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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Steuern des Bremsens einer Hilfsbremse in
einem Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff der
Patentansprüche
1 und 11.
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Schwere Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit
Hilfsbremsen ausgestattet, wie beispielsweise Retardern, Motorbremsen
und Kompressionsbremsen. Derartige Hilfsbremsen haben im Lauf der
Zeit ein immer höheres
Bremsleistungsniveau erreicht. Hilfsbremsen sind derart dimensioniert,
dass sie dazu in der Lage sind, Fahrzeuge abzubremsen, wenn diese
schwer beladen sind. Ein schwer beladenes Fahrzeug führt gewöhnlicherweise
zu einer guten Reibung zwischen den abgebremsten Rädern und
der Laufoberfläche
während
eines Bremsvorgangs. Eine Hilfsbremse kann deshalb eine kraftvolle Bremswirkung
bewirken ohne das Risiko, dass die abgebremsten Räder beginnen,
relativ zu der Lauffläche
zu schlüpfen.
Fordert der Fahrzeugfahrer eine entsprechende Bremswirkung an, wenn
das Fahrzeug unbeladen fährt,
ist der Halt der abgebremsten Räder
auf der Laufoberfläche
erheblich schlechter, insbesondere dann, wenn die Laufoberfläche glatt ist.
Dies führt
zu dem Risiko, dass die abgebremsten Räder beginnen, so stark relativ
zu der Laufoberfläche
zu schlüpfen,
dass das ABS-System des Fahrzeugs aktiviert wird und die Funktion
der Hilfsbremse deaktiviert. In derartigen Situationen muss der
Fahrer des Fahrzeugs die herkömmlichen
Bremsen aktivieren, da es etwa 4 bis 5 Sekunden dauert, bis eine Hilfsbremse,
wie beispielsweise ein hydraulischer Retarder, dazu in der Lage
ist, die erforderliche Bremswirkung aufzubringen, nachdem aus dieser das
Hydrauliköl
entleert wurde.
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Hilfsbremsen, wie beispielsweise
hydraulische Retarder, enthalten zirkulierendes Hydrauliköl, welches
im Wesentlichen die während
eines Bremsvorgangs erzeugte Wärme
aufnimmt. Das Hydrauliköl
wird gewöhnlicherweise
durch das herkömmliche Kühlsystem
des Kraftfahrzeugs gekühlt,
bevor das Hydrauliköl
in dem Retarder wieder genutzt werden kann. Eine bekannte Art und
Weise zur Verhinderung eines Siedens von Kühlmittel in dem Kühlsystem
liegt darin, Informationen über
die Kühlmitteltemperatur als
Grundlage zur Einschränkung
der Bremswirkung zu verwenden, welche der Fahrer von den Hilfsbremsen
anfordert.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt darin, eine Anordnung und ein Verfahren zum Steuern des Bremsens
einer Hilfsbremse in einem Fahrzeug bereitzustellen, so dass eine
im Wesentlichen optimale Anpassung der Bremswirkung der Hilfsbremse
an die Fahrzeuglast und an die Laufoberfläche ermöglicht wird, ohne einen zu
großen
Schlupf zu bewirken.
