DE102007035332A1

DE102007035332A1 - Verfahren zur Überwachung der Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeug-Reibungsbremse

Info

Publication number: DE102007035332A1
Application number: DE200710035332
Authority: DE
Inventors: Ulrich Stolz; Matthias Kranich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-27
Filing date: 2007-07-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: WO2009016047A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Überwachung der Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeug-Reibungsbremse wird in rechnerisches Verschleißmodull als Polynomansatz in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit und dem mittleren Bremsdruck zwischen den Reibpartnern sowie der Temperatur ein Verschleißfaktor ermittelt, der der Berechnung der Änderung der Stärke des Reibungspartners zugrund gelegt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung der Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeug-Reibungsbremse nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 100 29 238 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung der Stärke der Bremsbeläge einer Fahrzeug-Bremsanlage beschrieben, mit dem basierend auf einem rechnerischen Verschleißmodell die aktuelle Bremsbelagstärke bzw. die geschätzte Restlaufzeit ermittelt werden soll, die bis zu einem Wechsel der Bremsbeläge vom Fahrzeug noch zurückgelegt werden kann. Der Schätzalgorithmus der Verschleißrate ist hierbei unter Zugrundelegung eines Produktansatzes in drei verschiedene, miteinander zu multiplizierende Polynome aufgeteilt, die von der Bremsscheibentemperatur, dem Brems-Betätigungsdruck und der Radgeschwindigkeit abhängen. Um die Änderung der Belagdicke zu ermitteln, wird die Verschleißrate mit dem Wert des betrachteten Zeitraumes multipliziert, und zwar unter Berücksichtigung einer Konstante, die den Zusammenhang zwischen Belagdicke und Belagmasse angibt.
Für eine hinreichende Güte des Schätzalgorithmus der Verschleißrate genügt es, Polgnome zweiten Grades zu berücksichtigen. Da die Verschleißrate jeweils ein Polynom für den Bremsdruck, die Radgeschwindigkeit und die Bremsscheibentemperatur beinhaltet, müssen mindestens neun Polynomkoeffizienten ermittelt werden, wofür üblicherweise umfangreiche und aufwändige Versuche erforderlich sind. Die Zahl der Polynomkoeffizienten kann sich noch erhöhen, falls verschiedene Koeffizienten oberhalb und unterhalb eines Schwellenwertes, beispielsweise für den Bremsdruck und die Radgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Um verschiedene Bremsenvarianten mit dem gleichen Grundmodell des Schätzalgorithmus ermitteln zu können, kann ein Anpassungsfaktor in den Algorithmus eingeführt werden, dessen Bestimmung jedoch zeitaufwändige Fahrzeugdauerläufe erfordert, bei denen die Bremsbeläge einer Bremsenvariante bzw. eines Fahrzeugs bis zum vollständigen Verschleiß belastet werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen und hoher Zuverlässigkeit die Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeug-Reibungsbremse zu überwachen. Vorteilhafterweise soll darüber hinaus auch eine einfache Anpassung an verschiedene Fahrzeugbremsen durchführbar sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung der Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeugreibungsbremse wird ein rechnerisches Verschleißmodell zugrunde gelegt, mittels dem die Änderung der Stärke des mindestens einen Reibungspartners berechnet wird. Das Verschleißmodell ist als Polynomansatz in Abhängigkeit lokaler Größen unmittelbar an den Reibungspartnern gebildet, und zwar der Temperatur, der Relativgeschwindigkeit zwischen den Reibungspartnern und dem mittleren Bremsdruck zwischen den Reibungspartnern. Im Unterschied zu Schätzmodellen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind und dem Anteil des Verschleißes auf die jeweiligen Eingangsgrößen Brems-Betätigungsdruck, Radgeschwindigkeit und Bremsscheibentemperatur über einen Produktansatz ermitteln, wird nunmehr erfindungsgemäß ein Verschleißmodell herangezogen, welches auf einem ganzheitlichen, volumenbezogenen Ansatz basiert. Es werden nicht mehr allgemeine Radgeschwindigkeiten bzw. der Leitungs-Bremsdruck herangezogen, sondern die lokal am Bremsbelag herrschende Geschwindigkeit bzw. der dort vorliegende Bremsdruck.
