DE10127481A1

DE10127481A1 - Verfahren zur Ermittlung oder Abschätzung des Reibungskoeffizienten zwischen den Reibbelägen einer Kraftfahrzeugbremse

Info

Publication number: DE10127481A1
Application number: DE10127481A
Authority: DE
Inventors: Ivica Batistic; Holger Schmidt; Bernd Pithan
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-01-31

Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung oder Abschätzung des Reibungskoeffizienten zwischen den Reibbelägen einer Kraftfahrzeugbremse, d. h. einer Scheibenbremse oder Trommelbremse, das insbesondere für Kraftfahrzeuge mit geregelten Bremsanlagen (ABS, ASR, ESP etc.) entwickelt wurde, werden während eines Betriebs des Fahrzeugs der aktuelle, momentan vorhandene Reibungskoeffizient radindividuell und/oder achsindividuell unter Einbeziehung zumindest der Kenndaten der Radbremse, der aktuellen Fahrdaten und der Bremsenbetätigungsdaten festgestellt. Der momentane, aktualisierte Reibungskoeffizient wird dann bei der Regelung und Steuerung des Radbremsdruckes in die Berechnungen einbezogen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung und/oder Abschätzung des Reibungskoeffizienten zwischen den Reibbelägen einer Kraftfahrzeugbremse, d. h. einer Scheiben bremse, Trommelbremse oder dergleichen, für Kraftfahrzeuge mit geregelten Bremsanlagen, wie Blockierschutzregelungssy stemen (ABS), Antriebsschlupfregelungen (ASR), Fahrstabili tätsregelungen (ESP) etc.

Es ist bekannt, den Bremsbelagreibungskoeffizienten bei der Auslegung der Bremsensysteme als festen Wert oder als Funk tion des Bremsdruckes, der Radlast usw. vorzugeben. Andere Einflüsse, wie thermische Belastung, Alterung, Abnutzung, Verschmutzung der Beläge etc. bleiben jedoch außer acht oder werden höchstens als Mittelwerte oder Extremwerte bei der Auslegung der Bremse berücksichtigt, obwohl durch solche Einflüsse eine erhebliche Änderung des Bremsbelagskoeffizi enten und damit des Bremsdruckes zum Erreichen einer vorge gebenen Abbremsung verbunden sein können.

Der Erfindung liegt daher die allgemeine Aufgabe zugrunde, die unvermeidbaren Änderungen des Reibungskoeffizienten der Beläge einer Kraftfahrzeugbremse zu erfassen und die Auswir kungen solcher Änderungen auf das Bremsgeschehen noch stär ker zu berücksichtigen.

Es hat sich herausgestellt, dass diese Aufgabe durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst werden kann, dessen Besonderheit darin besteht, dass während eines Betriebs des Fahrzeugs der aktuelle, momentan vorhandene Reibungskoeffi zient radindividuell und/oder achsindividuell unter Einbe ziehung zumindest der Kenndaten der Radbremse, der aktuellen Fahrdaten und der Bremsenbetätigungsdaten festgestellt, d. h. näherungsweise errechnet oder abgeschätzt wird und dass dann der momentane Reibungskoeffizient bei der Regelung und Steuerung des Radbremsdruckes berücksichtigt wird.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei Kenntnis des Reibungskoeffizienten, wobei an eine radindividuelle oder zumindest achsindividuelle Kenntnis des Koeffizienten gedacht ist, das Regelverhalten von geregelten Bremsensyste men erheblich verbessert werden kann, weil der Reibungskoef fizient und dessen Änderungen auf die Bremswirkung in Abhän gigkeit vom Bremsdruck entscheidenden Einfluss besitzen.

Für verschiedene Funktionen der geregelten Bremsanlagen (ABS-, ASR-, ESP-, ICC-, Hillholder-Funktion etc.) wird aus der Betätigung der Bremsdruckregelventile (Dauer und Häufig keit der Ventilbetätigungen) und aus anderen Einflussgrößen ein Druckmodell gebildet, das anstelle von Druckmessungen zur Dimensionierung der einzelnen Regelvorgänge, insbesonde re zur Festlegung der Ventilansteuerzeiten, herangezogen wird. Die Änderungen des Reibungskoeffizienten infolge von thermischen Einflüssen, Alterung, Abnutzung, Verschmutzung, Toleranzen etc., mussten bisher außer acht bleiben.

