DE10157449B4

DE10157449B4 - Betrieb eines Fahrzeugbremssystems in Abhängigkeit von Bremsflächentemperaturen

Info

Publication number: DE10157449B4
Application number: DE2001157449
Authority: DE
Inventors: Ralf Kinder
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2001-11-23
Filing date: 2001-11-23
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2021-11-24
Also published as: DE10157449A1

Abstract

Verfahren für eine Fahrzeugbremse, bei der die Temperatur einer Bremsfläche in Abhängigkeit einer Verzögerung oder einer Beschleunigung bei aktivierter Betriebsbremse bestimmt wird, und die Höhe von Bremskräften auf die Bremsfläche aufgrund einer Aktivierung der Feststell- oder Parkbremse in Abhängigkeit der Temperaturänderung der Bremsfläche gesteuert wird, mit folgenden Schritten:
– Erzeugen von Bremskräften an der Bremsfläche, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten,
– Bestimmen der Temperatur der Bremsfläche im Stillstand des Fahrzeuges,
– Bestimmen der Bremskräfte an der Bremsfläche,
– Ermitteln einer Temperaturänderung der Bremsfläche, und
– Erhöhen der Bremskräfte an der Bremsfläche, wenn die Bremskräfte aufgrund der Temperaturänderung der Bremsfläche nicht ausreichen, das Fahrzeug im Stillstand zu halten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Fahrzeugbremse bei der die Temperatur einer Bremsfläche in Abhängigkeit einer Verzögerung oder einer Beschleunigung bei aktivierter Betriebsbremse bestimmt wird.

Stand der Technik

Zur Bestimmung einer Temperatur einer Bremsscheibe eines Kraftfahrzeuges ist es aus der DE 38 13 514 A1 bekannt, einen auf Temperaturänderungen ansprechenden Geber zu verwenden, der in der Nähe der Bremsscheibe angeordnet ist, um deren Wärmestrahlung zu erfassen. Dies erfordert es, dass an jeder zu überwachenden Bremsscheibe eine entsprechender, temperaturempfindlicher Geber anzuordnen ist. Da die Geber von den Bremsscheiben beabstandet angeordnet sind, kann es zu einer fehlerhaften Temperaturbestimmung kommen, beispielsweise aufgrund von Spritzwasser von der Fahrbahn oder von einer Verunreinigung des Sensors oder von durch den Geber erfasster Wärmestrahlung, die von anderen Komponenten des Fahrzeugs abgestrahlt wird.

Aus der DE 10012448 A1 ist ein Verfahren zur Bremskraftverteilung bei Fahrzeugen mit zwei bremsbaren Achsen bekannt. Dabei wird die Bremskraft bzw. der Bremsdruck elektronisch geregelt. Die Bremskraftregelung dient dazu, rad- oder achsindividuell eine Bremskraft an den Radbremsen des Fahrzeugs einzustellen, die geeignet ist, in der aktuellen Fahrsituation ein bestimmtes Fahrzeugverhalten zu realisieren. Zu den Regelungssystemen gehören das Antiblockiersystems (ABS), die elektronische Bremskraftverteilung (EBV) zwischen Vorder- und Hinterachse, die integraler Bestandteil eines ABS sein kann, die Antriebsschlupfregelungssystem (ASR) und die Fahrdynamikregelung (ESP). Als Radbremsen kommen vorwiegend Reibungsbremsen zum Einsatz, bei denen Bewegungsenergie des Fahrzeugs durch Reibung in Wärme umgewandelt wird. Dieses Dokument beschreibt ein Verfahren, das zum Ziel hat, eine Bremskraftverteilung bereitzustellen, mit dem ein Überhitzen der Radbremsen infolge eines relativ langen Bremsvorgangs vermieden werden kann. Dazu soll während eines Bremsvorgangs, bei dem Bremskräfte an der Bremsfläche erzeugt werden, eine Überhitzung, eine Überhitzungsgefahr der Radbremsen anhand bestimmter Kriterien oder Hinweise ermittelt werden und bei einer erkannten Überhitzung, Überhitzungsgefahr bzw. Situation mit einer Überhitzung oder Überhitzungsgefahr die Radbremsen an einer vorderen Achse und an einer hinteren Achse abwechselnd mit Bremskraft beaufschlagt werden, mit dem Ziel der Abkühlung der aktuell nicht mit Bremskraft beaufschlagten Radbremsen einer Achse. Diese Bremskraftregelung erfolgt nach Maßgabe der Temperatur an den Radbremsen, indem die Temperatur der Bremsfläche ermittelt wird. Weiterhin werden die Bremskräfte an der Bremsfläche bestimmt. Dabei entspricht die Summe der insgesamt an den gebremsten Achsen aufgebrachten Bremskraft dem Fahrerwunsch, insbesondere einer Verzögerung des Fahrzeugs oder dem Halten der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Dieses Verfahren ist auch bei Bremssystemen mit Fremdenergienutzung einsetzbar, bei denen die Bremskraftquelle bzw. Bremsdruckquelle elektrisch ansteuerbar ist. Ein automatischer Bremseneingriff oder eine automatische Bremsensteuerung kann dabei durch eine entsprechende Regelsoftware der Steuereinheit des Bremssystems erfolgen.

