DE102011013592A1

DE102011013592A1 - Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftwagens

Info

Publication number: DE102011013592A1
Application number: DE102011013592A
Authority: DE
Inventors: Timo Strutz; Martin Angel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens (10), der an einer Vorderachse (16) und einer Hinterachse (18) jeweils Räder (12, 14) aufweist, denen Bremsen (20, 22) zugeordnet sind, wobei bei einer Bremsbetätigung ein Verhältnis einer auf die Räder (12) der Vorderachse (16) ausgeübten Bremskraft zu einer auf die Räder (14) der Hinterachse (18) ausgeübten Bremskraft in Abhängigkeit von einem Betriebszustand zumindest einer Bremse (20, 22) des Kraftwagens (10) eingestellt wird. Hierdurch kann die Überbelastung einzelner Bremsen (20, 22) vermieden werden und so der Verschleiß der Bremsen (20, 22) reduziert und deren Lebensdauer erhöht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftwagens, der an einer Vorderachse und einer Hinterachse jeweils Räder aufweist, denen Bremsen zugeordnet sind.
Bei konventionellen Kraftwagen mit hydraulischer Bremsanlage ist die Bremskraftverteilung zwischen den Bremsen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftwagens in der Regel durch die Dimensionierung der jeweiligen Bremsen fest vorgegeben. Aus der DE 41 24 496 A1 ist ferner eine Bremsanlage für elektrische Kraftwagen bekannt, bei welcher für die Bremsen der Vorder- und Hinterachse des Kraftwagens separate hydraulische Systeme vorgesehen sind, um so eine Einstellung des Bremskraftverhältnisses in Abhängigkeit von einem Beladungszustand des Kraftwagens, insbesondere in Abhängigkeit von der dynamischen Achslast, zu ermöglichen.
Neben solchem hydraulischen Bremssystemen mit mehreren Bremskreisen finden zunehmend sogenannte brake-by-wire-Systeme Anwendung. Bei derartigen Bremssystemen besteht keine hydraulische Kopplung zwischen Bremspedal und Bremse, bei einer Bremspedalbetätigung wird vielmehr ein elektrisches Signal erzeugt, auf dessen Grundlage ein Steuergerät eine Bremskraft an den elektromechanisch betätigten Bremsen einstellt. Solche Systeme finden insbesondere in elektrischen oder Hybridkraftwagen Anwendung, die neben den elektromechanischen Bremsen zusätzlich noch die Möglichkeit besitzen, ein elektrisches Antriebsaggregat als Generator zu betreiben. Hierdurch wird eine Bremswirkung auf die angetriebene Achse des Kraftwagens ausgeübt, wobei durch den Generatorbetrieb Energie zurückgewonnen und einem Energiespeicher des Kraftwagens zugeführt werden kann.
Eine fahrsituationsabhängige Anpassung der Bremskraftverteilung ist zwar geeignet, die Fahrstabilität des Kraftwagens zu verbessern, kann jedoch auch zu deutlich unterschiedlichen Belastungen der einzelnen Bremsen des Kraftwagens führen und so deren Verschleiß erhöhen und deren Lebensdauer verringern.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches den Verschleiß der Bremsen verringert und deren Lebensdauer erhöht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei einem derartigen Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens mit jeweiligen, den Rädern einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftwagens zugeordneten Bremsen, wird bei einer Bremsbetätigung ein Verhältnis einer auf die Räder der Vorderachse ausgeübten Bremskraft zu einer auf die Räder der Hinterachse ausgeübten Bremskraft in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftwagens eingestellt. Besonders zweckmäßig ist dabei eine Einstellung in Abhängigkeit von einem Betriebszustand zumindest einer Bremse des Kraftwagens.
Dies ermöglicht es, die Bremskraftverteilung zwischen den Bremsen der jeweiligen Achsen an den Belastungszustand der jeweiligen Bremsen anzupassen. Eine solche Regelung kann zusätzlich oder alternativ zu bekannten Regelungsverfahren, die die Bremskraftverteilung an einen Fahrzustand des Kraftwagens anpassen sollen, verwendet werden. Hierdurch kann eine Überlastung einzelner Bremsen vermieden werden und so der Bremsenverschleiß vermindert werden.