Erfindungsgemäß wird nun der aktuelle, momentan vorhandene Reibungskoeffizient erfasst und in das aktuelle Bremsenge schehen einbezogen. Der hierfür erforderliche Mehraufwand ist gering oder sogar verschwindend gering, wenn es sich um Bremsanlagen handelt, die ohnehin mit einem Sensor zur Er mittlung des Bremsdruckes im Hauptzylinder ausgerüstet sind. Dies gilt beispielsweise für heutige Fahrstabilitätsrege lungssysteme (ESP), aber auch für andere geregelte Bremsan lagen.

Eingangs- oder Einflussgrößen zur Errechnung des aktuellen Reibungskoeffizienten sind der Druck im Hauptzylinder der hydraulischen Bremsanlage, die aus den gemessenen Radge schwindigkeiten errechnete Fahrzeugverzögerung (diese Infor mationen liegen bei jeder geregelten Bremsanlage vor) und im Falle einer achsweisen Unterscheidung der Reibungskoeffizi enten, die errechneten oder anhand von Druckmodellen be stimmten Blockierdrücke der Räder. Die Verzögerung des Fahr zeugs muss außerdem durch Berücksichtigung von Steigungs- und Gefälleeinflüssen kompensiert bzw. korrigiert werden; eine entsprechende Kompensationsgröße lässt sich aus den Eingangs- und Regelungsgrößen der vorgenannten geregelten Bremsanlagen ableiten. Bei heutigen Regelungssystemen steht die entsprechende Größe mit hinreichender Genauigkeit im Sy stem zur Verfügung.

Der Reibungskoeffizient zwischen den Reibbelägen einer Scheibenbremse wird nach folgender Formel ermittelt:

mit:
G = Radlast [kg]
a = Beschleunigung [m/s²]
r_dyn = dynamischer Reifenhalbmesser [mm]
r_w = Reibringhalbmesser [mm]
A_RZ = Kolbenfläche Radzylinder [cm²]
p_THZ = Hauptzylinderdruck [bar]

Die Verzögerung muss kompensiert werden durch:

a_{Verzög.komp.} = a_{Verzög.gerechnet} ± a_{Steigung/Gefälle} [m/s²]

Nach einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der aktuelle, momentan vorhandene Reibungskoeffizient während des Betriebs des Fahrzeugs ständig oder zu vorgege benen Zeitpunkten ermittelt und gespeichert. Der gespeicher te, aktualisierte Wert wird dann zur Steuerung des Bremsdruckes während eines Regelungsvorganges den Berechnun gen zugrunde gelegt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ver fahrens besteht darin, dass der Reibungskoeffizient der bei den Räder einer Achse, insbesondere der Vorderachse, ermit telt oder aktualisiert wird, sobald an diesen Rädern der Blockierdruck oder das Blockierdruckniveau erreicht wird. Das Einsetzen der Blockierschutzregelung (ABS-Funktion) lässt sich ebenfalls als Kriterium für die Ermittlung des Reibungskoeffizienten in dieser Situation auswerten.

Der Reibungskoeffizient der Hinterräder wird zweckmäßiger weise erst dann ermittelt oder aktualisiert, wenn an beiden Vorderrädern und an einem Hinterrad das Blockierdruckniveau erreicht wird. Normalerweise sind Regelungen so ausgelegt, dass zunächst die Vorderachse, erst dann die Hinterachse in die Regelung gelangt.

Die achsweise Ermittlung des Reibungskoeffizienten setzt voraus, dass annähernd homogene Straßenverhältnisse vorlie gen (kein "µ-split") und dass das Fahrzeug geradeaus fährt. Bei Kurvenfahrten müssten die unterschiedliche Belastungen der beiden Räder einer Achse in den Berechnungen berücksich tigt werden.

Der Verzögerungswert wird bei den Berechnungen, wie zuvor erläutert, durch eine Größe, die von der momentanen Steigung oder dem Gefälle abhängt, korrigiert.

Wird an zwei Rädern einer Achse der Blockierdruck während eines Bremsvorganges erreicht, lässt sich der Reibungskoef fizient der Achse ermitteln. Wird der Blockierdruck an bei den Vorderrädern und an einem Hinterrad erreicht oder über schritten, lassen sich die aktuellen Reibungskoeffizienten an den Vorderrädern und an den Hinterrädern hinreichend ge nau ermitteln. Bei dieser Betrachtung wird davon ausgegan gen, dass homogene Fahrbahnverhältnisse gegeben sind und dass das Fahrzeug geradeaus fährt; bei einer Kurvenfahrt, bei Schlechtweg-Verhältnissen, "µ-split" etc. wird auf die vorher gespeicherten Reibwertkoeffizienten zurückgegriffen und keine Aktualisierung vorgenommen. Außerdem ist es mög lich, bis zur erneuten Berechnung des aktuellen Reibungs koeffizienten solange zu warten, bis das Fahrzeug eine Min destverzögerung erreicht hat.

