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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Bremsmomentes einer Fahrzeugbremsanlage, umfassend eine Betriebsbremse und einen hydrodynamischen Retarder sowie einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend eine solche Fahrzeugbremsanlage.
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Hydrodynamische Retarder werden seit vielen Jahren als verschleißfreie Dauerbremsen in Kraftfahrzeugen sowohl auf der Schiene als auch auf der Straße, letzteres insbesondere in Lastkraftwagen, eingesetzt. Obwohl solche verschleißfreien Dauerbremsen bezüglich der Sicherheit beim Bremsen des Fahrzeugs und bezüglich eines geringeren Verschleißes der reibend arbeitenden Betriebsbremsen unbestritten erhebliche Vorteile mit sich bringen, ist das Ansprechverhalten des hydrodynamischer Retarders sowie die Leerlaufverluste im Nicht-Bremsbetrieb ein Kritikpunkt.
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Charakteristisch für das Ansprecherhalten ist die Zeitdauer von der Anforderung einer Bremsung mit dem hydrodynamischen Retarder bis zum Einsetzen der gewünschten Bremswirkung, also eines gewünschten Bremsmoments. Diese Verzögerung zwischen Schaltanforderung und tatsächlich eingestelltem Bremsmoment ergibt sich dadurch, dass das Arbeitsmedium dem Arbeitsraum, welcher von einem Rotor und einem Stator des hydrodynamischen Retarders ausgebildet wird, nicht schlagartig zugeführt werden kann. Zur Einstellung eines Füllungsgrades kann entweder ein Überlagerungsdruck auf das dem Arbeitsraum zugeführte Arbeitsmedium aufgebracht werden oder der Strömungsquerschnitt in einem Arbeitsmediumzulauf oder Arbeitsmediumablauf des hydrodynamischen Retarders mittels eines Regelventils eingestellt werden. So nimmt das Bremsmoment insbesondere mit zunehmendem Füllungsgrad, beginnend mit einem vollständig oder weitgehend entleertem Zustand, oder mit einem sogenannten Mindestfüllungsgrad bis zu einem vollgefüllten Zustand, und damit die übertragene Leistung beziehungsweise das Bremsmoment stetig zu. Der Verlauf des Bremsmomentenaufbaus und damit die Geschwindigkeit der Zunahme des Bremsmomentes hängen von verschiedenen Randbedingungen, beispielsweise der Drehzahl des Rotors des Retarders, ab. Nachteilig hieran ist, dass manche Fahrer dieses variierende Ansprechverhalten als Komforteinbuße wahrnehmen.
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Ein weiterer Nachteil ergibt sich infolge der Leerlaufverluste bei abgeschaltetem Retarder. Im Nicht-Bremsbetrieb des hydrodynamischen Retarders konnten diese zwar durch Vorsehen von sogenannten Ventilationsblenden oder durch Vorsehen eines im Nicht-Bremsbetrieb vom Stator (Sekundärrad) abfahrenden Rotors (Primärrad) reduziert werden, besonders die letztere Maßnahme reicht dabei jedoch in der Regel nicht aus, um die Leerlaufverluste auf nahezu Null abzusenken.