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Diese Aufgabe wird mit der eingangs
genannten Vorrichtung und dem eingangs genannten Verfahren gelöst, welche
durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der Ansprüche 1 und
11 gekennzeichnet sind. Dadurch ist es möglich, einen übermäßigen Schlupf
durch ein angemessenes Einschränken
des Werts der angeforderten Bremswirkung relativ zu dem Schlupfgrad
des gebremsten Rads auf einer Laufoberfläche zu verhindern. Das Ausmaß des erforderlichen
Einschränkens
steigt gewöhnlicher
Weise mit zunehmenden Schlupf des abgebremsten Rads an. Der Parameter
kann als Prozentsatz des Radschlupfs gemessen und/oder berechnet
werden. Jedoch kann der Parameter auch eine Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen dem abgebremsten Rad und einem nicht gebremsten Rad des Fahrzeugs
sein. Eine derartige Geschwindigkeitsdifferenz ist auch proportional
zum dem Schlupfgrad eines Rades relativ zu der Laufoberfläche. Es
können auch
weitere Parameter verwendet werden, die mit dem Schlupfgrad eines
abgebremsten Rads zusammenhängen.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die angeforderte
Bremswirkung auch auf Grundlage von Informationen über die
Anstiegsrate des Parameters einzuschränken. Unter Berücksichtigung sowohl
des Parameterwerts als auch der Anstiegsrate des Parameterwerts
kann die Steuereinheit eine weiter verfeinerte Bestimmung des Werts
zum Einschränken
der angeforderten Bremswirkung durchführen. Dies bedeutet, dass derselbe
Schlupfgrad eines Rads in verschiedenen Situationen verschiedene Werte
zum Einschränken
der angeforderten Bremswirkung in Abhängigkeit von der Anstiegsrate
des Schlupfgrads vorsehen kann. Die Anstiegsrate des Parameters
zu einem Zeitpunkt kann anhand eines Graphen aus Parameterwerten
als Funktion der Zeit aus der Ableitung zu diesem Zeitpunkt geschätzt werden.
Die Ableitung wird vorteilhafter Weise als Differenz zwischen dem
Parameterwert zu einem bestimmten Zeitpunkt und einem vorangehenden
Parameterwert geschätzt,
geteilt durch die Zeitdifferenz zwischen den Parameterwerten. Vorteilhafterweise ist
die Steuereinheit derart ausgelegt, dass sie die angeforderte Bremswirkung
mit einem Wert einschränkt,
der gemäß einem
mathe matischen Algorithmus berechnet wurde. Ein derartiger mathematischer
Algorithmus kann derart gewählt
sein, dass er in geeigneter Weise den Wert und die Anstiegsrate des
Parameters mit angemessenen Faktoren gewichtet, um zu ermöglichen,
dass ein Wert zur Einschränkung
der Bremswirkung berechnet wird, welcher eine minimale Einschränkung bezüglich der
angeforderten Bremswirkung bewirkt, ohne dass der Schlupfgrad eines
Rades zu groß wird.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Steuereinheit derart ausgebildet, dass sie
den Parameter auf Grundlage von Informationen über die Geschwindigkeit des abgebremsten
Rads und eines ungebremsten Rads des Fahrzeugs schätzt. Zu
diesem Zweck können
geeignete Geschwindigkeitserfassungssensoren verwendet werden, um
die jeweiligen Radgeschwindigkeiten zu messen und um von den gemessenen
Geschwindigkeiten abhängende
Messsignale zu einer Einheit zu senden, welche einen Parameterwert
berechnet, wie beispielsweise die Differenz der Drehgeschwindigkeit
zwischen den Rädern.
Ein einem prozentualen Schlupfgrad entsprechender Parameterwert
kann auch auf Grundlage der Differenz der Drehgeschwindigkeit zwischen
den Rädern
berechnet werden. Wenn zwei oder mehrere Räder eines Fahrzeugs durch die
Hilfsbremse abgebremst werden, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise
derart ausgebildet, dass sie den Parameter von demjenigen abgebremsten
Rad abhängig
macht, welches den größten Schlupfgrad
aufweist. Somit wird verhindert, dass das am stärksten gefährdete Rad einen zu großen Schlupfgrad
erreicht. Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit derart ausgebildet,
dass sie die Bremswirkung der Hilfsbremse dann einschränkt, wenn
der Parameter einen ersten Grenzwert übersteigt. Die angeforderte
Bremswirkung wird lediglich dann eingeschränkt, wenn der Parameter den
ersten Grenzwert überschreitet.
Somit werden dann, wenn das Rad lediglich einen kleinen Schlupfgrad
aufweist, überflüssige Einschränkungen
der Bremswirkung vermieden. Ein geeigneter derartiger erster Grenzwert
kann bei einem Schlupfgrad von 4 bis 5% vorliegen.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst die Hilfsbremse einen Retarder. Hydraulische
Retarder sind die am stärksten
verbreitete Form von Hilfsbremsen bei schweren Kraftfahrzeugen.
