach dem Start des Fahrzeugs das Umschaltven­ til öffnet, das bzw. die Einlassventil(e) schliesst und die Pumpe für eine vorgegebene kurze Zeit aktiviert, das Um­ schaltventil der Radbremsen dann schließt, das Trennventil öffnet und die Signale des unmittelbar vor dem Hauptzylinder in der Bremsleitung angeordneten Drucksensors in dem Regel­ system auswertet. Die aus dem zeitlichen Verlauf der gemes­ senen Druckwerte gebildeten Kenngrößen werden in einer Aus­ werteeinheit des Fahrdynamikreglers, die Bestandteil des Bremsdruckmodells sein kann, abgelegt und dienen zur Modifi­ kation der im Druckmodell abgelegten Pumpenförderleistung.

Selbstverständlich kann auch nur der zeitliche Verlauf oder der Druckverlauf in dem betrachteten Abschnitt für die Be­ stimmung von Kenngrößen herangezogen werden, wobei der je­ weils andere Parameter Plausibilitätsbetrachtungen zugrunde gelegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Bestimmung der Kenngrößen.

Fig. 2a ein Motorspannungs-/Zeit-Diagramm.

Fig. 2b ein Druck-/Temperatur-Diagramm.

Fig. 3 die Abhängigkeit der Pumpenförderleistung von der Temperatur der Bremsflüssigkeit.

Zur Bestimmung von Kenngrößen für die Viskosität oder Tempe­ ratur der Bremsflüssigkeit wird vorgeschlagen, dass man ins­ besondere kurz nach dem Start des Fahrzeugs das Umschaltven­ til 17 öffnet, das Einlassventil 11 schliesst und die Pumpe 10 für eine vorgegebene kurze Zeit aktiviert und Druckmittel aus dem Hauptzylinder 12 in die Bremsleitung fördert. Zum Ermitteln des Messdruckes wird das Umschaltventil 17 ge­ schlossen und das Trennventil 16 geöffnet und die Signale des unmittelbar vor dem Hauptzylinder 12 in der Bremsleitung angeordneten Drucksensors 13 in dem elektronischen Regelsy­ stem 14 auswertet. Die in Fig. 1 dargestellte hydraulische Schaltung bildet einen Teilbereich eines bekannten Brems­ kreises ab, in dem der Bremskraftverstärker mit 15, das Trennventil mit 16 und das Umschaltventil mit 17 bezeichnet ist. Ein bekannter Bremskreis ist in der DE 196 48 596 dar­ gestellt, der Bestandteil der vorliegenden Beschreibung ist. Fig. 2a und 2b zeigen den zeitlichen Verlauf (Fig. 2b) der Bremsflüssigkeit in Abhängigkeit von dem Motorspannungs­ puls. Wie die Druckkurven der Fig. 2b zeigen, ergeben sich bei Ansteuerung des Motors der Pumpe 10 mittels eines Impul­ ses 20 Abhängigkeiten von der Temperatur oder Viskosität im Druckverlauf des mit dem Drucksensor 13 gemessenen Messdruckes im definierten Abschnitt des Bremskreises, der zwischen geschlossenem Einlassventil 13, offenem Trennventil 16, ge­ schlossenem Umschaltventil 17 und Hauptzylinder gebildet ist. Die Druckkurve 18 repräsentiert einen Druckverlauf bei tiefen Temperaturen, die Druckkurve 19 bei normalen Tempera­ turen. Der Zeitpunkt des Druckaufbaus liegt bei tiefen Tem­ peraturen später, zum Zeitpunkt T1, und führt zu einem grö­ ßeren maximalen Staudruck P1. Bei Temperaturen bis -10 Grad liegt der Zeitpunkt des Druckaufbaus früher, nämlich zum Zeitpunkt T0 und führt zu einem geringeren maximalen Stau­ druck P0. Über den zeitlichen Verlauf und/oder die Höhe des gemessenen Druckwertes werden Kenngrößen gebildet, die die Temperatur der Bremsflüssigkeit wiedergeben. Diese Kenngrö­ ßen werden in dem Druckmodell abgelegt und dienen zur Modi­ kation der im Druckmodell gebildeten Druckaufbau- oder Druckabbaukennlinien über die Modifikation der Pumpenförder­ leistung. Die in dem Druckmodell des Reglers 14 abgelegte Pumpenförderleistung kann in Abhängigkeit von der über den Messdruck ermittelten Temperatur der Bremsflüssigkeit oder von einem Temperatur-Schwellenwert unter Einbeziehung von Korrekturfaktoren modifiziert werden. Fig. 3 zeigt den Zu­ sammenhang der von der Temperatur der Bremsflüssigkeit und damit der Viskosität beeinflussten Pumpenförderleistung.

Fällt die Temperatur der Bremsflüssigkeit unter -10°C, nimmt die Leistung der Pumpe nahezu proportional zur Temperatur ab. Selbstverständlich kann das Verfahren auch bei anderen, z. B. nichtlinearen Abhängigkeiten zwischen Pumpenförderlei­ stung und Temperatur der Bremsflüssigkeit eingesetzt werden.

Der im Druckmodell nachgebildete Raddruck wird an den tat­ sächlich in den Radbremsen eingesteuerten Bremsdruck über beispielsweise die Veränderungen von Ventilschaltsignalen angepasst.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen von Kenngrößen für die Viskosi­ tät und/oder Temperatur einer Bremsflüssigkeit eines Fahrzeugs über einen vorgegebenen zeitlich begrenzten Druckaufbau in mindestens einem definierten Abschnitt eines Bremskreises und Erfassen eines Drucks in dem Ab­ schnitt und/oder einer Zeit, die für den Aufbau des ei­ nen Druckes benötigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit bis zum Beginn des Druckanstiegs ab dem Druck­ aufbau über erfasste Druckwerte und/ oder Schaltsignale, die einen Druckaufbau auslösen, ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der maximale Druck ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Druckverlauf über der Zeit ermit­ telt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Druckverlauf oder eine Druckgröße nach Einschalten einer die Bremsflüssigkeit fördernden Pumpe oder Öffnen eines Ventils ermittelt wird.

6. Verfahren zur Regelung der Fahrstabilität eines Fahr­ zeugs, bei der die im wesentlichen durch die gewünschte Fahrbahn bestimmten Eingangsgrößen (Lenkwinkel Δ, Fahr­ zeug-Referenzgeschwindigkeit V_Ref) aufgrund eines durch Rechengrößen festgelegten Fahrzeugmodells in den Soll- Wert einer Gierwinkelgröße umgerechnet und diese mit dem mittels Sensoren gemessenen Ist-Wert der Gierwinkelgröße verglichen wird, wobei der festgestellte Differenzwert einem Regelgesetz zugeführt wird, in dem eine Drehmo­ mentgröße (M) berechnet wird, welche zur Festlegung von Druckgrößen dient, die über Radbremsen des Fahrzeugs ein Zusatzgiermoment erzeugen, welches die gemessene Gier­ winkelgröße zu der errechneten Gierwinkelgröße hinführt, dadurch gekennzeichnet, dass diese Druckgrößen (Solldruck) mit in einem Druckmodell ermittelten Druck­ größen verglichen werden und diese im Druckmodell ermit­ telten Druckgrössen in Abhängigkeit von den nach einem der Ansprüche 1 bis 5 bestimmten Kenngrößen modifiziert bzw. gewichtet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die modifizierten bzw. gewichteten Druckgrößen in Ven­ tilschaltsignale umgeformt werden und in Abhängigkeit von den Signalen Bremsventile der Radbremsen angesteuert werden.