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Eine Möglichkeit, die Leerlaufverluste eines solchen hydrodynamischen Retarders auf Null abzusenken, besteht darin, den hydrodynamischen Retarder mittels einer Trennkupplung vom Antriebsstrang abkoppelbar zu gestalten. Hierbei ergeben sich jedoch die folgenden Nachteile: Zum einen addiert sich die Zeit zum Schließen der Trennkupplung auf die Zeit zum Befüllen des hydrodynamischen Retarders auf, was die Ansprechzeit zwischen der Einschaltanforderung für den hydrodynamischen Retarder und dem Zurverfügungstellen des geforderten Bremsmomentes durch den hydrodynamischen Retarder verlängert. Zum anderen kann sich, je nachdem wie die Trennkupplung in den einzelnen Betriebssituationen betätigt wird, eine zusätzliche Variation des Ansprechverhaltens des hydrodynamischen Retarders ergeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Bremsmoments einer Fahrzeugbremsanlage sowie einen Antriebsstrang, umfassend eine solche Fahrzeugbremsanlage, anzugeben, mit welchen die oben dargestellten Nachteile reduziert oder vermieden werden können. Insbesondere soll unabhängig von der Betriebssituation des hydrodynamischen Retarders ein im Wesentlichen gleichbleibendes Ansprechverhalten desselben erzielt werden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Bremsmoments gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug gemäß den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern oder Regeln eines Bremsmoments einer Fahrzeugbremsanlage, umfassend eine Betriebsbremse und einen hydrodynamischen Retarder, dem eine Eingabeeinrichtung zur Auswahl einer aus einer Vielzahl von Bremsstufen zugeordnet ist, wobei einer oder jeder Bremsstufe ein bestimmtes Soll-Bremsmoment zugeordnet ist, wird beim Einschalten einer Bremsstufe des hydrodynamischen Retarders mittels der Betriebsbremse solange einen Bremsmomentenanteil, welcher der Differenz zwischen dem Soll-Bremsmoment und dem aktuell vom hydrodynamischen Retarder erzeugten Bremsmoment entspricht, beigesteuert, bis der hydrodynamische Retarder das Soll-Bremsmoment erreicht.
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Als Eingabeeinrichtung kann ein Wählhebel oder Fußpedal dienen oder eine andere durch den Fahrer manuell betätigbare Vorrichtung wie ein Schalter oder ein Taster. Auch eine automatische Einrichtung, beispielsweise ein Sensor, der einen Bremsbedarf automatisch ermittelt oder eine Steuerung, welche in Abhängigkeit von Signalen aus einem oder mehreren Sensoren den zu erwartenden Bremsbedarf ermittelt, kann als Eingabeeinrichtung dienen. Der Sensor kann zum Beispiel Teil eines Abstands- und/oder Geschwindigkeitsregelsystems sein. Bei einem Abstandsregelsystem wird der Abstand des Fahrzeugs zu einem vorausfahrenden Fahrzeug erfasst, sodass bei einem zu geringen Abstand durch einen (automatischen) Bremseingriff der Abstand vergrößert werden kann. Bei dem genannten Geschwindigkeitsregelsystem wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit geregelt, wobei das Fahrzeug abwechselnd beschleunigt oder mittels des hydrodynamischen Retarders abgebremst wird.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird somit in dem Fall, in dem der hydrodynamische Retarder das eingestellte Soll-Bremsmoment zunächst nicht selbständig liefern kann, dieses gemeinsam vom hydrodynamischen Retarder sowie der Betriebsbremse aufgebracht. Dabei wird die Bremsanforderung für die Betriebsbremse nicht wie herkömmlich durch den Fahrer durch Betätigen eines Bremspedals, sondern automatisch von der Steuerungsvorrichtung mittels eines elektronischen Steuersignals an die Betriebsbremse übertragen. In anderen Worten bedeutet dies, dass obwohl keine Bremsanforderung mittels der Betriebsbremse durch den Fahrer oder eine dieser zugeordneten Steuerung vorliegt, diese erfindungsgemäß bei Vorliegen der genannten Bedingungen trotzdem betätigt wird. Zur mechanischen Betätigung der Betriebsbremse kann dann ein Aktuator vorgesehen sein, mittels welchem infolge des Steuersignals der Betriebsbremse (beispielsweise als Reibbremse wie Scheibenbremse ausgeführt) zugeordnete Reibbeläge an entsprechende Bremsscheiben andrückt werden. Durch die vorübergehende, gleichzeitige Betätigung von Betriebsbremse und hydrodynamischem Retarder zur Anforderung von Bremsleistung wird erreicht, dass das mittels der Bremsstufe eingestellte Soll-Bremsmoment (fast) sofort zur Verfügung steht, obwohl der Retarder aufgrund dessen aktuellen Betriebszustands, wie einer offenen Trennkupplung, ein solches für sich allein nicht (sofort) hätte liefern können. Hierdurch wird der Fahrkomfort eines mit einem solchen hydrodynamischen Retarder ausgestatteten Fahrzeugs erheblich verbessert.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Soll-Bremsmoment in einer Steuereinrichtung für den hydrodynamischen Retarder hinterlegt, wobei das aktuell vom hydrodynamischen Retarder erzeugte Bremsmoment erfasst oder berechnet wird und als Eingangsgröße der Steuervorrichtung übermittelt wird, und die Steuervorrichtung die Eingangsgröße mit dem einzustellenden Soll-Bremsmoment vergleicht und eine Regeldifferenz, welche dem Bremsmomentenanteil der Betriebsbremse entspricht, berechnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs eine Fahrzeugbremsanlage mit einer Betriebsbremse und einem hydrodynamischen Retarder. Dabei ist dem hydrodynamischen Retarder eine Steuervorrichtung zugeordnet. Ferner ist die Betriebsbremse direkt oder indirekt mittels der Steuervorrichtung zur Anforderung von Bremsleistung betätigbar. Direkt oder indirekt bedeutet hier, dass eine Bremsanforderung über die dem Retarder zugeordnete Steuervorrichtung direkt an die Betriebsbremse oder durch Zwischenschaltung einer separaten Steuervorrichtung, beispielsweise Fahrzeugsteuervorrichtung, an diese übergeben wird. Die dem Retarder zugeordnete Steuervorrichtung ist dabei derart ausgeführt, dass sie ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt.