Schwere Kraftfahrzeuge umfassen auch oftmals eine Hilfsbremse in
Form einer Motorbremse. Ein weiterer Hilfsbremsentyp ist eine Kompressionsbremse.
Derartige Hilfsbremsen können
einzeln oder in Kombination in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden.
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Gemäß einem weiteren bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung umfasst das Fahrzeug ein ABS-System, welches dazu
ausgebildet ist, vollständig
die Bremswir kung der Hilfsbremse zu deaktivieren, wenn der Parameter
einen zweiten Grenzwert übersteigt.
Es ist bedeutend, dass durch die vorliegende Erfindung eine derartige
vollständige
Deaktivierung der Bremswirkung der Hilfsbremse so weit wie möglich verhindert
werden soll. Normalerweise wird das ABS-System dann aktiviert und
die Hilfsbremse dann deaktiviert, wenn ein abgebremstes Rad einen
Schlupfgrad von etwa 10% erreicht. Eine Hilfsbremse in Form eines
hydraulischen Retarders benötigt
deshalb etwa 4 bis 5 Sekunden, bis sie wieder dazu in der Lage ist,
eine erforderliche Bremswirkung aufzubringen, nachdem Hydrauliköl schnell
aus dem Retarder entleert wurde. Wenn das ABS-System die Hilfsbremse
deaktiviert, muss der Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal derart
niederdrücken, dass
die herkömmlichen
Bremsen des Fahrzeugs aktiviert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend beispielhaft mit Bezug auf die beiliegende
Zeichnung beschrieben, in welcher:
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel einer
Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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DETAILIERTE
BESCHREIBUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS DER ERFINDUNG
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1 stellt
schematisch ein Kraftfahrzeug mit ausgewählten Komponenten dar. Das
Kraftfahrzeug umfasst nicht antreibende Räder 1 und antreibende
Räder 2,
welche in Kontakt mit einer Lauffläche 3 stehen. Das
Fahrzeug umfasst nicht nur herkömmliche
Bremsen (in 1 nicht
dargestellt) sondern zumindest auch eine Hilfsbremse in Form eines Retarders 4.
Der Retarder 4 ist gewöhnlicherweise hydraulisch
ausgebildet und umfasst einen Stator und einen Rotor, die einen
torusförmigen
Raum ausbilden. Dieser torusförmige
Raum ist dazu ausgebildet, mit Hydrauliköl gefüllt zu werden, wenn eine Bremswirkung
auf das Fahrzeug ausgeübt
werden soll. Der Retarder 4 ist benachbart einer Ausgangswelle
eines Getriebes 5 positioniert, welches mit einem Motor 6 des
Fahrzeugs verbunden ist. Der Rotor des Retarders 4 wird
mit Antriebsenergie von dem Antriebsstrang des Fahrzeugs versorgt,
welcher Antriebsstrang unter anderem eine Antriebswelle 7 zur Übertragung
von Antriebsdrehmoment auf die antreibenden Räder 2 des Fahrzeugs
umfasst. Eine Hilfsbremse 1 in Form eines Retarders 4 übt somit
lediglich eine Bremswirkung auf die antreibenden Räder 2 des
Fahrzeugs aus. Eine erste Bremssteuerung in Form eines Bremspedals 8 und
eine zweite Bremssteuerung in Form einer Handsteuerung 9 zum
Aktivieren des Retarders 4 sind derart angeordnet, dass sie
von dem Fahrer des Fahrzeugs leicht bedient werden können. Die
Bremssteuerungen 8, 9 sind derart einstellbar,
dass diese eine variable angeforderte Bremswirkung von dem Retarder 4 einleiten
können. Die
von dem Retarder 4 angeforderte Bremswirkung wird in Form
eines Signals über
eine Steuerleitung 10 zu einer Steuereinheit 11 übertragen.
