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Die
Erfindung betrifft ein durch die Bewegung der Kupplung in die Schließposition
gestartetes Verfahren zum automatischen Lösen der elektronisch betätigbaren
Parkbremse eines stehenden Fahrzeugs.
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Moderne
automatisierte Feststellbremssysteme bieten einen deutlichen Komfort-
und Sicherheitsgewinn für
den Fahrer, da sie über
einen einfachen Knopfdruck bedient werden. Außerdem bieten automatisierte
Feststellbremssysteme heute häufig die
Funktion eines sogenannten Anfahrassistenten, welcher die Parkbremse
beim Anfahren automatisch löst.
Eine automatisierte Feststellbremse ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 046 871
A1 bekannt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Lösen einer
Parkbremse eines Fahrzeugs, bei dem
- – abhängig von
einer Kupplungsbetätigung
des Fahrers eine Kupplungszeitgröße ermittelt
wird, welche die Zeit repräsentiert,
welche vergeht, bis die Kupplung den Schleifpunkt erreicht hat,
- – eine
Lösezeitgröße ermittelt
wird, welche die Zeit repräsentiert,
welche die Parkbremse für
den automatischen Lösevorgang
benötigt
und
der Lösezeitpunkt
der Parkbremse abhängig
von der Lösezeitgröße und der
Kupplungszeitgröße ermittelt
wird. Zum Lösezeitpunkt
beginnt der Lösevorgang
der Parkbremse.
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Durch
die Koordination des Lösezeitpunktes der
Parkbremse mit der Betätigung
des Kupplungspedals wird ein komfortabler Anfahrvorgang ermöglicht.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Kupplungsbetätigung
des Fahrers
- – die Kupplungsschließgeschwindigkeit
ermittelt wird,
- – der
Weg der Kupplung bis zum Kupplungsschleifpunkt erfasst wird und
- – abhängig davon
die Kupplungszeitgröße ermittelt
wird.
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Die
Kupplungsschließgeschwindigkeit
lässt sich
auf einfache Art und Weise durch die Bildung eines Differenzenquotienten
ermitteln.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungszeitgröße als Quotient
des Wegs der Kupplung bis zum Kupplungsschleifpunkt und der Kupplungsschließgeschwindigkeit
ermittelt wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Kupplungszeitgröße diejenige
Zeit ist, welche vom momentanen Zeitpunkt an bis zum Zeitpunkt,
an dem die Kupplung den Schleifpunkt erreicht hat, vergeht. Die
Kenntnis dieser Zeit erlaubt es, den optimalen Lösezeitpunkt für die Parkbremse
zu ermitteln.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die Lösezeitgröße die benötigte Lösezeit ist,
die seit dem Beginn des Lösevorgangs
bis zum letzten Bremskraftabbau bzw. Druckabbau der Bremse abläuft
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass in die Ermittlung der Lösezeitgröße die Temperatur
der Parkbremse eingeht. Dadurch kann eine mögliche Temperaturabhängigkeit
des Lösezeit
für die
Parkbremse berücksichtigt
werden.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Lösevorgang
der Parkbremse nur dann gestartet wird, wenn
- – ein Gang
eingelegt ist und/oder
- – das
Fahrpedal betätigt
wird.
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Dadurch
wird verifiziert, ob tatsächlich
ein Anfahrwunsch des Fahrers vorliegt.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass
- – die
Kupplungsschließgeschwindigkeit
fortlaufend ermittelt wird,
- – abhängig von
der Kupplungsschließgeschwindigkeit
die Kupplungszeitgröße fortlaufend
aktualisiert wird und
- – abhängig von
der Kupplungszeitgröße der Lösezeitpunkt
der Parkbremse fortlaufend aktualisiert wird.
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Diese
Ausgestaltung liefert eine noch genauere Ermittlung des optimalen
Lösezeitpunktes
der Parkbremse, da in dieser Ausführungsform eine Änderung
der Betätigungsgeschwindigkeit
des Kupplungspedals durch den Fahrer berücksichtigt wird.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Kupplungsschleifpunkt während
wenigstens eines Einkuppelvorganges bei einem vorhergehenden Anfahrvorgang
ermittelt wurde.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
- – dass
bei einem vorhergehenden Anfahrvorgang als Schleifpunkt diejenige
Kupplungspedalstellung erkannt wird, bei welcher die Motordrehzahl bei
Bewegung der Kupplung in die Schließposition abzunehmen beginnt
und
- – dass
die dem Schleifpunkt entsprechende Kupplungspedalstellung im Steuergerät abgespeichert
wird.