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Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Sekundärretarders, der über eine Trennkupplung am Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeschlossen ist;
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2 einen schematischen Bremsmomentenverlauf zum Steuern oder Regeln des Bremsmoments einer in dem Antriebsstrang angeordneten Fahrzeugbremsanlage.
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In 1 ist ein hydrodynamischer Retarder 2 dargestellt, der über eine Trennkupplung 5 am Antriebsstrang eines Fahrzeugs, hier einem Nebenabtrieb 6 in Form eines Hochtriebs eines Getriebes 7 angeschlossen ist. Bei dem Getriebe 7 handelt es sich um ein Stufenschaltgetriebe, insbesondere Automatgetriebe oder automatisiertes Schaltgetriebe des Fahrzeugs, das eingangsseitig vom Motor, insbesondere Verbrennungsmotor 8, angetrieben wird und ausgangsseitig über eine Getriebeabtriebswelle 9 Antriebsräder 10 des Fahrzeugs antreibt. Der hydrodynamische Retarder 2 könnte dabei auch als Primärretarder ausgeführt sein, wobei er in diesem Fall eingangsseitig am Getriebe 7 angeschlossen wäre. Wie angedeutet, umfasst der hydrodynamische Retarder 2 ein beschaufeltes Primärrad (Rotor) und einen ebenfalls beschaufeltes, stationäres (Stator) oder in Gegenrichtung zum Primärrad umlaufendes Sekundärrad, welche zusammen einen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden.
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Die Antriebsräder 10 sind zusätzlich über eine Betriebsbremse 1, hier als Reibbremse wie Scheibenbremse, welche jedem Antriebsrad 10 zugeordnet sein kann, abbremsbar. Vorliegend ist dem Retarder 2 eine Steuervorrichtung 4 zugeordnet, die ein Öffnen und Schließen der Trennkupplung 5 steuert. Der Steuervorrichtung 4 ist dabei eine Eingabeeinrichtung 3, hier in Form eines Wählhebels zur Auswahl einer aus einer Vielzahl von Bremsstufen, zugeordnet. Jede Bremsstufe steht dabei für ein bestimmtes Soll-Bremsmoment oder wie noch näher erläutert werden wird, für einen bestimmten Soll-Bremsmomentenverlauf. Die dem Retarder 2 zugeordnete Steuervorrichtung 4 kann direkt über gestrichelt dargestellte Leitungen mit der Betriebsbremse 1 oder über eine der Betriebsbremse 1 zugeordnete Steuervorrichtung 11 Bremsleistung mittels der Betriebsbremse 1 anfordern.
