DE102011101773A1

DE102011101773A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Bremskraft-Regelung eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102011101773A1
Application number: DE102011101773A
Authority: DE
Inventors: Horst Eckert; Arnd Gaulke
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremskraft-Regelung eines Fahrzeuges (1), das ein Reibbremssystem (3a, 3b) und ein Dauerbremssystem (5) aufweist, wobei ein Brems-Sollwert (z_soll) aufgenommen oder ermittelt und in Abhängigkeit von dem Brems-Sollwert (z_soll) eine Bremskraftverteilung zwischen dem Reibbremssystem (3a, 3b) und dem Dauerbremssystem (5) eingestellt wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) mindestens einer Reibbremse (3a, 3b) des Reibbremssystems (3a, 3b), vorzugsweise aller Reibbremsen, ermittelt wird und in Abhängigkeit der ermittelten Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) eine Bremskraftverteilung zwischen dem Reibbremssystem (3a, 3b) und Dauerbremssystem (5) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Bremskraft-Regelung eines Fahrzeuges, wobei die Bremskraft-Regelung insbesondere Teil eines Fahrdynamik-Regelsystem ist.
Bremskraft-Regelungen umfassen insbesondere auch die Bremskratt-Verteilung (BKV) zwischen verschiedenen Achsen. Somit kann z. B. sichergestellt werden, dass nicht eine Achse relativ zu der oder den anderen Achsen überbremst. Bei der Bremskraft-Verteilung wird im Allgemeinen ein Brems-Sollwert, der z. B. vom Fahrer durch Betätigung des Bremspedals eingegeben wird, auf die Achsen verteilt.
Die US 2003/0216849 A1 beschreibt eine Bremskraftverteilung, bei der die Bremsentemperaturen berücksichtigt werden. Hierzu sind Temperatursensoren im Bereich der Bremsen vorgesehen oder sie werden von einem mathematischen Modell berechnet. Bremskraft wird von einer Achse mit heißeren Bremsen auf Achsen mit kälteren Bremsen teilweise umverteilt. Somit können Bremsschädigungen durch hohe Temperaturen verhindert oder zumindest vermindert werden, die insbesondere in den Bremsscheiben durch eine Gefügeumwandlung auftreten können, z. B. bei Temperaturen oberhalb 600°C.
Neben der Bremskraftverteilung zwischen Reibbremsen ist weiterhin auch die Einbeziehung einer Dauerbremse bzw. eines Retarders bekannt. Derartige Dauerbrems-Systeme wirken z. B. durch Motorbrems-Wirkung auf den Antriebsstrang ein und/oder es ist z. B. ein Retarder in dem Antriebsstrang zwischen der Motor/Getriebe-Einheit und der Abtriebswelle zu den Antriebsrädern vorgesehen, wobei der Retarder bei Betätigung eine Bremswirkung durch Ankopplung der Abtriebswelle an die Motor-Getriebehülle-Einheit ermöglicht. Derartige Retarder sind bereits seit längerem bekannt. Herkömmlicherweise konnten sie vom Fahrer direkt betätigt werden, z. B. über einen manuellen Hebel, der unabhängig von der Bremspedal-Einrichtung vorgesehen war.
Bei DBI(Dauerbremsen-Integration)-Systemen sind die Dauerbremsen in den Bremsvorgang bei einer Betätigung des Bremspedals einbezogen. Der Fahrer gibt über das Bremspedal einen Bremswunsch bzw. eine gewünschte Bremsverzögerung ein, die als Brems-Sollwert ausgewertet wird, z. B. als relativer Wert zwischen 0 (keine Bremsbetätigung) und 100 (maximale Bremsung bzw. Maximalbremskraft). Somit wird der Brems-Sollwert auf das Dauerbremssystem bestehend z. B. aus einem Retarder und das Reib-Bremssystem verteilt. Die DE 196 04 391 A1 zeigt ein derartiges DBI-Verfahren.
Weiterhin ist es bekannt, dass Reibbremsen bei zeitlich längeren Bremsbetätigungen ohne Erreichen einer hinreichenden Minimaltemperatur verglasen können. Somit sollten Reibbremsen nicht dauerhaft bei niedrigen Temperaturen betrieben werden. Bei Reibbremsen der Bauart Scheibenbremse beträgt diese Temperatur etwa 250°C, bei Trommelbremsen ist sie niedriger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zur Bremskraft-Regelung bei einem Dauerbremsen integrierenden Bremssystem zu schaffen, die temperaturbedingte Schädigungen der Reibbremsen gering halten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Steuereinrichtung nach Anspruch 14 gelöst. Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen. Hierbei ist weiterhin das gesamte Fahrzeug vorgesehen.
Die Erfindung betrifft den Gedanken, die Verteilung der Bremswirkung zwischen dem Dauerbremssystem und dem Reibbremssystem in Abhängigkeit der ermittelten Bremstemperaturen, d. h. der Temperaturen der Reibbremsen, zu verändern.
Gemäß unterschiedlichen Ausbildungen kann lediglich diese Verteilung zwischen dem Dauerbrems- und Reibbremssystem geändert werden, ohne zusätzliche Umverteilung der achsweisen Bremskraftverteilung der Bremsarbeit bzw. des Brems-Sollwertes der Reibbremsen, sodass die achsweise Aufteilung weiterhin im gleichen Verhältnis zueinander bleibt. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, in Abhängigkeit von der Umverteilung zwischen dem Dauerbremssystem und dem Reibbremssystem zusätzlich eine achsweise Umverteilung innerhalb des Reibbremssystems vorzunehmen, wobei Betrachtungen über den Differenz-Schlupf der Achsen einbezogen werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Erkennen einer zu hohen Bremstemperatur und somit Gefahr einer schädigenden Überhitzung der Bremse und/oder bei Erkennen der Gefahr einer Verglasung durch langzeitige zu niedrige Bremstemperatur angewandt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Detektion der Gefahr einer Bremsüberhitzung einer Reibbremse wird somit z. B. die jeweils ermittelte Reibbremsen-Temperatur einer Reibbremse einer Achse des Fahrzeuges mit einem zulässigen Maximalwert, z. B. 500°C oder 600°C bei einer Reibbremse der Bauart Scheibenbremse, verglichen. Eine Bremsüberhitzung kann insbesondere an einer Reibbremse an einer Hinterachse auftreten, die z. B. durch den Fahrtwind nicht so gut gekühlt wird wie eine Reibbremse an einer Vorderachse bzw. eine vordere Achse. Zur Vermeidung der Bremsüberhitzung wird vorzugsweise Bremsarbeit bzw. ein Brems-Sollwert von dem Reibbremssystem auf das Dauerbremssystem übertragen, sodass die Bremstemperaturen in der Folge allgemein abnehmen bzw. weniger ausgeprägt zunehmen. Hierbei kann die relative Verteilung der Bremsarbeit bzw. Bremssollwerte zwischen den Reibbremsen der Achsen des Reibbremssystems unverändert bleiben oder es kann berücksichtigt werden, dass das Dauerbremssystem im Allgemeinen nicht auf alle Achsen wirkt; bei Nutzfahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren wirkt die Dauerbremse bzw. der Retarder im Allgemeinen nur auf angetriebene Hinterachsen, sodass durch die Umverteilung auf die Dauerbremse die Gesamt-Bremswirkung an den angetriebenen Hinterachsen zunimmt. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, dass die Übertragung der Bremsarbeit bzw. des Brems-Sollwertes über den bisherigen Grenzwert hinaus erfolgen kann.
Somit kann ergänzend auch die Verteilung der Brems-Sollwerte der Reibbremsen zwischen Vorderachse und Hinterachse dahingehend geändert werden, dass die Bremsarbeit an der Hinterachse abnimmt. Hierdurch wird die Bremstemperatur an der zur Überhitzung neigenden Hinterachse noch weiter abgesenkt bzw. nach geringer zunehmen. Weiterhin kann der Differenzschlupf (Verhältnis des Schlupfes bzw. der Raddrehzahlen der beiden Achsen), der im Allgemeinen etwa proportional dem Verhältnis der Gesamt-Brems-Sollwerte an den Achsen ist, verringert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Überwachung einer möglichen Verglasung kann entsprechend bei Erkennen einer Gefahr einer zu langen Reibbremswirkung bei geringen Bremstemperaturen Bremsarbeit bzw. ein Brems-Sollwert vom Dauerbremssystem auf das Reibbremssystem verteilt werden, was bei bisherigen Regelungen bereits grundsätzlich unüblich oder gar nicht verwirklicht ist. Diese Umverteilung ist wiederum ohne Umverteilung der achsweisen Zuordnungen der Reibbremsarbeit bzw. des Brems-Sollwertes der Reibbremsen möglich, oder auch mit einer zusätzlichen Umverteilung dieser achsweisen Zuordnungen. Insbesondere hierbei zeigt sich, dass bei der zusätzlichen Umverteilung innerhalb des Reibbremssystems nicht nur eine Temperaturerhöhung an der zur Verglasung neigenden Achse, insbesondere der stärker gekühlten Vorderachse, sondern ergänzend auch eine deutliche Verbesserung im Differenzschlupfverhalten erreichbar ist.
Die Temperatur kann auf verschiedene Weise direkt oder indirekt über Temperaturmodelle erfasst werden:

– Ermittlung der Temperatur mit Hilfe von Temperatursensoren, die in unmittelbarer Nähe eines der Bremselemente, bspw. der Bremsscheibe, angeordnet sind,
– Ermittlung der Temperatur über ein den Belastungszustand der Bremse repräsentierendes Lastsignal, das die Fahrzeuggeschwindigkeit mit der Anpresskraft der Bremsscheibe verknüpft, woraus die resultierende Temperaturerhöhung der Bremsscheibe ermittelt und ein voreingestellter Temperatureingangswert entsprechend erhöht wird,
– Ermittlung der Temperatur durch Berechnung der Wärmeenergiezufuhr zu der Bremse aus der Abnahme der kinetischen Energie des Fahrzeugs beim – Bremsvorgang,
– Ermittlung der Temperatur aus der Verformung von Bauteilen der Bremse,
– Ermittlung der Temperatur aus der momentanen Fahrzeugverzögerung und der Fahrzeuggeschwindigkeit,
– Auswahl eines Bauteils, dessen Temperatur ermittelt wird, derart, dass diese Temperatur den thermischen Belastungsstand der Bremse widerspiegelt, woraus auf die Temperatur geschlossen werden kann.

Die Erfindung ist auch einsetzbar bei einem Hybridantrieb oder rein elektrischen Antrieb, wobei bei derartigen Systemen die elektrischen Antriebe an einer oder auch mehreren Achsen als Dauerbremssytem wirken können. Somit kann das Dauerbremssystem auch mehr als eine Achse betreffen.
Erfindungsgemäß wird unter „heißeren Reibbremsen” und „kälteren Reibbremsen” eine Relation bzw. ein Vergleich der Reibbrems-Temperaturen verstanden, d. h. relative Temperaturwerte.
Erfindungsgemäß kann eine Bewertung von Temperaturen von Reibbremsen als zu hoch oder zu heiß nach unterschiedlichen Kriterien erfolgen, insbesondere durch einen Vergleich mit Grenzwerten, und/oder relativ durch Vergleich mit Temperaturen von anderen Reibbremsen.
Erfindungsgemäß kann eine Gefahr des Verglasens eines Bremsbelages erkannt werden, wenn die ermittelte Bremsentemperatur einer Reibbremse während der Betätigung der Reibbremse, d. h. in der effektiven Bremszeit, zwar gegenüber der Umgebung erhöht ist, aber eine untere zulässige Minimaltemperatur über eine absolute oder relative zulässige Zeitdauer hinweg unterschreitet. Es wird somit über diese Zeitdauer hinweg mit zu niedriger Bremsentemperatur gebremst. Hierbei kann die Zeitdauer auch durch mehrere aufeinander folgende, zeitlich getrennte Bremsvorgänge erreicht werden, z. B. zwei oder mehr Bremsvorgänge, in denen die Minimaltemperatur unterschritten wird, wobei die Gesamtdauer der Bremsvorgänge die zulässige Zeitdauer überschreitet.
Bei Erkennen der Gefahr eines Verglasens eines oder mehrerer Bremsbeläge kann erfindungsgemäß zumindest ein Teil der Bremsarbeit und/oder des Soll-Bremswertes von dem Dauerbremssystem auf das Reibbremssystem verlagert oder übertragen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bremsregelsystem;
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Nutzfahrzeug 1 fährt auf einer Fahrbahn 2. Das Nutzfahrzeug 1 weist ein Bremssystem mit pneumatischen Vorderachs-Reibbremsen 3a zur Bremsung der Räder 9 der Vorderachse VA und pneumatischen Hinterachs-Reibbremsen 3b zur Bremsung der Räder 12 der Hinterachse HA auf. Eine schematisiert eingezeichnete Motor-Getriebe-Kombination 4 des Fahrzeugs treibt die Räder 12 der Hinterachse HA an. Hierbei ist im Antriebsstrang ein Retarder 5 zwischen der Motor-Getriebe-Kombination 4 und der Hinterachse HA vorgesehen, der somit über die Abtriebswelle 6 die Räder 12 der angetriebenen Hinterachse in an sich bekannter Weise abbremsen kann.
Eine Steuereinrichtung 10 ist als Teil eines DBI-Systems (Dauerbremsen-Integration) und/oder in einem Längsregelsystem, z. B. mit Tempomat-Funktion (CC) und/oder Abstandshaltesystem (ACC) vorgesehen. Das Längsregelsystem, z. B. eine Tempomat-Funkton (CC) und/oder ein Abstandshaltesystem (ACC), kann in die Steuereinrichtung 10 integriert sein; wie gestrichelt eingezeichnet kann das Längsregelsystem alternativ hierzu aber auch durch eine separate Längsregel-Steuereinrichtung 14 ausgebildet sein, die an die Steuereinrichtung 10 Längsregel-Steuersignale S5 ausgibt.