Unter Verwendung von Informationen über eine derartige angeforderte
Bremswirkung ist die Steuereinheit 11 so ausgebildet, dass
sie über
eine Signalleitung 12 ein Steuersignal an den Retarder 4 sendet.
Ein erster Sensor 13 ist derart ausgebildet, dass er die
Geschwindigkeit wenigstens eines nicht antreibenden Rads 1 misst
und ein von der Radgeschwindigkeit abhängiges Messsignal über eine
Signalleitung 14 an eine ABS-Einheit 15 sendet.
Ein zweiter Sensor 16 ist derart ausgebildet, dass er die
Geschwindigkeit wenigstens eines antreibenden Rades 2 misst
und ein von der Radgeschwindigkeit abhängiges Messsignal an die ABS-Einheit 15 über eine
Signalleitung 17 sendet. Die ABS-Einheit 15 ist
derart ausgebildet, dass sie in kurzen Zeitintervallen die Differenz
zwischen der Geschwindigkeit des nicht antreibenden Rades 1 und
des antreibenden Rades 2 berechnet. Die berechnete Geschwindigkeitsdifferenz
ist ein Parameter, welcher mit dem Schlupfgrad des Rades 2 relativ
zu der Laufobertläche 3 variiert.
Die Geschwindigkeitsdifferenz kann auch in einen prozentualen Schlupfgrad
des abgebremsten Rades 2 umgewandelt werden. Ein prozentualer
Schlupfgrad ist somit ein alternativer Parameter, der von dem Schlupfgrad
des Rades 2 relativ zu der Laufoberfläche abhängt. Wenn die Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen dem nicht antreibenden Rad 1 und dem antreibenden Rad 2 einen
zweiten Grenzwert übersteigt,
der einem Schlupfgrad von etwa 10% entspricht, sendet die ABS-Einheit 15 ein
Steuersignal über
eine Signalleitung 18 zu der Steuereinheit 11,
welche das Hydraulikfluid aus dem Retarder 4 unmittelbar
entleert, so dass die Bremswirkung des Retarders 4 augenblicklich
vollständig
unterbleibt. Über
eine Signalleitung 19 empfängt die Steuereinheit 11 Informationen über die
Temperatur des Kühlmittels
in dem Kühlsystem des
Fahrzeugs und möglicherweise
auch über
die Temperatur des Hydrauliköls.
Die Steuereinheit 11 ist derart ausgebildet, dass dann
wenn das Kühlmittel oder
das Hydrauliköl
eine bestimmte Temperatur überschreiten,
die Funktion des Retarders innerhalb eines Temperaturbereichs variabel
nach unten korrigiert wird.
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Die vorstehend beschriebene Technik
wird in vielen schweren Kraftfahrzeugen eingesetzt, jedoch sind
derartige Kraftfahrzeuge zunehmend mit Hilfsbremsen ausgerüstet, wie
beispielsweise mit Retardern 4, die immer höhere Bremsleistungsniveaus
erreichen. Der Retarder 4 ist derart ausgebildet, dass er
das Fahrzeug abbremsen kann, wenn es schwer beladen ist. Wenn das
Fahrzeug schwer beladen ist, erreicht man üblicherweise zwischen dem abgebremsten
Rad 2 und der Laufoberfläche 3 eine gute Reibung
und es kann eine starke Bremswirkung ausgeübt werden, ohne dass man das
Risiko eingeht, dass das abgebremste Rad 2 relativ zu der
Laufoberfläche 3 zu
stark schlüpft.
Setzt der Fahrer des Fahrzeugs eine Bremssteuerung 8, 9 zum
Anfordern einer entsprechenden Bremswirkung ein, wenn das Fahrzeug
unbeladen auf einer glatten Laufobenfläche fährt, besteht das Risiko, dass
das Rad 2 beginnt, derart stark relativ zu der Laufoberfläche zu schlüpfen, dass
das ABS-System 15 des Fahrzeugs aktiviert wird und die
Bremsfunktion des Retarders 4 deaktiviert wird.
