DE102011089970B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Bremsanlage, Computer-Programmprodukt - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage (1) eines Kraftfahrzeugs (13), die einen durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ansteuerbaren Hauptbremszylinder (9) aufweist, der mit wenigstens einem Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) verbunden ist, wobei der Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) mindestens ein Hydroaggregat (6, 7), mindestens eine hydraulisch betätigbare Bremse (2 -5), ein der Bremse (2 -5) vorgeschaltetes Einlassventil (EV2 - EV5), mittels dessen der Bremsdruck der Bremse (2 -5) einstellbar ist, sowie mindestens ein Umschaltventil (USV1, USV2) aufweist, wobei durch Betätigen des Umschaltventils (USV1, USV2) wahlweise der Hydraulikdruck (pMc) des Hauptbremszylinders (9) oder des Hydroaggregats (6, 7) dem Einlassventil (EV2 - EV5) der Bremse (2 -5) zugeführt wird, wobei der durch den Fahrer eingestellte Hydraulikdruck (pMc) des Hauptbremszylinders (9) als Integral über die Summe aus einer geschätzten Druckänderung (ΔpMc) des Hauptbremszylinders (9) und eines ermittelten Raddruckkorrekturwertes (pCorr) bestimmt wird, und wobei bei der Abschätzung der Druckänderung (ΔpMc) und/oder bei der Ermittlung des Raddruckkorrekturwertes (pCorr) Querdynamikeinflüsse des Kraftfahrzeugs (13) berücksichtigt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs.
• Stand der Technik
• Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Ausführungsformen von Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge bekannt. Üblicherweise umfassen sie einen Hauptbremszylinder in welchem ein Hydraulikdruck erzeugt wird, der zum Betätigen entsprechender Bremsen dient. Üblicherweise stellt der Fahrer dabei den Hydraulikdruck durch Betätigen eines entsprechenden, mit dem Hauptbremszylinder wirkverbundenen Bremspedals ein. Im einfachsten Fall wird der eingestellte Druck direkt an die Bremsen als Radbremsdruck weitergegeben, beispielsweise um dort Bremsbacken gegen die dem entsprechenden Rad zugeordnete Bremsscheibe zu pressen. Moderne Bremsanlagen sind derart ausgebildet, dass sie auch Bremsvorgänge unabhängig von dem Fahrerbremswunsch durchführen können. Hierzu umfassen derartige Bremsanlagen mindestens ein Hydroaggregat, das unabhängig von dem Hauptbremszylinder einen Hydraulikdruck in dem Hydraulikbremskreis aufbauen kann. Dabei wird durch Betätigen eines Umschaltventils entschieden, ob der Druck des Hydroaggregats oder der des Hauptbremszylinders auf die Bremse wirken soll. Der Bremse ist weiterhin ein Einlassventil vorgeschaltet, mittels dessen der Bremsdruck insbesondere bei einem systembedingten oder auch vom Fahrer eingeleiteten Bremsvorgang einstellbar ist. Derartige Bremsanlagen eignen sich zur Durchführung von Bremsvorgängen zur Stabilisierung des Kraftfahrzeugs, bei welchen die Räder des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen unabhängig voneinander bremsbar sind, um in Grenzsituation die Spurtreue des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Das wohl bekannteste dieser Systeme stellt das ESP-Bremssystem dar (ESP = Elektronisches Stabilitätsprogramm).
• Um bei einem systembedingten oder vom Fahrer eingeleiteten Bremsvorgang das Hydroaggregat sowie die Ventile optimal ansteuern und eine unerwünschte Gesamtverzögerung vermeiden zu können, muss der von dem Fahrer vorgegebene Bremswunsch bekannt sein. Üblicherweise wird hierzu der Hydraulikdruck des Hauptbremszylinders mittels eines Sensors erfasst.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 11 2007 003 903 T5 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, die einen durch einen Fahrer betätigbaren Hauptbremszylinder aufweist, der mit wenigstens einem Hydraulikbremskreis verbunden ist, der eine hydraulisch betätigbare Bremse aufweist, wobei außerdem eine elektrische Maschine vorhanden ist, die eine regenerative Bremskraft bereitstellen kann. Das Verfahren sieht vor, dass ein Verteilungsverhältnis zwischen der regenerativen Bremskraft und einer Reibbremskraft auf der Grundlage einer Bremskraftanforderung und einer ersten Bremskraftverteilungseinschränkung, die eine Beziehung zwischen einer Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Verteilungsverhältnis zwischen der regenerativen Bremskraft und der Reibbremskraft in Bezug auf die Bremskraftanforderung definiert, eingestellt wird.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 699 24 454 T2 ist ein Verfahren zur Erfassung und Identifizierung von Drucksensordefekten in einem elektrohydraulischen Bremssystem bekannt, wobei das Bremssystem einen Hauptbremszylinder sowie ein Hydroaggregat zur Erzeugung eines Hydraulikdrucks aufweist.
• Aus auch Offenlegungsschrift DE 199 62 649 A1 ist des Weiteren ein Bremsregelsystem für ein Fahrzeug bekannt, dass einen Hauptbremszylinder sowie ein Hydraulikaggregat zur Erzeugung eines Hydraulikdrucks für Radbremsen aufweist, wobei das Hydraulikaggregat in Abhängigkeit von einer Betätigung eines Bremspedals angesteuert wird.
• Aus der Offenlegungsschrift DE 11 2010 005 965 T5 ist weiterhin ein Fahrzeugbremsgerät bekannt, mit einem Hauptbremszylinder, wobei in Abhängigkeit von einem Versagen eines Fluiddrucks eine Bremsleuchte von einem nicht leuchtenden Zustand in einen leuchtenden Zustand versetzt wird, wenn beurteilt wird, dass ein Bremsvorgang eingegeben ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu schaffen.
