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Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelungsverfahren für eine elektronisch geregelte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, gemäß den Oberbegriffsmerkmalen des Anspruchs 1.
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Ein derartiges Verfahren, bei dem eine elektronisch geregelte Bremsanlage für Kraftfahrzeuge, wobei zur elektrisch geregelten Ansteuerung von hydraulischen Ventilen die Regelung in Abhängigkeit von dem Reibwert und/oder in Abhängigkeit von einer Reibwertänderung zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn erfolgt, ist aus dem Bremsen – Handbuch: Elektronische Brems-Systeme, Autohaus Verlag, 1995, Seite 67 ff. bekannt. Zur Abschätzung des Reibwertes wird vorgeschlagen, die Zeitdauer von Druckabbaupulsen, die die Räder benötigen bis sie eine Blockiertendenz überwinden und wieder beschleunigen, heranzuziehen. Alternativ wird vorgeschlagen, die Höhe der Radverzögerung zu Beginn einer Druckabbauphase oder die Höhe der Radwiederbeschleunigung als Folge einer bestimmten Druckverringerung heranzuziehen.
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Die bekannten Verfahren für die Reibwertabschätzung leiden an dem Nachteil, daß ein ABS-Regeleingriff erforderlich ist, um Aussagen über den Reibwert treffen zu können. Ohne ABS-Regeleingriff kann keine Reibwertabschätzung erfolgen. Darüber hinaus liegen die Reibwertinformationen zeitlich nach dem ABS-Regeleingriff, also zeitverzögert vor.
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Aus der
DE 39 23 599 C2 ist zudem ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Bestimmung der Bremskraft wenigstens eines Rades bekannt, bei dem ausgehend von Meßgrößen Radgeschwindigkeit sowie Bremsdruck mit Hilfe eines Parameterschätzverfahrens ein Kraftschlußbeiwert μ ermittelt wird.
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Aus der
DE 35 35 843 A1 und der
DE 197 43 383 A1 sind ebenfalls Verfahren zur Bestimmung eines Kraftschlußbeiwerts aus dem Bremsdruck und der Radgeschwindigkeit bekannt.
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Aus der
DE 41 34 831 C2 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Reibbeiwertinformation unter Berücksichtigung eines ermittelten Antriebsdrehmoments bekannt.
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Aus der
DE 35 34 022 A1 geht ein Verfahren hervor, bei dem bei einer normalen Bremsung ein Reibungskoeffizient aus dem Vergleich von Drehgeschwindigkeiten unterschiedlich gebremster Räder ermittelt wird.
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Es ist denkbar, zur Schätzung des herrschenden Reibwertes die aus dem sogenannten Kammschen Reibungskreis bekannten Zusammenhänge auszunutzen, wonach sich die auf die Fahrbahn übertragbare Kraft mittels vektorieller Addition von Längs- und Querrichtungsanteilen ermitteln läßt. Weil dieses Gesetz auch auf Beschleunigungen oder Verzögerungen übertragbar ist, kann ein aktueller Reibwert permanent sowie zeitnah unter Verwendung von Informationen aus Längs- und Querbeschleunigungssensoren wie folgt abgeschätzt werden:
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Der kalkulierte Reibwert stellt einen, für alle Räder geltenden Schätzwert dar, weil eine radindividuelle Bestimmung ausscheidet. Nachteilig ist die begrenzte Einsatzmöglichkeit dieser Methode, weil nicht alle Fahrzeugkonfigurationen – im wesentlichen aus Kostengründen – mit den genannten Beschleunigungssensoren ausgestattet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, welches eine zeitnahe sowie radindividuelle Berücksichtigung des Reibwertes oder von Reibwertänderungen erlaubt. Das Verfahren soll insbesondere kostengünstig bei elektrohydraulischen Bremsanlagen (EHB) implementierbar sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Radbremsdruckinformationen und Radgeschwindigkeitsinformationen wenigstens eines Fahrzeugrades werden erfaßt und ausgewertet, und die Radbremsdruckinformationen und die Radgeschwindigkeitsinformationen werden zur Ermittlung und Auswertung des Reibwertes zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn herangezogen. Erfindungsgemäß ist ein Bremsvorgang sowie eine zugehörige Radbremsdruckinformation und eine Radgeschwindigkeitsinformation erforderlich, um eine Reibwertabschätzung zu erhalten, ohne daß ein ABS-Regeleingriff abgewartet werden muß. Die Erfindung erlaubt eine radindividuelle und zeitnahe Auswertung.