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Weiter
umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zum automatischen Lösen einer
Parkbremse eines Fahrzeugs, enthaltend
- – erste
Ermittlungsmittel, mit denen abhängig
von einer Kupplungsbetätigung
des Fahrers eine Kupplungszeitgröße ermittelt
wird, welche die Zeit repräsentiert,
welche vergeht, bis die Kupplung den Schleifpunkt erreicht hat,
- – zweite
Ermittlungsmittel, mit denen eine Lösezeitgröße ermittelt wird, welche die
Zeit repräsentiert,
welche die Parkbremse für
den automatischen Lösevorgang
benötigt
und
- – Parkbremssteuerungsmittel,
in denen der Lösezeitpunkt
der Parkbremse abhängig
von der Lösezeitgröße und der
Kupplungszeitgröße ermittelt wird.
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Die
vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens äußern sich
auch als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und umgekehrt.
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Die
Erfindung bietet jedem Fahrer ein auf seinen Fahrstil optimiertes
Löseverhalten
der Parkbremse. Je schneller der Fahrer das Kupplungspedal aufwärts bewegen
lässt,
desto früher
wird die Parkbremse gelöst
und damit das Fahrzeug entbremst. Durch ein bei jedem Anfahrvorgang
wiederholtes Lernen des Kupplungsschleifpunktes können Zustandsänderungen
des System, die z.B. durch Alterung oder Verschleiß verursacht
wurden, berücksichtigt
werden. Die erfindungsgemäße Lösung ist
kompatibel zu allen bekannten Parkbremssystemen und somit universell
einsetzbar.
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Die
Zeichnung besteht aus den 1 bis 4.
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1a zeigt
in Ordinatenrichtung den Kupplungsweg als Funktion der in Abszissenrichtung
aufgetragenen Zeit für
einen komfortorientierten Fahrer.
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1b zeigt
in Ordinatenrichtung den Kupplungsweg als Funktion der in Abszissenrichtung
aufgetragenen Zeit für
einen sportlichen Fahrer.
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2 zeigt
den Zeitverlauf verschiedener Signale für einen typischen Anfahrvorgang
eines Fahrzeugs eines mit einem Handschaltgetriebe ausgestatteten
Fahrzeugs.
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3 zeigt
den Ablauf einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt
ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Startbedingung
für den
Ablauf des optimierten Lösens
der Parkbremse ist das Vorliegen der folgenden beiden Zustände:
- 1) Die Kupplung ist betätigt, d.h. geöffnet und
- 2) es ist ein Gang eingelegt.
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Wenn
keine geeignete Information über
den eingelegten Gang zur Verfügung
steht, kann entweder ein entsprechendes Ersatzsignal herangezogen werden
oder es werden nur die Signale betreffend der Kupplungsbetätigung ausgewertet.
Als Ersatzsignal kann z.B. das Vorliegen einer Bremspedalbetätigung durch
den Fahrer sowie ein vorliegender Leerlauf vor dem Start der Anfahrvorgangs
herangezogen werden.
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Optional
ist es zusätzlich
möglich,
den Lösevorgang
mit einer gleichzeitigen Betätigung
des Fahrpedals zu koppeln, um ein Lösen der Parkbremse zu verhindern,
falls der Fahrer das Kupplungspedal ohne Anfahrabsichten löst. Dazu
kann beispielsweise die Fahrpedalstellung bzw. das dadurch angeforderte
Motormoment mit einem Schwellenwert verglichen werden. Um den Anfahrvorgang
noch sicherer detektieren zu können,
ist optional zudem noch eine Auswertung der Getriebeinformation,
insbesondere über
den eingelegten Gang, möglich,
soweit diese zur Verfügung
steht.
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Wenn
der Fahrer mit dem Schließvorgang der
Kupplung beginnt, das heißt,
dass sich das Kupplungspedal aufwärts bewegt bzw. zurückbewegt
bzw. löst,
ermittelt das System die Kupplungsschließgeschwindigkeit vK,
d.h. den Gradienten Δs/Δt = vK. Dabei kennzeichnet s den Kupplungsweg,
dies kann beispielsweise die Stellung des Kupplungspedals sein oder
eine Position eines Stellglieds innerhalb der Kupplung.
