DE10054744A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (2) in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung (1, 1') beschrieben, worin der zeitliche Gradient (4) der Bremskraftanforderung bestimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Sollbremskraft von einem Anfangswert (5) über einen fest vorgegebenen oder berechneten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die angeforderte Bremskraft herangeführt wird. DOLLAR A Weiterhin wird die Verwendung des Verfahrens in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vor­ gesehenen Sollbremskraftsignals, insbesondere eines elek­ trisch oder hydraulisch übermittelten Signals, in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung, die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Verfah­ rens in einer elektrohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).

In herkömmlichen hydraulischen Kraftfahrzeugbremsanlagen wird die zur Bremsenbetätigung erforderliche Ansteuerung der Radbremsen durch den Bremsenregler über Hydraulikleitungen vorgenommen. Auch in neueren elektrohydraulischen Bremsanla­ gen (EHB) mit einem Druckspeicher zur Aufnahme der zur Be­ tätigung der Bremsen erforderlichen Energie werden die Brem­ senaktuatoren über Hydraulikleitungen betätigt, wobei sich mittels eines Druckspeichers gegenüber herkömmlichen Brems­ systemen in kürzerer Zeit höhere Bremsdrücke und damit kür­ zere Ansprechzeiten der Bremsen realisieren lassen. In zu­ künftigen elektromechanischen Bremssystemen für Serienfahr­ zeuge wird man auf den Einsatz einer Hydraulikflüssigkeit ganz verzichten können, da hier die Ansteuerung der Bremsen­ aktuatoren mittels elektrischen Signalen erfolgt (EMB). Ähn­ lich wie bei elektrohydraulischen Bremssystemen lassen sich auch mittels elektromechanischen Aktuatoren außerordentlich hohe Bremsmomente erzeugen.

Es ist üblich, daß die vorstehend aufgeführten Bremssysteme mit elektronischen Einrichtungen zur Regelung der Bremskraft ausgerüstet werden. Mit Hilfe der elektronischen Einrichtung wird beispielsweise das Blockieren der Räder aufgrund über­ mäßiger Bremsenbetätigung oder rutschigem Untergrund verhin­ dert (ABS). Während der Beschleunigung des Fahrzeugs ist es sinnvoll, wenn durch eine in der Bremsenregelungseinrichtung integrierte Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs (ASR) unerwünschter Radschlupf an den Antriebsrädern unter­ drückt wird.

Zur Unterdrückung eines Radschlupfs während hoher auf die Antriebsräder wirkender Radmomente wird auf an sich bekannte Weise über einen angeschlossenen Fahrzeugdatenbus das elek­ tronische Motormanagement veranlaßt, das Motormoment zu ver­ ringern. In einigen Fällen wird zusätzlich an dem einen übermäßigen Schlupf aufweisenden Rad durch Betätigung des zugeordneten Bremsenaktuators eine Verringerung der Winkel­ geschwindigkeit bewirkt. Hierzu besteht eine Signalverbin­ dung zwischen der Einrichtung zur Antriebsschlupfregelung und der Bremsenregelungseinrichtung.

In bekannten hochintegrierten elektronischen Bremsenrege­ lungseinrichtungen sind die Antiblockierregelung und die An­ triebschlupfregelung in einem gemeinsamen elektronischen Regler untergebracht. An den Regler sind Sensoren zur Be­ stimmung der Raddrehzahl und der Beschleunigung angeschlos­ sen. Wird nun seitens des elektronischen Reglers durch Aus­ wertung der Sensorsignale ein Eingreifen der Antriebs­ schlupfregelung erforderlich, so wird bei Systemen mit Hy­ draulikleitungen ein durch die Antriebsschlupfregelung vor­ gegebener Bremsdruck bei einer Einrichtung zur Bremsensteue­ rung angefordert. Die Bremsensteuerung leitet in Abhängig­ keit vom Bremswunsch ein Soll-Signal zur Betätigung des Bremsenaktuators an die Radbremse weiter.