• Offenbarung der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 löst die oben genannte Aufgabe und hat den Vorteil, dass der Drucksensor, der sonst zur Ermittlung des Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders genutzt wurde, entfallen kann, wodurch die Kosten für die Bremsanlage sowie der notwendige Bauraum verringert werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, die einen durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs ansteuerbaren Hauptbremszylinder aufweist, der mit wenigstens einem Hydraulikbremskreis verbunden ist, wobei der Hydraulikbremskreis mindestens ein Hydroaggregat, mindestens eine hydraulisch betätigbare Bremse, ein der Bremse vorgeschaltetes Einlassventil, mittels dessen der Bremsdruck der Bremse einstellbar ist, sowie mindestens ein Umschaltventil aufweist, wobei durch Betätigen des Umschaltventils wahlweise der Hydraulikdruck des Hauptbremszylinders oder des Hydroaggregats dem Einlassventil der Bremse zugeführt wird, sieht vor, dass der durch den Fahrer eingestellte Hydraulikdruck des Hauptbremszylinders als Integral über die Summe aus einer geschätzten Druckänderung des Hauptbremszylinders und eines ermittelten Raddruckkorrekturwertes bestimmt wird, wobei bei der Abschätzung der Druckänderung und/oder bei der Ermittlung des Raddruckkorrekturwertes Querdynamikeinflüsse des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Da auch Querdynamikeinflüsse des Kraftfahrzeugs bei der Bestimmung der Druckänderung und/oder des Raddruckkorrekturwertes berücksichtigt werden, kann der Fahrer Bremswunsch in allen Fahrsituationen ausreichend robust abschätzen, ohne dass ein Drucksensor zur Messung des Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders notwendig ist. Natürlich kann das Verfahren auch lediglich als Rückfallebene mit dem vollwertigen Funktionsumfang eines ESP-Systems genutzt werden, wenn der eigentlich vorgesehene Drucksensor ausgefallen ist.
• Vorzugsweise wird eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfasst und der Raddruckkorrekturwert in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung bestimmt. Aus der Beschleunigung des Fahrzeugs lässt sich im Normalfall der Fahrerbremswunsch ermitteln. Stimmt der aktuell ermittelte Radbremsdruck nicht mit der erfassten Verzögerung des Kraftfahrzeugs überein, wird ein entsprechender Raddruckkorrekturwert bestimmt, um die Differenz zu kompensieren. Vorzugsweise wird die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs mittels wenigstens eines Raddrehzahlsensors ermittelt.
• Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass der Raddruckkorrekturwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Fahrwiderstand, insbesondere in Abhängigkeit von einem Luftwiderstand, einem Trägheitsmoment des Kraftfahrzeugs und/oder von Fahrbahneigenschaften berechnet wird. Dadurch wird bei der Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes berücksichtigt, dass der Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs, sowie dessen Trägheitsmoment und/oder beispielsweise eine Steigung der Fahrbahn sich auf die Gesamtverzögerung des Kraftfahrzeugs, die mittels der Raddrehzahlsensoren erfassbar ist, auswirkt und insofern nicht unbedingt dem von dem Fahrer vorgegebenen Hydraulikdruck entspricht. Durch zusätzliche Berücksichtigung dieser Parameter wird somit gewährleistet, dass in jeder Fahrsituation der Raddruckkorrekturwert optimal gewählt wird.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Berücksichtigung der Querdynamikeinflüsse bei der Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes ein aktueller Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs erfasst und bei der Berechnung des Raddruckkorrekturwertes berücksichtigt wird. Insbesondere wird mittels Berücksichtigung des aktuellen Lenkwinkels eine auf das Kraftfahrzeug wirkende Querkraft und/oder ein Giermoment des Kraftfahrzeugs ermittelt, die bei der Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes berücksichtigt werden.
• Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfasst und die Druckänderung des Hauptbremszylinders in Abhängigkeit von der erfassten Beschleunigung bestimmt wird. Insbesondere wird dabei eine Beschleunigungsänderung des Kraftfahrzeugs zur Bestimmung der Druckänderung des Hauptbremszylinders herangezogen. Die Beschleunigung wird vorzugsweise mittels mindestens eines Raddrehzahlsensors erfasst. Dabei kann es sich um den bereits oben genannten Raddrehzahlsensor handeln. Auch kann es sich bei der erfassten Beschleunigung um die bereits genannte Beschleunigung handeln, die entweder zur Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes oder zur Bestimmung der Druckänderung oder zur Bestimmung beider Parameter herangezogen wird.
• Vorzugsweise wird zur Abschätzung der genannten Druckänderung des Hauptbremszylinders eine Druckänderung über das Umschaltventil und/oder eine Druckänderung über das Einlassventil ermittelt. Da insbesondere an dem Einlassventil üblicherweise der Druck des Hauptbremszylinders ansteht, lassen sich durch entsprechende Druckänderungen an dem Einlassventil entsprechende Rückschlüsse auf Druckänderungen des Hauptbremszylinders ziehen, es sei denn, das Hydroaggregat liefert den Hydraulikdruck.
• Vorzugsweise werden die Druckänderungen über das Umschaltventil und/oder über das Einlassventil in Abhängigkeit der jeweiligen Ansteuersignale berechnet. Um auch an dieser Stelle auf Drucksensoren verzichten zu können, werden bevorzugt die Ansteuersignale des Einlassventils und/oder des Umschaltventils ausgewertet, um eine Druckänderungen über das jeweilige Ventil zu bestimmen beziehungsweise zu erfassen. Zweckmäßigerweise wird dabei vorausgesetzt, dass sich das jeweilige Ventil in einem reinen ΔP-Betrieb befindet, in welchem der Ventilkörper im Gleichgewicht zwischen dem Hydraulikdruck beziehungsweise einen Volumenstrom durch das Ventil und der Betätigungskraft des Ventils in einer geöffneten Stellung steht.