Die DE 199 43 352 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines an einem Fahrzeug vorgesehenen Bremselements, bei denen die momentane kinetische Energie des Fahrzeuges berechnet und mit einem vorherigen Wert für die kinetische Fahrzeugenergie verglichen wird. Bei einer Abnahme der kinetischen Energie des Fahrzeuges wird aus dieser Abnahme die den Bremselementen zugeführte Wärmeenergie und daraus die Tempe raturen der Bremselemente berechnet. Zur Bestimmung der kinetischen Energie des Fahrzeuges wird die Masse des Fahrzeuges einschließlich der Zuladungen und die momentane Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet. Um äußere Einflüsse, wie z. B. die Neigung der Fahrbahn, die Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche bzw. die daraus resultierende Reibung der Fahrzeugräder auf der Fahrbahnoberfläche, den Beladungszustand des Fahrzeuges, den durch beispielsweise eine Dachlast veränderten Luftwiederstandsbeiwert des Fahrzeuges und dergleichen, bei der Berechnung der Temperaturen der Bremselemente zu berücksichtigen, werden jeweils entsprechende Größen, beispielsweise mittels zusätzlicher Sensoren, ermittelt und bei der Berechnung der Temperaturen der Bremselemente verwendet.

Aus der DE 43 16 993 A1 ist es bekannt, die Temperatur von Bremsscheiben einer Fahrzeugbremsanlage indirekt, d. h. ohne zu Hilfenahme entsprechender Sensoren zu ermitteln. Hierfür werden während eines Bremsvorganges Größen erfasst, die die Energiebilanz des Kraftfahrzeuges charakterisieren, wie z. B. das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung, Radumfangsgeschwindigkeiten und -beschleunigungen und die Fahrbahnneigung. Aus diesen Größen werden die von jedem Bremsbelag jeweils zu verrichtende Reibungsarbeit und Reibungsleistung berechnet. Die Temperatur der Bremsscheiben wird dann jeweils aus der entsprechenden berechneten Reibungsarbeit und Reibungsleistung, der aktiven Bremsscheibenmasse sowie der spezifischen Wärmekapazität des Bremsscheibenmaterials ermittelt. Die ermittelte Bremsscheibentemperatur wird verwendet, um Informationen über den Belastungszustand der Bremsanlage und darüber zu erhalten, ob eine bestimmte Bremsfolge, d. h. eine zeitliche Folge von Bremskräften an den Bremsscheiben geeignet ist, die Bremsscheibentemperatur in einem gewünschten Bereich zu halten. Angaben, wie solche Informationen weiter verwendet werden, sind in diesem Dokument nicht zu finden.

Gemäß der DE 44 18 768 A1 wird die Temperatur einer Bremsfläche eines Kraftfahrzeugrades indirekt aus der Raddrehzahl und Bremsenzustandsdaten berechnet. Die Bremsflächentemperatur wird im Fahrbetrieb zyklisch neu bestimmt, wobei in jedem Zyklus die ak tuelle Bremsflächentemperatur um einen ersten Wert bis minimal auf eine vorgegebene Minimaltemperatur verringert wird. Ferner ist es vorgesehen, bei einer Aktivierung der Radbremse die aktuelle Bremsflächentemperatur in jedem Zyklus jeweils um einen zweiten Wert zu erhöhen, der in Abhängigkeit von Daten aus erfassten Raddrehzahlen bzw. aus daraus ableitbaren Größen ermittelt wird. Die aus den Daten für erfasste Raddrehzahlen ableitbaren Größen umfassen die Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Fahrzeugverzögerung aufgrund der Bremswirkung. Zur Ermittlung des zweiten Werts, der zur Erhöhung der aktuellen Bremsflächentemperatur verwendet wird, wird die in thermische Energie umgesetzte und als solche der Radbremse zugeführte Verzögerungsenergie berechnet, die proportional zum Produkt aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und -verzögerung ist. Um Beschädigungen der Bremsflächen zu vermeiden, werden Regeleingriffe der Steuerung der Bremsanlage (z. B. ABS, elektronisches Traktionssystem) in Abhängigkeit der Bremsflächentemperaturen selbstständig unterbrochen, abgeschaltet oder bis auf weiteres unterbunden, um eine übermäßige Erwärmung der Bremsflächen zu vermeiden. Das kann z. B. dazu führen, dass in einer Situation, die der Fahrzeugführer nicht mehr allein beherrschen kann und Unterstützung durch einen geregelten Betrieb der Bremsanlage erforderlich wäre, diese wegen zu hoher Bremsflächentemperaturen nicht bereitgestellt wird. Dabei kann es zu einer Beschädigung des Fahrzeuges kommen, die schwerwiegender als eine mögliche Beschädigung von Bremsflächen aufgrund einer Überhitzung ist.

