DE102010029185A1

DE102010029185A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010029185A1
Application number: DE102010029185A
Authority: DE
Inventors: Falk Anderssohn; Dr. Strähle Peter; Michael Zeller
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-21
Also published as: DE102010029185B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist, wobei der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem unterdrucksensorlosen Hilfsenergiespeicher speicherbar ist, mit Ermitteln einer die Bremskraft kennzeichnenden Bremsgröße (13), Ermitteln einer einen Betriebszustand der Hilfsenergiequelle kennzeichnenden Hilfsenergiegröße (15), Ermitteln eines Umgebungsdrucks (17), Ermitteln einer einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kennzeichnenden Speichergröße (25) in Abhängigkeit von der Bremsgröße (13), der Hilfsenergiegröße (15) und des Umgebungsdrucks (17), wobei das Ermitteln der Speichergröße (25) nur mittels eines Modells (1) der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) erfolgt. Um ein verbessertes Betreiben des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Bremsgröße (13) die Bremskraft in einem linearen Zusammenhang direkt kennzeichnet und zumindest ein Element der Gruppe: die Bremskraft selbst, ein Bremsmoment, einen Vordruck aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist, wobei dem Unterdruckbremskraftverstärker mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem Hilfsenergiespeicher speicherbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung sind bekannt. Bei Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtungen wird in einer Unterdruckkammer mittels einer Vakuumquelle, beispielsweise einer Unterdruckpumpe, ein Unterdruck erzeugt, wobei mittels des Unterdrucks eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine höhere Bremskraft zum tatsächlichen Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist. Die Unterdruckpumpe kann elektrisch oder mittels einer mechanischen Kopplung mit einer Antriebsquelle, beispielsweise einem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, angetrieben werden. Es sind Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtungen bekannt, die zum Ermitteln des Unterdrucks der Unterdruckkammer einen oder mehrere Unterdrucksensoren aufweist, mittels denen der Unterdruck messtechnisch ermittelbar ist. Ferner ist es bekannt, eine solche Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung drucksensorlos auszulegen, wobei der Unterdruck in der Unterdruckkammer auf Basis von zur Verfügung stehenden anderen Messgrößen geschätzt wird. Ferner sind Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtungen bekannt, die sowohl eine rechnerische Ermittlung als auch eine direkte Messung des Unterdrucks vorsehen. Die DE 10 2007 003 741 A1 betrifft einen Unterdruckbremskraftverstärker und ein Verfahren zum Betrieb eines Unterdruckbremskraftverstärkers einer Fahrzeugbremsanlage, mit einem Gehäuse, das durch mindestens eine bewegliche Trennwand in mindestens eine Unterdruckkammer und in mindestens eine Arbeitskammer unterteilt ist, wobei die Unterdruckkammer über einen Unterdruckanschluss an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist und wobei der Unterdruckkammer eine Sensoreinheit zugeordnet ist, die den Druck in der Unterdruckkammer sensiert und einer elektronischen Steuereinheit zuführt, die eine Auswerteeinheit zur Auswertung der sensierten Drücke in der Unterdruckkammer aufweist und den Aussteuerpunkt des Unterdruckbremskraftverstärkers allein auf Grundlage des in der Unterdruckkammer herrschenden Drucks schätzt. Um die Überwachung des Gesamtsystems zu unterstützen, wird eine Plausibilisierung des von der Sensoreinheit gemessenen Druckwerts durchgeführt. Mögliche Defekte der Sensoreinheit oder des Unterdruckbremskraftverstärkers werden dabei ermittelt. Der Druck in der Unterdruckkammer wird mit Hilfe einer Sensoreinheit gemessen. Es ist eine Methode vorgesehen, welche auf der Grundlage von empirisch ermittelten Zusammenhängen, von adaptiven Kennfeldern, von strömungstechnischen und von thermodynamischen Vorgängen ein Modell des gesamten Systems bildet und die Zustandsgrößen von den Kammern des Unterdruckbremskraftverstärkers schätzt. Die Kenngrößen des Unterdruckbremskraftverstärkers wie die geometrischen Abmessungen, die Volumina der Unterdruck- und der Arbeitskammer und eine Angabe über Umgebungszustände wie die Temperatur der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, der Unterdruck in einem Ansaugtrakt bzw. in einem Unterdruckanschluss, ein Atmosphärendruck und ein Druck in einem Hauptbremszylinder sind in die Modellbildung einbezogen. Eine Bestimmung von Zuständen und Übergängen beruht auf experimentell und empirisch ermittelten Funktionalen zwischen dem Hauptbremszylinderdruck und den zu bestimmenden Zuständen und Übergängen. Das angegebene Verfahren sorgt dafür, dass ein für eine Ermittlung eines Aussteuerpunktes des Unterdruckbremskraftverstärkers benötigte Wert des Drucksensors abgesichert ist. Die Umgebungsbedingungen des Unterdruckbremskraftverstärkers werden durch den atmosphärischen Druck, den Druckwert der Unterdruckquelle, den hydraulischen Druck eines nachgeschalteten Hauptbremszylinders und der Umgebungstemperatur gebildet. Die DE 10 2005 031 734 A1 betrifft ein Verfahren zur drucksensorlosen Ermittlung eines Drucks in einem mittels einer Betätigungsvorrichtung betätigten Bremskraftverstärker für ein Kraftfahrzeug mit Motoranlage, umfassend ein Saugrohrdruck beaufschlagtes Saugrohr zum optimierten Ausführen eines Bremsvorgangs, umfassend die Schritte: Erfassen der Fahrsituation und Simulieren des Drucks in Abhängigkeit von der Fahrsituation, sowie eine Vorrichtung zur Verstärkung der Bremskraft in einem Otto-Motor betriebenen Kraftfahrzeug mit einer Betätigungseinrichtung und einer mit der Betätigungseinrichtung gekoppelten Unterdruck abhängigen Kraftverstärkungsvorrichtung, wobei die Kraftverstärkungsvorrichtung unterdrucksensorlos ausgebildet ist und einen Bremskraftverstärker mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens. Mittels eines Modells wird der Druck in dem Bremskraftverstärker unterdrucksensorlos geschätzt. Als Eingangsgrößen gehen in das Modell Fahrsituationskennwerte ein, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend: einen Saugrohrdruck, ein Bremslichtschaltersignal, ein Bremsschaltersignal, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Umgebungsdruck, eine Fahrzeugbeschleunigung, ein Drehmoment, eine Motordrehzahl und ein aktuell eingelegter Gang. Nach einem Initialisieren des Drucks und einem Überprüfen und Signalisieren, ob eine Betätigungsvorrichtung betätigt wird, erfolgt ein Berechnen des Drucks in Abhängigkeit der Fahrsituationskennwerte und der Betätigung der Betätigungsvorrichtung, anschließend wird der Druck in Abhängigkeit der durchgeführten Schätzung festgelegt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung zu ermöglichen, insbesondere eine alternative Möglichkeit einen Speicherzustand der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung zu ermitteln.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, mit einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist, wobei der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem unterdrucksensorlosen Hilfsenergiespeicher speicherbar ist, mit: Ermitteln einer die Bremskraft kennzeichnenden Bremsgröße, Ermitteln einer einen Betriebszustand der Hilfsenergiequelle kennzeichnenden Hilfsenergiegröße, Ermitteln eines Umgebungsdrucks, Ermitteln einer einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kennzeichnenden Speichergröße in Abhängigkeit von der Bremsgröße, der Hilfsenergiegröße und des Umgebungsdrucks, wobei das Ermitteln der Speichergröße mittels eines Modells der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung erfolgt, und Steuern eines Zustands des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der mittels des Modells ermittelten Speichergröße gelöst.
Unter einer Bremskraft kann eine Ausgangskraft der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung verstanden werden, die auf einen nachgeschalteten, hydraulischen Hauptbremskraftzylinder einer mittels der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung betätigbaren Bremsanlage des Kraftfahrzeugs wirkt. Die Bremsgröße kennzeichnet die Bremskraft und kann auch eine entsprechende abgeleitete Größe wie beispielsweise ein Bremsmoment, einen Vordruck in dem Hauptbremszylinder und/oder einen Bremspedalweg eines Bremspedals zum Betätigen der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung aufweisen.