• Besonders bevorzugt wird zur Berücksichtigung der Querdynamikeinflüsse bei der Abschätzung der Druckänderung des Hauptbremszylinders ein aktueller Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs erfasst und bei der Abschätzung der Druckänderung berücksichtigt. Wie zuvor bezüglich des Raddruckkorrekturwertes beschrieben, wird auch hier ein aktueller Lenkwinkel beziehungsweise der bereits bekannte aktuelle Lenkwinkel herangezogen, um die Querdynamikeinflüsse des Kraftfahrzeugs bei der Abschätzung der Druckänderung des Hauptbremszylinders zu berücksichtigen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Bremsanlage zeichnet sich erfindungsgemäß durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das Mittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens aufweist. Die Mittel weisen vorzugsweise mindestens einen Raddrehzahlsensor sowie eine Recheneinheit zum Verarbeiten der Signale des Raddrehzahlsensors sowie der Ansteuersignale der unterschiedlichen Ventile auf. Weiterhin weisen die Mittel mindestens einen nicht-flüchtigen Speicher auf, in welchem ein Programmcode zur Durchführung des Verfahrens hinterlegt ist.
• Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode. Das Computer-Programmprodukt zeichnet sich dadurch aus, dass der Programmcode das oben beschriebenen Verfahren durchführt, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.
• Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen:
• 1 eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung,
• 2 ein Berechnungsmodell zur Ermittlung eines Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders der Bremsanlage,
• 3 ein berechneter Druckverlauf der Bremsanlage in einem vereinfachten Diagramm,
• 4 ein die Bremsanlage aufweisendes Kraftfahrzeug bei Geradeausfahrt, und
• 5a und b das Kraftfahrzeug bei Geradeaus- und Kurvenfahrt.
• 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Bremsanlage 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Bremsanlage weist vier hydraulisch betätigbare Bremsen 2, 3, 4 und 5 auf, die jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Jeweils zwei Bremsen 2 und 3 sowie 4 und 5 sind dabei einem Hydraulikbremskreis BC1 beziehungsweise BC2 zugeordnet. Je nach Ausbildung der Bremsanlage 1 sind dabei die Bremsen eines Bremskreises jeweils einer Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet, so dass gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Bremsen 2 und 3 den Rädern vorne links (FL) und vorne rechts (FR) der Vorderachse zugeordnet sind, während die Bremsen 4 und 5 den Rädern hinten links (RL) und hinten rechts (RR) der Hinterachse zugeordnet sind. Alternativ dazu können die Bremsen der Hydraulikbremskreise BC1 und BC2 auch diagonal angeordnet sein, so dass die Bremse 2 dem Rad hinten links und die Bremse 3 dem Rad vorne rechts, die Bremse 4 dem Rad vorne links und die Bremse 5 dem Rad hinten rechts zugeordnet sind.
• Der jeweilige Bremskreis BC1 beziehungsweise BC2 weist ein Hydroaggregat 6 beziehungsweise 7 auf, das jeweils als Hydraulikpumpe ausgebildet ist. Angetrieben werden die Hydroaggregate 6 und 7 vorzugsweise von einem gemeinsamen Elektromotor 8.
• Zur Betätigung der Bremsen 2 bis 5 durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs weist die Bremsanlage 1 einen Hauptbremszylinder 9 auf, dem ein Bremskraftverstärker 10 vorgeschaltet ist. Durch Betätigen eines Bremspedals 11 kann der Fahrer über den Bremskraftverstärker 10 einen Hydraulikdruck in dem Hauptbremszylinder 9 einstellen, der im einfachsten Fall direkt an die Bremsen 2 bis 5 weitergleitet wird, um dort beispielsweise Bremsbacken an Bremsscheibe zu pressen.
• Die vorliegende Bremsanlage 1 ist an sich als Bremsanlage ausgebildet, die zur Fahrdynamikregelung des Kraftfahrzeugs dient und insofern die typischen Merkmale eines ESP-Systems aufweist: Jeder Bremskreis BC1 und BC2 weist hierzu ein stromlos offenes Umschaltventil USV1 beziehungsweise USV2 auf, und ein der jeweiligen Bremse 2 bis 5 vorgeschaltetes Einlassventil EV2, EV3, EV4 und EV5 auf. Die Einlassventile EV 2 bis EV5 sind im unbestromten Zustand ebenfalls geöffnet, so dass im unbestromten Normalzustand, der von dem Fahrer vorgegebene Hydraulikdruck des Hauptbremszylinders 9 direkt an die Bremsen 2 bis 5 weitergeleitet wird. Zum Darstellen einer ABS-Funktionalität (ABS = Antiblockiersystem) ist der jeweiligen Bremse 2 bis 5 außerdem ein Auslassventil AV2 bis AV5 zugeordnet, das im stromlosen, nicht angesteuerten Zustand geschlossen ist. Durch Betätigen des jeweiligen Auslassventils kann Raddruck von der entsprechenden Bremse 2 bis 5 abgelassen und dadurch die Bremskraft verringert und ein Blockieren des jeweiligen Rades verhindert werden. Den Einlassventilen sind in einem Bypasskanal jeweils ein Rückschlagventil auf die übliche Art und Weise zugeordnet.
• Weiterhin weist der jeweilige Bremskreis BC1 beziehungsweise BC2 einen Druckspeicher AC1 beziehungsweise AC2 sowie ein hochdruckfestes Schaltventil HSV1 beziehungsweise HSV2 auf, das betätigt wird, um dem jeweiligen Hydroaggregat 6 oder 7 Hydraulikmedium aus dem Hauptbremszylinder 9 zuführen zu können. Mittels der Hydroaggregate 6 und 7 kann ein Bremsdruck beziehungsweise Hydraulikdruck in den jeweiligen Bremskreis BC1 beziehungsweise BC2 über den Fahrerbremswunsch hinaus erhöht werden, beispielsweise um durch radindividuelle erhöhte Raddrücke die Spurtreue des Kraftfahrzeugs zu gewährleisten.
• Um den durch den Fahrer vorgegebenen Hydraulikdruck pMc in dem Hauptbremszylinder 9 zu bestimmen, ist üblicherweise ein Sensor 12 vorgesehen. Mittels des im Folgenden beschriebenen Verfahrens kann dieser jedoch entfallen, da der durch den Fahrer aufgebrachte Hydraulikdruck pMc des Hauptbremszylinders 9 durch das Verfahren ausreichend robust und sicher berechnet beziehungsweise abgeschätzt wird.