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Gleichzeitig
wird aus den zur Verfügung
stehenden Größen, wie
zum Beispiel aus der aktuellen Fahrzeugbetriebszeit, der Umgebungstemperatur, der
Temperatur des Systems oder der Parkbremse, die benötigte Lösezeit tL für
die Parkbremse, d.h. diejenige Zeit, die vom Beginn des Lösevorgangs
bis zum vollständigen
Druckabbau bzw. Bremskraftabbau der Parkbremse abläuft, abgeschätzt
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Aus
der Kupplungsschließgeschwindigkeit
vK und dem bekannten Kupplungsschleifpunkt,
das heißt
dem Weg ss der Kupplung bis zum Schleifpunkt, wird
die Zeitdauer ts ermittelt, welche vergeht,
bis die die Kupplung das Motormoment auf die Antriebsräder übertragen
kann. Zum optimierten Lösen
wird nun der Lösevorgang
der Parkbremse exakt um die Zeit tL vor
dem Erreichen des Schleifpunktes gestartet. Das bedeutet anschaulich,
dass mit Erreichen des Kupplungsschleifpunktes zugleich die Bremskraft
der Parkbremse abgebaut ist.
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Bei
sportlichen Fahrern, welche die Kupplung schneller schließen, d.h.
der Schließpunkt
der Kupplung ist schneller erreicht, wird dadurch die Parkbremse
früher
gelöst.
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Die
Berechnung des Zeitpunktes t
A für den optimalen
Anfang des Lösens,
also des Zeitpunktes t
A, in dem der Druckabbau
beginnt, kann auf folgende Weise durchgeführt werden:
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Dabei
ist ss/vk diejenige
Zeit, welche die Kupplung bis zum Erreichen des Schleifpunkts benötigt und
tL ist die Lösezeit der Parkbremse. Die
Differenz ss/vk – tL ist damit diejenige Zeit, welche noch abgewartet
werden muss, bis mit dem Lösen
der Parkbremse begonnen wird. Bei sportlichen Fahrern, also bei
einer größeren Kupplungsschließgeschwindigkeit vk, wird diese Zeitdifferenz kleiner und damit
der Lösevorgang
entsprechend früher
als bei komfortorientierten Fahrern gestartet.
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In 1a ist
in Ordinatenrichtung die Abhängigkeit
des prozentualen Kupplungswegs s von der in Abszissenrichtung aufgetragenen
Zeit t dargestellt, und zwar für
eine langsame Kupplungsbewegung, wie es bei einem komfortorientierten
Fahrer vorkommt. Am Anfang der Kupplungsbewegung wird der Gradient Δs/Δt, also die
Kupplungsschließgeschwindigkeit vK bestimmt. Dies ist in den 1a und 1b mit 101 bezeichnet.
Aus diesem Gradient, aus der ermittelten Lösezeit tL und
auch aus dem gegebenen oder gelernten Schleifpunkt wird der optimale
Zeitpunkt tA für den Start des Lösens der
Parkbremse abgeleitet. Der dargestellte Zeitpunkt tE entspricht
dem Zeitpunkt, in dem die Kupplung den Schleifpunkt erreicht. 1b zeigt
dasselbe Abhängigkeitsdiagramm
für eine
schnelle Kupplungsbewegung, wie es bei einem sportlichen Fahrer
vorkommt. Dort ist der Schleifpunkt der Kupplung, d.h. der Zeitpunkt
tE schneller erreicht und entsprechend früher muss
mit dem Lösen
der Parkbremse begonnen werden.
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Für das oben
beschriebene Verfahren wurde angenommen, dass sich die Kupplungsschließgeschwindigkeit
vK zeitlich nicht wesentlich ändert. Es ist
aber durchaus möglich
die Kupplungsschließgeschwindigkeit
bis kurz vor dem Start des Lösevorgangs
zu überwachen
und wenn eine Verlangsamung der Kupplungsschließgeschwindigkeit festgestellt
wird, wenn also der Betrag Δs/Δt kleiner
wird, das Lösen
zu verzögern.