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Mittels der Trennkupplung 5 kann nun zur Verhinderung von Leerlaufverlusten der hydrodynamische Retarder 2 in einem Nicht-Bremsbetrieb, in dem der Arbeitsraum vollständig oder bis auf eine Restmenge von Arbeitsmedium entleert ist und damit im Wesentlichen keine Bremsleistung liefert, vom Antriebsstrang abgekoppelt werden. Wird nun Bremsleistung mittels dem Retarder 2 über die als Wählhebel ausgeführte Eingabeeinrichtung 3 angefordert, so wird der Retarder 2 mittels eines entsprechenden Steuersignals eingeschaltet. Dazu wird die Trennkupplung 5 geschlossen und der Arbeitsraum des Retarders 2 mit Arbeitsmedium befüllt.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform wird beim Übergang in den Bremsbetrieb, also beim Einschalten des hydrodynamischen Retarders 2 oder beim Ändern einer Bremsstufe des hydrodynamischen Retarders 2 mittels der Betriebsbremse 1 zunächst ein erster Anteil an Bremsmoment aufgebracht, welcher der Differenz zwischen dem einzustellenden Soll-Bremsmoment und dem tatsächlich vom hydrodynamischen Retarder 2 erzeugten Bremsmoment entspricht. In anderen Worten ergänzt die Betriebsbremse 1 jenen Bremsmomentenanteil, der zu dem eingestellten Soll-Bremsmoment fehlt. Dies erfolgt immer dann, wenn der hydrodynamische Retarder 2 nicht in der Lage ist, das eingestellte Soll-Bremsmoment eigenständig aufzubringen. Das Beisteuern von Bremsmoment beziehungsweise Bremsleistung mittels der Betriebsbremse 1 erfolgt dabei solange, bis der hydrodynamische Retarder 2 das entsprechende Soll-Bremsmoment selber zur Verfügung stellt.
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Nachfolgend sollen nun weitere Ausführungsformen des Verfahrens anhand der 2 erläutert werden. Dabei ist auf der Ordinate das Bremsmoment M und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Dort ist ein möglicher Soll-Bremsmomentenverlauf MS,G einer mittels der Eingabeeinrichtung 3 aus 1 wählbaren Bremsstufe dargestellt, welcher hier parallel zur Abszisse verläuft. In 2 ist zusätzlich ein mit dem hydrodynamischen Retarder 2, welchem eine Trennkupplung 5 zugeordnet ist, tatsächlich erzielter Bremsmomentenverlauf MR sowie ein einfach dargestellter schraffiert, Bremsmomentenverlauf MB, der zwischen den beiden Graphen MR und MS,G verläuft und für den erfindungsgemäßen Bremsmomentenanteil steht, der von der Betriebsbremse 1 geliefert wird. Der Zeitpunkt bezeichnet dabei den Zeitpunkt der Schaltanforderung, welcher durch Einschalten des hydrodynamischen Retarders 2 charakterisiert ist. Im vorliegenden Falle befindet sich die Trennkupplung 5 auf 1 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t0 im geöffneten Zustand. Mit der Schaltanforderung wird die Trennkupplung 5 zum Zeitpunkt t0 geschlossen. Die Dauer des Schließens und damit die Dauer des Ankoppelns des hydrodynamischen Retarders 2 an den Antriebsstrang entspricht dem Zeitintervall t1–t0.
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Alternativ kann das Verfahren auch bei einem hydrodynamischen Retarder, welchem keine Trennkupplung 5 zugeordnet ist, eingesetzt werden. In diesem Fall verschiebt sich der in 2 exemplarisch dargestellte tatsächlich mit dem Retarder 2 erreichbare Bremsmomentenverlauf MR um das besagte Zeitintervall t0–t1 nach links. Bei einem mit einer Trennkupplung 5 ausgerüsteten Retarder wird in der Regel erst nach geschlossener Trennkupplung 5 dessen Arbeitsraum zunehmend mit Arbeitsmedium befüllt. Das tatsächliche, vom hydrodynamischen Retarder 2 erzeugte Bremsmoment steigt, wie dargestellt, aufgrund des zunehmenden Füllungsgrads des Arbeitsraums stetig an, bis es zum Zeitpunkt tz vollständig von diesem zur Verfügung gestellt wird und dem eigentlichen eingestellten Soll-Bremsmoment des Bremsmomentenverlaufs MS,G entspricht.