Wie bereits weiter oben erwähnt, lassen sich bei elektrohy­ draulischen und elektromechanischen Bremsanlagen in kürzerer Zeit hohe Bremsdrücke (z. B. der Anpreßdruck an eine Brems­ scheibe) aufbauen, als bei herkömmlichen hydraulischen Brem­ sanlagen. Es hat sich gezeigt, daß bei einer Bremsung mit einem hohen Druckaufbaugradienten der Antriebsstrang aus Mo­ tor, Antriebswelle, Kupplung, Getriebe, Differential etc. mechanisch übermäßig belastet wird. Ist die durch ein ver­ gleichsweises hohes Bremsmoment hervorgerufene Verzögerung der Radwinkelgeschwindigkeit zu groß, können die Komponenten des Antriebsstrangs sogar beschädigt oder gar zerstört wer­ den.

An dieser Stelle muß deutlich gemacht werden, daß hier nicht der Fall einer gewöhnlichen Bremsung im ausgekuppelten Zu­ stand beschrieben ist, wo im allgemeinen die bei neueren Bremssystemen erzielbaren wesentlich höheren Bremsdruckauf­ baugradienten gerade erwünscht sind, sondern der Fall einer Bremsung während ein oder mehrere Räder mit dem Antriebs­ strang des Fahrzeugs verbunden sind, wie dies zum Beispiel bei einer aktivierten Antriebsschlupfregelung der Fall ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Belastung von Kraftfahrzeugkomponenten durch zu hohen Bremsdruckaufbau verbunden mit einer übermäßigen schlagartigen Verzögerung der Radwinkelgeschwindigkeit zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfah­ ren zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsenaktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (elektrisch oder hydrau­ lisch) in einer Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Abhängigkeit von der Bremskraftanforderung, die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungseinrichtung erzeugt wird, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß der zeitliche Gradient, insbesondere der Anstieg, der Bremskraftanforde­ rung bestimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Sollbremskraft von einem Anfangswert, der je nach Vorzeichen des Gradienten niedriger bzw. höher als die angeforderte Bremskraft ist, über einen fest vorgegebenen oder berechne­ ten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die an­ geforderte Bremskraft herangeführt wird.

Das Sollbremskraftsignal, welches insbesondere durch eine Bremsensteuerungseinrichtung weiterverarbeitet wird, kann beispielsweise über eine hydraulische Leitung mittels eines Fluids (Bremsflüssigkeit)oder über eine elektrische Leitung an den Bremsenaktuator (Hydraulikzylinder bzw. Elektromotor) geleitet werden. Die Steuerung des Aktuators kann weiterhin elektrisch über eine Leitung, aber auch über einen beliebig gestalteten Datenbus erfolgen (z. B. über Lichtleiter).

Die Bremskraftanforderung kann vom Fahrer, welcher hierzu das Bremspedal betätigt, von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs (ASR), einer Antiblockierregelung (ABS) oder einer Fahrdynamikregelung (Gierratenregelung, ESP) stammen. Bevorzugt stammt das Signal von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs.

Das Heranführen der Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft kann im wesentlichen kontinuierlich oder, bei ei­ nem digitalen Regler stufenweise, durchgeführt werden. Be­ vorzugt wird gemäß der Erfindung die Sollbremskraft stufen­ weise herangeführt.

Das Verfahren läßt sich zwar im Prinzip auch während einer sogenannten Normalbremsung ohne zugeschalteten Antrieb durchführen, allerdings ist es zweckmäßig, das Verfahren nur dann durchzuführen, wenn das abzubremsende Rad mit dem An­ triebsstrang verbunden ist.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über­ prüft, ob der Antriebsstrang mit dem Rad, für das die Brems­ kraftanforderung vorliegt, mit dem Antriebsstrang verknüpft ist. Insbesondere wird überprüft, ob eine Antriebsschlupfre­ gelung aktiviert ist.

Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs umfaßt beispielsweise einen Motor, Antriebswellen, ein Getriebe, eine Kupplung und ein Differential an der angetriebenen Achse. Bei einem All- radfahrzeug ist zusätzlich in der Regel eine zusätzliches Differential an der weiteren Antriebsachse und eine Mitten­ kupplung oder ein Mittendifferential vorhanden.

Bei herkömmlichen mechanischen Bremsen, wie Scheibenbremsen oder Trommelbremsen, muß der Bremsbacken zunächst an die Scheibe oder Trommel herangeführt werden, bevor die Wirkung der Bremse beginnt. Dieses sogenannte Lüftspiel sollte in möglichst kurzer Zeit überwunden werden, um ein schnelles Ansprechverhalten der Bremse zu erhalten.

Bevorzugt wird nach dem Verfahren der Erfindung während des Heranführens der Sollbremskraft an die angeforderte Brems­ kraft bei einem positiven Gradienten nach Überwindung eines Lüftspiels des Aktuators ein bei der Erhöhung der Sollbrems­ kraft für die Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs höchst­ zulässiger Schwellenwert für den Gradient nicht überschrit­ ten, wenn ein Antriebsmoment auf das abzubremsende Rad wirkt.

Während der Überwindung des Lüftspiels wird der Schwellen­ wert vorzugsweise für den Gradienten höher gewählt, als der höchstzulässige Gradient für die höchstzulässige mechanische Belastung der Antriebskomponente. Auf diese Weise läßt sich die Sollbremskraft mit einem hohen Gradienten für die Soll­ bremskraft zu Beginn der Bremskraftanforderung innerhalb kurzer Zeit auf einen vorgegebenen Mindestwert anheben. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer erheblich beschleu­ nigten Überwindung des Lüftspiels, was mit einem früheren Ansprechen der Bremse und damit mit einem verkürzten An­ sprechverhalten der Regelung übergeordneten Regelung (z. B. Antriebsschlupfregelung) verbunden ist.

Der Anstieg der Sollbremskraft kann gegenüber der angefor­ derten Bremskraft zweckmäßigerweise vermindert werden, indem

• - bei einer hydraulischen Bremsanlage mit hydraulischen Schaltventilen das oder die Ventile zum Erhöhen des Bremsdrucks für eine begrenzte Zeitdauer geöffnet werden,
• - bei ganz oder teilweise hydraulischen Bremsen mit analogen Regelventilen, das oder die Ventile teilweise geöffnet werden und
• - in elektromechanischen Bremsen eine elektrische Ansteue­ rung des oder der elektromechanischen Aktuatoren mit gerin­ gerer elektrischer Leistung erfolgt.

Im letztgenannten Fall kann dies besonders zweckmäßig durch eine Verringerung der elektrischen Ansteuerleistung des Elektromotors, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation, bewerkstelligt werden.

Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer elektrohydraulischen Brem­ sanlage (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Betä­ tigung von Bremsen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Vorrichtung das vorstehend beschriebene Verfahren mittels einer oder mehreren elektronischen Recheneinheiten, insbesondere in einem elektronischen Bremsenregler, durchge­ führt wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Figurenbeschreibung.

Nachfolgend wird das Verfahren an Hand eines Ausführungsbei­ spiels und einer Figur näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1a ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf der Brems­ kraftanforderung und

Fig. 1b ein Diagramm mit dem zeitlich zugeordneten weiter­ geleiteten Sollbremskraftsignal.

Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel bezieht sich auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer elek­ trohydraulischen Bremsanlage (EHB) oder elektromechanischen Bremsanlage (EMB).