Diese Verzögerung
kann entweder durch den Anfahrassistenten durchgeführt werden,
z.B. bei hydraulisch betätigten
Feststellbremsen wird der letzte Druckabbau der Feststellbremse
entsprechend hinausgezögert
oder verlangsamt, oder sie kann durch eine ständige Neuberechnung des Startzeitpunktes
des Lösens
der Parkbremse realisiert werden.
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Optional
ist zusätzlich
möglich,
den Anfang des Lösevorgangs
mit einer gleichzeitigen Betätigung
des Fahrpedals zu koppeln um ein Lösen der Parkbremse zu verhindern,
wenn der Fahrer das Kupplungspedal ohne Anfahrabsichten löst.
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Um
den Anfahrvorgang sicherer detektieren zu können, ist optional zudem noch
die Auswertung von Getriebeinformationen möglich, soweit diese zur Verfügung stehen.
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Bei
der Bestimmung des Kupplungsschleifpunktes werden Größen aus
dem Motorsteuergerät beobachtet.
Die Größen stehen
typischerweise auf dem Antriebs-CAN (CAN = „Controller Area Network") zur Verfügung. Die
Motordrehzahl ist ein wichtiger Indikator über den Zustand der Kupplung.
Durch gleichzeitiges Beobachten der Motordrehzahl und der Kupplungspedalstellung
kann folgender Zusammenhang abgeleitet werden:
Wenn sich die
Kupplung in die Schließposition
bewegt und gleichzeitig die Motordrehzahl abzufallen beginnt, d.h.
es liegt eine negative zeitliche Ableitung der Motordrehzahl vor,
dann ist davon auszugehen, dass der Kupplungsschleifpunkt erreicht
wurde.
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Der
von einem Kupplungssensor gemessene Wert wird dann z.B. im Steuergerät abgespeichert.
Beim Kupplungssensor kann es sich beispielsweise um einen Sensor
handeln, welcher die Stellung des Kupplungspedals erfasst.
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Durch
eine Langzeitfilterung mit Verarbeitung von älteren Werten ist es optional
möglich,
die Auswirkungen der einzelnen Messungen auf das Gesamtsystemverhalten
zu reduzieren. Dazu kann z.B. der Mittelwert der letzen Werte bestimmt
werden oder ein Filter erster Ordnung benutzt werden.
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In 2 sind
einige beim Anfahrvorgang ermittelte Signale abhängig von der in Abszissenrichtung
aufgetragenen Zeit t dargestellt.
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Es
zeigen:
- 1
- = Verlauf der Motordrehzahl
in Umdrehungen pro Minute,
- 2
- = prozentualer Betrag
des Öffnungswinkels
der Drosselklappe,
- 3
- = prozentualer Betrag
der Fahrpedalstellung
- 4
- = prozentualer Betrag
der relativen Füllung (Last)
des Motors.
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Bzgl.
Verlauf 1 gilt die Ordinatenbeschriftung auf der rechten Ordinatenachse,
entlang derer die Maßeinheit
Umdrehungen/Minute aufgetragen ist, bzgl. der Verläufe 2, 3
und 4 gilt die linke Ordinatenachse, welche sich von 0% bis 100%
erstreckt.
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In
diesem Diagramm kann der erwähnte Rückgang der
Motordrehzahl beim Anfahrvorgang zwischen Sekunde 35 und Sekunde
35,5 beobachtet werden.
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Um
Fehladaptationen des Kupplungsschleifpunktes wegen nicht gelöster Parkbremse
zu vermeiden, ist es denkbar, die Ermittlung des Kupplungsschleifpunktes
nur bei Anfahrvorgängen
mit unverriegelter bzw. nicht verriegelter Parkbremse durchzuführen. Weiter
ist eine Plausibilisierung des ermittelten bzw. adaptierten Wertes über die
Fahrzeugsgeschwindigkeit möglich,
wenn die Adaptation nur bei Anfahrvorgängen mit der unverriegelten
Parkbremse durchgeführt
wird. An dem ermittelten Schließpunkt der
Kupplung sollte die Fahrzeuggeschwindigkeit anzusteigen beginnen.
Steigt die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise eine längere Zeit
nach dem Erreichen des Schließpunktes
nicht an, dann besteht ein Fehlerverdacht.
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Außerdem ist
es sinnvoll, eine maximale und minimale Begrenzung für den adaptierten
Wert des Kupplungsschleifpunktes festzulegen, um ein Wegdriften
bei Fehlfunktionen zu verhindern. Solche Größen könnten beispielsweise 75% für den maximalen
Wert und 25% für
den minimalen Wert sein.