Sollte der Blockierdruck nur an einer Achse berechnet wer den, lässt sich durch Subtraktion des Wertes für die Verzö gerung für beide Achsen mit dem Wert der bekannten Achse der Reibungsbeiwert der unbekannten Achse hinreichend genau er mitteln.

Die Kompensation des aktiv einzusteuernden Bremsdruckes ei ner Radbremse ergibt sich dann wie folgt:

mit
M_BRSoll = durch das Steuergerät ermitteltes Sollbremsmoment
r_dyn = dynamischer Reifenhalbmesser [Konstante]

Der kompensierte Bremsdruck ergibt sich dann aus:

mit A_RZ = Radzylinderfläche [mm²]

Für ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Bremsensystem ausgewählt, das die folgenden Sy stemvoraussetzungen erfüllte:

1. Die Bremsanlage enthielt eine Bremsdruckregelungs- und Steuerungshydraulik, mit der radselektiv und radindividu ell Bremsdruck in den Radbremsen eingesteuert und modu liert werden konnte.
2. Die Anlage enthielt einen Regelcomputer, mit dem die von radindividuellen Raddrehzahlsensoren gelieferten Informa tionen zur Steuerung von Bremsdruckregelventilen (elektrisch betätigten Hydraulikventilen) ausgewertet wurden. Es handelte sich um eine ESP-Anlage.
3. Die Bremsanlage enthielt einen Drucksensor, mit dem der Hydraulikdruck im Hauptzylinder gemessen werden konnte.

Durch die ständige, zumindest bei jedem Blockierschutzregel vorgang durchgeführte Aktualisierung des Reibungskoeffizien ten zwischen den Reibbelägen und durch die Einbeziehung die ser Werte in die Datenverarbeitung im Regelcomputer konnte die Effizienz der Bremsanlage erheblich verbessert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Belag- Reibungskoeffizienten kann auch zum Signalisieren besonderer Gefahrquellen ausgewertet werden, die darin bestehen, dass z. B. nach dem Wechsel der Bremsbeläge zunächst eine Einfahr zeit erforderlich ist, bis der Belag-Reibungskoeffizient seinen Soll-Wert erreicht. Es ist zweckmäßig, den Fahrer über das im Fahrzeug normalerweise vorhandene Diagnosesystem und Warnsystem auf diesen Zustand und diese Gefahr hinzuwei sen.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung und/oder Abschätzung des Rei bungskoeffizienten zwischen den Reibbelägen einer Kraft fahrzeugbremse, d. h.. einer Scheibenbremse, Trommelbremse oder dergl., für Kraftfahrzeuge mit geregelten Bremsan lagen, wie ABS, ASR, ESP etc., dadurch gekennzeichnet, dass während eines Betriebs des Fahrzeugs der aktuelle, momentan vorhandene Reibungskoeffizient radindividuell und/oder achsindividuell unter Einbeziehung zumindest der Kenndaten der Radbremse, der aktuellen Fahrdaten und der Bremsenbetätigungsdaten festgestellt, d. h. nähe rungsweise errechnet oder abgeschätzt wird und dass der momentane Reibungskoeffizient bei der Regelung und Steuerung des Radbremsdruckes berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Fahrzeugs der aktuelle, momen tan vorhandene Reibungskoeffizient ständig oder zu vor gegebenen Zeitpunkten ermittelt, gespeichert und der weiteren Berechnung bzw. der Steuerung des Radbremsdruc kes zugrunde gelegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass der Reibungskoeffizient der beiden Räder einer Achse, insbesondere der Vorderachse, ermittelt oder ak tualisiert und der weiteren Bremsdrucksteuerung zugrunde gelegt wird, sobald während eines Bremsvorgangs an die sen Rädern der Blockierdruck oder das Blockierdruckni veau erreicht wird oder eine Blockierschutzregelung ein setzt.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient der Hinterräder erst dann ermittelt oder aktualisiert wird, wenn an beiden Vorderrädern und an einem Hinterrad der Blockierdruck oder das Blockierdruckniveau erreicht wird oder eine Blockierschutzregelung einsetzt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, dass der Reibungskoeffizient nur dann ermittelt oder aktualisiert wird, wenn beim Erreichen des Bloc kierdruckniveaus zumindest annähernd homogene Straßen verhältnisse vorliegen und das Fahrzeug zumindest nahezu geradeaus fährt.