Unter einer Hilfsenergiequelle kann beispielsweise eine der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung vorgeschaltete Unterdruckpumpe, beispielsweise mechanisch und/oder elektrisch angetrieben, verstanden werden.
Unter der Hilfsenergiegröße kann verstanden werden, welchen Volumenstrom die Hilfsenergiequelle aus der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung abpumpt. Es kann jedoch auch eine integrierte Größe verstanden werden, die beispielsweise auch mit Hilfe eines Produkts aus einem Unterdruck in der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung und einem sich aktuell darin befindlichen Volumen angegeben werden kann. Ferner kann unter der Hilfsenergiegröße auch eine Drehzahl der Vakuumpumpe verstanden werden, insbesondere eine Drehzahl eines die Vakuumpumpe antreibenden Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors.
Mittels der Hilfsenergiequelle kann der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung Hilfsenergie zum Verstärken einer Betätigung des Bremspedals zugeführt werden. Unter einem Umgebungsdruck kann ein Luftdruck, beispielsweise gemessen in mbar, verstanden werden.
Unter einem Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kann beispielsweise eine Energiemenge verstanden werden, die mittels der Speichergröße ausdrückbar ist. Ferner kann unter der Speichergröße auch lediglich ein in der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung herrschender Unterdruck verstanden werden, der mit Hilfe weiterer Größen, beispielsweise dem aktuellen Volumen einer entsprechenden Unterdruckkammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung in eine Energiegröße umgerechnet werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der Speichergröße um den Unterdruck, der vorteilhaft nur mittels des Modells der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung ermittelt werden kann, wobei die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung vorteilhaft unterdrucksensorlos ausgeführt ist. Vorteilhaft ist kein weiterer Unterdrucksensor, der der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung zugeordnet ist, notwendig. Vorteilhaft kann der so ermittelte Unterdruck für weitere Steueraufgaben, wie beispielsweise zum Steuern eines Sicherheitszustands des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Vorteilhaft kann dadurch der Unterdruck überwacht werden, so dass dieser sich stets in einem gewünschten Wertebereich befindet. Unter Zustand des Kraftfahrzeugs kann der Sicherheitszustand verstanden werden, beispielsweise eine Verfügbarkeit der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung. Ferner kann unter dem Zustand des Kraftfahrzeugs auch verstanden werden, ob ein Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs in Betrieb ist oder abgeschaltet ist. Ferner kann der Zustand des Kraftfahrzeugs auch die Speichergröße selbst im Sinne eines Ist-Werts aufweisen, wobei die Ausgangsgröße des Modells im Sinne einer Modellmessgröße den Ist-Wert kennzeichnet. Die Modellmessgröße wird einer Steuereinheit zugeführt, die die Speichergröße im Sinne einer Regelgröße steuert.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bremsgröße die Bremskraft in einem linearen Zusammenhang direkt kennzeichnet und zumindest ein Element der Gruppe: die Bremskraft selbst, ein Bremsmoment, einen Vordruck aufweist. Vorteilhaft kennzeichnet die Bremsgröße die Bremskraft in einem linearen Zusammenhang, so dass außer linearen Umformungen keine weiteren Rechenschritte notwendig sind.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Hilfsenergiespeicher eine Unterdruckkammer zum Speichern der Hilfsenergie mittels eines Unterdrucks aufweist und die Speichergröße den Unterdruck und/oder ein Produkt aus dem Unterdruck und einem Volumen der Unterdruckkammer aufweist oder diesen kennzeichnet. Vorteilhaft kann der Zustand der Unterdruckkammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung genau angegeben werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor mittels dem das Kraftfahrzeug antreibbar ist und eine Start/Stopp-Vorrichtung mittels der der Verbrennungsmotor automatisch startbar und stoppbar ist, aufweist und dass ein automatisches Starten oder Verhindern eines automatischen Stoppens des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Speichergröße erfolgt. Vorteilhaft kann trotz des Vorhandenseins der Start/Stopp-Vorrichtung sichergestellt werden, dass sich die Speichergröße stets in einem gewünschten Wertebereich befindet, der zu einem sicheren Betrieb des Kraftfahrzeugs notwendig ist. Vorteilhaft kann, falls ein unerwünscht großes Absinken der Speichergröße droht, ein automatisches Stoppen des Verbrennungsmotors verhindert werden. Außerdem kann, falls während einer Stopp-Phase sich die Speichergröße in einen unerwünschten Bereich bewegt oder eine solche Bewegung droht, der Verbrennungsmotor automatisch gestartet werden, wobei das Starten des Verbrennungsmotors ein Zuführen notwendiger Hilfsenergie, insbesondere in Form eines Abpumpens eines Luftvolumens aus der Unterdruckkammer, gewährleistet.
Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, einen Speichergrößenschwellwert festzulegen oder vorzugeben und diesen Speichergrößenschwellwert mit der Speichergröße zu vergleichen und das Starten oder das Verhindern eines Stoppens des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit des Vergleichens vorzunehmen. Vorteilhaft kann so sichergestellt werden, dass sich die Speichergröße oberhalb des Speichergrößenschwellwerts befindet, wobei vorteilhaft der Speichergrößenschwellwert so festgelegt werden kann, dass sich oberhalb des Speichergrößenschwellwerts ein sicherer Betrieb des Kraftfahrzeugs ergibt.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln einer einen Betätigungszustand der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung kennzeichnende Betätigungsgröße, die insbesondere eine Position oder einen Weg eines Bremspedals der Bremse und/oder eine Position oder einen Weg einer dem Hilfsenergiespeicher zugeordneten und verschieblich gelagerten Membran des Unterdruckverstärkers und/oder ein Bremslichtsignal eines Bremslichtschalters des Kraftfahrzeugs aufweist und ein Ermitteln der Speichergröße in Abhängigkeit von der Betätigungsgröße vorgesehen. Unter der Betätigungsgröße kann beispielsweise ein Membranweg und/oder ein Pedalweg der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung verstanden werden. Vorteilhaft kann die Betätigungsgröße zusätzlich zum Ermitteln der Speichergröße verwendet werden, also vorteilhaft zusätzlich in dem Modell berücksichtigt sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln einer einen Kilometerstand des Kraftfahrzeugs kennzeichnenden Wegstreckengröße und ein Ermitteln der Speichergröße zusätzlich in Abhängigkeit von der Wegstreckengröße vorgesehen. Unter einer Wegstreckengröße kann beispielsweise der Kilometerstand selbst des Kraftfahrzeugs und/oder eine abgeleitete Größe verstanden werden. Vorteilhaft kann der Kilometerstand zusätzlich mit in dem Modell berücksichtigt sein, wobei beispielsweise vorteilhaft eine Alterung der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung mit eingerechnet sein kann.
Die Aufgabe ist ferner bei einer Messstrecke eines Kraftfahrzeugs mit einem Hydraulikdrucksensor zum Messen eines Vordrucks in einer Bremsanlage des Kraftfahrzeugs, zumindest zwei Steuergeräten zum Ermitteln eines Unterdrucks in einer Unterdruckkammer einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung in Abhängigkeit des Vordrucks, wobei ein erstes Steuergerät der zwei Steuergeräte fahrzeugtypspezifisch appliziert oder applizierbar ist und ein zweites Steuergerät der zwei Steuergeräte fahrzeugtypübergreifend appliziert oder applizierbar ist, gelöst. Vorteilhaft muss nur eines der Steuergeräte fahrzeugtypspezifisch appliziert werden. Das weitere Steuergerät kann kostengünstig als fahrzeugtypübergreifendes Gleichteil bereitgestellt werden. Außerdem kann mittels der Messstrecke vorteilhaft der Unterdruck der Unterdruckkammer unterdrucksensorlos ermittelt werden. Der Unterdruck kann indirekt mittels der Messstrecke, insbesondere eines Messmodells, auf Basis eines Messwerts des Hydraulikdrucksensors ermittelt werden. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Steuergeräte zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens konstruiert, ausgelegt und/oder eingerichtet, wobei sich die vorab beschriebenen Vorteile ergeben.