Aus der DE 40 20 693 A1 ist es bekannt, Temperaturänderungen von Bremsen für kleine vorgegebene Zeitabstände aus der Summe des Quadrats der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Quadrats der Fahrzeugverzögerung jeweils mit einer fahrzeugspezifischen Konstanten multipliziert zu berechnen. Führt eine Temperaturerhöhung zu einem Überschreiten eines Grenzwertes für die Bremsentemperaturen wird eine Warnlampe eingeschaltet. Ferner kann das Motordrehmoment reduziert werden, um eine Geschwindigkeit zu erreichen, bei der ein Anhalten ohne Bremsen oder ein Abbremsen ohne Bremsüberhitzung möglich ist. Diese automatische Geschwindigkeitsverringerung kann z. B. bei Autobahnfahrten zu gefährlichen Fahrsituationen führen. Alternativ ist es vorgesehen, bei zu ho hen Bremsentemperaturen die Antischlupfregelung des Fahrzeuges abzuschalten. Dies hat den Nachteil, dass zwar eine Beschädigung der Bremsen aufgrund zu hoher Temperaturen vermieden werden kann, aber in Kauf genommen wird, dass schwerwiegendere Beschädigungen des Fahrzeugs aufgrund ausgeschalteter Antischlupfregelung auftreten können.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Betrieb einer Fahrzeugbreme so zu verbessern, dass gewünschte Fahr- und Betriebszustande in Abhängigkeit von Temperaturen von Bremsflächen beibehalten oder erreicht werden. Ferner sollen thermische Beschädigungen der Bremsflächen vermieden werden, wobei in unerwünschten, insbesondere kritischen Fahrsituationen erforderliche Bremskräfte weiterhin bereitgestellt werden sollen.

Zusammenfassung der Erfindung

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 bereit.

Umfasst das Fahrzeugbremssystem eine Feststellbremse oder eine Parkbremse, ist die Kenntnis der Bremsflächentemperaturen von hoher Bedeutung, da sich beim Stillstand des Fahrzeugs die Bremsflächen abkühlen und aufgrund der daraus resultierenden "Verkleinerung" der Bremsflächen (auch als sog. "Belagschrumpfen" bezeichnet) die Zuspannkraft reduziert. Um zu gewährleisten, dass nach einem Abkühlen der Bremsflächen das Fahrzeugbremssystem ausreichende Bremskräfte zur Verfügung stellt, die ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindern, kann in Abhängigkeit der beim Erreichen des Stillstandzustands des Fahrzeugs ermittelten Bremsflächentemperaturen in Verbindung mit Informationen, die das Abkühlen der Bremsflächen charakterisieren und/oder einer der oben genannten Temperaturbestimmung für ein nicht beschleunigtes oder nicht verzögertes Fahrzeug die aktuelle Bremsflächentemperatur bzw. deren Verlauf bestimmt werden. In Abhängigkeit der jeweiligen so bestimmten aktuellen Bremsflächentemperaturen kann dann das Fahrzeugbremssystem so gesteuert werden, dass die an den Bremsflächen wirkenden Kräfte erhöht werden, um deren Abkühleffekt zu kompensieren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung von Bremsflächentemperaturen die Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung verwendet, um die aktuelle kinetische Energie des Fahrzeugs zu ermitteln. Die aktuelle kinetische Energie des Fahrzeugs wird dann verwendet, um die Temperatur der Bremsflächen zu bestimmen. Hierfür kann beispielsweise die aktuelle kinetische Energie des Fahrzeugs mit einer kinetischen Energie des Fahrzeugs vor bzw. bei einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems und/oder einer zuvor bestimmten aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs verglichen werden. Die so ermittelte Änderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs gibt an, wie viel thermische Energie (maximal) der Bremsflächen zugeführt worden ist.