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Obwohl der vom Retarder 2 gelieferte Bremsmomentenverlauf MR vom Zeitpunkt t1 an mit zunehmender Zeit t ansteigt, kann der vorgegebene, einzustellende Soll-Bremsmomentenverlauf MS,G nicht vom Retarder 2 bereitgestellt werden. Wie man dem Bremsmomentenverlauf MB der 2 entnehmen kann, ist jedoch die Betriebsbremse 1 im Stande, den fehlenden Anteil am Soll-Bremsmomentenverlauf zur Verfügung zu stellen. In anderen Worten kann durch Addieren der beiden Anteile MR und MB der mit dem Retarder 2 einzustellende Soll-Bremsmomentenverlauf MS,G (nahezu) erreicht werden, wenn zusätzlich zum Retarder 2 die Betriebsbremse 1 vorübergehend zum Bremsen eingesetzt wird.
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Dabei wird mit sich zunehmend einstellender Höhe des Bremsmoments durch zunehmendes Befüllen des Arbeitsraums des Retarders 2 mit Arbeitsmedium der Anteil des Retarders 2 vergrößert und der durch die Betriebsbremse 1 gelieferte Anteil am Soll-Bremsmomentenverlauf entsprechend reduziert, und zwar solange, bis der von der Betriebsbremse 1 tatsächlich gelieferte Anteil Null ist und der Soll-Bremsmomentenverlauf ausschließlich durch den hydrodynamischen Retarder 2 zur Verfügung gestellt wird. Die Betriebsbremse 1 wirkt damit ausschließlich in Betriebszuständen des Retarders 2, in denen er nicht sofort den gewünschten Soll-Bremsmomentenverlauf liefern kann, unterstützend und wird wieder automatisch in ihrer Bremsleistung gedrosselt und anschließend abgeschaltet, wenn der Retarder 2 den eingestellten Soll-Bremsmomentenverlauf (wieder) im Stande ist zu liefern. Durch die additive Überlagerung der beiden Anteile ergibt sich noch ein weiterer Vorteil: Der einzustellende Soll-Bremsmomentenverlauf MS,G wird schneller zur Verfügung gestellt, als es die Betriebsbremse 1 oder der hydrodynamische Retarder 2 bei der gegebenen Vorgabe des Verlaufs des Soll-Bremsmoments MS,G für sich selbst gesehen liefern könnten.
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Selbstverständlich könnte anstelle des gezeigten Soll-Bremsmomentenverlaufs MS,G, welcher hier parallel zur Abszisse verläuft, auch ein anderer Verlauf gewählt werden. Ein solcher ist exemplarisch mit MS,G* in der 2 mittels einer Kreuzschraffur angedeutet. Der von der Betriebsbremse 1 zu liefernde Bremsmomentanteil ist hier mit MB* bezeichnet und verläuft zwischen den beiden Graphen MR und MS,G*. Der Sollbremsmomentanteil MS,G* ist an einen mit dem Retarder 2 tatsächlich erzeugbaren Bremsmomentenverlauf angepasst. Damit wird im Wesentlichen der Anteil, der (eventuell) von der Betriebsbremse 1 zur Verfügung gestellt werden muss, minimiert, wodurch der Verschleiß der Betriebsbremse 1 weitestgehend niedrig gehalten werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist ein solcher Soll-Bremsmomentenverlauf, wie er in 2 exemplarisch mit MS,G und MS,G* bezeichnet ist, in der Steuervorrichtung 4 hinterlegt. Die Steuervorrichtung 4 erfasst oder berechnet dabei den tatsächlich vom hydrodynamischen Retarder 2 gelieferten ersten Anteil am Soll-Bremsmomentenverlauf, welcher als Eingangsgröße dient. Letztere wird mit dem Soll-Bremsmomentenverlauf verglichen. Hieraus wird eine Regeldifferenz gebildet, welche dem Anteil des von der Betriebsbremse 1 zu erzeugenden Soll-Bremsmoments entspricht. Bevorzugt wird dann die Regeldifferenz als Bremsanforderung direkt an die Steuervorrichtung 4 oder über die Steuervorrichtung 4 an die Steuervorrichtung 11 zur Betätigung der Betriebsbremse 1 übergeben.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Betriebsbremse
- 2
- hydrodynamischer Retarder
- 3
- Eingabeeinrichtung
- 4
- Steuervorrichtung
- 5
- Trennkupplung
- 6
- Nebenabtrieb
- 7
- Getriebe
- 8
- Verbrennungsmotor
- 9
- Getriebeabtriebswelle
- 10
- Antriebsräder
- 11
- Steuervorrichtung