Die Aufgabe ist außerdem bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mittels dem das Kraftfahrzeug antreibbar ist, einer Start/Stopp-Vorrichtung mittels der der Verbrennungsmotor startbar und stoppbar ist, einer unterdrucksensorlosen Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist, wobei dem Unterdruckbremskraftverstärker mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem Hilfsenergiespeicher speicherbar ist, wobei eine die Bremskraft kennzeichnende Bremsgröße und eine einen Betriebszustand der Hilfsenergiequelle kennzeichnende Hilfsenergiegröße unterdrucksensorlos ermittelbar sind, und eine einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kennzeichnende Speichergröße in Abhängigkeit von der Bremsgröße, der Hilfsenergiegröße und eines Umgebungsdrucks ermittelbar ist dadurch gelöst, dass die Bremsgröße, die Bremskraft in einen linearen Zusammenhang direkt kennzeichnet und zumindest ein Element der Gruppe die Bremskraft selbst, ein Bremsmoment, einen Vordruck aufweist. Vorteilhaft kann die Speichergröße unterdrucksensorlos und mittels des direkten Zusammenhangs auf einfache Art und Weise bestimmt werden. Das Vorsehen eines Unterdrucksensors kann eingespart werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der Speichergröße automatisch startbar und/oder ein automatisches Stoppen des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der Bremsgröße und der Hilfsenergiegröße verhinderbar sind. Vorteilhaft kann ein sicherer Betriebszustand des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Kraftfahrzeug ausgelegt, eingerichtet und/oder konstruiert zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Gleiche, funktionsgleiche und/oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild zur Berechnung eines Unterdrucks in einer Unterdruckkammer einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung;
2–7 Berechnungsschritte eines Modells zur drucksensorlosen Bestimmung der Speichergröße;
8 ein Diagramm einer Hilfsenergiegröße, einer Bremsgröße sowie in Reaktion darauf einer Speichergröße, als Modellwert und als Messwert über der Zeit während eines mittels einer Start/Stopp-Vorrichtung durchgeführten automatischen Startvorgangs einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs; und
9 ein dem in 8 gezeigten Diagramm zu Grunde liegendes Regelschema.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Modells 1 zur Druckberechnung eines Unterdrucks einer Unterdruckkammer 3 einer lediglich mittels des Bezugszeichens 5 angedeuteten Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung. Als notwendige Einzel-Eingangsgrößen gehen in das Modell 1 eine Bremsgröße 13, eine Hilfsenergiegröße 15 sowie ein Umgebungsdruck 17 ein. In vorgelagerten Modell- und/oder Berechnungsschritten werden daraus eine Bremsbetätigung 7, eine Pumpleistung 9 sowie eine Leckage 11 ermittelt, die dem Modell 1 zugeführt werden und/oder ebenfalls als Teil des Modells 1 verstanden werden können. Die Bremsgröße 13 kann eine auf einen Hauptbremszylinder wirkende Bremskraft und/oder ein Bremsmoment und/oder einen Vordruck in dem Hauptbremszylinder aufweisen. Unter dem Vordruck kann ein hydraulischer Druck in dem Hauptbremszylinder verstanden werden. Zum Ermitteln des Vordrucks kann dem Hauptbremszylinder ein hydraulischer Drucksensor zugeordnet sein. Unter dem Bremsmoment kann eine in einem Moment ausgedrückte Größe verstanden werden, die ein in einem Treibstrang des Kraftfahrzeugs, das die Unterdruckbrems kraftverstärkungsvorrichtung 5 aufweist, herrschendes Drehmoment angibt, beispielsweise analog einem Antriebsmoment einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, wobei eine positive Größe einen Antrieb des Kraftfahrzeugs und eine negative Größe eine Abbremsung des Kraftfahrzeugs bedeutet.
Die Hilfsenergiegröße 15 kann eine Motordrehzahl der Bremskraftmaschine und/oder eine Pumpendrehzahl einer Vakuumpumpe einer Hilfsenergiequelle, die der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 zugeordnet ist, aufweisen. Der Umgebungsdruck 17 kann beispielsweise in mbar vorliegen.
Als optionale Größen gehen in das Modell 1 eine Betätigungsgröße 19, eine Bremslichtgröße 21 sowie eine Wegstreckengröße 23 ein. Die Betätigungsgröße 19 kann beispielsweise ein Membranweg der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 und/oder einen Pedalweg eines der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 zur Betätigung vorgeschalteten Bremspedals aufweisen. Die Bremslichtgröße 21 kann beispielsweise das Ausgangssignal eines Bremslichtschalters aufweisen.
Die Wegstreckengröße 23 kann beispielsweise einen Kilometerstand und/oder Betriebsstunden eines Betriebsstundenzählers des Kraftfahrzeugs aufweisen. Die Bremsbetätigung 7 wird in Abhängigkeit der Bremsgröße 13, der Betätigungsgröße 19 und der Bremslichtgröße 21 ermittelt. Die Pumpleistung 9 wird in Abhängigkeit von der Hilfsenergiegröße 15 ermittelt. Der Umgebungsdruck kann mittels eines nicht näher dargestellten Umgebungsdrucksensors ermittelt werden. Die Wegstreckengröße 13 kann mittels eines nicht näher dargestellten Kilometerzählers und/oder mittels des Betriebsstundenzählers ermittelt werden. Die Leckage 11 wird in Abhängigkeit des Umgebungsdrucks 17 und der Wegstreckengröße 23 ermittelt. Außerdem wird zum Ermitteln der Leckage 11 eine Ausgangsgröße des Modells 1 zurückgeführt.
Als Ausgangsgröße ermittelt das Modell 1 eine einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 kennzeichnende Speichergröße 25, beispielsweise ein Unterdruck in der Unterdruckkammer 3.
Vorzugsweise wird die Bremsbetätigung 7 mittels eines separaten Steuergeräts, beispielsweise einem Steuergerät zur Steuerung und/oder Regelung einer Fahrdynamik, ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass der Berechnung der Bremsbetätigung 7 fahrzeugtypspezifische Parameter, die in dem separaten Steuergerät ohnehin hinterlegt beziehungsweise appliziert sein müssen, eingehen können. Das Modell 1 kann vorteilhaft fahrzeugtypunabhängig ausgelegt sein, beispielsweise mittels eines als Gleichteil gefertigten Modellsteuergeräts. Das Modellsteuergerät muss daher vorteilhaft nicht typspezifisch appliziert werden. Die fahrzeugtypspezifischen Parameter können beispielsweise ein Fahrzeuggewicht, eine Dimensionierung einer Bremsanlage, insbesondere dazugehöriger hydraulischer Haupt- sowie Radbremszylinder, Radgrößen, eine Schwerpunktlage des Kraftfahrzeugs und Ähnliche aufweisen. Zur Berechnung der Bremsgröße 7 kann das separate Steuergerät eine Kennlinie aufweisen, die den sensorisch ermittelbaren Vordruck der Bremsgröße 13 als Eingangsgröße und einen Membranweg sowie die Bremskraft als Ausgangsgröße aufweist. Dieses Kennfeld ist Fahrzeugabhängig und kann vorteilhaft fahrzeugtypspezifisch in dem Steuergerät appliziert werden.
Im Folgenden wird das Modell 1 anhand der 2 bis 7 näher erläutert. Die 2 bis 7 zeigen in einer Blockbildschaltweise Berechnungsschritte des Modells 1. Grundsätzlich wird anhand des Modells zunächst eine Position einer Membran der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung ausgewertet, um damit zwei Kammervolumina, der Unterdruckkammer und einer nicht näher dargestellten Arbeitskammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 aus einem gegebenen aktuellen Bremsmoment zu berechnen.
In einer ersten Variante wird das Bremsmoment eingelesen, das proportional zu dem Vordruck im Hauptbremszylinder ist. Dieses wird mittels des Drucks über einer Fläche des Hauptbremszylinders in die Bremskraft umgerechnet. Über eine Bremswegbremskraftkennlinie kann anschließend die Membranposition bestimmt werden.
In einer alternativen Variante kann die Membranposition in einem nicht näher dargestellten Steuergerät des Kraftfahrzeugs 1 berechnet werden und direkt in das Modell 1 eingelesen werden.
Anschließend wird in Abhängigkeit der Motordrehzahl der Hilfsenergiegröße 15 und einer Volumenänderung der Pumpleistung 9 gegenüber einem vorhergehenden Rechenzyklus ein neuer Unterdruck der Speichergröße 25 in der Unterdruckkammer 3 errechnet. Über eine Bremskraftbremspedalkraftkennlinie, die einen linearen Zusammenhang angibt, und damit einem Verhältnis zwischen einer Betätigungs- und einer Verstärkerkraft entspricht, kann ein Druck in der nicht näher dargestellten Arbeitskammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 bestimmt werden, wobei eine Ventilstellung so angenommen ist, dass die Kammern der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 entweder verbunden oder getrennt sind, ermittelt werden, wobei die Drücke validiert und gegebenenfalls korrigiert werden können.
Im Einzelnen ergibt sich folgender Iterationsalgorithmus:
Wenn die Bremse des Kraftfahrzeugs betätigt wird, schließt das Ventil zwischen der Atmosphärenkammer und der Unterdruckkammer 3 und trennt die Unterdruckkammer 3 von der Atmosphärenkammer. Die Volumina der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer 3 hängen über die Beziehung: v_ges = v_a + v_v = konst zusammen, wobei

