DE102007028170B4

DE102007028170B4 - Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers

Info

Publication number: DE102007028170B4
Application number: DE102007028170.8A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Witte Bastian
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: DE102007028170A1

Abstract

Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker einen Elektromotor (10, 20) zur Bereitstellung einer auf den Bremsdruck einer Bremsanlage einwirkenden Hilfskraft (FM) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Stellung des Elektromotors (φ) und/oder der zeitliche Verlauf des Bremsdrucks (p) während eines durch Bremsbetätigung ausgelösten Bremsvorgangs erfasst und mit vorgegebenen Toleranzgrößen für die Motorstellung (φ) bzw. den Bremsdruck (p), insbesondere einem Toleranzband, verglichen wird, wobei bei einer Abweichung auf eine Funktionsstörung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers geschlossen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers.
Derartige Bremskraftverstärker werden in Zukunft anstelle von Unterdruck-Bremskraftverstärkern eingesetzt, da an modernen Kraftfahrzeugen oftmals kein ausreichender Unterdruck mehr erzeugt wird.
Ein elektromechanischer Bremskraftverstärker ist beispielsweise in der DE 103 27 553 A1 beschrieben. Zur Bereitstellung einer auf den Bremsdruck einer Bremsanlage einwirkenden Hilfskraft dient ein Elektromotor, der in Abhängigkeit einer Bremspedalbetätigung angesteuert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker ausgestattetes Bremssystem im Hinblick auf seine Funktionstüchtigkeit zu überwachen, so dass bei Auftreten einer Funktionsstörung Gegenmaßnahmen getroffen, beispielsweise der Fahrer gewarnt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der zeitliche Verlauf der Stellung des Elektromotors und/oder der zeitliche Verlauf des Bremsdrucks während eines durch Bremsbetätigung ausgelösten Bremsvorgangs erfasst und mit vorgegebenen Toleranzgrößen für die Motorstellung bzw. den Bremsdruck, insbesondere einem Toleranzband, verglichen wird, wobei bei einer Abweichung auf eine Funktionsstörung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers geschlossen wird.
An einem funktionierenden System kann das dynamische Verhalten des Bremskraftverstärkers, das heißt z. B. der Motorwinkelverlauf über der Zeit oder das Ansteigen des Bremsdrucks in der Bremsanlage experimentell bestimmt werden. Kommt es infolge einer Störung beispielsweise zu einer erhöhten Reibung im Bremskraftverstärker, so wird bei einer Bremsbetätigung die gewünschte Motorstellung bzw. der gewünschte Motordruck langsamer eingestellt bzw. die gewünschte Zielgroße überhaupt nicht erreicht. Übersteigt die Abweichung vorgegebene Toleranzgrößen, so lässt dies auf eine Störung schließen. Eine solche kann dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden, so dass dieser sein Verhalten anpassen und rechtzeitig eine Werkstatt aufsuchen kann. Auch ein zu schnelles Einstellen der Zielgröße und/oder ein Überschreiten derselben kann auf eine Funktionsstörung hindeuten und dem Fahrer angezeigt werden. Die Qualität der Funktionsstörung kann zudem in einem Fehlerspeicher abgelegt werden, um das Auffinden der Fehlerursache zu erleichtern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers, und in
3 eine schematische Darstellung des Motorwinkels über der Zeit als Antwort auf eine Sprungfunktion 1 mit dem Verlauf eines oberen Grenzwerts 2, dem Verlauf eines unteren Grenzwerts 3, dem Verlauf 6 für einen im Toleranzbereich liegenden Bremskraftverstärker und dem Verlauf 7 für einen außerhalb des Toleranzbereichs liegenden, schwergängigen Bremskraftverstärkers.
Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen elektromechanischen Bremskraftverstärker, wie er beispielsweise in der DE 103 27 553 A1 beschrieben ist. Deren Offenbarungsgehalt wird diesbezüglich in die vorliegende Anmeldung miteinbezogen.
Zur Erkennung von Funktionsstörungen wird der elektromechanische Bremskraftverstärker regelmäßig auf seine Funktionstüchtigkeit getestet, um im Fall einer Störung Gegenmaßnahmen zu treffen, die beispielsweise darin bestehen können, dem Fahrer eine optische Meldung im Kombinationsinstrument anzuzeigen oder eine akustische Warnung zu geben, so dass dieser sein Fahr- und Bremsverhalten anpassen und eine Werkstatt aufsuchen kann.
An einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, bei der über einen elektromechanischen Bremskraftverstärker eine Hilfskraft F_M über einen Elektromotor 10 bzw. 20 erzeugt wird, stehen in der Regel folgende Messgrößen zur Verfügung, nämlich:

a) als eine Sollwertvorgabe i_P eine Pedalkraft F_P bei Betrieb als Bremskraftverstärker ohne Pedalsimulator (vgl. 1) oder ein Pedalweg s_P bei Betrieb mit Pedalsimulator (vgl. 2),
b) ein Motorwinkel φ aus der Kommutierung des Elektromotors 10 bzw. 20, sowie
c) optional der Bremsdruck p im Tandemhauptzylinder 11 bzw. 21 der Bremsanlage oder aus einem Schlupfregelsystem.