• Zunächst soll die grundlegende Wirkweise der Hydraulikdruckabschätzung beziehungsweise Berechnung erläutert werden. Zur Verdeutlichung dient hierbei 2, die ein vereinfachtes Modell zur Bestimmung des Hydraulikdrucks am Beispiel von zwei Ventilen, nämlich dem Umschaltventil USV und dem Einlassventil EV eines der Bremskreise BC1 oder BC2, die mit Hilfe von variablen Drosseln dargestellt sind, wiedergibt. Zunächst wird in einem Block I eine ΔpMc-Schätzung, also eine Abschätzung einer Druckänderung des Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders 9 durchgeführt und anschließend im Block II die Modellierung der Bremsanlage 1. Anschließend wird im Block III ein Raddruckkorrekturwert pCorr berechnet. Im Anschluss daran wird der Raddruckkorrekturwert pCorr erneut in das Modell der Bremsanlage 1 mit Hilfe eines nachgelagerten Prozesses verrechnet. Die gestrichelten Linien zeigen dabei den Signalfluss. Die ΔpMc-Schätzung im Block I ist passiv, solange keine Ventile der Bremsanlage beziehungsweises des Bremskreises angesteuert werden und insofern kein systemgesteuerter Bremsvorgang erfolgt beziehungsweise eingeleitet wird. Die ΔpMc-Schätzung wird erst dann aktiv, wenn mindestens eines der Ventile USV oder EV aktiviert beziehungsweise angesteuert wird. Im Gegensatz dazu ist die Berechnung des Raddruckkorrekturwertes pCorr im Block III immer aktiv.
• Sobald der Fahrer einen Bremsvorgang durch Betätigen des Bremspedals 11 einleitet, ausgehend von einem Zustand in welchem die Umschaltventile und Einlassventile in ihrem Passivzustand, also stromlos offen sind, beginnt das Kraftfahrzeug zu verzögern. Daraufhin wird im Block III ein Raddruckkorrekturwert pCorr von zum Beispiel 5 bar errechnet, da der ursprüngliche Raddruck von beispielsweise 0 bar zu diesem Zeitpunkt nicht mit einem Verzögerungssignal übereinstimmt. Die positive und negative Beschleunigung des Kraftfahrzeugs wird vorzugsweise mittels eines oder mehrerer Raddrehzahlsensoren erfasst, wobei aus den ermittelten Drehzahlen ein Beschleunigungs- oder Verzögerungssignal generiert wird. Dieses wird dann mit dem aktuell bekannten Raddruck beziehungsweise Radbremsdruck - wie oben beschrieben - verglichen.
• Aus dem Modell in Block III ergibt sich ein Systemdruck pSystem, der zwischen dem Umschaltventil und den Einlassventilen eines Hydraulikbremskreises BC1 beziehungsweise BC2 herrscht, und insbesondere durch das jeweilige Hydroaggregat 6, 7 erzeugt wird, sowie einen auf die Bremsen 2 bis 5 wirkenden Druck pModel, der im Wesentlichen zwischen dem jeweiligen Einlassventil und der dazu nachgeschalteten Bremse 2 bis 5 wirkt und in dem Ausführungsbeispiel zunächst 0 bar beträgt.
• Anschließend wird die Berechnung der modellierten Bremsanlage 1 ausgeführt, um die Addition des Raddruckkorrekturwerts pCorr mit pModel beziehungsweise pSystem vorzunehmen. Dadurch erhalten im nächsten Rechenschritt pModel und pSystem ebenfalls 5 Bar. Zu Beginn des nächsten Rechenzyklus hat auch der Hydraulikdruck des Hauptbremszylinders 9 einen Wert von 5 bar (pMc = 5 bar), da alle Ventile passiv sind gilt pMc = pSystem = pModel. Das hat zur Folge, dass innerhalb eines Berechnungszyklus an der eigentlich modellierten Bremsanlage 1 vorbei, gemäß 2, die Hydraulikdrücke in der Bremsanlage 1, sprunghaft um die Höhe des Raddruckkorrekturwertes pCorr angehoben worden sind. Die Druckdifferenz über die jeweiligen Ventile wird dadurch nicht beeinflusst. Erhöht der Fahrer weiterhin den Bremsdruck, so wird bevor die Hinterräder zu blockieren drohen, in dem Ausführungsbeispiel eine Antiblockierfunktion aktiv, die die beiden Einlassventile EV4 und EV5 der Hinterräder schließt, um ein Blockieren zu vermeiden. Das ABS-System wird jedoch noch nicht aktiviert, um beispielsweise die Auslassventile AV 4 und/oder AV5 zu öffnen.
• 3 zeigt den im Folgenden beschriebenen Druckverlauf. Dabei ist der Druck p über die Zeit in einem Diagramm dargestellt. Bis zu einem Zeitpunkt t1 wird der Hydraulikdruck pMc, wie oben beschrieben, mit Hilfe der Raddruckkorrektur III berechnet. Ab dem Zeitpunkt t1 wird die ΔpMc-Schätzung zusätzlich aktiv. Diese berücksichtigt, dass die weitere Verzögerungszunahme nur von den Rädern verursacht werden kann, deren Einlassventile, in diesem Fall die Einlassventile EV2 und EV3 der Vorderräder, nicht geschlossen beziehungsweise nicht betätigt sind. Die Summe aus den beiden Schätzalgorithmen ergibt den Hydraulikdruck pMc des Hauptbremszylinders gemäß 2. Im Idealfall muss die Raddruckkorrektur im Block III im weiteren Druckverlauf keine weiteren Korrekturen vornehmen, so dass pCorr = 0 bar gilt. Damit bleibt das Druckniveau in den „abgesperrten“ Rädern beziehungsweise Bremsen 4 und 5, deren Einlassventile EV4 und EV5 geschlossen sind unverändert, während das Druckniveau an den Bremsen 2, 3 der Vorderachse unter Berücksichtigung der Drosselwirkung der Ventile weiter zunimmt. Damit ist gemeint, dass ein Sprung der ΔpMc-Schätzung aufgrund der Nachbildung der Drosseleffekte in der modellierten Bremsanlage 1 keinen Sprung der berechneten Raddrücke bewirkt.
• Stimmt jedoch zum Beispiel aufgrund von Ungenauigkeiten zum Zeitpunkt t2 die Summe aller Raddrücke nicht mit dem Verzögerungssignal überein, so hebt die Raddruckkorrektur im Block III alle Drücke im System entsprechend an oder senkt sie ab. Da die Raddruckkorrektur auf alle Räder wirkt, unabhängig davon, ob die Ventile angeschaltet werden oder nicht, kann zum Beispiel auch ein zu gering oder ein zu hoch berechnetes Druckniveau zum Zeitpunkt, an dem die Ventile geschlossen wurden, nachträglich verändert werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass ein möglicher Fehler gleichmäßig auf alle vier Räder beziehungsweise alle Bremsen 2 bis 5 verteilt und somit minimiert wird und nicht nur auf die Räder beziehungsweise Bremsen 2 bis 5 wirkt, deren Einlassventile EV2 bis EV5, geöffnet sind oder sich in dem sogenannten Δp-Betrieb befinden.
• Als nächstes soll im Detail die Raddruckkorrekturberechnung gemäß Block III näher erläutert werden. Die Aufgabe der Raddruckkorrektur ist es, die berechneten Raddrücke zu korrigieren, falls diese nicht mit der Fahrzeugverzögerung übereinstimmen. Mit Hilfe der Raddruckkorrektur III erhalten die berechneten Modelldrücke einen physikalischen Bezug.
• Die zugrunde liegende Gleichung der Raddruckkorrektur lautet: $${\displaystyle \sum F=m\cdot }{a}_{Veh}$$