In Fig. 1a ist die Bremskraftanforderung 1, 1' BA in Abhän­ gigkeit von der Zeit t aufgetragen. Im an Hand der durchge­ zogenen Kurve 1 dargestellten Beispiel leitet eine Antriebs­ schlupfregelung einen Bremswunsch zur Aktivierung einer Rad­ bremse an eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens. Die Kurven für die übrigen Räder sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Vor dem Zeitpunkt t₀ wird kein Bremsmoment angefordert (Nullbremsmoment). Zum Zeitpunkt t₀ erzeugt die Antriebsschlupfregelung ein Signal 1, welches einem vorgegebenen Maximalwert von 100% ent­ spricht. Bei einer digitalen Regelungseinrichtung wird hier­ zu eine Variable oder ein Register auf einen Maximalwert ge­ setzt. Das Signal steigt somit sprunghaft an und bleibt im dargestellten Beispiel für den im Diagramm dargestellten Zeitraum des Bremseneingriffs konstant. Während der Funktion einer Antriebsschlupfregelung wird jedoch in der Regel das angeforderte Bremsmoment in Abhängigkeit von der Regelung auch sprunghaft andere Werte annehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist so ausgelegt, daß auch Werteänderungen der Bremsmomentanforderung von einem Wert größer Null auf einen neuen kleineren oder größeren Wert als der vorherige Wert sinngemäß mit einem verringerten Gradienten an die Aktuato­ ren weitergeleitet werden.

Ein Beispiel für einen nicht wie im vorangegangenen Absatz beschriebenen treppenförmigen Verlauf eines von der An­ triebsschlupfregelung vorgegebenen Bremskraftanforderungs­ signals mit einem weniger hohen Gradienten 4 unmittelbar nach dem Zeitpunkt t₀ ist in Fig. 1a mit 1' bezeichnet. Das Signal 1' liegt vor, wenn die Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs keine abrupte Änderung der für die Daten­ übertragung verwendeten Speicherzelle vornimmt, sondern die­ se bereits quasikontinuierlich in kleinen Schritten bei di­ gitaler Arbeitsweise oder analog auf den gewünschten Endwert erhöht.

In Fig. 1b ist der Verlauf der an die Aktuatoren weiterge­ leiten Sollbremskraft 2, M in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Der dargestellte Signalverlauf 2 gibt die an den Aktuator weitergeleitete Sollbremskraft bei einer Brems­ kraftanforderung gemäß Kurve 1 in Fig. 1 wieder. Zum Zeit­ punkt t₀ weist das der entsprechenden Bremskraftanforderung zugeordnete Ausgangssignal einen Wert auf, der einem festge­ legtem Anfangswert 5 der verschwindend gering ist (Null), entspricht. Zur Überwindung des Lüftspiels wird die Soll­ bremskraft zunächst in kurzer Zeit auf einen Wert 7 angeho­ ben, der etwa 1 bis etwa 15% der Bremskraftanforderung ent­ spricht. Der Wert 7 wird in Abhängigkeit vom Lüftspiel fest­ gelegt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun der Gradient 3 für die Sollbremskraft kontrolliert.

Im zeitlichen Bereich A ist der Gradient nach Überwindung des Lüftspiels zunächst vergleichsweise gering.

In einem zweiten, auf den Bereich A folgenden Zeitbereich B ist der Gradient größer als im ersten Bereich A.

In einem dritten, auf den zweiten Zeitbereich folgenden Zeitbereich C wird der Gradient wieder verringert, so daß ein stetiger Übergang in den Wert der Bremskraftanforderung von 100% (durchgezogene Kurve 1 in Fig. 1) gewährleistet ist. Zum Zeitpunkt T hat der Wert der Sollbremskraft den Wert der Bremskraftanforderung nahezu erreicht.

Die Erhöhung der Sollbremskraft läßt sich bevorzugt mittels eines rekursiven Verfahrens, insbesondere in einer bereits vorhandenen Programmschleife des Reglers, durchführen. Zu­ nächst wird ein aktueller Wert für die angeforderte Brems­ kraft mit einem aktuellen Wert für die Sollbremskraft ver­ glichen. In Abhängigkeit von der Abweichung wird dann der aktuelle Gradient für den Anstieg der Sollbremskraft festge­ legt. Dies kann vorzugsweise mittels gespeicherter tabel­ lierter Wertebereiche erfolgen.

Zweckmäßigerweise kann dann das zeitliche Heranführen des Wertes für die Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft nach Maßgabe eines durch gespeicherte Stützstellen definier­ ten Polygonzuges durchgeführt werden.