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Wenn eine Vorrichtung und ein Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem Kraftfahrzeug gemäß der vorstehenden Beschreibung
eingesetzt wird, messen Sensoren 13 und 16 während wenigstens
eines Bremsvorgangs in kurzen Zeitintervallen die jeweiligen Geschwindigkeiten
des nicht antreibenden Rads 1 und des antreibenden Rads 2. Diese
Informationen werden an die ABS-Einheit 15 gesendet, welche
die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rädern 1 und 2 berechnet.
Die Steuereinheit 11 erhält Informationen, die die berechnete
Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rädern 1, 2 betreffen.
Wenn die Radgeschwindigkeit an zwei oder mehreren antreibenden Rädern 2 gemessen wird,
ist die Steuereinheit 11 derart ausgelegt, dass sie die
Geschwindigkeitsdifferenz für
das abgebremste Rad 2 abschätzt, welches den größten Schlupfgrad
relativ zu der Laufoberfläche
aufweist. Solange der Schlupfgrad während eines Bremsvorgangs unterhalb
eines bestimmten ersten Grenzwerts liegt, der einem prozentualen
Schlupfgrad von 4% entspricht, reduziert die Steuereinheit 11 die
von dem Fahrer angeforderte Bremswirkung nicht. Wenn jedoch die
Steuereinheit 11 eine Geschwindigkeitsdifferenz erhält, welche
den ersten Grenzwert überschreitet,
wirkt die Steuereinheit 11 derart, dass die angeforderte
Bremswirkung mit einem gemäß einem mathematischen
Algorithmus berechneten Wert eingeschränkt wird. Der mathematische
Algorithmus umfasst einen Parameter, der von dem Schlupfgrad des
abgebremsten Rades 2 relativ zu der Laufoberfläche 3 abhängt. Ein
derartiger Parameter kann somit die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen
dem nicht antreibenden Rad 1 und dem antreibenden Rad 2 sein.
Der mathematische Algorithmus umfasst auch eine Abschätzung der
Anstiegsrate des Parameters, das heißt in diesem Fall die Anstiegsrate
der Geschwindigkeitsdifferenz. Die Anstiegsrate der Geschwindigkeitsdifferenz
wird als Differenz zwischen der berechneten Geschwindigkeitsdifferenz
und wenigstens einer vorangehend berechneten Geschwindigkeitsdifferenz
geteilt durch die Zeitdifferenz zwischen den Werten berechnet. Die
vorangehend berechnete Geschwindigkeitsdifferenz kann der zuletzt berechnete
Wert oder ein zeitlich weiter zurückliegend berechneter Wert
sein, beispielsweise der zehntletzte berechnete Wert sein. Ein derartiger
mathematischer Algorithmus umfasst vorteilhafterweise auch geeignete
Konstanten und Steuerfaktoren. Der Zweck des mathematischen Algorithmus
liegt darin, ohne Verzögerung
einen im Wesentlichen minimalen Einschränkungswert für die angeforderte
Bremswirkung zu berechnen, welcher dazu führt, dass das Rad 2 mit
der größten Wahrscheinlichkeit
daran gehindert wird, den zweiten Grenzwert zu übersteigen, wenn die ABS-Einheit 15 damit
beginnt, den Retarder 4 zu entleeren und dessen Bremsfunktion
zu deaktivieren. Der Algorithmus berücksichtigt somit sowohl die
Geschwindigkeitsdifferenz als auch die Anstiegsrate der Geschwindigkeitsdifferenz.
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Wenn ein Kraftfahrzeug mittels einer
Hilfsbremse 4 abgebremst werden soll, verwendet der Fahrer
zumindest die Bremssteuerungen 8, 9, um die gewünschte Bremswirkung
anzufordern. Ein von der angeforderten Bremswirkung abhängiges Steuersignal
wird über
die Signalleitung 10 an die Steuereinheit 11 gesendet.