Ein Bremswunsch, nachfolgend als Brems-Sollwert z_soll bezeichnet, kann direkt vom Fahrer durch Betätigung des Bremspedals oder z. B. von einem Längsregelsystem, einer Tempomat-Funktion (CC) und/oder einem Abstandshaltesystem (ACC) ermittelt und dem DBI-System (Dauerbremsen-Integration) mitgeteilt werden.
Der Fahrer gibt seinen Bremswunsch in ein Bremspedal 7 ein, dessen Betätigung über einen Bremspedal-Sensor 8 ermittelt wird. Die Steuereinrichtung 10 nimmt somit von dem Bremspedalsensor 8 ein Bremsverzögerungs-Sollsignal S1 auf, dessen Betrag nachfolgend als Brems-Sollwert z_soll bezeichnet wird. Weiterhin nimmt die Steuereinrichtung 10 einen Geschwindigkeits-Messwert S2 von einem Geschwindigkeitssensor 11 auf, wobei der hier schematisiert gezeigte Geschwindigkeitssensor 11 auch die Fahrgeschwindigkeit v aus z. B. den Raddrehzahlsensoren des ABS ermitteln kann. Die Steuereinrichtung 10 gibt wiederum Bremssignale S3 an die Vorderachs-Reibbremsen 3a und entsprechend Bremssignale S4 an die Hinterachs-Reibbremsen 3b aus.
Die Steuereinrichtung 10 gibt an den Retarder 5 direkt oder über eine weitere Steuereinrichtung, die mit dem Retarder kommuniziert, z. B. eine spezielle, hier nicht eingezeichnete Retarder-Steuereinrichtung, Retarder-Steuersignale S6 aus.
Im Folgenden wird die Bremskraftverteilung zwischen den Vorderachs-Reibbremsen 3a und Hinterachs-Reibbremsen 3b ohne zusätzliche unsymmetrische Bremsansteuerung durch z. B. Fahrdynamik-Regelsysteme oder ABS betrachtet, die ergänzend überlagert oder bei Ermittlung eines Regelfalls auch mit Vorrang durchgeführt werden können, z. B. auch durch die Steuereinrichtung 10.
Die Steuereinrichtung 10 ermittelt Bremstemperaturen der Reibbremsen 3a, 3b; hierzu können Temperatursensoren in den Vorderachs-Reibbremsen 3a und Hinterachs-Reibbremsen 3b vorgesehen sein, oder die Ermittlung erfolgt aufgrund von mathematischen Modellen anhand z. B. der Bremsbetätigungszeiten, wobei z. B. relative Bremsbetätigungszeiten im Verhältnis zur Fahrzeit und unter Berücksichtigung der Kühlung durch den Fahrtwind berechnet werden, wobei der kühlende Fahrtwind aus der Fahrgeschwindigkeit v bekannt ist. Somit wird eine Hinterachs-Bremsentemperatur t_HA an der Hinterachse HA und entsprechend eine Vorderachs-Bremsentemperatur t_VA an der Vorderachse VA ermittelt und in dem nachfolgenden Verfahren herangezogen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Bremsentemperaturen t_HA und t_VA auf mögliches Überhitzen überprüft, insbesondere auf Überschreiten eines zulässigen Maximaltemperatur t_ul, z. B. 400°C oder 600°C. Weiterhin oder alternativ hierzu kann auch überprüft werden, ob die Temperaturdifferenz Delta_t einen Differenz-Grenzwert Delta t_g überschreitet, so dass bei geringeren Temperaturdifferenzen Delta_t keine Umverteilung erfolgt. Die Wahl der Maximaltemperatur t_ul ist abhängig von der Bauart der Reibbremse. Bei einer Reibbremse der Bauart Scheibenbremse ist sie höher, z. B. 600°C, bei einer Reibbremse der Bauart Trommelbremse niedriger, z. B. 400°C. Im Folgenden wird von einer Reibbremse der Bauart Scheibenbremse ausgegangen. Weiterhin oder alternativ hierzu werden die Bremstemperaturen t_HA und t_VA auch auf ein Unterschreiten einer Minimaltemperatur t_II über einen längeren Zeitraum überprüft, wie nachfolgend ausgeführt wird. Hierzu werden einige Beispiele einer erfindungsgemäßen temperatur- und differenzschlupfabhängigen Bremskraft-Umverteilung beschrieben:
1. Fall:
Seien z. B. die Bremstemperaturen t_HA und t_VA bei etwa 300°C und daher beide gleich und in einem zulässigen Bereich, so dass keine Temperaturänderung erforderlich ist. Somit wird eine herkömmliche Bremskraftverteilung zwischen den Reibbremsen 3a, 3b und dem Retarder 5 vorgenommen.
Hierzu werde angenommen, der vom Fahrer gewünschte Brems-Sollwert z_soll sei gleich 20%, d. h. 20% einer möglichen Brems-Maximalleistung. Dieser Brems-Sollwert von 20% wird gleichmäßig auf die Reibbremsen 3a und 3b und dem Retarder 5 als Dauerbremse (DB) aufgeteilt. Es wird somit angesetzt:

zDBI_soll = 10%,

zRB_soll = 10%

= 20%
Der Index DB steht hierbei für Dauerbremse bzw. Retarder, der Index RB für Reibbremse.
Hierbei wird der Sollwert für die Reibbremse zRB_soll von 10% gleichmäßig auf die Bremsen 3a und 3b verteilt, d. h. die Sollwerte zRB_VA = 5% und zRB_HA = 5% sind gleich gesetzt.
An der Vorderbremse VA wirkt nur die Vorderachs-Reibbremse 3a, so dass der Gesamt-Brems-Sollwert an der Vorderachse VA 5% beträgt. An der Hinterachse wirken die Hinterachs-Reibbremse 3b mit zRB_HA = 5% und zusätzlich der Retarder 5 mit zDBI_soll = 10%, so dass an der Hinterachse ein Brems-Sollwert von 15% eingestellt wird.
Gemäß allgemeinen Überlegungen ergibt sich der Differenzschlupf ds zwischen Vorderachse und Hinterachse als Verhältnis (Quotient) der Bremswerte oder der Brems-Sollwerte zwischen Vorderachse und Hinterachse, es gilt somit ds ≈ ΣzVA / ΣzHA = 5% / 10%+5% = 5% / 15% = 1 / 3
Es ergibt sich somit ein Differenzschlupf ds von 1/3, der für eine sinnvolle Bremsregelung nicht zu hoch ist.
Bei diesen Betrachtungen werden lediglich die Auswirkungen der Änderungen der Sollverzögerungen auf den Differenzschlupf betrachtet. Der Differenzschlupf selbst hängt weiterhin insbesondere von den Achslasten an den einzelnen Achsen VA, HA ab.
2. Fall:
Es wird ermittelt, dass die Hinterachse HA heißer als die Vorderachse ist, z. B. t_HA = 400°C und t_VA = 300°C.
Gemäß dieser Ausführungsform wird temperaturabhängig, d. h. in Abhängigkeit der Reibbrems-Temperaturen t_VA und t_HA mit steigender Temperatur der Sollwert-Anteil des Retarders 5 erhöht und gleichzeitig der Reibbrems-Anteil verringert. Hierbei wird eine Summenbremskraft-neutrale Umverteilung angestrebt. Hierbei erhöht sich allerdings auch der Differenzschlupf ds: Es wird wiederum von einem Brems-Sollwert z_soll = 20% des Fahrers ausgegangen. Die Aufteilung erfolgt bei dieser Ausführungsform nicht hälftig auf Dauer- und Reibbremsen, sondern gemäß:

zDBI_soll = 12%,

zRB_soll = 8%

= 20%.
Hierbei wird der Reibbremsanteil zRB_soll hälftig auf die Vorderachs-Reibbremse 3a und Hinterachs-Reibbremse 3b aufgeteilt, d. h. zRB_VA = 4% und zRB_HA = 4%; somit ergibt sich ds ≈ ΣzVA / ΣzHA = 4% / 12%+4% = 4% / 16% = 1 / 4
Somit ist die Hinterachse relativ stark überbremst, und der Differenzschlupf hat zugenommen.
Da beide Reibbremsen und somit auch die Hinterachs-Reibbremse 3b nicht mehr so stark bremsen, wird ihre Temperatur nachfolgend im geringeren Maße ansteigen oder absinken.
3. Fall:
Bei gleichen Bedingungen wie im zweiten Fall, d. h. t_HA = 400°C und t_VA = 300°C wird nunmehr ebenfalls der Dauerbremsanteil erhöht und gleichzeitig der Reibbremsanteil verringert. Hierbei wird ergänzend jedoch die Druckverteilung zwischen der Dauerbrems-beaufschlagten Hinterachse HA und der nicht Dauerbrems-beaufschlagten Vorderachse VA variiert unter der Berücksichtigung, welche Achse die heißere ist; dies ist in den meisten Fällen die vom Fahrtwind nicht so gut gekühlte Hinterachse HA. Bei heißeren Hinterachs-Bremsen 3b stellen sich nach Umverteilung die gleichen Schlupfverhältnisse wie im 1. Fall ohne die Umverteilung von Reibbremse auf Dauerbremse ein. Somit kann in diesem dritten Fall eine Summenbremskraft-neutrale und Differenzschlupf-neutrale Variante erreicht werden.
Im vorliegenden Fall wird mit z_soll = 20% daher zunächst wie im 2. Fall eingestellt:

zDBI_soll = 12%

zRB_soll = 8%

= 20%,

jedoch nunmehr mit zRB_VA = 5% und zRB_HA = 3%.
Somit ergibt sich an der Vorderachse ein Gesamt-Brems-Sollwert von 5% wie in dem 1. Fall, und an der Hinterachse ein Gesamtbrems-Sollwert von 12% + 3% = 15% wie im 1, Fall, so dass wiederum ein Differenzschlupf ds von 1/3 erreicht wird.
In dem dritten Fall kann somit eine Temperaturkompensation ohne Veränderung des Differenzschlupfes gegenüber einem herkömmlichen Verfahren erreicht werden.
Nachfolgend werden Ausführungsformen beschrieben, bei denen eine Gefahr einer Verglasung der Reibbremsen 3a und/oder 3b erkannt wird. Somit wird Bremsarbeit weg von der Dauerbremse DB, d. h. dem Retarder 5, hin zu den Reibbremsen 3a und 3b umverteilt, insbesondere derjenigen Reibbremse, bei der die Gefahr einer Verglasung erkannt wird.
Das Kriterium für die Verglasung kann insbesondere sein, dass die voran gegangenen Bremsungen zusammen eine Bremszeit T_br bilden, in der eine Minimaltemperatur t_II nicht erreicht wurde. Grundsätzlich sind somit kürzere Bremsungen mit geringeren Temperaturen nicht problematisch; erfindungsgemäß wird jedoch angesetzt, dass bei Erreichen längerer Bremszeiten – auch mit zeitlichen Unterbrechungen, aber ohne zwischenzeitiges Erreichen einer höheren Bremstemperatur und somit eines normalen höheren Bremsverschleißes, die Gefahr einer Verglasung besteht.
Somit kann als Kriterium angesetzt werden, dass eine Bremszeit T_br mit Temperaturen t < t_II nur eine Zeitdauer T_c erreichen darf, d. h. T_br < T_c.
Nachdem somit für z. B. die Vorderachsbremsen die Gefahr einer Verglasung erkannt wird, wird somit die Bremsarbeit von dem Retarder 5 auf die Reibbremsen 3a, 3b, insbesondere die Vorderachs-Reibbremse 3a, verteilt.
4. Fall:
Es wird wiederum von einem Brems-Sollwert z_soll = 20% des Fahrers ausgegangen.
Weiterhin sei in diesem 4. Fall angenommen, dass die Aufteilung des Brems-Sollwertes von z_soll = 20% nicht hälftig auf Reibbremssystem und Dauerbremssystem erfolgte, sondern gemäß:

zDBI_soll = 16%,

zRB_soll = 4%

= 20%.

und es sei angenommen, dass die Reibbremswirkung hälftig mit jeweils 2% auf Vorderachse und Hinterachse verteilt wurde, d. h. zRB_VA = zRB_HA = 2%.
Somit ergibt sich: ds ≈ ΣzVA / ΣzHA = 2% / 16%+2% = 2% / 18% = 1 / 9
Es ergibt sich somit ein Differenzschlupf ds von 1/9, der bei einem Nutzfahrzeug mit Nutzlast für eine sinnvolle Bremsregelung im unteren Brems-Sollwert-Bereich nicht zu hoch ist.
Nun sei angenommen, dass die erreichten Spitzentemperaturen t_VA = 50°C und t_HA = 100°C betragen und auf die Gefahr einer Verglasung der Reibbremse der VA erkannt wird.
Es wird eine zDBI_soll – Verringerung und korrespondierende zRB_soll-Erhöhung, ohne Umverteilung der Reibbrems-Sollverzögerung zwischen Vorderachse und Hinterachse betrachtet:
z_soll = 20% gemäß Beispiel, die nun zunächst hälftig auf Dauerbremse und Reibbremse aufgeteilt werden:

zDBI_soll = 10%

zRB_soll = 10%

= 20%,

wobei die Reibbremswirkung zunächst hälftig mit jeweils 5% auf Vorderachse und Hinterachse verteilt wird, d. h. zRB_VA = zRB_HA = 5%.
Somit ergibt sich ein Differenzschlupf ds ≈ zVA / ΣzHA = zRB_VA / zDBI_soll + zRB_HA = 5% / 10%+5% = 5% / 15% = 1 / 3
Somit steigt in der Folge die Temperatur an den Reibbremsen und die Hinterachse ist weniger stark überbremst. Der Differenzschlupf hat von 1/9 auf 1/3 abgenommen. Somit können nunmehr Spitzentemperaturen mit t_VA = 125°C und t_HA = 250°C angenommen werden.
5. Fall:
Nunmehr wird eine Reibbremsen-Temperaturerhöhung durch temperatur- und differenzschlupfabhängige Umverteilung, d. h. Umverteilung der Reibbremsen-Sollwerte zwischen Vorderachse und Hinterachse vorgenommen:
Es gilt wiederum z_soll = 20%, mit

zDBI_ist = 10%

zRB_soll = 10%

= 20%,

entsprechend obigen Beispiels,
nunmehr wird der Reibbrems-Sollwert zRB_soll jedoch zusätzlich unsymmetrisch aufgeteilt, mit Vorderachs-Bremssollwert zRB_VA = 8% und Hinterachs-Bremssollwert zRB_HA = 2%, somit ergibt sich ds ≈ zVA / ΣzHA = zRB_VA / zDBI_soll + zRB_HA = 8% / 10%+2% = 8% / 10%+2% = 8% / 12% = 1 / 1,5
Somit steigt das Temperaturniveau der Reibungsbremsen, weiterhin ist die Hinterachs-Reibbremse 3b weniger stark überbremst, da der Differenzschlupf erheblich abgenommen hat auf 1/1,5.
Die jetzt erreichten Spitzentemperaturen liegen bei t_VA = 200°C und t_HA = 100°C.
Im Extremfall kann nur noch die Vorderachs-Reibbremse 3a bremsen und an der Hinterachse die Hinterachs-Bremswirkung nur durch den Retarder 5 als Dauerbremse DB erfolgen; somit kann ein idealer Differenzschlupf von 1,0 erreicht werden, und an der Vorderachse schnell die Temperatur erhöht bzw. die zulässige Minimaltemperatur t_II überschritten werden.
Falls das Verhältnis der Drucksollwerte der Reibungsbremse an der Vorderachse zu denen an der Hinterachse mit Phi bezeichnet wird, gilt also: Phi = pSollRB_VA / pSollRB_HA ≈ zRB_VA / zRB_HA
Falls bei einem mehrachsigen Fahrzeug z. B. eine Zusatzachse ZA eingesetzt wird, gilt dann Phi_ZA = pSollRB_HA / pSollRB_ZA ≈ zRB_HA / zRB_ZA
Die Aktivierung der erfindungsgemäßen Reibbremstemperatur-Erhöhung kann abhängig sein von

– wie beschrieben der effektiven Bremszeit der Reibbremsen,
– der absoluten Fahrzeit, und/oder
– den ermittelten Reibbremstemperaturen.

Zweckmäßigerweise wird ein Verhältnis aus der Fahrzeit und der effektiven Bremszeit gebildet. Bei Unterschreiten eines Grenzwerts des Verhältnisses und gleichzeitigem Nichterreichen des Temperaturgrenzwertes wird das Verfahren zur Reibbremstemperatur-Erhöhung aktiv.
Beispiel:

Mindestfahrzeit t_Fahren = 30 min, effektive Bremszeit t_Bremsen_eff = 0,5 mm (10 Bremsungen à 3 s) k_tFB_max = 70 t_II = 150°C