v_ges: ein Gesamtvolumen,
v_a: ein Volumen der Arbeitskammer
v_v: ein Volumen der Unterdruckkammer 3

Gemäß der ersten Alternative wird zunächst aus dem Bremsmoment der Bremsgröße 13 und den proportionalen Zusammenhängen zwischen dem Bremsmoment, dem Vordruck und der Bremskraft über die Pedalwegvordruckkennlinie, die beispielsweise als ein applizierbarer Lock-Up-Table vorliegen kann, die Position und anschließend das Volumen der Arbeitskammer berechnet. Unter Berücksichtigung des Gesamtvolumens v_ges ergibt sich das Volumen v_v der Unterdruckkammer 3.
Eine entsprechende Berechnung ist in 2 dargestellt, wobei die Bezugszeichen M_B für das Bremsmoment,

p_vor: für den Vordruck,
x: für den Membranweg
v_v: für das Volumen der Unterdruckkammer 3, und
v_a: für das Volumen der Arbeitskammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 stehen.

Gemäß der zweiten Alternative können die Volumina v_v und v_a der Unterdruckkammer 3 und der Arbeitskammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 direkt aus einem die Membranposition kennzeichnenden Eingangssignal der Betätigungsgröße 19 unter Berücksichtigung einer Membranfläche, die einer Querschnittsfläche der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 entspricht, berechnet werden.
Anschließend wird, was in 3 dargestellt ist, in Abhängigkeit der momentanen Motordrehzahl der Hilfsenergiegröße 15 ein Luftvolumen Δv berechnet, welches das durch die Unterdruckpumpe abgepumpte Volumen entsprechend der Pumpleistung 9 und die zusammengefassten Leckagen 11 im System innerhalb eines Zeitschrittes berücksichtigt. Ein schematischer Programmablauf ist in 3 dargestellt, wobei die Bezugszeichen

N_kw: eine Motordrehzahl bzw. eine Drehzahl einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine der Hilfsenergiegröße 15,
p_umg: der Umgebungsdruck 17 und
Δv: das daraus berechnete Luftvolumen sind.

Alle Leckagestellen im System werden an dieser Stelle zusammengefasst. Die Leckage 11 setzt sich aus mehreren kombinierbaren Komponenten zusammen. Dazu zählen drehzahlabhängige Verluste der Vakuumpumpe, vom Druckunterschied zwischen Innen- und Außendruck abhängige Massenströme, konstante Massenstromleckagen sowie vom Verschleiß abhängige Leckageverstärkung, wobei vorteilhaft dazu die Wegstreckengröße 13 mit eingerechnet werden kann. Im Ergebnis ist ein Pump- und Leckagevolumen, welches pro Rechenzyklus die Unterdruckkammer 3 verlässt berechenbar.
Für die anschließende Berechnung der Drücke in den Kammern der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 wird zuerst der Differenzdruck zwischen der Arbeitskammer und der Unterdruckkammer 3 aus einer Kräftebilanz wie folgt berechnet: F_verst = F_Brems – F_bp wobei

F_verst: eine Verstärkungskraft,
F_Brems: die Bremskraft der Bremsgröße 13 und
F_bp: eine Pedalkraft eines Fahrers des Kraftfahrzeugs während eines Bremsvorgangs sind.

Der Zusammenhang zwischen der Bremskraft F_Brems bzw. dem dazu proportionalen Vordruck p_vor im Hauptbremszylinder und der Pedalkraft F_bp ist vorteilhaft linear approximierbar, solange der Bremskraftverstärker noch nicht voll ausgesteuert ist. Ist dies jedoch der Fall, wird im weiteren Verlauf des Algorithmus die Berechnung korrigiert.
Daraus ergibt sich vorteilhaft eine vorläufige Berechnung eines Druckunterschieds ΔP nach der Gleichung ΔP = F_verst/A_Membran, wobei

ΔP: der Druckunterschied
F_verst: die Verstärkungskraft und
A_Membran: eine Fläche einer längs verschieblich gelagerten Membran, die ein Volumen der Unterdruckkammer 3 von der Arbeitskammer trennt.

4 zeigt eine Berechnung des Druckunterschieds ΔP zwischen der Unterdruckkammer 3 und der Arbeitskammer aus einer Kräftebilanz, wobei

M_B: das Bremsmoment der Bremsgröße 13,
p_vor: der Vordruck der Bremsgröße 13,
F_B: die Bremskraft der Bremsgröße 13,
F: die Verstärkungskraft und
ΔP: der Druckunterschied sind.