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Im Kern beruht die Erfindung darauf, aus den Längskräften zwischen Reifen und Fahrbahn während einer Phase mit Bremsdruckaufbau (Bremsung innerhalb oder außerhalb eines ABS-Regeleingriffes, Bremsbetätigung innerhalb eines ESP-Eingriffes oder innerhalb eines Antischlupf-Regel-Eingriffes) Rückschlüsse auf den Reibwert zwischen Fahrbahn und Reifen zu ziehen. Ferner ist eine, an den ermittelten Reibwert angepaßte, mit anderen Worten adaptive Regelstrategie in Abhängigkeit von dem Reibwert vorgesehen. In Abhängigkeit von der Auswertung kann der Reibwert auch zeitnah in die Regelung einfließen, bevor ein ABS-Regeleingriff erfolgt. Die Erfindung ist insbesondere geeignet für elektrohydraulische Bremsanlagen (EHB), weil diese infolge einer fahrerunabhängigen Bremsdruckerzeugung unter Ausnutzung der Reibwertinformation eine Reduktion der erforderlichen Bremswege erlaubt, indem die Bremsleistung der Bremsanlage an die Bremskapazität der einzelnen Fahrzeugräder angepaßt wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird unter Verwendung der Radbremsdruckinformationen und unter Verwendung der Radgeschwindigkeitsinformationen eine Längskraft errechnet, welche zur Ermittlung des Reibwertes mit einer Radaufstandskraft in ein Verhältnis gesetzt wird. Weil die Radaufstandskraft bei ruhendem Fahrzeug gewissermaßen statisch ermittelbar ist, und als weitgehend konstant betrachtet werden kann, erfolgt die Reibwertabschätzung schnell und einfach. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Reibwertabschätzung ist eine Ermittlung der Radaufstandskräfte mit Hilfe gesonderter Sensoren grundsätzlich denkbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Radbeschleunigungssensoren umgangen werden, indem aus einer sensorisch erfaßten Raddrehgeschwindigkeit eine Radbeschleunigung ermittelt wird, welche zur Reibwertermittlung herangezogen wird.
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Erfindungsgemäß wird die Reibwertermittlung bei jeder Bremsbetätigung vorgenommen, so daß bei jeder Bremsung anhand des Regelverfahrens eine Berücksichtigung des aktuellen Reibwertes erfolgen kann.
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Die Reibwertermittlung kann während der Bremsbetätigung ständig oder getaktet erfolgen. Eine ständige Ermittlung ist mit dem Vorteil verknüpft, daß die Regelung sehr zeitnah an Reibwertänderungen anpaßbar ist. Eine getaktete Reibwertermittlung läßt sich einfach, ohne großen Aufwand, in die Loop-Architektur des Regelverfahrens implementieren.
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Eine Anpassung der Regelung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der ermittelt Reibwert mit einem voreinstellbaren Schwellwert oder mit einem oder mehreren zuvor (in zurückliegenden Loops) ermittelte Reibwerten verglichen wird, und daß die elektrisch geregelte Ansteuerung der hydraulischen Ventile in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis erfolgt.
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Ein besonders verbessertes Fahrverhalten für den Fall einer plötzlich detektierten Reibpaarung mit niedrigem Reibwert wird erzielt, wenn Druckabbauventile bei Erkennung eines Reibwertes unterhalb des Schwellwertes mit verstärkt öffnenden Ventilansteuerungssignalen versorgt werden.
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Sofern ein Reibwertsprung ausgehend von einem Niedrigreibwert zu einem Hochreibwert detektiert wird, kann eine den Bremsdruckaufbau beschleunigende Ventilansteuerung erfolgen.
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Wenn eine erste Reibwertabschätzung unter Verwendung von Beschleunigungssensorsignalen – beispielsweise unabhängig von Bremsvorgängen – erfolgt, kann nach einem Bremsvorgang eine Korrektur des Ergebnis anhand einer zweiten Reibwertermittlung unter Verwendung der Radgeschwindigkeitsinformationen und unter Verwendung der Radbremsdruckinformationen erfolgen.
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Es ist vorteilhaft, den Bremsdruck in den Radbremsen mit Drucksensoren zu messen oder aus einem vorgegebenen Radbremsdruckmodell herzuleiten.
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Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird das Antriebsmoment angetriebener Räder bei der Längskrafterrechnung berücksichtigt.
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Die Erfindung wird anhand einer Beschreibung eines Ausführungsbeispieles sowie anhand der stark schematisierten Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen verdeutlicht
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1 den Aufbau einer elektrohydraulisch regelbaren Bremsanlage (EHB), und
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2 eine Skizze mit Kräften und Drehmomenten an einem Fahrzeugrad.