Gleichzeitig empfängt
die Steuereinheit 11 Informationen über die Geschwindigkeitsdifferenz
zwischen dem nicht antreibenden Rad 1 und dem antreibenden
Rad 2 in kurzen Zeitintervallen von der ABS-Einheit 15 über die
Signalleitung 18. Die Steuereinheit 11 schätzt anfangs
ab, ob die Geschwindigkeitsdifferenz einen ersten Grenzwert übersteigt,
welcher einem Schlupfgrad von 4% entspricht. Wenn der Schlupfgrad
diesen ersten Grenzwert nicht übersteigt,
gibt die Steuereinheit 11 über die Signalleitung 12 ein
Steuersignal mit einem nicht reduzierten Wert bezüglich der
von dem Retarder 4 angeforderten Bremswirkung aus. Wenn
andererseits die Geschwindigkeitsdifferenz den Grenzwert übersteigt,
wird der mathematische Algorithmus berechnet. Der mathematische
Algorithmus berechnet einen minimalen Wert zur Einschränkung der
angeforderten Bremswirkung, bei welchem mit großer Wahrscheinlichkeit das
Rad 2 daran gehindert wird, den zweiten Grenzwert zu übersteigen.
Danach sendet die Steuereinheit 11 ein Steuersignal an
den Retarder 4, welcher eine Retarderbremswirkung einleitet,
die der Differenz zwischen der angeforderten Bremswirkung und der
von dem Algorithmus berechneten einschränkenden Bremswirkung entspricht.
Es werden neu gemessene Werte für
die Geschwindigkeitsdifferenz der Räder 1, 2 von
der Steuereinheit 11 in kurzen Zeitintervallen erhalten.
Jeder erhaltene Wert wird über
zumindest eine kurze Zeit in der Steuereinheit 11 gespeichert.
Für jeden
neuen erhaltenen Wert, welcher den ersten Grenzwert übersteigt,
berechnet die Steuereinheit einen geeigneten Wert zur Einschränkung der
von dem Retarder 4 zu dem Zeitpunkt angeforderten Bremswirkung.
Das Ergebnis ist eine schnelle und exakte Steuerung der von dem
Retarder 4 auf das antreibende Rad 2 während eines Bremsvorgangs
ausgeübten
Bremswirkung. Eine derartige Steuerung verhindert in den meis ten
Fällen, dass
das Rad 2 einen Schlupfwert übersteigt, welcher dem zweiten
Grenzwert entspricht.
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Die Erfindung wird in keiner Weise
durch das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt,
sondern kann im Rahmen der Patentansprüche frei verändert werden.
Beispielsweise kann im Wesentlichen jeder gewünschte Parameter verwendet
werden, der mit dem Schlupfgrad des abgebremsten Rades relativ zu
der Laufoberfläche
zusammenhängt.
Die Hilfsbremse muss kein Retarder sein, sondern kann beispielsweise
auch eine Motorbremse oder eine Kompressionsbremse sein. Es kann
auch eine Kombination von Hilfsbremsen eingesetzt werden.
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Zusammenfassung
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Vorrichtung und Verfahren
zum Steuern einer Hilfsbremse in einem Fahrzeug
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Bremsens einer
Hilfsbremse in einem Fahrzeug. Das Fahrzeug umfasst herkömmliche
Bremsen und wenigstens eine Hilfsbremse (4), welche derart
ausgebildet ist, dass sie eine Bremswirkung auf wenigstens ein Rad
(2) des Fahrzeugs ausübt,
und wenigstens eine Bremssteuerung (8, 9), welche
derart einstellbar ist, dass eine angeforderte Bremswirkung von
der Hilfsbremse (4) eingeleitet wird. Die Anordnung umfasst eine
Steuereinheit (11), welche derart ausgebildet ist, dass
sie Informationen über
einen Parameter nutzt, der von dem Schlupfgrad des abgebremsten
Rads (2) relativ zu einer Laufoberfläche als Grundlage für ein variables
Einschränken
der von der Hilfsbremse (4) angeforderten Bremswirkung
nutzt.
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