Es ist dabei besonders zweckmäßig, die Bremskraftverteilung in Abhängigkeit von der Bremsentemperatur einzustellen. Hierzu wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einer Temperaturdifferenz zwischen zumindest einer einem Rad der Vorderachse zugeordneten Bremse und einer einem Rad der Hinterachse zugeordneten Bremse die Bremskraft derjenigen Bremsen, welche eine geringere Temperatur aufweisen, relativ zu der Bremskraft der anderen Bremsen erhöht.
Alternativ zur Regelung über Differenztemperatur kann auch individuell für die Bremsen nur einer Achse, z. B. der Hinterachse, eine applizierbare Betriebskennlinie hinterlegt werden. Diese soll in Abhängigkeit der Bremsentemperatur die Bremskraft dieser Achse reduzieren.
Mit anderen Worten wird bei Auftreten einer Temperaturdifferenz zwischen den Bremsen zweier Achsen die Bremskraftverteilung zu den thermisch schwächer belasteten Bremsen verlagert. Die thermisch stärker belasteten Bremsen können sich dadurch abkühlen, was ihre Lebensdauer erhöht und die Gefahr eines Bremsversagens vermindert. Diese Art der Bremsensteuerung ist insbesondere bei langen Bergabfahrten sinnvoll, bei denen die Bremsen einer starken Belastung unterliegen.
Die Temperatur der Bremsen kann dabei durch direkte Messung an einer Komponente der Bremsen, beispielsweise an einer Bremsscheibe, einem Bremssattel, einem Bremsbelag oder dergleichen bestimmt werden. Dies ermöglicht eine besonders genaue Temperaturbestimmung.
Alternativ kann die Bremsentemperatur auch auf Grundlage eines rechnerischen Modells oder Kennfeldes bestimmt werden. Hierdurch enffällt die Notwendigkeit, zusätzliche Temperatursensoren an den Bremsen anzubringen, was Gewicht einspart.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis der Bremskräfte in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand der Bremsen eingestellt. Hierdurch können bei ungleichmäßig abgenutzten Bremsen diejenigen Bremsen mit stärker abgenutzten Belägen oder Bremsbacken gezielt geschont werden. Der Verschleißzustand kann dabei beispielsweise auf Grundlage eines mathematischen Modells bestimmt werden, in welches Parameter wie die seit dem letzten Service vergangene Zeit und die Zahl der Bremsvorgänge eingehen. Bei elektromechanischen Bremsen besteht i. d. R. zudem die Möglichkeit, den Verschleißzustand der Bremsen direkt anhand einer sensierten Kolbenposition zu erkennen.
Bei einem elektrischen oder Hybridkraftwagen ist es ferner besonders zweckmäßig, auch die Stärke einer während des Bremsvorgangs durchgeführten Rekuperationsbremsung mit in die Bestimmung der Bremskraftverteilung einfließen zu lassen. Bei Kraftwagen mit nur einer angetriebenen Achse betrifft die Rekuperationsbremsung durch einen Generatorbetrieb des elektrischen Antriebsaggregats lediglich diese Achse. Gleichzeitig an dieser Achse vorhandene Reibungsbremsen können dann durch Verschiebung der Bremskräfte zu der anderen Achse entlastet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verhältnis der Bremskräfte zusätzlich in Abhängigkeit von einem durch einen Fahrer des Kraftwagens gewählten Fahrbetriebsmodus eingestellt. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen Sportmodus, einen Komfortmodus, einen Geländemodus oder dergleichen handeln. Durch die Verteilung der Bremskräfte zwischen den Achsen des Kraftwagens kann hierbei das Fahrverhalten des Kraftwagens auf die gewünschte Art und Weise beeinflusst werden. So kann für einen sportlichen Fahrbetriebsmodus beispielsweise die Bremskraftverteilung zur Hinterachse hin verschoben werden, um bei Bremsungen die maximale Verzögerungsleistung zu erreichen oder auch während einer Kurvenfahrt ein Übersteuern des Kraftwagens zu erzielen, welches das gewünschte sportliche Fahrgefühl erzeugt.
Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Fahrwerks eines Kraftwagens, bei welchem eine Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens Anwendung finden kann, und
2: ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem im Ganzen mit 10 bezeichneten Kraftwagen sind den Rädern 12, 14 einer Vorderachse 16 bzw. einer Hinterachse 18 jeweilige Reibungsbremsen 20, 22 zugeordnet. Bei den Bremsen 20, 22 handelt es sich um elektromechanisch betätigte Scheibenbremsen, bei welchen bei einem Bremsvorgang jeweilige Bremsbacken mittels eines elektromechanischen Aktors in Reibungskontakt mit zugeordneten Bremsscheiben gebracht werden. Hierdurch ist eine unabhängige Ansteuerung der Bremsen 20, 22 möglich.
Der Kraftwagen 10 weist einen Hybridantrieb auf. Neben einem in der Figur nicht dargestellten Verbrennungsaggregat ist also ein zusätzliches elektrisches Antriebsaggregat 24 an der Hinterachse 18 vorgesehen. Das Antriebsaggregat 24 kann dabei, wie in der dargestellten Ausführungsform, als Achsmotor ausgebildet sein. Es ist jedoch ebenso möglich, die Antriebsenergie des Antriebsaggregates mittels eines Überlagerungsgetriebes in einen Antriebsstrang des Kraftwagens 10 einzuspeisen.
Auch das elektrische Antriebsaggregat 24 kann zum Abbremsen des Kraftwagens 10 genutzt werden. Hierzu wird das Antriebsaggregat 24 im Generatorbetrieb verwendet, wodurch die kinetische Energie des Kraftwagens 10 in elektrische Energie umgewandelt wird, welche wieder in einen Energiespeicher des Kraftwagens eingespeist werden kann.
Ein Bremsvorgang wird durch die Betätigung eines Bremspedals 26 durch einen Fahrer des Kraftwagens eingeleitet. Im Gegensatz zu üblichen hydraulischen Bremssystemen steht das Bremspedal 26 hierbei nicht in mechanischem Kontakt mit den Bremsen 20, 22. Bei Betätigung des Bremspedals 26 wird vielmehr ein elektrisches Signal erzeugt und über eine Leitung 28 an ein Steuergerät 30 übermittelt (S10). Das Steuergerät 30 bestimmt, wie die Bremsanforderung des Fahrers in einen tatsächlichen Bremsvorgang übersetzt wird (S20) und steuert in der Folge die elektromechanischen Aktoren der Bremsen 20, 22, sowie das elektrische Antriebsaggregat über weitere elektrische Leitungen 32, 34 an (S22).
Bei der Umsetzung der Bremsanforderung in den tatsächlichen Bremsvorgang können neben der Stärke der Betätigung des Bremspedals 26 weitere Einflussgrößen berücksichtigt werden. So ist es beispielsweise möglich, den Bremsvorgang an die aktuelle Fahrsituation des Kraftwagens 10 anzupassen, um so beispielsweise bei Bremsungen während der Kurvenfahrt einzelne Bremsen 20, 22 gezielt so anzusteuern, dass ein Ausbrechen des Kraftwagens 10 verhindert wird. Je nach Fahrtgeschwindigkeit kann auch die Verteilung der Bremskraft zwischen der Reibungsbremsung mittels der Bremsen 20, 22 und der Rekuperationsbremsung durch Generatorbetrieb des elektrischen Antriebsaggregats 24 eingestellt werden. So ist es beispielsweise sinnvoll, bei langsamer Fahrt die Bremsung vorwiegend durch Rekuperationsbremsung durchzuführen.