In Abhängigkeit der lokalen Geschwindigkeit und des lokalen Bremsdrucks sowie des Weiteren von der Temperatur an den Reibpartnern wird ein Polynomansatz aufgestellt, der mindestens vom Quadrat, gegebenenfalls aber von noch höheren Potenzen der Temperatur abhängt. Vorteilhafterweise wird der Polynomansatz mit insgesamt fünf Polynomkoeffizienten aufgestellt, in den nur die Temperatur bis zum zweiten Grad einfließt, wohingegen der Bremsdruck und die Geschwindigkeit lediglich linear in den Polynomansatz eingehen. Der aus dem Polynomansatz ermittelte Verschleißfaktor wird der Berechnung der Änderung der Stärke des Reibungspartners unter zusätzlicher Berücksichtigung des Reibwerts sowie des betrachteten Betätigungszeitraumes zugrunde gelegt. Die Polynomkoeffizienten werden beispielsweise im Rahmen eines Testprogramms mit statistischer Versuchsplanung einmalig für jedes neue Belagmaterial bzw. jeden neuen Bremsentyp bestimmt. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die Anzahl der Polynomkoeffizienten erheblich reduziert.
Gemäß vorteilhafter Ausführung wird der Verschleiß des Bremsbelags in der Fahrzeugbremse überwacht. Alternativ oder kumulativ ist es aber auch möglich, den zugeordneten Reibpartner, also die Bremsscheibe, im Hinblick auf einen Verschleiß zu überwachen.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Verschleißfaktor mit einem Anpassungsfaktor multipliziert wird, der eine Anpassung an unterschiedliche Bremssysteme bzw. Bremsbeläge erlaubt. Da der Anpassungsfaktor nur von verhältnismäßig wenigen, geometrischen Daten abhängig ist, ist der Anpassungsfaktor bei Bremsenvarianten mit ähnlichen Belagmaterialen weitgehend identisch, so dass es nicht mehr zwingend erforderlich ist, für alle Bremsvarianten Fahrzeuge Dauerläufe zur Bestimmung des Anpassungsfaktors durchzuführen. Daher genügt im Allgemeinen lediglich ein Dauerlauf pro Fahrzeug zur Bestimmung des Anpassungsfaktors.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine Anpassung der Funktion auf unterschiedliche Bremsenvarianten nicht ausschließlich auf die Bestimmung des Anpassungsfaktors aus Dauerlaufdaten angewiesen ist. Vielmehr können die geometrischen Daten und der Reibwert bereits im Vorfeld angepasst werden, was insgesamt eine einfache und kostengünstige Methode darstellt.
Gemäß zweckmäßiger Ausführung wird die Relativgeschwindigkeit zwischen den Reibpartnern in der Belagmitte, insbesondere am effektiven Reibradius ermittelt, und zwar aus der Radgeschwindigkeit und unter Berücksichtigung eines dynamischen Reibradius. Der mittlere Bremsdruck zwischen den Reibpartnern ermittelt sich vorzugsweise aus dem Druck in der Hydraulik-Bremsleitung, der Fläche des Kolbens in der Bremszange und der Fläche des Bremsbelages. Da auch der Reibwert μ aus Datenblättern des Bremsbelags entnommen werden kann und somit als bekannt vorausgesetzt werden kann, sind alle für die Verschleißrechnung erforderlichen Größen bekannt bzw. aus geometrischen Fahrzeug- bzw. Bremsendaten zu errechnen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der in schematischer Weise eine Radbremse für ein Kraftfahrzeug dargestellt ist.
Die Radbremse 1 umfasst eine Bremsscheibe 2, die von einer Bremszange 3 eingefasst ist, an deren Seitenwangen Bremsbeläge 4 gehalten sind, die in Reibkontakt mit der Bremsscheibe 2 zu bringen sind. Der Bremsdruck, der auf die Bremsbeläge 4 ausgeübt wird, wird von einem Bremskolben 5 in einem Träger 6 erzeugt, wobei der Bremskolben 5 von einem Hydraulikfluid beaufschlagt wird, welches über eine Hydraulik-Bremsleitung 7 herangeführt wird.
Der Fahrerwunsch zur Ausführung einer Betriebsbremsfunktion wird umgesetzt, indem über die Hydraulikbremsleitungen 7 Druck aufgebaut und der Bremskolben 5, der in die Bremszange 3 integriert ist, den inneren Bremsbelag 4 gegen die Bremsscheibe 2 verstellt, wohingegen der äußere Bremsbelag durch Verschieben der schwimmend gelagerten Bremszange 3 an die Bremsscheibe gezogen wird.
Um den Verschleiß der Bremsbeläge zu erfassen, der durch Materialabrieb während des Bremsens entsteht, wird ein mathematisches Verschleißmodell aufgestellt. Ausgangspunkt hierfür ist die Annahme, dass das Verschleißvolumen in erster Näherung linear von der eingebrachten Energie abhängt, was über einen allgemeinen Verschleißfaktor K als Funktion des Verschleißvolumens ΔW_V und der im Zeitintervall Δt zugeführten Bremsenergie ΔE_Br gemäß der Beziehung K = ΔWV/ΔEBr zum Ausdruck kommt. Die Bremsleistung P wird, bezogen auf einen Bremsbelag, aus dem Zusammenhang P = μ·p·Apad·vin Abhängigkeit des Belagreibwerts μ, des mittleren Bremsdrucks p am Belag, der Belagfläche A_pad und der Geschwindigkeit v am effektiven Reibradius ermittelt.