Vorzugsweise wird zur Berechnung der momentanen kinetischen Energie des Fahrzeugs die kinetische Energie in Abhängigkeit der Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung und der Dauer bestimmt, für die das Fahrzeugbremssystem aktiviert ist.

Bei einer Temperaturbestimmung auf der Grundlage von einzelnen Rädern des Fahrzeugs auftretenden Verzögerungen und Beschleunigungen können für die Räder, an denen Bremskräfte erzeugt werden, jeweils die aktuelle kinetische Energie ermittelt werden. Hierfür kann beispielsweise die jeweilige Winkelbeschleunigung der Räder verwendet werden.

Um die den Bremsflächen, an denen Bremskräfte wirken, zugeführte thermische Energie und daraus deren Temperatur zu ermitteln, wird basierend auf der jeweiligen aktuellen kinetischen Energie des entsprechenden Rades eine Änderung der kinetischen Radenergie ermittelt. Hierfür kann die aktuelle kinetische Radenergie mit einer zuvor bestimmten aktuellen kinetischen Energie des jeweiligen Rades verglichen werden. Alternativ ist es möglich für diesen Vergleich die kinetische Energie eines Rades zu verwenden, die sich aus der entsprechenden Winkelgeschwindigkeit ergibt, die das Rad aufweist, bevor oder wenn an diesem Bremskräfte erzeugt werden.

Wie oben ausgeführt, gibt die aktuelle kinetische Energie bzw. eine Änderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs an, welche Energie den Bremsflächen (maximal) zugeführt werden kann. Darauf basierend kann die den Bremsflächen zugeführte thermische Energie abgeschätzt, bestimmt oder exakt berechnet werden. Hierbei ist es vorgesehen, nicht nur die thermische Energie zur Temperaturbestimmung zugrunde zu legen, die bei einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems und aufgrund der daraus resultierenden Bremskräfte den Bremsflächen zugeführt wird, sondern auch thermische Energie, die unabhängig von einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems zu einer Bremsflächentemperaturerhöhung führen kann. Hierzu zählen z. B. Wärmestrahlung des Fahrzeugmotors oder anderer Fahrzeugkomponenten, beispielsweise Elektromotoren für das Fahrzeugbremssystem, Abgaswärme und die Umgebungstemperatur, insbesondere die in der Nähe der Bremsflächen wirkende Umgebungstemperatur.

Des Weiteren kann bei der Bremsflächentemperaturbestimmung thermische Energie berücksichtigt werden, die vor, während und/oder nach einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems von den Bremsflächen abgegeben wird. Eine solche Abfuhr thermischer Energie kann beispielsweise aufgrund von Abkühlvorgängen der Bremsflächen und der diese umgebenden Umgebung, durch Kühlung aufgrund des Fahrtwindes, durch eine aktive Kühlung, beispielsweise in Form eines Gebläses, und dergleichen auftreten.