Neben solchen fahrsituationsabhängigen Einflussgrößen wird ferner auch der Zustand der Bremsen 20, 22 vom Steuergerät 30 bei der Umsetzung einer Bremsanforderung berücksichtigt. Eine wichtige Einflussgröße ist hierbei die Temperatur der Bremsen 20, 22. Je nach Konzept wird bei einigen Hybridfahrzeugen bei einem Bremsvorgang an den Bremsen 22 der Räder 14 der Hinterachse 18 eine stärkere Bremskraft aufgewendet als and den Bremsen 20 der Räder 12 der Vorderachse 16. Bei langandauernden Bremsvorgängen, beispielsweise bei einer Bergabfahrt, erhitzen sich die Bremsen 22 daher stärker als die Bremsen 20, weisen daher auch eine kürzere Lebensdauer auf und stossen auch früher an Ihre Leistungsgrenzen. Um dies zu vermeiden, wird durch die Steuereinheit 30 bei drohender Überhitzung der Bremsen 22 (S12) die Bremskraftverteilung zu den Bremsen 20 der Vorderachse 16 hin verschoben (S14). Die Bremsen 22 werden dadurch entlastet und ihr Verschleiß verringert. Umgekehrt wird die Bremskraft zu den Bremsen 22 der Hinterachse 18 hin verschoben, wenn eine Überhitzung der Bremsen 20 der Vorderachse 16 droht (S16, S18).
Die Temperatur der Bremsen 20, 22 kann dabei durch direkte Messung an der Bremse 20, 22 bestimmt werden. Alternativ ist es möglich, die Temperatur auf Grundlage eines Modells oder Kennfeldes abzuschätzen. In ein solches Modell oder Kennfeld gehen dabei beispielsweise Größen wie das Fahrzeuggewicht, die Fahrbahnneigung, die Zahl der vorherigen Bremsvorgänge in einem bestimmten Zeitfenster, die Geschwindigkeiten vor und nach diesen Bremsvorgängen und dergleichen ein.
Neben der Temperatur kann auch der Verschleißzustand der Bremsen 20, 22 bei der Einstellung der Bremskraftverteilung durch das Steuergerät 30 berücksichtigt werden. Stärker abgenutzte Bremsen werden dann bei Bremsvorgängen weniger stark belastet. Auch das Ausmaß einer gleichzeitig stattfindenden Rekuperationsbremsung kann berücksichtigt 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 4124496 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftwagens (10), der an einer Vorderachse (16) und einer Hinterachse (18) jeweils Räder (12, 14) aufweist, denen Bremsen (20, 22) zugeordnet sind, wobei bei einer Bremsbetätigung ein Verhältnis einer auf die Räder (12) der Vorderachse (16) ausgeübten Bremskraft zu einer auf die Räder (14) der Hinterachse (18) ausgeübten Bremskraft in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Kraftwagens (10) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Temperaturdifferenz zwischen zumindest einer einem Rad (12) der Vorderachse (16) zugeordneten Bremse (20) und einer einem Rad (14) der Hinterachse (18) zugeordneten Bremse (22) die Bremskraft derjenigen Bremsen (20, 22), welche eine geringere Temperatur aufweisen, relativ zu der Bremskraft der anderen Bremsen (20, 22) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Bremsen (20, 22) durch Messung der Temperatur einer Bremsscheibe, eines Bremsbelages, eines Bremssattels oder einer weiteren Komponente der Bremsen (20, 22) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der Bremsen (20, 22) auf Grundlage eines rechnerischen Modells und/oder eines Kennfeldes bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Bremskräfte in Abhängigkeit von einem Verschleißzustand der Bremsen (20, 22) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kraftwagen (10) mit elektrischem oder Hybridantrieb das Verhältnis der Bremskräfte in Abhängigkeit von der Stärke einer zusätzlichen, mittels eines elektrischen Antriebsaggregates (24) durchgeführten Rekuperationsbremsung eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Bremskräfte in Abhängigkeit von einem durch einen Fahrer gewählten Fahrbetriebsmodus eingestellt wird.