Ein Beispiel für eine geeignete Tabelle zum Heranführen der Sollbremskraft an die angeforderte Bremskraft zeigt Tabelle 1. In der Tabelle befindet sich in der ersten Zeile ein Be­ reich für die Abweichung von Sollbremskraft und Brems­ kraftanforderung, die sich nach der Formel

berechnen läßt.

Tabelle 1

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung des zur Betätigung eines Bremsen­ aktuators vorgesehenen Sollbremskraftsignals (2) in ei­ ner Bremsenbetätigungsanlage für Kraftfahrzeuge in Ab­ hängigkeit von der Bremskraftanforderung (1, 1'), die durch den Fahrer oder durch eine Bremsenregelungsein­ richtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Gradient (4) der Bremskraftanforderung be­ stimmt wird und die an den Aktuator übermittelte Soll­ bremskraft von einem Anfangswert (5), der je nach Vor­ zeichen des Gradienten niedriger bzw. höher als die an­ geforderte Bremskraft (6) ist, über einen fest vorgege­ benen oder berechneten Mindestzeitraum T im wesentlichen vollständig an die angeforderte Bremskraft herangeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Heranführens der Sollbremskraft bei einem positiven Gradienten nach Überwindung eines Lüftspiels des Aktuators ein bei der Erhöhung der Sollbremskraft für die Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs höchstzu­ lässiger Schwellenwert für den Gradient (3) nicht über­ schritten wird, wenn ein Antriebsmoment auf das abzu­ bremsende Rad wirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Überwindung des Lüftspiels der Schwellenwert für den Gradienten höher ist, als der höchstzulässige Gradient für die höchstzulässige mechanische Belastung der Antriebskomponente.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfangswert (5) für die Sollbremskraft ein zu einem früheren Zeitpunkt vorgege­ bener Wert für die Sollbremskraft ist und das Verfahren nach Anspruch 1 vorzugsweise ausschließlich bei einem positiven Gradienten durchgeführt wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gradient des Anstiegs der Sollbremskraft - ggf. nach Überwindung eines Lüft­ spiels - in einem ersten Zeitbereich (A) zunächst ver­ gleichsweise gering ist, in einem zweiten darauffolgen­ den Zeitbereich (B) der Gradient größer ist, als im er­ sten Zeitbereich (A), und in einem dritten auf den zwei­ ten Zeitbereich folgenden Zeitbereich (C) kleiner ist, als im zweiten Zeitbereich (B).

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zeitliche Heranführen nach Maßgabe eines durch gespeicherte Stützstellen defi­ nierten Polygonzuges durchgeführt wird.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Heranführen an die ange­ forderte Bremskraft in diskreten Schritten erfolgt.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die angeforderte Bremskraft von einer Einrichtung zur Regelung des Antriebsschlupfs vorgegeben wird.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein aktueller Wert für die angeforderte Bremskraft mit einem aktuellen Wert für die Sollbremskraft verglichen wird und in Abhängigkeit von der Abweichung der aktuelle Gradient für den Anstieg der Sollbremskraft festgelegt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbremskraft gegenüber der angeforderten Bremskraft vermindert wird, indem bei einer hydraulischen Bremsanlage mit hydraulischen Schaltventilen das oder die Ventile zum Erhöhen des Bremsdrucks für eine begrenzte Zeitdauer geöffnet wer­ den, bei ganz oder teilweise hydraulischen Bremsen mit analogen Regelventilen, die Ventile teilweise geöffnet werden und in elektromechanischen Bremsen eine elektri­ sche Ansteuerung der elektromechanischen Aktuatoren mit geringerer elektrischer Leistung erfolgt.

11. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 8 in einer elektrohydraulischen Bremsanla­ ge (EHB) oder einer elektromechanischen Bremsanlage (EMB).

12. Vorrichtung zur Betätigung von Bremsen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Vorrichtung ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 mittels einer oder mehreren elektro­ nischen Recheneinheiten durchgeführt wird.