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Anwendbar
ist diese Adaptation des Kupplungsschleifpunktes nicht nur bei Handschaltgetrieben,
sondern auch bei automatisierten Schaltgetrieben, bei CVT-Getrieben
mit Kupplung oder bei sogenannten Doppelkupplungs- oder Direktschaltgetrieben.
Allerdings muss hier eine Synchronisation zwischen der Getriebesteuerung
(CAN-Signale, Kupplung offen – geschlossen, Übergangsbereich)
und dem Lernalgorithmus stattfinden. Bei diesen Getrieben muss der
Algorithmus den Zusammenhang zwischen der Gaspedalstellung und dem
Getriebeverhalten adaptieren, d.h. die Zeit bis zum Momentenaufbau
muss berücksichtigt
werden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des Verfahrens zum automatischen Lösen der Parkbremse wird durch das
Flussdiagramm in der 3 dargestellt. Das Programm
wird z.B. gestartet, wenn die Zündung
eingeschaltet wird. Im Schritt 1 wird der Zustand der Parkbremse
ermittelt. Danach folgt der Entscheidungsschritt 2, in
welchem überprüft wird,
ob die Parkbremse aktiviert ist. Falls die Parkbremse nicht geschlossen
bzw. nicht aktiviert ist, wird das Programm vor Schritt 1 zurückspringen.
Falls die Parkbremse jedoch geschlossen ist, wird die Kupplungspedalstellung
in Schritt 3 erfasst. In Schritt 4 wird der Betätigungszustand
des Kupplungspedals festgestellt. Falls im Schritt 4 festgestellt
wird, dass das Kupplungspedal nicht betätigt wird, wird das Programm
wieder vor den Schritt 1 zurückspringen. Falls das Kupplungspedal
betätigt
wird, werden die Gangstellung betreffende Signale in Schritt 5 eingelesen. In
Schritt 6 wird anhand dieser Signale überprüft, ob ein Gang eingelegt ist.
Im negativen Fall, d.h. es ist kein Gang eingelegt, wird das Programm
wieder vor Schritt 1 zurückspringen. Wenn jedoch ein
Gang eingelegt ist, wird der Wert des Kupplungsschleifpunktes ss aus der Steuereinheit in Schritt 7 eingelesen.
In Schritt 8 wird die Systemtemperatur eingelesen und in
Schritt 9 wird die Lösezeit
tL der Parkbremse ermittelt, das kann z.
B. über
ein Temperaturmodell erfolgen. Danach wird die Kupplungsschließgeschwindigkeit
im Schritt 10 bestimmt und aus den im Schritt 9 und
im Schritt 10 gewonnenen Werte wird in Schritt 11 der
optimale Anfangszeitpunkt tA für das Lösen der Parkbremse
berechnet. In Schritt 12 wird die aktuelle Zeit t mit dem
berechneten Zeitpunkt tA verglichen. Falls
der Lösezeitpunkt
noch nicht erreicht ist, d.h. t < tA, wird das Verfahren wieder vor den Schritt 10 zurückspringen
und die Berechnung des optimalen Anfangs der aktuellen Kupplungsschließgeschwindigkeit
anpassen. Falls der Lösezeitpunkt
tA bereits erreicht ist, wird der Lösevorgang
in Schritt 13 gestartet und danach wird das Programm wieder
vor Schritt 1 zurückspringen.
Wenn das Steuergerät über keine geeignete
Ganginformationen verfügt,
können
die Schritte 5 und 6 weggelassen werden.
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Ein
Blockschaltbild der Vorrichtung zur Durchführung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist in 4 dargestellt. Das Steuergerät 23 erhält Signale
aus der Kupplung 21 betreffend deren Betätigung und
anschließend
deren Schließgeschwindigkeit,
sowie optional Signale aus dem Schaltgetriebe 22 betreffend
dem eingelegten Gang. Außerdem
ist das Steuergerät 23 mit
der Park-Bremse 24 verbunden, um Signale über die Systemtemperatur
zu gewinnen und das automatische Lösen der Park-Bremse 24 zu
steuern. Vorzugsweise wird das Steuergerät 23 durch die Steuereinheit
der Park-Bremse 24 gebildet.