Kurzbeschreibung der Figur
Bei der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen, in der:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Temperaturbestimmung ist.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen am Beispiel eines Kraftfahrzeuges (Auto) mit einer elektronischen Steuereinheit ECU und einem elektronisch und durch einen Fahrzeugführer steuerbaren Fahrzeugbremssystem BS erläutert. Ferner werden Temperaturbestimmungen für eine Bremsfläche BD einer Radbremse (nicht bezeichnet) des Fahrzeugbremssystems BS beschrieben, wobei es vorgesehen ist, Bremsflächentemperaturbestimmungen auf diese Weise für mehrere oder alle Bremsflächen BD des Fahrzeugs durchzuführen.
Zur Durchführung von Temperaturbestimmungen einzelner oder mehrerer Bremsflächen BD ist eine Einrichtung TEMP vorhanden, die eingerichtet und programmiert ist, einzelne, mehrere oder alle im Folgenden beschriebenen zur Bremsflächentemperaturbestimmung durchzuführen. Des Weiteren ist eine Speichereinrichtung MEM vorgesehen, die der Temperaturbestimmungseinrichtung TEMP zugeordnet ist und, beispielsweise wie im Folgenden erläutert, Kennfelder speichert. Wie durch die gestrichelten Linien in 1 angedeutet, kann die Speichereinrichtung MEM auch dem Fahrzeugbremssystem BS und/oder der Fahrzeugsteuereinheit ECU zugeordnet sein. Auch wenn die Komponenten ECU, BS, TEMP und MEM in 1 separat dargestellt sind, ist es vorgesehen, dass einzelne, mehrere oder alle Komponenten baueinheitlich integriert sind (in Folgendem werden übersichtshalber die Bezugszeichen der bis hierher genannten Komponenten weggelassen).
Grundsätzlich wird beim Verzögern oder Beschleunigen des Fahrzeugs ein konstanter Anteil der Änderung dessen kinetischer Energie den Bremsen und insbesondere den Bremsflächen des Fahrzeugbremssystems zugeführt, wenn dieses beim Verzögern oder Beschleunigen aktiviert ist. Somit lässt sich die einer Bremsfläche zugeführte thermische Energie W_therm,b in Abhängigkeit einer Änderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs ΔW_kin,v wie folgt darstellen: Wtherm,d = ΔWkin,v·k,wobei k ein fahrzeugspezifischer und insbesondere ein für das Fahrzeugbremssystem spezifischer Faktor ist, der zwischen Null und Eins liegt und den als thermische Energie zugeführten Energieanteil charakterisiert.
Zur Berechnung der Änderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs wird als Ausgangswert die kinetische Energie zugrunde gelegt, die sich aus der Masse der Fahrzeugs und der Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt, mit der sich das Fahrzeug zu Beginn der Verzögerung oder der Beschleunigung bewegt. Im Fall einer Verzögerung des Fahrzeuges, d. h. beim Beginn eines Bremsvorgangs, wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt ermittelt, der im Wesentlichen mit der Aktivierung des Fahrzeugbremssystems zusammenfällt. Im Gegensatz dazu ist es im Fall einer Fahrzeugbeschleunigung möglich, dass der Zeitpunkt, an dem die Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird, vor oder nach einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems liegt, wenn das Fahrzeugbremssystem beim Beschleunigen schon bzw. noch aktiviert ist bzw. erst während des Beschleunigungsvorgangs aktiviert wird.
Die als Ausgangswert zugrunde gelegte kinetische Energie W_kin,start des Fahrzeugs mit einer Masse m und der, wie oben beschrieben ermittelten, zu Beginn des Bremsvorganges vorliegenden Geschwindigkeit V_start kann wie folgt berechnet werden: Wkin,start = 0,5·m·v2 start
Zur Berechnung der kinetischen Energie des Fahrzeugs am Ende des Messzeitraums, der im Allgemeinen mit der Beendigung der Aktivierung des Fahrzeugbremssystems endet oder, wenn für eine Aktivierung des Fahrzeugbremssystems mehrer Messzeiträume verwendet werden, in dem Zeitraum liegt, in dem das Fahrzeugbremssystem aktiviert ist, wird die Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung für den Messzeitraum und die Dauer desselben ermittelt. Die am Ende des Messzeitraums vorliegende kinetische Energie W_kin,b des Fahrzeugs kann dann wie folgt berechnet werden: Wkin,b = 0,5·a2 b·t2 b,wobei a_b die Verzögerung oder Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und t_b die Dauer des Messzeitraums charakterisieren.
Aus diesen Werten für die kinetische Energie des Fahrzeugs kann die Änderung der kinetischen Energie und daraus die der Bremsfläche zugeführte thermische Energie W_therm,b berechnet werden: Wtherm,b = 0,5·k·m·(V2 start + a2 b·t2 b), wobei ein negativer Wert für a_b eine Fahrzeugverzögerung und ein positiver Wert für a_b eine Fahrzeugbeschleunigung angeben.
Zur Ermittlung der Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung a_b kann auf Einrichtungen (z. B. Verzögerungssensoren) des Fahrzeugbremssystems und/oder auf Daten der Fahrzeugsteuerung, die beispielsweise die Drehzahlen der Räder angeben, zurückgegriffen werden.