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Die Erfindung ist insbesondere geeignet für ein elektronisch regelbares Bremsbetätigungssystem vom Typ Brake-by-wire (EHB) mit einem mittels eines Betätigungspedals 1 betätigbaren, zweikreisigen Hauptzylinder bzw. Tandemhauptzylinder 2, der mit einem Simulator 3 zusammenwirkt sowie zwei voneinander getrennte Druckräume aufweist, die mit einem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung stehen. An einen ersten Druckraum sind mittels einer absperrbaren ersten hydraulischen Leitung 5, in die ein Drucksensor S1 eingefügt ist, beispielsweise der Vorderachse zugeordnete Radbremsen 6, 7 angeschlossen. Wie zu ersehen ist, sind die Radbremsen der Vorderachse und die Radbremsen der Hinterachse in der gezeichneten Rückfallebene in jeweils einem separaten Bremskreis gebündelt betätigbar. Das Absperren der Leitung 5 erfolgt für einen elektrohydraulischen Normalbremsvorgang mittels eines ersten Trennventils 8, während in einem zwischen den Radbremsen 6, 7 geschalteten Leitungsabschnitt 9 ein elektromagnetisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (S0) Druckausgleichsventil 10 eingefügt ist, das im geschlossenen Zustand eine radindividuelle Bremsdruckregelung ermöglicht.
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Der zweite Druckraum des Hauptbremszylinders 2 ist über eine mittels eines zweiten Trennventils 11 absperrbare zweite hydraulische Leitung 12 mit einem, der Hinterachse zugeordneten Radbremsenpaar 13, 14 verbindbar. In einem zwischen den Radbremsen 13, 14 geschalteten Leitungsabschnitt 15 ist ein elektromagnetisch betätigbares, vorzugsweise stromlos offenes (S0) Druckausgleichsventil 16 eingefügt. Der Kreisaufbau und die Funktion des Hinterachsbremskreis ist identisch dem des in der vorstehenden Beschreibung erläuterten Vorderachskreis.
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Wie der 1 zu entnehmen ist, ist ein als Druckquelle 20 dienendes Motor-Pumpen-Aggregat mit einem Hochdruckspeicher 21 vorgesehen, das seinerseits aus einer mittels eines Elektromotors 22 angetriebenen Pumpe 23 mit vorzugsweise mehreren, parallel geschalteten, Fördervorrichtungen sowie einem der Pumpe 23 parallel geschalteten Druckbegrenzungsventil 24 besteht. Die Saugseite der Pumpe 23 ist über ein Rückschlagventil an den erwähnten Druckmittelvorratsbehälter 4 angeschlossen. Der von der Pumpe 23 aufgebrachte hydraulische Druck kann von einem Drucksensor S2 überwacht werden.
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Eine dritte hydraulische Leitung 25 verbindet den Hochdruckspeicher 21 mit Eingangsanschlüssen von zwei elektromagnetisch analog ansteuerbaren, stromlos geschlossenen 2/2-Wegeventilen 17, 18, die als Einlaßventile den Radbremsen 6 und 7 vorgeschaltet sind. Außerdem sind die Radbremsen 6, 7 über je ein elektromagnetisch analog ansteuerbares, stromlos geschlossenes 2/2-Wegeventil bzw. Druckabbauventil 26, 27 an eine vierte hydraulische Leitung 28 angeschlossen, die andererseits mit dem drucklosen Druckmittelvorratsbehälter 4 in Verbindung steht. Der in den Radbremsen 6, 7 herrschende hydraulische Druck wird mit Hilfe je eines Drucksensors 29, 30 ermittelt. Die Ventilvorrichtungen in dem Bremskreis betreffend die Hinterachsbremsen 13, 14 sind entsprechend angeordnet.
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Der gemeinsamen Ansteuerung des Motor-Pumpen-Aggregats
20 sowie der Elektromagnetventile
8,
10,
11,
16,
17,
18,
19,
26,
27 dient eine elektronische Steuereinheit
31 (ECU), der als Eingangssignale die Ausgangssignale eines mit dem Betätigungspedal
1 zusammenwirkenden Betätigungswegsensors
32 sowie des erwähnten Drucksensors S
1 zugeführt werden und die eine Fahrerverzögerungswunscherkennung ermöglichen. Zur Fahrerverzögerungswunscherkennung können jedoch auch andere Mittel, beispielsweise ein die Betätigungskraft am Betätigungspedal
1 sensierender Kraftsensor verwendet werden. Als weitere Eingangsgrößen werden der elektronischen Steuereinheit
31 die Ausgangssignale der Drucksensoren
29,
30 sowie die Ausgangssignale von lediglich schematisch angedeuteten Radsensoren
33,
34 zugeführt. Auf Basis dieser Informationen kann in der ECU ein Fehlerzustand des Bremsbetätigungssystems erkannt werden. Die Fehlerzustände und die Methodik zur Erkennung derselben können vielfältigster Natur sein. Beispielhaft wird an dieser Stelle auf den Offenbarungsgehalt der
DE 100 60 225 A1 hingewiesen.