  
• Dabei steht m für die Masse des Kraftfahrzeugs und a_Veh für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs. Betrachtet man zunächst nur die angreifenden Kräfte in Fahrzeuglängsrichtung bei Geradeausfahrt, so setzt sich die Summe aller Kräfte aus den an allen vier Rädern wirkenden Bremskräften zusammen: $$F_{x\_xy}=F_{pModel\_xy}+F_{corr\_xy}$$

  

  mit $$F_{pModel\_xy}=p_{Model\_xy}\cdot \frac{c{p}_{xy}}{r_{Wheel\_xy}}$$

  

  und $$F_{corr\_xy}=p_{corr}\cdot \frac{c{p}_{xy}}{r_{Wheel\_xy}}$$

  
• In den Formeln stehen xy für das jeweilige Rad, wobei xy durch FL, FR, RL und RR ersetzbar ist, wie nachstehend noch verständlich wird, und wobei das einzelne x für die Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs in x-Richtung steht. Der Parameter cp steht dabei für den Bremsenbeiwert [Nm/bar] der jeweiligen Bremsen 2 bis 5, dieser stellt das Verhältnis zwischen Bremsdruck und Bremsmoment am Rad dar, und r_{Wheel_xy} für den jeweiligen dynamischen Radius des entsprechenden Rades.
• Nach Umstellen und Einsetzen der Gleichungen 2), 3) und 4) in Gleichung 1) erhält man die Gleichung zur Berechnung des Korrekturdrucks pCorr: $$p_{corr}=\frac{m\cdot a_{Veh}-\left(F_{pModel\_FL}+F_{pModel\_FR}+F_{pModel\_RL}+F_{pModel\_RR}\right)}{c_{Veh}^{*}}$$