Nachfolgend soll die Funktionsweise des Verfahrens zur Erkennung von Funktionsstörungen auf der Grundlage der Erfassung der Stellung des Elektromotors 10 anhand der 1 und 3 erläutert werden. Die Stellung des Elektromotors 10 wird vorzugsweise über den Motorwinkel φ definiert.
Da der Motorwinkel φ aufgrund der mechanischen Gegebenheiten eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers mit dem Bremsdruck p korreliert, kann das Verfahren auch auf der Grundlage des Bremsdrucks p durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Überwachung sowohl auf der Basis der Stellung des Elektromotors als auch des Bremsdrucks durchzuführen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Bremsbetätigung über einen Sensor 12 erfasst, der ein die Pedalkraft F_P repräsentierendes Signal i_P erzeugt. Aus dieser Sollwertvorgabe i_P und einer in einem Steuergerät 13 hinterlegten Verstärkungskennlinie wird ein Stellsignal i_φ für den Elektromotor 10 generiert. Dieses Stellsignal i_φ bestimmt, welcher Motorwinkel φ im Bremskraftverstärker als Zielgröße stationär aufgebaut werden soll, um am Hauptbremszylinder 11 der Bremsanlage eine Hilfskraft F_M zusätzlich zur Pedalkraft F_P aufzubringen.
Zur Funktionsüberwachung des Bremskraftverstärkers wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel der zeitliche Verlauf des Motorwinkels φ(t) während eines durch eine Bremspedalbetätigung ausgelösten Bremsvorgangs abgegriffen.
Dieses wird mit vorgegebenen Toleranzgrößen für die Motorstellung φ verglichen, wobei bei einer Abweichung auf eine Funktionsstörung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers geschlossen wird. Eine solche wird dem Fahrer dann beispielsweise optisch über eine Leuchte 14 zur Anzeige gebracht.
Die Toleranzgrößen werden vorzugsweise experimentell für die jeweilige Bremsanlage bzw. den jeweiligen Bremsanlagentyp in Verbindung mit dem zugehörigen Bremskraftverstärker bzw. Bremskraftverstärkertyp an einem funktionierenden System ermittelt und entsprechend am Fahrzeug vorgehalten. So ist das dynamische Verhalten, d. h. hier der Motorwinkelverlauf φ(t) über Zeit bei der Bremsanlage im Vorfeld messbar. Sinnvollerweise legt man zwei dynamische Grenzverhalten fest, welche ein zeitabhängiges Toleranzband definieren, innerhalb dessen sich der zulässige Verlauf des Motorwinkels φ(t) befinden sollte.
3 zeigt beispielhaft anhand des Verlaufs 2 ein oberes dynamisches Grenzverhalten und anhand des Verlaufs 3 ein unteres dynamisches Grenzverhalten für den Motorwinkelverlauf φ(t) bei einer Bremsbetätigung, welche hier durch die Sprungfunktion 1 dargestellt ist.
Das untere Grenzverhalten 3 repräsentiert ein gerade noch tolerierbares dynamisches Verhalten eines besonders trägen Bremssystems. Hier wird insbesondere ein Bremssystem verstanden, bei dem alle Toleranzen in Richtung eines ungünstigen Systems zusammenkommen, z. B. eine besonders zähflüssige Bremsflüssigkeit aufgrund tiefer Temperaturen (< –30°C), hydraulische Drosselungen, gerade noch tolerierbare mechanische Reibung, eine große Volumenaufnahme der Bremsanlage, etc.
Das obere Grenzverhalten 2 repräsentiert ein sehr schnelles, reibungsarmes System, z. B. eine Bremsanlage mit geringer Dämpfung, geringer Volumenaufnahme, etc.
Zwischen beiden Grenzverhalten 2 und 3 besteht ein beispielsweise durch umfangreiche Tests und Messungen an der Gesamtbremsanlage gewonnenes Toleranzband eines tolerierbaren Verhaltens.
Im einfachsten Fall sind die Grenzverhalten 2 und 3 dynamische Übertragungsfunktionen. Für ein träges System bzw. ein unteres Grenzverhalten 3 bietet sich die Modellierung als PT₂-System mit hoher Dämpfung und negativem Offset 4 an.
Für ein schnelles System bzw. ein oberes Grenzverhalten 2 kann ein PT₁-System mit zusätzlichem positivem Offset 5 angesetzt werden.
Durch den Offset wird im Bereich der einzustellenden Zielgröße eine ausreichende Breite des Toleranzbands gewährleistet, so dass Fehlanzeigen von Funktionsstörungen bei einer nicht exakten Einstellung der Zielgröße vermieden werden.
Der fortlaufend gemessene Motorwinkel φ(t) wird permanent mit den zeitabhängigen Grenzwerten φ_Mmax(t, iφ) und φ_Mmin(t, iφ) des oberen und unteren Grenzverhaltens 2 und 3 verglichen. Bei einem intakten System wird sich der Verlauf 6 des Motorwinkels stets im Toleranzband, d. h. zwischen dem Verlauf des oberen Grenzwerts 2 und dem Verlauf des unteren Grenzwerts 3 bewegen.
Bei einem schwergängigen System wird hingegen der mit 7 gekennzeichnete Verlauf gemessen. Hier erreicht der Motorwinkel φ(t) die Zielgröße nicht oder nur mit zu großer zeitlicher Verzögerung. Messtechnisch bedeutet dies, dass der Motorwinkel φ(t) zumindest zeitweise das Toleranzband verlässt. Das Verlassen des Toleranzbereichs wird als Fehler erkannt und dem Fahrer angezeigt.
Wird anstelle des Motorwinkels φ der Bremsdruck p verwendet, wie dies anhand des in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt ist, so funktioniert das Verfahren in entsprechender Weise.
In Abwandlung der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele kann bei einer Bremsbetätigung der zeitliche Verlauf der Stellung des Motors bzw. des Bremsdrucks zunächst aufgezeichnet werden. Der aufgezeichnete Verlauf wird anschließend mit einem Toleranzband verglichen, das in Abhängigkeit der Bremsbetätigung anhand von am Fahrzeug vorgehalten Daten bestimmt wird. Wird eine zu große Abweichung festgestellt, erfolgt eine Warnung des Fahrers.
Ferner ist es möglich, aus dem aufgezeichneten Verlauf diese kennzeichnenden Parameter abzuleiten und die abgeleiteten Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrößen zu vergleichen, wodurch die Generierung eines Toleranzbands entfallen kann.
Bezugszeichenliste