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Gemäß 1 befinden sich alle elektromagnetisch betätigbaren Ventile in einer stromlosen Rückfallebene. Das Regelungsverfahren besteht nun darin, daß zur Verbesserung des Bremsregelungsverhaltens die Längskraft zwischen einem oder mehreren Fahrzeugreifen und der Fahrbahn während einer Bremsung auf Basis des Radbremsdruckes in einer oder in mehreren Radbremsen 6, 7, 13, 14 und der jeweiligen Raddrehgeschwindigkeit bestimmt wird. Es wird ein Schätzwert für den momentanen lokal vorliegenden Reibwert ermittelt und zur Anpassung der Bremsdruckregelung ausgewertet. Die Reibwertabschätzung kann für eine radindividuelle Regelungsanpassung für alle Fahrzeugräder individuell erfolgen.
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Ganz grundsätzlich ist die Längskraft zwischen einem Reifen und der Fahrbahn ein Maß für den Reibwert; in der Nähe des Blockierdruckniveaus ist die Längskraft ein genauer Wert für den Reibwert, bei geringerer Bremskraft ein Schätzwert. Bei sensorischer Erfassung von Radbremsdruck und Raddrehgeschwindigkeit kann eine Aussage über den Reibwert getroffen und damit die Bremsdruckregelung den Gegebenheiten angepaßt werden. Die Bremsung des Rades mit entsprechend beeinflußter oder angepaßter Regelstrategie kann sowohl während einer Normalbremsung als auch während einer ABS-Regelung, eines ESP-Eingriffs oder eines BASR-Eingriffs erfolgen.
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Die Bestimmung des Bremsmomentes beruht auf folgender Formel: MBrems = pBrems·A·C*·r = pBrems·A·2μB·r (1)
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Daraus folgt für die Kraft in Längsrichtung bei Vernachlässigung des Antriebsmomentes und der dynamischen Achslastverlagerung:
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Mit:
- Ma:
- Antriebsmoment am angetriebenen Rad
- pbrems:
- Bremsdruck Radbremse
- rdyn:
- dynamischer Reifenhalbmesser (Abrollumfang/2π)
- Θ:
- Trägheitsmoment der sich mit Raddrehzahl drehenden Teile
- ω .:
- Radbeschleunigung
- μ:
- Reibwert Fahrzeugrad/Fahrbahn
- μB:
- Reibwert Bremsbelag/Scheibe
- A:
- Reibfläche Bremsbelag/Scheibe
- C*:
- Bremsenkennwert
- r:
- Abstand Kraftangriffspunkt/Radnabe
- Fy:
- Radaufstandskraft
- Fx:
- Längskraft
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Die berechnete Längskraft Fx ist ein Maß für den Reibwert μ zwischen Reifen und Fahrbahn, das diese beiden Größen über die weitgehend konstante Radaufstandskraft Fy miteinander verknüpft sind.
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Die Reibwertermittlung geschieht grundsätzlich wie folgt. Mit den Drucksensoren 29, 30 wird der individuelle Radbremsdruck gemessen. Wenn die Drucksensoren 29, 30 eingespart werden sollen, kann der Bremsdruck in Abhängigkeit von einem Signal eines Betätigungswegsensors 32 nach einem vorgegebenen Radbremsdruckmodell bestimmt werden. Mit Hilfe von Radsensoren 33, 34 wird die Raddrehgeschwindigkeit ermittelt und sodann in der Steuereinheit 31 die zeitliche Ableitung (Radbeschleunigung ω . ) gebildet. Weil alle übrigen Werte der Gleichungen (1) und (2) bekannt sind, wird Fx ermittelt. Ausgehend von den als konstant angenommenen Radaufstandkräften Fy bei ruhendem Fahrzeug kann der Reibwert μ zwischen Fahrzeugrad und Fahrbahn ermittelt und ausgewertet werden. Bei Bedarf ist eine Erfassung der tatsächlichen Radaufstandskräfte Fy mit entsprechender Sensorik möglich.