  

  mit $$c_{Veh}^{*}=2\cdot \frac{c{p}_{FA}}{r_{Wheel\_FA}}+2\cdot \frac{c{p}_{RA}}{r_{Wheel\_RA}}$$

  
• Weiterhin werden Querdynamikeinflüsse bei der Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes pCorr wie folgt berücksichtigt. Zunächst ist zu beachten, dass sich die Kraft F_x in Fahrzeuglängsrichtung, wie in 4 dargestellt, nicht ausschließlich aus m * a berechnen lässt. Vielmehr sind der Luftwiderstand, Trägheitsmomente des Kraftfahrzeugs sowie Fahrbahneigenschaften zu berücksichtigen.
• 4 zeigt hierzu ein durch die Bremsanlage 1 aufweisendes Kraftfahrzeug 13 einer vereinfachten Darstellung, bei welcher sich das Kraftfahrzeug in einer Geradeausfahrt (V_Veh_x) befindet. Die resultierende Kraft F_{Brake_Longitudinal} in Fahrzeuglängsrichtung setzt sich dann wie folgt zusammen: $$F_{Brake\_Longitudinal}=m\cdot a_{Veh}-F_{w\_Veh}-F_{DragTorque}-F_{H\_Veh}$$

  
• Hierbei steht F_{w_Veh} für die Kraft, die aufgrund des Luftwiderstandes auf das Kraftfahrzeug wirkt, F_DragTorque für die Kraft, die aufgrund von Trägheitsmomenten insbesondere im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs auf das Kraftfahrzeug wirkt, und F_{H_Veh} für die Kraft, die aufgrund von Fahrbahneigenschaften, wie beispielsweise einer Steigung der Fahrbahn, auf das Kraftfahrzeug wirkt.
• Bei Kurvenfahrt wird bei der Berechnung der gesamten Bremskraft ein aktueller Lenkwinkel δ berücksichtigt, wie Gleichung 8 im Folgenden zeigt und in 5 angedeutet ist: $$F_{Brake\_pWheel}=F_{pModel\_FL}\cdot \text{cos}\left({\delta }_L\right)+F_{pModel\_FR}\cdot \text{cos}\left({\delta }_R\right)+F_{pModel\_RL}+F_{pModel\_RR}$$

  
• Wobei F_{pModel_XY} für die Kraft, die aufgrund des Bremsdrucks an dem jeweiligen Rad xy wirkt, und δ_y für den Lenkwinkel vom Vorderrad steht.
• 5, die das Kraftfahrzeug 13 aus 4 bei einer Kurvenfahrt zeigt, stellt in 5a das Kraftfahrzeug in einer Draufsicht dar und 5b eine vergrößerte Ansicht des Rades vorne rechts (FR), aus welcher sich die Längs- und Querkräfte aufgrund des Lenkwinkels δ ergeben. Bei Kurvenfahrt wirkt zusätzlich auch ein Anteil der Querkräfte in Fahrzeuglängsrichtung: $$F_{Brake\_Lateral}=F_{yWheel\_FL}\cdot \text{sin}\left({\delta }_L\right)+F_{yWheel\_FR}\cdot \text{sin}\left({\delta }_R\right)$$

  
• Wobei F_{yWheel_xy} für die Querkraft an dem jeweiligen Rad aufgrund des Lenkvorgangs steht. Bei hochdynamischen ESP-Manövern müssen die Bremskräfte, die ein Giermoment vGi des Fahrzeugs und weniger einer Fahrzeugverzögerung verursachen, zusätzlich berücksichtigt werden. Dazu wird gemäß Gleichung 10 die Differenz der Bremsdrücke zwischen der linken und der rechten Fahrzeugseite gebildet: $$F_{Brake\_YawRate}=\left|F_{pModel\_FL}\cdot \text{cos}\left({\delta }_L\right)-F_{pModel\_FR}\cdot \text{cos}\left({\delta }_R\right)+F_{pModel\_RL}-F_{pModel\_RR}\right|$$

  

  $$F_{Brake\_YawRate}=0$$

  
• Gleichung 10a) liegt dabei bei einem Regelfall, wenn also Umschalt- und/oder Einlassventile betätigt werden vor, und Gleichung 10b), wenn kein systembedingter Bremseingriff erfolgt. Der Korrekturdruck pCorr berechnet sich dann so: $$P_{corr}=\frac{F_{Brake\_Longitudinal}+F_{Brake\_YawRate}-F_{Brake\_pWheel}-F_{Brake\_Lateral}}{c_{Veh}^{*}\left(\delta \right)}$$

  

  mit $$c_{Veh}^{*}=\left(\text{cos}\left({\delta }_L\right)+\text{cos}\left({\delta }_R\right)\right)\cdot \frac{c{p}_{FA}}{r_{Wheel\_FA}}+2\cdot \frac{c{p}_{RA}}{r_{Wheel\_RA}}$$

  
• Im nun Folgenden sollen die Berechnungen des Blocks I näher erläutert werden, in welchem eine Druckänderung ΔpMc des Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders 9 geschätzt wird. Zur besseren Verständlichkeit wird hier auch zunächst nur die Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs 13 auf einer ebenen Fahrbahn behandelt. Die Erweiterung auf querdynamische Einflüsse erfolgt später.
• Als Basis für die ΔpMc-Schätzung gilt die folgende Gleichung 13: $${\displaystyle \sum _{n=1\dots 4}^n\mathrm{\Delta }pWhee{l}_n}\cdot c_n^{*}=m\cdot \mathrm{\Delta }{a}_{Veh}$$