Es gilt somit: k_tFB = t_Fahren / t_Bremsen_eff = 30 min / 0,5min = 60
Wenn in diesem Intervall die Minimaltemperatur t_II von 150°C zumindest an einem Rad nicht erreicht wurde, wird das Verfahren aktiv. Erfasst wird eine mittlere und/oder Spitzentemperatur des Bremsenmediums, das die Bremsenergie aufnimmt (z. B. Bremsscheibe, Bremstrommel, etc.).
k_tFB wird zweckmäßigerweise kontinuierlich mit Hilfe einer Schleppfensterfunktion ermittelt. Nach einer erfolgreichen Aktivierung beginnt die Zeit- bzw. Intervallerfassung bei Null.
Die Übergänge zur Einleitung der erfindungsgemäß geänderten Bremssoll-Verteilungen und auch der Übergang nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf bisherige Werte kann langsam oder schrittweise erfolgen.
Anders als in 1 kann der Brems-Sollwert z_soll nicht als Messsignal S1 als Fahrerwunsch von einem Bremspedal 7 kommen, sondern von einem Längsregelsystem wie einem ACC oder CC, das selbsttätig einen Bremsbedarf erkennt. Somit kann z_soll auch z. B. in der Steuereinrichtung 10 selbst ermittelt werden oder über eine Signalleitung von einer weiteren Steuereinrichtung mit Längsregelsystem-Funktion übermittelt werden.
Die erfindungsgemäßen maßgeblichen Reibbremsen-Temperaturen (t_HA, t_VA und evtl. t_ZA) können die einzelnen Temperaturen der Reibbremsen sein, weiterhin aber auch die Spitzentemperatur einer der beiden Reibbremsen einer Achse sein, oder die gemittelte Temperatur beider Temperaturen der Reibbremsen einer Achse.
Das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Fahrzeuges mit zwei Achsen (VA und HA) gemäß dem Flussdiagramm der 2 ergibt sich somit als: Start in Schritt St0,
in Schritt St1 werden fortlaufend die Reibbrems-Temperaturen t_HA und t_VA ermittelt,
in Schritt St2 werden die Temperaturen t_HA und t_VA mit der Minimaltemperatur t_II und der Maximaltemperatur t_ul verglichen, ggf. unter ergänzender Heranziehung von Reibbremszeiten bei Ermittlung einer möglichen Verglasung. Gegebenenfalls kann hier auch ergänzend überprüft werden, ob die Temperaturdifferenz Delta_t einen Differenz-Grenzwert Delta_t_g überschreitet, so dass bei zu geringen Temperaturdifferenzen Delta_t keine Umverteilung erfolgt.
In dem Entscheidungsschritt St3 wird ermittelt, ob eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur bzw. Gefahr einer Bremstemperatur-Überhöhung oder Verglasung der Reibbremsen vorliegt. Dies kann z. B. wie oben beschrieben durch das Kriterium erfolgen, dass die Bremszeit T_br mit Temperaturen t < t_II nur die Zeitdauer T_c erreichen darf, d. h. T_br < T_c.
Falls dieses Kriterium erfüllt ist und somit die Gefahr der Verglasung der Reibbremsen nicht vorliegt, wird gemäß Verzweigung n wieder vor den Schritt St1 zurückgesetzt. Falls dies der Fall ist, wird gemäß der Verzweigung y in Schritt St4 eine Änderung der Bremskraftverteilung gemäß den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen, und das Verfahren nachfolgend vor den Schritt St1 zurückgesetzt.
Bezugszeichenliste

1: Nutzfahrzeug
2: Fahrbahn
3a: Vorderachs-Reibbremsen
3b: Hinterachs-Reibbremsen
4: Motor-Getriebe-Kombination
5: Retarder
6: Abtriebswelle
7: Bremspedal
8: Bremspedal-Sensor
9: Räder
10: Steuereinrichtung
11: Geschwindigkeitssensor
12: Räder
14: Längsregel-Steuereinrichtung
ds: Differenzschlupf
HA: Hinterachse
k_tFB: Verhältnis der Fahrzeit zur effektiven Bremszeit.
k_tFB_max: Maximalwert von k_t_FB
Phi: Verhältnis der Drucksoliwerte der Reibungsbremse an der Vorderachse zu denen der Hinterachse
Phi_ZA: Verhältnis der Drucksollwerte der Reibungsbremse an der Hinterachse zu denen der Zusatzachse ZA
S1: Bremsverzögerungs-Sollsignal
S2: Geschwindigkeits-Messwert
S3: Bremssignale an die Vorderachs-Reibbremsen 3a
S4: Bremssignale an die Hinterachs-Reibbremsen 3b
S5: Längsregel-Steuersignale
S6: Retarder-Steuersignale
St0–St4: Verfahrensschritte
t_Bremsen_eff: effektive Bremszeit
t_Fahren: Mindestfahrzeit
t_HA: Bremsentemperatur an der Hinterachs-Reibbremse 3b
t_VA: Bremsentemperatur an der Vorderachs-Reibbremse 3a
t_II: Minimaltemperatur
t_ul: zulässige Maximaltemperatur
T_br: Bremszeit
T_c: zulässige maximale Zeitdauer für t < t_II, d. h. T_br < T_c
Delta_t: Temperaturdifferenz
Delta_t_g: Differenz-Grenzwert
v: Fahrgeschwindigkeit
VA: Vorderachse
ZA: Zusatzachse
z_soll: Brems-Sollwert
zDBI_soll: Sollwert des Retarders
zRB_soll: Sollwert der Reibbremse
zRB_HA: Sollwert der Reibbremsen an HA
zRB_VA: Sollwert der Reibbremsen an VA