Der Vordruck p_vor dient als Eingangsgröße einer Bremspedalkraftvordruckkennlinie, wobei der Buchstabe F_Pedal in 4 die Pedalkraft symbolisiert.
Die Verstärkungskraft F_verst wird über eine lineare Verstärkerbeziehung unterhalb eines ausgesteuerten Bereichs gebildet. Hier ergeben sich erneut zwei Varianten für die zu verwertenden Eingangsgrößen. In einer ersten Variante a wird das Bremsmoment M_B verwendet und bildet über einen konstanten Umrechnungsfaktor den Vordruck p_vor bzw. die Bremskraft F_B im Hauptzylinder der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5. Gemäß einer zweiten Variante b kann alternativ und/oder zusätzlich direkt ein Bremskraftsignal, wie es beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit berechnet werden kann, ausgewertet werden. Gegebenenfalls können beide Varianten a und b verwendet und/oder miteinander plausibilisiert werden.
Eine anschließende Berechnung des Unterdrucks p_v der Speichergröße 25 der Unterdruckkammer 3 und daraus eine Berechnung des Drucks p_a in der Arbeitskammer aus der Druckdifferenz erfolgt in drei Schritten:
Erstens erfolgt die Berechnung des Drucks als zwei aufeinander folgende isotherme Zustandsänderungen unter der Annahme, dass das Ventil zwischen der Unterdruckkammer 3 und der Arbeitskammer geschlossen ist, also die Kammern voneinander getrennt sind, was in 5 gezeigt ist.
Zunächst wird die Membran als stehend betrachtet, wobei angenommen wird, dass Luft durch die Unterdruckpumpe bzw. die Pumpleistung 9 der Unterdruckpumpe und die Leckage 11 aus der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung ausströmt. Eine Druckänderung wird berechnet auf Basis einer quasi Volumenvergrößerung. Anschließend wird das Volumen als abgeschlossen angenommen und eine Membranbewegung verursacht eine Volumenänderung, die wiederum ausgehend vom oben genannten Ergebnisdruck eine weitere Druckänderung nach sich zieht. In 5 sind die Bezugszeichen p_Valt für einen Druck in der Unterdruckkammer 3 und p_Aalt für einen Druck in der Arbeitskammer, jeweils für einen vorhergehenden Rechenzyklus symbolisiert. Ferner sind die Bezugszeichen p_Vtemp sowie p_Atemp für temporäre Zwischendrücke bzw. Zwischenberechnungsergebnisse der Drücke in der Unterdruckkammer 3 und der Arbeitskammer der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 verwendet. Ferner ist das Bezugszeichen p_umg für den Umgebungsdruck 17 verwendet.
Gegebenenfalls muss je nach Funktionsweise der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 der Ergebnisdruck in der Unterdruckkammer 3 auf den Umgebungsdruck 17 p_umg begrenzt werden, was beispielsweise mittels einer Abfrage, die in 5 dargestellt ist, erfolgen kann.
Zweitens wird geprüft, ob der Druck in der Arbeitskammer einen theoretischen Rechenwert über dem Umgebungsdruck 17 p_umg ergeben hat. Ist dies der Fall, wird der Druck auf p_umg begrenzt. In diesem Fall befindet sich der Arbeitspunkt der Kräftekennlinie nicht auf einer Idealgerade, wobei sich die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 in einer Aussteuerung befindet, wobei der berechnete Druckunterschied ΔP nicht verwendbar ist, wobei das korrekte Ergebnis p_v, also der Druck in der Unterdruckkammer 3 ist und der Druck in der Arbeitskammer p_a dem Umgebungsdruck p_umg 17 entspricht. Drittens, falls ΔP korrekt ist, wird im letzten Schritt untersucht, ob der Druck in der Arbeitskammer p_a seit dem letzten Rechenzyklus gefallen ist. In diesem Fall muss die Berechnung erneut nach unten korrigiert werden, was in 6 dargestellt ist, da von einem geöffneten Ventil und somit verbundenen Kammern ausgegangen werden muss. 5 zeigt eine Berechnung der Kammerdrücke, wenn die Kammern, z. B. bei einer Bremse lösen, mittels des nicht näher dargestellten Ventils miteinander verbunden sind. p_a fällt auch, wenn die Bedingungen gelten, die zu verbundenen Kammern führen, insbesondere Abpumpen, Bremse lösen, und gerechnet wird, als wären die Kammern getrennt. Dies ist der Fall, da p_a sich in dem Modell aus p_v ergibt, wobei p_v fällt, wobei vorteilhaft ΔP korrekt berechnet wird.
Die beschriebenen Zusammenhänge ergeben sich im Einzelnen wie folgt. Der Unterdruck p_v 25 der Speichergröße 25 ergibt sich für getrennte Kammern zunächst als vorläufiger Rechenwert nach den Gleichungen: P_vtemp = P_valt·V_valt/(V_valt + V_Fluss) sowie P_v = P_vtemp·V_valt/ V_v, wobei

P_vtemp: der Zwischendruck der Unterdruckkammer 3,
P_valt: der Druck in der Unterdruckkammer 3 des letzten Rechenzyklus,
V_valt: das Volumen der Unterdruckkammer 3 des vorhergehenden Rechenzyklus
V_Fluss: das abgepumpte Volumen aus der Unterdruckkammer 3
P_v: der Unterdruck der Unterdruckkammer 3 der Speichergröße 25, und
V_v: das Volumen der Unterdruckkammer 3 sind.

Das schematische Ablaufdiagramm, wie in 5 dargestellt, enthält diese Beziehung, inklusive der Begrenzung des Drucks in der Unterdruckkammer 3 auf den Umgebungsdruck 17. Aufgrund der Leckagen 11 und eines Totvolumens kann der theoretisch mögliche Überdruck praktisch vernachlässigt werden (Schritt 1).
Nun wird geprüft, ob die Verwendung der Vordruckpedalkraftkennlinie als lineare Funktion und damit die Annahme, die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 befände sich nicht in der Aussteuerung, gerechtfertigt war. Dies ist nur dann der Fall, wenn gilt (Schritt 2): p_v < p_umg
Wird nach der Überprüfung, ob der Druck in der Arbeitskammer gestiegen oder gefallen ist, nun erkannt, dass beide Kammern verbunden sind, wird die Druckberechnung erneut für diesen Fall durchgeführt (Schritt 3).
Grundlage für diese Berechnung ist die Massenbilanz für die gesamte Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5. Sie kann deshalb nach der vorläufigen Annahme, dass die Kammern verbunden waren, durchgeführt werden, da der Druck in der Arbeitskammer p_a im verbundenen Fall immer kleiner als im getrennten Fall ist.
Aus der Massenbilanz und mit dem schon berechneten Druckunterschied ΔP, was in 4 dargestellt ist, ergibt sich der Unterdruck der Unterdruckkammer 3 p_v der Speichergröße 25 nach folgender Gleichung:
Aus m_ges = m_gesalt – Δm und aus P·v = m·R·T ergibt sich: P_v·V_v + p_a·V_a = P_valt·V_valt + P_aalt·V_aalt – P_valt·V_Fluss mit: P_a = ΔP + P_v P_v = (P_valt·V_valt + P_aalt·V_aalt – P_valt·V_Fluss – ΔP·V_a)/(V_v + V_a), wobei

m_ges: eine Gesamtluftmasse innerhalb der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5,
m_gesalt: die Gesamtluftmasse eines vorhergehenden Rechenzyklus,
Δm: eine Massendifferenz zwischen den Rechenzyklen,
R: eine Reynolds-Zahl und
T: eine Temperatur sind.