  
• Wobei die Änderung des Raddrucks ΔpWheel sich wie folgt aus der Druckänderung von pSystem und der Druckänderung über das jeweilige Einlassventil ΔpEV berechnet: $$\mathrm{\Delta }pWheel=\mathrm{\Delta }pSystem-\mathrm{\Delta }pEV$$

  
• Voraussetzung für die Gültigkeit von Gleichung 14 ist, dass sich das Einlassventil in einem reinen Δp-Betrieb befindet und keine Überbestromung erfolgt, da ΔpEV nur durch die abgelegte Strom/Druck-Kennlinie bekannt ist. Die Änderung des Systemdrucks ΔpSystem kann wiederum aus der Druckänderung über das jeweilige Umschaltventil und der Hydraulikdruckänderung ΔpMc berechnet werden: $$\mathrm{\Delta }pSystem=\mathrm{\Delta }pUSV+\mathrm{\Delta }pMc$$

  
• Auch Gleichung 15 ist nur gültig unter der Voraussetzung, dass sich das Umschaltventil im Δp-Betrieb befindet, also eine sichere Durchströmung durch eine entsprechende Ansteuerung des jeweiligen Hydroaggregats 6 oder 7 vorliegt und keine Überbestromung stattfindet. Setzt man Gleichung 15 und Gleichung 14 ein, so erhält man: $$\mathrm{\Delta }pWheel=\mathrm{\Delta }pUSV-\mathrm{\Delta }pEV+\mathrm{\Delta }pMc$$

  
• Setzt man Gleichung 16 wiederum in Gleichung 13 ein und stellt auf ΔpMc um, so erhält man: $$\begin{array}{l}\mathrm{\Delta }pMc=\frac{m\cdot \mathrm{\Delta }{a}_{Veh}}{c_{FL}^{*}+c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}-\\ \frac{\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{FL}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{FL}\right)\cdot c_{FL}^{*}+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{FR}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{FR}\right)\cdot c_{FR}^{*}+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{RL}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{RL}\right)\cdot c_{RL}^{*}+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{RR}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{RR}\right)\cdot c_{RR}^{*}}{c_{FL}^{*}+c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}\end{array}$$

  
• Der erste Bruch von Gleichung 17 wird im Folgenden als ApMc_{LongitudinaiAccei} und der zweite Bruch als ApMc_{VailveActuation} bezeichnet. Mit obiger Gleichung 17 ist es möglich, pro Rechenzyklus die Änderung des Hydraulikdrucks des Hauptbremszylinders 10 unter Berücksichtigung der Fahrzeugverzögerungsänderung und der Ventilansteuerung zu berechnen. Erweitert man nun diese Gleichung um Querdynamikeinflüsse, wie sie in 5 dargestellt sind, so erhält man eine Druckänderung auf ΔpMc_{LongitudinalAccel} aufgrund einer Änderung der Fahrzeugverzögerung: $$\mathrm{\Delta }pM{c}_{LongitudinalAccel}=\frac{m\cdot \mathrm{\Delta }{a}_{Veh}}{\text{cos}\left({\delta }_L\right)\cdot c_{FL}^{*}+\text{cos}\left({\delta }_R\right)\cdot c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}$$

  
• Eine Druckänderung ΔpMc_{ValveActuation} aufgrund der Ventilansteuerung: $$\mathrm{\Delta }pM{c}_{ValveActuation}=\frac{\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{FL}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{FL}\right)\cdot c_{FL}^{*}\cdot \text{cos}\left({\delta }_L\right)+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{FR}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{FR}\right)\cdot c_{FR}^{*}\cdot \text{cos}\left({\delta }_R\right)+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{RL}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{RL}\right)\cdot c_{RL}^{*}+\left(\mathrm{\Delta }pUS{V}_{RR}-\mathrm{\Delta }pE{V}_{RR}\right)\cdot c_{RR}^{*}}{\text{cos}\left({\delta }_L\right)\cdot c_{FL}^{*}+\text{cos}\left({\delta }_R\right)\cdot c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}$$

  
• Eine Druckänderung ΔpMc_LateralAccel aufgrund von Querkräften in Fahrzeuglängsrichtung, die beispielsweise durch einen Lenkvorgang entstehen: $$\mathrm{\Delta }pM{c}_{LateralAccel}=\frac{\mathrm{\Delta }FyWhee{l}_{FL}\cdot \text{sin}\left(-{\delta }_L\right)+\mathrm{\Delta }FyWhee{l}_{FR}\cdot \text{sin}\left(-{\delta }_R\right)}{\text{cos}\left({\delta }_L\right)\cdot c_{FL}^{*}+\text{cos}\left({\delta }_R\right)\cdot c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}$$

  
• Sowie eine Druckänderung ΔpMc_YawRate, die aufgrund von Bremskräften, welche hauptsächlich ein Giermoment des Fahrzeugs verursachen, entstehen (Gleichung 21a im Regelfall mit aktiv angesteuerten Ventilen, Gleichung 21b im Passivzustand, wenn kein Systembremseingriff vorliegt): $$\mathrm{\Delta }pM{c}_{YawRate}=\left|\frac{\mathrm{\Delta }FxWhee{l}_{FL}\cdot \text{cos}\left({\delta }_L\right)-\mathrm{\Delta }FxWhee{l}_{FR}\cdot \text{cos}\left({\delta }_R\right)+\mathrm{\Delta }FxWhee{l}_{RL}-\mathrm{\Delta }FxWhee{l}_{RR}}{\text{cos}\left({\delta }_L\right)\cdot c_{FL}^{*}+\text{cos}\left({\delta }_R\right)\cdot c_{FR}^{*}+c_{RL}^{*}+c_{RR}^{*}}\right|$$