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2003/0216849 A1 [0003]
DE 19604391 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Bremskraft-Regelung eines Fahrzeuges (1), das ein Reibbremssystem (3a, 3b) und ein Dauerbremssystem (5) aufweist, wobei ein Brems-Sollwert (z_soll) aufgenommen oder ermittelt und in Abhängigkeit von dem Brems-Sollwert (z_soll) eine Bremskraftverteilung zwischen dem Reibbremssystem (3a, 3b) und dem Dauerbremssystem (5) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) mindestens einer Reibbremse (3a, 3b) des Reibbremssystems (3a, 3b) ermittelt wird und in Abhängigkeit der ermittelten Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) eine Bremskraftverteilung zwischen dem Reibbremssystem (3a, 3b) und dem Dauerbremssystem (5) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der mindestens einen ermittelten Reibbremsen-Temperatur (t_VA, t_HA) eine Bremskraftverteilung zwischen den Reibbremsen (3a, 3b) von mindestens zwei Achsen (VA, HA), insbesondere einer angetriebenen Hinterachse (HA) und einer Vorderachse (VA), eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass eine Reibbremsen-Temperatur (t_HA) mindestens einer Reibbremse (3b) mindestens einer Achse (HA) als zu hoch bewertet wird, eine Bremsarbeit und/oder der Brems-Sollwert (z_soll) ganz oder teilweise von dem Reibbremssystem (3a, 3b) auf die Dauerbremse (5) verlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Reibbremssystem (3a, 3b) zugeteilte Brems-Sollwert (z_soll) und/oder die dem Reibbremssystem (3a, 3b) zugeteilte Bremsarbeit gleichmäßig auf die mehreren Achsen (VA, HA), insbesondere eine angetriebene und durch Reibbremsen (3b) gebremste Hinterachse (HA) und eine nur durch Reibbremsen (3a) gebremste Vorderachse (VA), verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermitteln unterschiedlicher Reibbremsen-Temperaturen (t_HA, t_VA) zwischen mehreren Achsen zumindest ein Teil des dem Reibbremssystem (3a, 3b) zugeteilten Brems-Sollwertes (z_soll) und/oder der dem Reibbremssystem (3a, 3b) zugeteilten Bremsarbeit zwischen den Achsen (VA, HA) umverteilt wird, indem dieser Teil von einer Achse (HA) mit heißeren Reibbremsen (3b) auf eine Achse (VA) mit kälteren Reibbremsen (3a) umverteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgrund der ermittelten Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) erfolgten Umverteilungen der Bremsarbeit und/oder des Brems-Sollwerts (z_soll) zum einen von dem Reibbremssystem (3a, 3b) auf die Dauerbremse (5) und zum anderen von der Achse (HA) mit den heißeren Reibbremsen (3b) auf die Achse (VA) mit den kälteren Reibbremsen (3a) derartig erfolgt, dass ein Differenzschlupf (ds) zwischen den Achsen (VA, HA) nicht oder nur innerhalb eines Toleranzbereichs geändert wird.
Verfahren nach einem Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umverteilung zwischen den Achsen mit Reibbremsen (3a, 3b) unterschiedlicher Temperatur nur erfolgt, wenn die höhere Reibbremstemperatur (t_HA) eine Maximaltemperatur (t_ul) überschreitet und/oder eine Temperaturdifferenz (Delta t) der Reibbremsen (3a, 3b) einen Differenz-Grenzwert (Delta_t_g) überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremstemperatur (t_HA) einer angetriebenen hinteren Achse (HA) als höher als eine Bremstemperatur (t_VA) einer vorderen, nicht angetriebenen Achse (VA) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Bremstemperaturen (t_HA, t_VA) mit einer unteren Minimaltemperatur (t_II) verglichen werden und in dem Fall, dass eine Bremstemperatur (t_VA) die untere zulässige Minimaltemperatur (t_II) über eine absolute oder relative zulässige Zeitdauer (T_c) hinweg unterschreitet, auf eine Gefahr eines Verglasens der Bremsbeläge der Reibbremse (3a) erkannt wird und zumindest ein Teil der Bremsarbeit und/oder des Soll-Bremswertes (z_soll) von dem Dauerbremssystem (5) auf das Reibbremssystem (3a, 3b) verlagert oder übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass keine zusätzliche Umverteilung der Bremsarbeit und/oder des Brems-Sollwerts (z_soll) zwischen der Achse (VA), bei der die Gefahr des Verglasens der Bremsbeläge der Reibbremse (3a) erkannt wurde, und einer weiteren Achse (HA) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Umverteilung der Bremsarbeit und/oder des Brems-Sollwerts (z_soll) von einer weiteren Achse (HA) auf die Achse (VA) mit der Reibbremse (3a), bei der die Gefahr des Verglasens der Bremsbeläge erkannt wurde, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umverteilungen der Bremsarbeit und/oder des Brems-Sollwerts (z_soll) zum einen von dem Dauerbremssystem (5) auf das Reibbremssystem (3a, 3b) und zum anderen zwischen den Reibbremsen (3a, 3b) der mehreren Achsen (VA, HA) der Differenzschlupf (ds) abnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Reibbrems-Temperatur (t_VA, t_HA) durch Messung oder Berechnung aufgrund eines Modells, insbesondere unter Heranziehung einer Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeiten und Bremszeiten, ermittelt wird.
Steuereinrichtung (10) zur Bremskraft-Regelung eines Fahrzeuges (1), insbesondere für ein Fahrdynamik-Regelsystem, z. B. ein Bremskraftverteil(BKV)-System und/oder ein Abstandshaltesystem (ACC) und/oder ein Tempomat-System (CC), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (10) eine Bremskraftverteilung zwischen einem Reibbremssystem (3a, 3b) und einer Dauerbremse (5) einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10) in Abhängigkeit mindestens einer Reibbremsen-Temperatur (t_HA, t_VA) mindestens einer Reibbremse (3a, 3b) des Reibbremssystems (3a, 3b) eine Bremskraftverteilung zwischen einem Reibbremssystem (3a, 3b) und einem Dauerbremssystem (5) einstellt.
Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, das aufweist: eine Steuereinrichtung (10) nach Anspruch 14, ein Reibbremssystem (3a, 3b) mit Reibbremsen (3a, 3b) an mindestens zwei Achsen (HA, VA), und eine Dauerbremseinrichtung (5), insbesondere einen Retarder, wobei die Steuereinrichtung (10) die Dauerbremseinrichtung (5) und das Reibbremssystem (3a, 3b) direkt oder indirekt ansteuert.