Da die Bremsfläche beim Betrieb des Fahrzeugs nicht nur thermische Energie aufgrund einer Aktivierung des Fahrzeugbremssystems erhält, sondern auch durch andere thermische Quellen erwärmt und aufgrund des Fahrzeugbetriebs und/oder aktiver Kühlvorrichtungen gekühlt wird, werden entsprechende Korrekturgrößen verwendet, die für eine genauere Bestimmung der Bremsflächentemperatur sorgen. Die aufgrund des Fahrzeugbetriebs erzeugte Abkühlenergie W_therm,c, die in erster Linie eine Kühlung aufgrund des durch die Fahrzeuggeschwindigkeit entstehenden Fahrtwindes darstellt, ist eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit. Da Fahrzeuge üblicherweise nicht mit Sensoren ausgestattet sind, die die kühlende Wirkung des Fahrtwindes erfassen, werden, wenn nicht entsprechende zusätzliche Sensoren vorgesehen sind, von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Kennfelder verwendet werden, die unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten entsprechende für die Bremsfläche wirksame Abkühlenergien W_therm,c zuordnen. Diese Kennfelder sind der Fahrzeugsteuerung und/oder dem Fahrzeugbremssystem zugeordnet oder in einer Speichereinrichtung derselben gespeichert (siehe 1: MEM). Zur Berechnung der aktuellen Abkühlenergie W_therm,c wird für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ein entsprechender Wert aus den Kennfeldern ausgelesen. Hierbei können auch Interpolationverfahren verwendet werden, wenn für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kein entsprechender Wert zur Verfügung steht.
Befindet sich das Fahrzeug im Stillstand (Fahrzeuggeschwindigkeit = 0) kann die Abkühlenergie W_therm,c in Abhängigkeit einer Funktion ermittelt werden, die den Ankühlverlauf für das Fahrzeugbremssystem und insbesondere für die Bremsfläche im Stillstand, d. h. im Wesentlichen ohne weitere Faktoren, die für eine Abkühlung sorgen, charakterisiert. Hierbei kann berücksichtigt werden, ob das Fahrzeugbremssystem beim Stillstand des Fahrzeugs vollständig, teilweise oder überhaupt nicht aktiviert ist, d. h. ob an der Bremsfläche Kräfte wirken oder nicht. Dies ist beispielsweise zu berücksichtigen, wenn das Fahrzeugbremssystem als Feststellbremse oder Parkbremse arbeitet, bei denen das Fahrzeug im Stillstand gehalten wird, indem auf die Bremsflächen wirkende Kräfte erzeugt werden. Im einfachsten Fall wird eine lineare Funktion verwendet, die die Abgabe thermischer Energie von der Bremsfläche in Abhängigkeit der Zeit angibt.
In Abhängigkeit des Abbaus des Fahrzeugs und des Fahrzeugbremssystems insbesondere der Radbremsen bzw. der Anordnung der Bremsflächen können sich die Bremsflächen aufgrund thermischer Energie erwärmen, die von anderen Wärmequellen stammt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Bremsfläche in der Nähe des Fahrzeugmotors oder anderer Wärmeabstrahlender Komponenten, wie z. B. der Abgasanlage des Fahrzeugs, angeordnet ist und/oder das Fahrzeugbremssystem Aktuatoren, Elektromotoren und dergleichen umfasst, die sich in der Nähe der Bremsfläche befinden.
Somit kann die thermische Energie W_therm,b der Bremsfläche wie folgt berechnet werden: Wtherm,b = 0,5·k·m(V2 start + a2 b·t2 b) – Wtherm,c + Wtherm,h.
Aus der thermischen Energie W_therm,b, die der Bremsfläche wirksam zugeführt ist, wird dann unter Berücksichtigung thermischer Charakteristika der Bremsfläche deren Temperatur ermittelt.
Bewegt sich in das Fahrzeug mit einer konstanten Geschwindigkeit und ist dabei das Fahrzeugbremssystem nicht aktiviert, werden bei der Berechnung der Bremsflächentemperatur (en) beweglich die thermischen Energien W_therm,c und W_therm,h berücksichtigt.
Ferner gibt es Betriebszustände, in denen das Fahrzeug keine Geschwindigkeitsänderung erfährt, d. h. sich im Stillstand befindet oder mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegt wird, und dabei das Fahrzeugbremssystem wenigstens kurzfristig für eine, mehrere oder alle Räder aktiviert ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn sich das Fahrzeug auf einer geneigten Fahrbahn befindet oder bewegt und der Stillstandszustand oder eine gewünschte konstante Geschwindigkeit beibehalten wird, indem das Fahrzeugbremssystem durch Betätigung seitens eines Fahrzeugführers und/oder gesteuert Bremskräfte erzeugt. Weitere Beispiele hierfür sind Fahrzustände des Fahrzeugs, in denen das Fahrzeugbremssystem durch eine eigene Steuerung und/oder durch die Fahrzeugsteuerung gesteuert so aktiviert wird, dass Funktionen eines Antiblockiersystems, einer Traktionskontrolle, eines elektronischen Stabilitätsprogrammes, einer Antischlupfregelung und dergleichen bereitgestellt werden.
Da jede Aktivierung des Fahrzeugbremssystems zu einer Änderung der Temperaturen der Bremsflächen führt, können für eine genauere Bestimmung der Bremsflächentemperaturen auch solche Fahrzustände berücksichtigt werden. Der zugrunde liegende Ansatz, zur Bremsflächentemperaturbestimmung für das Fahrzeug wirksame Verzögerungen und Beschleunigungen zu verwenden, findet auch hier Anwendung. Die eingangs verwendeten Verzögerungs- und beschleunigungsvorgänge führen zu einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. sie stellen Fahrzeugverzögerungen und -beschleunigungen dar. Hier werden nun Verzögerungen und Beschleunigungen zugrunde gelegt, die nicht die Fahrzeuggeschwindigkeit betreffen, sondern Verzögerungen und Beschleunigungen die an den einzelnen Rädern wirken.