  

  $$\mathrm{\Delta }pM{c}_{YawRate}=0$$

  

  mit $$c_{xy}^{*}=\frac{c{p}_{xy}}{r_{Wheel\_xy}}$$

  
• Damit berechnet sich ΔpMc zu: $$\mathrm{\Delta }pMc=\mathrm{\Delta }pM{c}_{LongitudinalAccel}+\mathrm{\Delta }pM{c}_{YawRate}-\mathrm{\Delta }pM{c}_{ValveActuation}-\mathrm{\Delta }pM{c}_{LateralAccel}$$

  
• Der gesuchte Fahrerbremsdruck beziehungsweise der Hydraulikdruck pMc des Hauptbremszylinders 9 berechnet sich somit wie in 2 dargestellt aus dem Integral von ΔpMc und pCorr: $$pMc={\displaystyle \int \mathrm{\Delta }pMc+p_{Corr}}dt$$

  
• Durch das vorteilhafte Verfahren, wie eingangs bereits erwähnt, kann der Drucksensor 12 entfallen. Alternativ kann das Verfahren auch zusätzlich zu dem Drucksensor 12 vorgesehen sein beziehungsweise durchgeführt werden, um beim Ausfall des Drucksensors 12 den Betrieb der Bremsanlage 1 weiterhin zu gewährleisten. Zur Durchführung des Verfahrens ist zweckmäßigerweise ein entsprechendes Steuergerät 14, in 1 angedeutet, vorgesehen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben einer Bremsanlage (1) eines Kraftfahrzeugs (13), die einen durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ansteuerbaren Hauptbremszylinder (9) aufweist, der mit wenigstens einem Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) verbunden ist, wobei der Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) mindestens ein Hydroaggregat (6, 7), mindestens eine hydraulisch betätigbare Bremse (2 -5), ein der Bremse (2 -5) vorgeschaltetes Einlassventil (EV2 - EV5), mittels dessen der Bremsdruck der Bremse (2 -5) einstellbar ist, sowie mindestens ein Umschaltventil (USV1, USV2) aufweist, wobei durch Betätigen des Umschaltventils (USV1, USV2) wahlweise der Hydraulikdruck (pMc) des Hauptbremszylinders (9) oder des Hydroaggregats (6, 7) dem Einlassventil (EV2 - EV5) der Bremse (2 -5) zugeführt wird, wobei der durch den Fahrer eingestellte Hydraulikdruck (pMc) des Hauptbremszylinders (9) als Integral über die Summe aus einer geschätzten Druckänderung (ΔpMc) des Hauptbremszylinders (9) und eines ermittelten Raddruckkorrekturwertes (pCorr) bestimmt wird, und wobei bei der Abschätzung der Druckänderung (ΔpMc) und/oder bei der Ermittlung des Raddruckkorrekturwertes (pCorr) Querdynamikeinflüsse des Kraftfahrzeugs (13) berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs (13) ermittelt und der Raddruckkorrekturwert (pCorr) in Abhängigkeit der erfassten Beschleunigung bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Raddruckkorrekturwert (pCorr) in Abhängigkeit von wenigstens einem Fahrwiderstand berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung der Querdynamikeinflüsse bei der Bestimmung des Raddruckkorrekturwertes (pCorr) ein aktueller Lenkwinkel (δ) des Kraftfahrzeugs (13) erfasst und bei der Berechnung des Raddruckkorrekturwertes (pCorr) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfasst und die Druckänderungen (ΔpMc) des Hauptbremszylinders (9) in Abhängigkeit von der erfassten Beschleunigung bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abschätzung der Druckänderung (ΔpMc) des Hauptbremszylinders (9) eine Druckänderung über das Umschaltventil (USV1, USV2) und/oder eine Druckänderung über das Einlassventil (EV2 - EV5) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckänderung über das Umschaltventil (USV1, USV2) und/oder das Einlassventil (EV2 - EV5) in Abhängigkeit der jeweiligen Ansteuersignale der Ventile berechnet werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berücksichtigung der Querdynamikeinflüsse bei der Abschätzung der Druckänderung (ΔpMc) des Hauptbremszylinders (9) ein aktueller Lenkwinkel (δ) des Kraftfahrzeugs (13) erfasst und bei der Abschätzung der Druckänderung (ΔpMc) berücksichtigt wird.
9. Vorrichtung zum Betreiben einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, die einen durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ansteuerbaren Hauptbremszylinder (9) aufweist, der mit wenigstens einem Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) verbunden ist, wobei der Hydraulikbremskreis (BC1, BC2) mindestens ein Hydroaggregat (6, 7), mindestens eine hydraulisch betätigbare Bremse (2 -5), ein der Bremse (2 -5) vorgeschaltetes Einlassventil (EV2 - EV5), mittels dessen der Bremsdruck der Bremse (2 -5) einstellbar ist, sowie mindestens ein Umschaltventil (USV1, USV2) aufweist, wobei durch Betätigen des Umschaltventils (USV1, USV2) wahlweise der Hydraulikdruck (pMc) des Hauptbremszylinders (9) oder des Hydroaggregats (6, 7) dem Einlassventil der Bremse (2 -5) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein speziell hergerichtetes Steuergerät (14) vorgesehen ist, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 enthält.
10. Computer-Programmprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird.

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