1: Sprungfunktion
2: Verlauf eines oberen Grenzwerts des Motorwinkels
3: Verlauf eines unteren Grenzwerts des Motorwinkels
4: negativer Offset
5: positiver Offset
6: Motorwinkelverlauf für einen im Toleranzbereich liegenden Bremskraftverstärker
7: Verlauf für ein fehlerhaftes System
10: Elektromotor
11: Hauptbremszylinder
12: Kraftsensor
13: Steuergerät
14: Leuchte
20: Elektromotor
21: Hauptbremszylinder
22: Kraftsensor
23: Steuergerät
24: Leuchte
i_P: Sollwertvorgabe Stellsignal für den Elektromotor
F_P: Pedalkraft
F_M: Hilfskraft des Elektromotors
p: Bremsdruck
S_P: Pedalweg
t: Zeit Motorwinkel
φ(t): Motorwinkel, gemessen
Φ_Mmax(t, iφ): Motorwinkel, oberer Grenzwert
Φ_Mmin(t, iφ): Motorwinkel, unterer Grenzwert
p(t): Bremsdruck, gemessen
p_max(t, iφ): Bremsdruck, oberer Grenzwert
p_min(t, iφ): Bremsdruck, unterer Grenzwert

Claims

Verfahren zur Funktionsüberwachung eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker einen Elektromotor (10, 20) zur Bereitstellung einer auf den Bremsdruck einer Bremsanlage einwirkenden Hilfskraft (F_M) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf der Stellung des Elektromotors (φ) und/oder der zeitliche Verlauf des Bremsdrucks (p) während eines durch Bremsbetätigung ausgelösten Bremsvorgangs erfasst und mit vorgegebenen Toleranzgrößen für die Motorstellung (φ) bzw. den Bremsdruck (p), insbesondere einem Toleranzband, verglichen wird, wobei bei einer Abweichung auf eine Funktionsstörung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzband zeitabhängig vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Toleranzband aus vorgehaltenen Größen für jeden Bremsvorgang individuell in Abhängigkeit der Bremsbetätigung vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Obergrenze des Toleranzbands durch die Übertragungsfunktion eines PT₁-Systems dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das PT₁-System in Bezug auf die Zielgröße der Motorstellung (φ) und/oder des Bremsdrucks (p) mit einem positiven Offset (5) konfiguriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergrenze des Toleranzbands durch die Übertragungsfunktion eines PT₂-Systems dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das PT₂-System stark gedämpft bzw. überschwingungsfrei ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das PT₂-System in Bezug auf die Zielgröße der Motorstellung (φ) und/oder des Bremsdrucks (p) mit einem negativen Offset (4) konfiguriert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Bremsbetätigung anhand einer zur Ansteuerung des Elektromotors (10, 20) vorgehaltenen Verstärkungskennlinie als Zielgröße eine Sollstellung des Elektromotors und/oder ein Sollbremsdruck bestimmt wird, der Elektromotor (10, 20) entsprechend angesteuert wird, und aus der Zielgröße das Toleranzband zeitabhängig bestimmt und der gemessene Verlauf mit diesem fortlaufend verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsbetätigung der zeitliche Verlauf der Stellung des Motors (φ) und/oder des Bremsdrucks (p) zunächst aufgezeichnet und anschließend mit einem Toleranzband verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsbetätigung der zeitliche Verlauf der Stellung des Motors (φ) und/oder des Bremsdrucks (p) zunächst aufgezeichnet wird, aus dem aufgezeichneten Verlauf diesen kennzeichnende Parameter abgeleitet werden, und die abgeleiteten Parameter mit vorgegebenen Toleranzgrößen verglichen werden.