Hierfür werden beispielsweise unter Verwendung der Fahrzeugsteuerung an den Rädern, an denen das Fahrzeugbremssystem Bremskräfte erzeugt, Verzögerungen oder Beschleunigungen sowie die Zeit ermittelt, während der Bremskräfte wirken. Daraus kann die Änderung der kinetischen Energie eines Rades, an dem Bremskräfte wirken, und basierend darauf die dem Rad zugeführte thermische Energie ermittelt werden. Um die Änderung der kinetischen Energie eines Rades zu bestimmen, kann, vergleichbar zu den bisherigen Ausführungen, als Ausgangswert die kinetische Energie des Rades, die sich aus der Winkelgeschwindigkeit des Rades ergibt, und/oder eine zuvor ermittelte kinetische Energie zugrunde ge legt werden, die sich aus der jeweiligen Verzögerung bzw. Beschleunigung ergibt.
Ferner ist es hier möglich, die einer Bremsfläche zugeführte thermische Energie zu ermitteln, indem die an den Rädern wirkenden Bremskräfte erfasst oder ermittelt werden, um in Verbindung mit den an den Rädern wirkenden Verzögerungen bzw. Beschleunigungen und den entsprechenden Zeiträumen, in denen Bremskräfte vorliegen, die an den Rädern verrichtete Arbeit und daraus die den jeweiligen Bremsflächen zugeführte thermische Energie zu bestimmen.
Die beiden zuletzt genannten Wege, Bremsflächentemperaturen zu bestimmen, können alternativ oder gemeinsam verwendet werden, was in letzterem Fall zu einem redundanten Verfahren führt, welches die Temperaturbestimmung verbessern kann.
Die eingangs beschriebene Temperaturbestimmung auf der Grundlage einer Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung ist einfacher durchzuführen, da hierfür nur eine Verzögerung bzw. Beschleunigung erfasst wird. Dementsprechend ist diese Vorgehensweise insbesondere für Fahrzeuge geeignet, bei denen die Fahrzeugsteuerung (ECU) und die Steuerung des Fahrzeugbremssystemes keine Informationen über Verzögerungen und Beschleunigungen an einzelnen Rädern liefern. Ferner stellt dies eine Lösung für Fahrzeuge dar, die keine Einrichtungen umfassen, die Informationen über an dem Fahrzeug wirkende Verzögerungen und Beschleunigungen bereitstellen. Bei solchen Fahrzeugen wäre es lediglich erforderlich, Einrichtungen, wie z. B. Rechnereinheiten, Speichereinheiten, Sensoren und dergleichen, zu ergänzen, die wenigstens eine Fahrzeugverzögerung bzw. -beschleunigung erfassen und daraus Bremsflächentemperaturen berechnen können.
Die Bestimmung von Bremsflächentemperaturen auf der Grundlage von an einzelnen Rädern wirksamen Verzögerungen und Beschleunigungen kann bei entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen alternativ oder ergänzend zu der auf einer Fahrzeugverzögerung bzw. -beschleunigung basierenden Temperaturbestimmung für Bremsflächen eingesetzt werden.
Die Bremsflächentemperaturbestimmung auf der Grundlage einer Fahrzeugverzögerung oder -beschleunigung ist schneller durchzuführen, da nicht die einzelnen Räder überwacht werden müssen. Dies kann zu einer ungenauen Bremsflächentemperaturbestimmung führen, da hierbei davon ausgegangen wird, dass bei einer Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeugs die an die Bremsflächen übertragenen thermischen Energien im wesentlichen gleich sind. Bei Fahrzeugen, bei denen dies nicht gewährleistet werden kann, oder zur Überprüfung einer solchen Temperaturbestimmung, ist die Temperaturbestimmung für Bremsflächen basierend auf an den einzelnen Rädern wirksamen Verzögerungen bzw. Beschleunigungen als alternatives bzw. redundantes Verfahren geeignet.
Ein Beispiel für die Verwendung der Bestimmung der Temperatur einer Bremsfläche ist ein Fahrzeugbremssystem, das als Feststellbremse oder Parkbremse arbeitet. Um ein Fahrzeug im Stillstand gegen Wegrollen zu sichern, ist es erforderlich, dass die Feststellbremse eine entsprechende minimale Bremswirkung erzeugt. Hierfür werden normalerweise die durch die Feststellbremse auf die Bremsflächen wirkenden Kräfte, im Folgenden kurz Zuspannkräfte, auf einen gewünschten, vorbestimmten Wert eingestellt. Wenn sich beispielsweise nach einem längeren Fahrbetrieb des Fahrzeugs die Bremsflächen erwärmt und dadurch ausgedehnt haben, nehmen die für den ausgedehnten Zustand der Bremsflächen eingestellten Zuspannkräfte ab, wenn sich die Bremsflächen im Stillstand abkühlen. Für einen in der Praxis auftretenden Fall liegt beispielsweise die Temperatur der Bremsflächen in der Größenordnung von 700°C, wobei die Zuspannkräfte in der Größenordnung von 15 kN liegen. Nach einem Abkühlen der Bremsflächentemperatur auf ein Größenordnung von 350°C und einer damit verbundenen Verkleinerung der Bremsflächen, dem sogenannten Belagschrumpfen, liegen die Zuspannkräfte nur noch in der Größenordnung von 9 kN. Dies kann dazu führen, dass das Fahrzeug nicht mehr gegen ein Wegrollen gesichert ist. Wenn man, wie oben beschrieben, die Bremsflächentemperatur beim Abstellen des Fahrzeugs bestimmt hat, ist es dann möglich, im Stillstand des Fahrzeugs ausgehend von der beim Erreichen des Stillstands vorliegenden Bremsflächentemperatur deren Abfall zu ermitteln und dem entsprechend die Zuspannkräfte zu erhöhen. Im Allgemeinen folgt der Abfall der Zuspannkräfte beim Abkühlen der Bremsflächen einer Exponentialfunktion, weshalb ein erstmaliges Erhöhen der Zuspannkraft in der Regel bereits nach einer Zeit von etwa 3 Minuten erforderlich ist.