Eine entsprechende Umsetzung als schematischer Algorithmusschritt ist wie vorab beschrieben in 6 dargestellt.
Anschließend ist es applikativ möglich, zu dem berechneten Bremsunterdruck der Speichergröße 25 einen zusätzlichen Druckverlust zu addieren. Dieser wird bei einem erkannten Bremselösen durch das Bremslichtschaltersignal der Bremslichtgröße 21 unterhalb einer applizierbaren Eingangsgrößenschwelle des Bremsmoments der Bremsgröße 13 – entsprechend der Variante a – bzw. der Bremskraft der Bremsgröße 13 – Variante b – berechnet, um den Druckabbau zu berücksichtigen, welcher durch das Ventilspiel auftritt, sich jedoch nicht auf den Druck in dem Hauptbremszylinder des Kraftfahrzeugs auswirkt. Vorteilhaft kann dadurch auch ein Bremspedalspielen, das ohne Bremswirkung bleibt, wobei sich jedoch der Unterdruck der Speichergröße 25 reduziert, berücksichtigt werden, da dies sonst grundsätzlich aufgrund der Eingangsgrößen des Modells 1 nicht berücksichtigt bzw. registriert würde.
Die Ergebniswerte jedes Rechenzyklus werden gespeichert und einerseits als Ausgangsgröße des Modells 1 als Ersatz für ein sonst verwendetes Sensorsignal einer Betriebsstrategie des Kraftfahrzeugs bzw. der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 zur Verfügung gestellt und andererseits wiederum als Eingangsgröße für den folgenden Rechenzyklus bereitgestellt, was in 7 dargestellt ist. Beispielhaft können die Rechenzyklen in Zeitschritten von 100 ms durchgeführt werden.
8 zeigt einen vorteilhaften Anwendungsfall des Bremsunterdruckmodells bzw. des Modells 1, wenn während einer automatischen Stoppphase einer nicht näher dargestellten Start/Stopp-Vorrichtung des Kraftfahrzeugs die Brennkraftmaschine zur Wiederherstellung bzw. Aufrechterhaltung einer Bremskraftunterstützung einen automatischen Motorstart durchführt. Der Zeitpunkt des automatisch durchgeführten Motorstarts, angefordert aufgrund der berechneten Speichergröße 25, ist in 8 mittels einer gestrichelten Linie 27 symbolisiert. Auf einer X-Achse 29 ist in 8 eine Zeit aufgetragen, beispielsweise in Sekunden zwischen 8 s und 15 s. Auf einer Y-Achse 31 sind insgesamt drei Größen aufgetragen, eine Motordrehzahl der Brennkraftmaschine der Hilfsenergiegröße 15 in Umdrehungen pro Minute, beispielsweise zwischen 0 und 1100, eine abgeleitete Größe der Speichergröße 25, beispielsweise zwischen 300 und 1000 mbar, wobei diese in einer Druckdifferenz zu dem Umgebungsdruck 17 dargestellt ist und als dritte Größe das Bremsmoment der Bremsgröße 13, beispielsweise in Nm zwischen +2000 und –130000. Als weitere Besonderheit ist neben der Speichergröße 25 als Ausgang des Modells 1 noch ein Messwert 33 des Unterdrucks der Unterdruckkammer 3 eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass der Ausgangswert des Modells 1, also die Speichergröße 25 nahezu synchron mit dem Messwert 33 verläuft, was einer hohen Modellgüte des Modells 1 entspricht.
Wie in 8 zu erkennen, sinkt bei einem Betätigen des Bremspedals zunächst die Bremsgröße 13 ab, was einem Aufbau des negativen Bremsmoments, also dem Aufbau einer Bremswirkung bzw. des Vordrucks in dem Bremszylinder entspricht. Es ist zu erkennen, dass sich dadurch die Speichergröße etwas absenkt, also der Unterdruck in der Unterdruckkammer 3 leicht absinkt. Da bei einem Loslassen des Bremspedals das eigentliche Belüften der Unterdruckkammer 3 erfolgt, sinkt dabei, wie in 8 zu erkennen, die Speichergröße 25 stark ab, wobei die Bremsgröße 13 wieder auf einen Wert von 0, was keiner Bremswirkung entspricht, zurückgeht. Mittels einer durchgezogenen Linie ist in 8 ein Schwellwert 35 für die Speichergröße 25 eingezeichnet. Es ist zu erkennen, dass kurz vor dem Motorstart, der mittels der gestrichelten Linie 27 symbolisiert ist, die Speichergröße 25 den Schwellwert 35 unterschreitet, was mit einer kurzen Zeitverzögerung den automatisierten Motorstart mittels der Start/Stopp-Vorrichtung auslöst. Es ist zu erkennen, dass sich dadurch die Motordrehzahl der Hilfsenergiegröße 15 anhebt, was mit einer Erhöhung der Pumpleistung 9 einhergeht, wobei die Speicher größe 25 wieder ansteigt, was einem Bereitstehen von ausreichender Hilfsenergie für eine weitere Betätigung des Bremspedals entspricht.
9 zeigt ein Regelschema des in 8 gezeigten Anwendungsfalls des Bremsunterdruckmodells bzw. des Modell 1. Dargestellt ist ein Regelkreis 37 eines mit der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 ausgestatteten Kraftfahrzeugs 39.
Das Kraftfahrzeug 39 weist einen Verbrennungsmotor 41 auf, der mittels einer mechanischen direkten Zuordnung eine Unterdruckpumpe 43 antreibt. Die Unterdruckpumpe 43 dient als Hilfsenergiequelle und ist dazu einer Unterdruckkammer 45 der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 vorgeschaltet. Die Unterdruckkammer 45 der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 wirkt auf eine Membran 47 bzw. einen Membranteller, die längs verschieblich innerhalb der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 gelagert ist. Die Membran 47 wirkt auf eine Bremsanlage 49 des nur teilweise dargestellten Kraftfahrzeugs 39. Genauer wirkt die Membran 47 auf einen nicht näher symbolisierten Hauptbremszylinder der Bremsanlage 49. Dem nicht näher dargestellten Hauptbremszylinder der Bremsanlage 49 ist ein Hydraulikdrucksensor 51 zugeordnet Der Hydraulikdrucksensor 51 wird von einem ersten Steuergerät 53 ausgelesen. Bei dem ersten Steuergerät 53 handelt es sich vorteilhaft um ein separates Steuergerät des Kraftfahrzeugs 39, das andere Steuerungs- und/oder Regelungsaufgaben zusätzlich erfüllt, was in 9 mittels zwei gestrichelten Pfeilen symbolisiert ist. Bei dem ersten Steuergerät 53 kann es sich um ein Steuergerät zur Regelung einer Fahrdynamik des Kraftfahrzeugs 39, beispielsweise einer Traktionsregelung, eine Bremsdruckregelung, eine Fahrstabilitätsregelung, insbesondere eine Schwimmwinkel- und/oder Gierratenregelung, eine Abstandsregelung und/oder ähnliches handeln.
Dem ersten Steuergerät 53 ist ein zweites Steuergerät 55 nachgeschaltet. Das erste Steuergerät 53 und das zweite Steuergerät 55 stellen eine Messstrecke dar und weisen entsprechend das Modell 1 auf.
Das zweite Steuergerät 55 wirkt auf einen Regler 57, der in einem dritten Steuergerät 59, beispielsweise einer Motorsteuerung des Verbrennungsmotors 41 implementiert ist. In dem dritten Steuergerät 59 ist außerdem eine Start/Stopp-Vorrichtung 61 implementiert, wobei mittels der Start/Stopp-Vorrichtung 61 ein automatisches Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors 41 erfolgen kann. Der Regler 57 wirkt auf die Start/Stopp-Vorrichtung 61, beispielsweise um einen, in 8 dargestellten automatischen Start des Verbrennungsmotors 41 zu steuern.
Die Start/Stopp-Vorrichtung 61 weist neben einem Ausgangssignal des Reglers 57 weitere Eingangsgrößen auf, was in 9 mittels eines gestrichelten Pfeils dargestellt ist.
Der Verbrennungsmotor 41 bildet zusammen mit der mechanisch gekoppelten Unterdruckpumpe 43 ein Stellglied 63 des in 8 dargestellten Regelkreises 37.
Bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor 41 erzeugt die Unterdruckpumpe 43 einen Volumenstrom 65, der die Unterdruckkammer 45 entlüftet. Als Reaktion auf den Volumenstrom 65 stellt sich in der Unterdruckkammer 45 ein Unterdruck 67 der Speichergröße 25 ein. Der Unterdruck 67 ist die Regelgröße des Regelkreises 37. Es ist zu erkennen, dass der Unterdruck 67 nicht direkt gemessen wird. Vorteilhaft wird der Unterdruck 67 unterdrucksensorlos indirekt mittels des Hydrauliksensors 51 und der nachgeschalteten Messstrecke des ersten Steuergeräts 53 und des zweiten Steuergeräts 55 ermittelt, also durch die Ermittlung der Bremsbetätigung 7 und der Speichergröße 25 mittels des Modells 1. Als Ausgangssignal des zweiten Steuergeräts 55 kennzeichnet die Speichergröße 25 den Unterdruck 67 als Modellmessgröße des Regelkreises 37.
Als Störgröße 69 des Regelkreises 37 wirken auf die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 die Bremsbetätigung 7 und die Leckage 11. Es ist zu erkennen, dass auch die Bremsbetätigung 7 nicht direkt gemessen wird. Vielmehr wird diese mittels des ersten Steuergeräts 53 in Form eines Membranwegs 71 und einer Bremskraft 73 ermittelt. Hierzu liegt dem ersten Steuergerät 53 eine applizierte Kennlinie vor, die einen Zusammenhang zwischen einem mittels des Hydraulikdrucksensors 51 in dem Hauptbremszylinder der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 herrschenden Vordruck 75 mit dem Membranweg 71 und der Bremskraft 73 herstellt. Vorteilhaft ist das in dem ersten Steuergerät 53 hinterlegte Kennfeld in dem ersten Steuergerät 53 fahrzeugtypspezifisch applizierbar. Damit stellt das erste Steuergerät 53 ein variantenbildendes Steuergerät dar, wobei vorteilhaft das erste Steuergerät 53 auch für die übrigen Steueraufgaben der Fahrdynamikregelung ohnehin fahrzeugtypspezifisch ausgelegt werden muss.
Vorteilhaft können sämtliche fahrzeugtypisch spezifischen Parameter in dem ersten Steuergerät 53 hinterlegt werden, so dass die Ausgangsgrößen, also die Bremskraft 73 und der Membranweg 71 fahrzeugtypübergreifend von dem zweiten Steuergerät 55 verarbeitet werden können. Daher kann das zweite Steuergerät 55 als fahrzeugtypübergreifendes Gleichteil des Kraftfahrzeugs 39 vorgesehen werden.
Der Ist-Wert der Bremskraft 73 wirkt als Ausgangsgröße der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 auf die Bremsanlage 49, genauer auf den Hauptbremszylinder der Bremsanlage 49. Als Reaktion darauf stellt sich ein Ist-Wert des Vordrucks 75 in dem Hauptbremszylinder ein, der mittels des Hydraulikdrucksensors 51 gemessen und als Messwert des Vordrucks 75 an das erste Steuergerät 53 gegeben werden kann.
Der mittels des in dem zweiten Steuergerät 55 implementierten Modells 1 ermittelte Modellmesswert des Unterdrucks 67 dient direkt als Eingangsgröße des Reglers 57, also für Steueraufgaben innerhalb des Kraftfahrzeugs 39. Der Regler 57 kann als Zweipunktregler oder als simple Schwellwertüberwachung ausgelegt sein, wobei beispielsweise wie in 8 dargestellt, ein Vergleich des Modellmesswerts des Unterdrucks 67 mit dem Schwellwert 35 erfolgt. Es ist denkbar, zusätzlich zu dem Schwellwert 35 einen weiteren, höher liegenden Schwellwert vorzusehen, bei dem während einer Stoppphase der Verbrennungsmotor 41 des Kraftfahrzeugs 39 wieder abgeschaltet wird, also sobald der Unterdruck 67 eine ausreichende Menge an Hilfsenergie für die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 bereitstellt.
Es ist denkbar, den Regler 57 nur während Stoppphasen, also bei eigentlich ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 41 zu aktivieren bzw. über die eigentliche Steuerfunktion der Start/Stopp-Vorrichtung 61 zu priorisieren.
Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, die Unterdruckpumpe 43 mittels einer separaten elektrischen Antriebsquelle anzutreiben und den in 9 gezeigten Regelkreis 37 zur Regelung des Unterdrucks 67 unterdrucksensorlos vorzusehen. Vorteilhaft kann, falls genügend Unterdruck 67 zur Verfügung steht, die elektrische Antriebsquelle abgeschaltet werden.
Zur Initialisierung des Regelkreises 37 ist es möglich, die Unterdruckpumpe 43 für eine definierte Zeitspanne zu betreiben, wobei die Zeitspanne gegenüber einem Zeitverhalten der Unterdruckkammer 45 und der Unterdruckpumpe 43 hinreichend groß ist, so dass sich zumindest annähernd ein maximaler Unterdruck 67 in der Unterdruckkammer 45 eingestellt hat. Dieser Wert kann mittels Versuchen als stationärer Wert bei einem Dauerbetrieb der Unterdruckpumpe 43 ermittelt werden.
Ferner ist es denkbar, aus Sicherheitsgründen in bestimmten Intervallen während eines Fahrzyklus eines Kraftfahrzeugs 39 eine Initialisierung des Regelkreises 37 bzw. der mittels der Steuergeräte 53 und 55 gebildeten Messstrecke vorzunehmen.
Als weitere Störgröße 69 wirkt die Leckage 11 auf die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5. Als Eingangsgröße kann die Leckage 11, wie in 1 gezeigt, abhängig von der Wegstreckengröße 23 in das Modell 1, vorliegend als Eingangsgröße des zweiten Steuergeräts 55, eingehen. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, die Leckage 11 bereits in dem ersten Steuergerät 53 zu ermitteln, wobei dabei vorteilhaft die Leckage 11 fahrzeugtypabhängig ermittelbar ist.
Der Volumenstrom 65 der Unterdruckpumpe 43 wird ebenfalls nicht mittels eines Sensors ermittelt. Dazu kann eine Drehzahl 77 des Verbrennungsmotors 41 und/oder der Unterdruckpumpe 43 als Hilfsenergiegröße 15 zur Ermittlung der Pumpleistung 9 und daraus des Volumenstroms 65 verwendet werden. Es ist möglich, die Pumpleistung 9, sofern diese fahrzeugtypspezifisch ist, mittels des ersten Steuergeräts 53 zu ermitteln. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, die Pumpleistung 9 mittels eines separaten weiteren Steuergeräts zu ermitteln. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, die Pumpleistung 9 und damit den Volumenstrom 65 mittels des zweiten Steuergeräts 55 zu ermitteln. In 9 sind beispielhaft die Ermittlung der Pumpleistung 9 und der Leckage 11 als separate Funktionseinheiten dargestellt. Vorzugsweise sind diese jedoch in einem der Steuergeräte 53 oder 55 vorgesehen.
Vorzugsweise ist es denkbar, das zweite Steuergerät 55 und das dritte Steuergerät 59 in einem Steuergerät, beispielsweise einem Motorsteuergerät, zusammenzufassen. Vorteilhaft sind zumindest zwei unterschiedliche Steuergeräte vorgesehen, wobei eines der Steuergeräte, vorliegend das erste Steuergerät 53 fahrzeugtypspezifisch und ein weiteres Steuergerät, vorliegend das zweite Steuergerät 55, insbesondere zumindest hinsichtlich des Modells 1, fahrzeugtypunabhängig appliziert bzw. applizierbar sind.