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Der ermittelt Reibwert wird im Rahmen der Auswertung mit einem voreinstellbaren Schwellwert (beispielsweise 0,2) verglichen. Wenn der Reibwert unterhalb des Schwellwertes liegt, und eine ABS-Regelung gegeben ist, wird entschieden, daß eine den Bremsdruckabbau beschleunigende Ansteuerung des zu dem jeweiligen Rad gehörigen Druckabbauventils 26 oder 27 vorgenommen wird. Mit anderen Worten wird bei Erkennung eines sehr glatten Untergrundes wie beispielsweise Eis in einem ABS-Regelfall ein beschleunigter Druckabbau vorgenommen. Zu diesem Zweck kann das betreffende Druckabbauventil 26, 27 mit verstärkt öffnenden Ventilansteuerungssignalen versorgt werden, so daß es beispielsweise einen vergrößerten Öffnungsquerschnitt freigibt, oder es erfolgt eine verlängerte Ventilöffnungsdauer, wobei das Ventil 26, 27 im Vergleich mit einem herkömmlichen Ventilöffnungspuls für einen längeren Zeltraum in einem Öffnungszustand für den Druckabbau verharrt. Bei einem Reibwertsprung von einer Reibpaarung mit niedrigem Reibwert zu einer Reibpaarung mit hohem Reibwert wird eine den Bremsdruckaufbau beschleunigende Ventilansteuerung vorgenommen.
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Bei permanenter oder getakteter Reibwertermittlung während einer Bremsung, kann ein Reibwertsprung einfach durch Vergleich des aktuellen Reibwertes mit einem oder mehreren vorangegangenen Reibwerten erkannt werden. Nach erfolgter Erkennung wird eine entsprechend geänderte Regelung eingesteuert.
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Wenn die Reibwertermittlung unter Verwendung von Beschleunigungssensorsignalen erfolgt, kann eine derart erfolgte erste Reibwertabschätzung anhand einer zweiten Reibwertermittlung unter Verwendung von Radgeschwindigkeitssignalen und unter Verwendung von Radbremsdrucksignalen plausibilisiert werden. Außerhalb des Bremsbetriebs erfolgt die Reibwertermittlung ausschließlich auf Basis der Beschleunigungssensorsignale. Bei einer Bremsung erfolgt eine Korrektur der Werte nach dem beschriebenen Verfahren. Dies hat für ESP-Regeleingriffe Vorteile, da die ESP-Regelschwellen und/oder die Regelstrategie dem vorliegenden Reibbeiwert schneller angepaßt werden kann.
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Ebenso ist es möglich bei Antriebsschlupfregelungen mit Bremseneingriff (BASR) die Regelschwellen und/oder die Regelstrategie (Unterscheidung Eis, Schnee oder Hochreibwert) durch die Reib(bei)wertschätzung mittels der Längskraft anzupassen.
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Wenn es gewünscht ist, kann zusätzlich ein Antriebsmoment eines angetriebenen Rades bei der Ermittlung der Längskraft berücksichtigt werden. Das Motorantriebsmoment steht zu diesem Zweck in einer elektronischen Motorsteuerung zur Verfügung, wird der Steuereinheit 31 zugeleitet und geht im Rahmen der durchgeführten Datenverarbeitung in die Berechnungen gemäß Formel 2 ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betätigungspedal
- 2
- Tandemhauptzylinder
- 3
- Simulator
- 4
- Druckmittelvorratsbehälter
- 5
- Leitung
- 6
- Radbremse
- 7
- Radbremse
- 8
- Trennventil
- 9
- Leitungsabschnitt
- 10
- Druckausgleichsventil
- 11
- Trennventil
- 12
- Leitung
- 13
- Radbremse
- 14
- Radbremse
- 15
- Leitungsabschnitt
- 16
- Druckausgleichsventil
- 17
- 2/2 Wegeventil
- 18
- 2/2 Wegeventil
- 19
- 2/2 Wegeventil
- 20
- Druckquelle
- 21
- Hochdruckspeicher
- 22
- Elektromotor
- 23
- Pumpe
- 24
- Druckbegrenzungsventil
- 25
- Leitung
- 26
- Druckabbauventil
- 27
- Druckabbauventil
- 28
- Leitung
- 29
- Drucksensor
- 30
- Drucksensor
- 31
- Steuereinheit
- 32
- Betätigungswegsensor
- 33
- Radsensor
- 34
- Radsensor
- S1
- Drucksensor
- S2
- Drucksensor