Die Abnahme Δd der Belagdicke im betrachteten Zeitintervall Δt errechnet sich aus dem Verschleißvolumen ΔW_V und der Belagfläche A_pad gemäß Δd = ΔWV/Apad.
Aus den vorgenannten Beziehungen ergibt sich Δd = K·μ·p·v·Δt.
Der mittlere Bremsdruck p am Belag wird aus bekannten geometrischen Fahrzeug- bzw. Bremsendaten aus dem Druck p_Brems in der Hydraulik-Bremsleitung, der Fläche A_Kolben des Kolbens in der Bremszange und der Fläche A_Belag des Bremsbelages gemäß
ermittelt, die Relativgeschwindigkeit v zwischen Belag und Bremsscheibe wird aus der Radgeschwindigkeit v_Rad, dem effektiven Reibradius r_eff und dem dynamischen Reibradius r_dyn zu
berechnet.
Der Verschleißfaktor K wird als Polynomansatz gemäß der Beziehung K = (a1 + a2pv + a3T + a4T2 + a5pvT)ermittelt, wobei a₁ bis a₅ Polynomkoeffizienten sind, die durch Tests ermittelt werden, und T die Temperatur an den Reibpartnern.
Der Verschleißfaktor K wird mit einem Anpassungsfaktor k₁ multipliziert, der eine Anpassung an unterschiedliche Bremssysteme bzw. Bremsbeläge erlaubt: K = k1(a1 + a2pv + a3T + a4T2 + a5pvT)
Die Änderung Δd der Stärke des Reibungspartners wird gemäß der oben aufgeführten Funktion durch Multiplikation des Verschleißfaktors K (unter Berücksichtigung des Anpassungsfaktors k₁) mit dem Belag-Reibwert μ, dem mittleren Bremsdruck p am Belag, der Geschwindigkeit v am effektiven Reibradius und dem betrachteten Zeitintervall Δt berechnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10029238 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Überwachung der Stärke mindestens eines Reibungspartners einer Fahrzeug-Reibungsbremse, mit einem rechnerischen Verschleißmodell zur Ermittlung der Änderung (Δd) der Stärke des Reibungspartners, wobei das Verschleißmodell durch einen Polynomansatz in Abhängigkeit von Bremsdruck (p), Geschwindigkeit (v) und Temperatur (T) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Geschwindigkeit die Relativgeschwindigkeit (v) und als Bremsdruck der mittlere Bremsdruck (p) zwischen den Reibpartnern herangezogen wird, und dass ein Verschleißfaktor (K) als Polynomansatz ermittelt wird, wobei der Polynomansatz mindestens vom Quadrat der Temperatur (T) abhängt, und die Änderung (Δd) der Stärke des Reibungspartners in Abhängigkeit des Verschleißfaktors (K), des Reibwerts (μ) und des Bremsdrucks (p) zwischen den Reibpartnern, der Relativgeschwindigkeit (v) und des Betätigungszeitraums (Δt) gemäß der Funktion Δd = K·μ·p·v·Δtberechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißfaktor (K) als Polynomansatz gemäß der Beziehung K = (a1 + a2pv + a3T + a4T2 + a5pvT)ermittelt wird, wobei a₁ ... a₅ Polynomkoeffizienten sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke (d) des Bremsbelags (4) überwacht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschleißfaktor (K) mit einem Anpassungsfaktor (k₁) multipliziert wird, der eine Anpassung an unterschiedliche Bremssysteme bzw. Bremsbeläge erlaubt: K = k1(a1 + a2pv + a3T + a4T2 + a5pvT)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit (v) zwischen den Reibpartnern aus der Radgeschwindigkeit (v_Rad), dem effektiven Reibradius (r_eff) und dem dynamischen Reibradius (r_dyn) gemäß folgender Beziehung berechnet wird:
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Bremsdruck (p) aus dem Druck (p_Brems) in der Hydraulik-Bremsleitung, der Fläche (A_Kolben) des Kolbens in der Bremszange (3) und der Fläche (A_Belag) des Bremsbelages (4) gemäß folgender Beziehung berechnet wird:
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (A_Belag) des Bremsbelages (4) als Funktion der Belagstärke (d) ermittelt wird: ABelag = f(d)
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit Mitteln zur Erzeugung und Ausgabe eines Signals in Abhängigkeit der Änderung (Δd) der Stärke des Reibungspartners.