Claims

Verfahren für eine Fahrzeugbremse, bei der die Temperatur einer Bremsfläche in Abhängigkeit einer Verzögerung oder einer Beschleunigung bei aktivierter Betriebsbremse bestimmt wird, und die Höhe von Bremskräften auf die Bremsfläche aufgrund einer Aktivierung der Feststell- oder Parkbremse in Abhängigkeit der Temperaturänderung der Bremsfläche gesteuert wird, mit folgenden Schritten: – Erzeugen von Bremskräften an der Bremsfläche, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten, – Bestimmen der Temperatur der Bremsfläche im Stillstand des Fahrzeuges, – Bestimmen der Bremskräfte an der Bremsfläche, – Ermitteln einer Temperaturänderung der Bremsfläche, und – Erhöhen der Bremskräfte an der Bremsfläche, wenn die Bremskräfte aufgrund der Temperaturänderung der Bremsfläche nicht ausreichen, das Fahrzeug im Stillstand zu halten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche durch wenigstens zweimal wiederholtes Bestimmen der Temperatur der Bremsfläche ermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche in Abhängigkeit der thermischen Energie ermittelt wird, die die Bremsfläche abgibt.
Verfahren gemäß einen der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche in Abhängigkeit einer Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeugs und/oder in Abhängigkeit einer Verzögerung oder Beschleunigung eines entsprechenden Rades des Fahrzeugs bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche in Abhängigkeit der Dauer bestimmt wird, für die die Fahrzeugbremse aktiviert ist.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche in Abhängigkeit der Änderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs aufgrund der Aktivierung der Fahrzeugbremse und/oder in Abhängigkeit der Änderung der kinetischen Energie des Rades bei aktivierter Fahrzeugbremse bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung der Bremsfläche in Abhängigkeit von der thermischen Energie bestimmt wird, die der Bremsfläche unabhängig von der Aktivierung der Fahrzeugbremse zugeführt wird.