Vorteilhaft wird ein Sicherheitszustand des Kraftfahrzeugs 39, eine Verfügbarkeit der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 mittels des automatisierten Motorstarts mittels der Start/Stopp-Vorrichtung 61 gesteuert. Die Start/Stopp-Vorrichtung 61 bildet ein Stellglied 63 einer Zweipunktregelung, oder im einfachsten Fall einer Schwellwertüberwachung des Schwellwerts 35 der Speichergröße 25. Ein Ist-Wert der Speichergröße 25 kann dabei vorteilhaft mittels des Modells 1 indirekt, unterdrucksensorlos im Sinne einer Modellmessgröße ermittelt werden. Die so ermittelte Modellmessgröße wird direkt dem dritten Steuergerät 59 zugeführt. Das dritte Steuergerät 59 weist den Regler 57 auf, der das Stellglied 63 steuert. Die Start/Stopp-Vorrichtung 61 beeinflusst die Regelgröße, die Speichergröße 25. Vorteilhaft ist zur Regelung der Speichergröße 25 keine direkte Messung notwendig. Vorteilhaft genügt die indirekte Ermittlung mittels des Modells 1 beziehungsweise die Ermittlung und/oder Messung der Eingangsgrößen des Modells 1.
Zusammenfassend können vorteilhaft Teile-, Montage- und/oder Entwicklungskosten für die Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung 5 eingespart werden, da kein Unterdrucksensor der Unterdruckkammer 3 zugeordnet werden muss, wobei auch eine mechanische und/oder elektronische Anbindung einschließlich etwaiger vorhandener Auswertungs- und/oder Diagnosesoftware für den Sensor entfallen können. Vorteilhaft kann eine Reduktion einer Hardwarevariantenvielfalt ermöglicht werden, was vorteilhaft auch eine Gewichts- und Bauraumreduktion ermöglicht. Ferner kann eine Zuverlässigkeit durch Wegfall einer Ausfallrate einer zusätzlichen Hardwarekomponente, vorliegend des Unterdrucksensors, erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007003741 A1 [0002]
DE 102005031734 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (39), mit: – einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft (73) zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs (39) verstärkbar ist, wobei der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem unterdrucksensorlosen Hilfsenergiespeicher speicherbar ist, mit: – Ermitteln einer die Bremskraft (73) kennzeichnenden Bremsgröße (13), – Ermitteln einer einen Betriebszustand der Hilfsenergiequelle kennzeichnenden Hilfsenergiegröße (15), – Ermitteln eines Umgebungsdrucks (17), – Ermitteln einer einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kennzeichnenden Speichergröße (25) in Abhängigkeit von der Bremsgröße (13), der Hilfsenergiegröße (15) und des Umgebungsdrucks (17), wobei das Ermitteln der Speichergröße (25) mittels eines Modells (1) der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) erfolgt, – Steuern eines Zustands des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit der mittels des Modells (1) ermittelten Speichergröße (25).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Bremsgröße (13) die Bremskraft in einem linearen Zusammenhang direkt kennzeichnet und zumindest ein Element der Gruppe: die Bremskraft selbst, ein Bremsmoment, einen Vordruck aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfsenergiespeicher eine Unterdruckkammer zum Speichern der Hilfsenergie mittels eines Unterdrucks aufweist und die Speichergröße (25) den Unterdruck und/oder ein Produkt aus dem Unterdruck und einem Volumen der Unterdruckkammer aufweist oder diesen kennzeichnet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kraftfahrzeug – einen Verbrennungsmotor mittels dem das Kraftfahrzeug antreibbar ist und – eine Start/Stopp-Vorrichtung mittels der der Verbrennungsmotor automatisch startbar und stoppbar ist, aufweist und – ein Automatisches starten oder Verhindern eines automatischen Stoppens des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der ermittelten Speichergröße (25) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln einer einen Betätigungszustand der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) kennzeichnenden Betätigungsgröße (19), die insbesondere eine Position oder einen Weg eines Bremspedals der Bremse und/oder eine Position oder einen Weg einer dem Hilfsenergiespeicher zugeordneten und verschieblich gelagerten Membran der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) und/oder ein Bremslichtsignal eines Bremslichtschalters des Kraftfahrzeugs aufweist, – Ermittelnder Speichergröße (25) in Abhängigkeit von der Betätigungsgröße (19).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln einer einen Kilometerstand des Kraftfahrzeugs kennzeichnenden Wegstreckengröße (23), – Ermitteln der Speichergröße (25) zusätzlich in Abhängigkeit von der Wegstreckengröße (23).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Festlegen oder Vorgeben eines Speichergrößenschwellwerts, – Vergleichen des Speichergrößenschwellwerts mit der Speichergröße, – Starten oder Verhindern eines Stoppens des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit des Vergleichens.
Kraftfahrzeug mit: – einem Verbrennungsmotor mittels dem das Kraftfahrzeug antreibbar ist, – einer Start/Stopp-Vorrichtung mittels der der Verbrennungsmotor startbar und stoppbar ist, – einer unterdrucksensorlosen Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels der eine Betätigungskraft zum Betätigen einer Bremse des Kraftfahrzeugs in eine Bremskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs verstärkbar ist, wobei der Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) mittels einer Hilfsenergiequelle eine Hilfsenergie zuführbar und die zugeführte Hilfsenergie in einem Hilfsenergiespeicher speicherbar ist, wobei eine die Bremskraft kennzeichnende Bremsgröße (13) und eine einen Betriebszustand der Hilfsenergiequelle kennzeichnende Hilfsenergiegröße (15) unterdrucksensorlos ermittelbar sind, und eine einen Speicherzustand des Hilfsenergiespeichers kennzeichnende Speichergröße (25) in Abhängigkeit von der Bremsgröße (13), der Hilfsenergiegröße (15) und eines Umgebungsdrucks ermittelbar ist, wobei die Bremsgröße (13) die Bremskraft in einem linearen Zusammenhang direkt kennzeichnet und zumindest ein Element der Gruppe: die Bremskraft selbst, ein Bremsmoment, einen Vordruck aufweist.
Kraftfahrzeug nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der Speichergröße automatisch startbar und/oder eine automatisches Stoppen des Verbrennungsmotors mittels der Start/Stopp-Vorrichtung in Abhängigkeit von der Bremsgröße und der Hilfsenergiegröße verhinderbar ist
Kraftfahrzeug, insbesondere nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche, ausgelegt, eingerichtet und/oder konstruiert zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Messstrecke eines Kraftfahrzeugs (39), insbesondere nach einem der vorhergehenden drei Ansprüche, mit: – einem Hydraulikdrucksensor (51) zum Messen eines Vordrucks (75) in einer Bremsanlage (49) des Kraftfahrzeugs (39), – zumindest zwei Steuergeräten (53, 55, 59) zum Ermitteln eines Unterdrucks (67) in einer Unterdruckkammer (45) einer Unterdruckbremskraftverstärkungsvorrichtung (5) in Abhängigkeit des Vordrucks (75), wobei ein erstes Steuergerät (53) der zumindest zwei Steuergeräte (53, 55, 59) fahrzeugtypspezifisch appliziert oder applizierbar ist und ein zweites Steuergerät (55) der zumindest zwei Steuergeräte (53, 55, 59), insbesondere zumindest hinsichtlich eines Modells (1) zum Ermitteln des Unterdrucks (67), fahrzeugtypübergreifend appliziert oder applizierbar ist.