DE102013204716B3

DE102013204716B3 - Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Bremsanlage

Info

Publication number: DE102013204716B3
Application number: DE102013204716.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Svensson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: EP2781418A2; CN104057940A; CN104057940B; US9308904B2; US20140277981A1; EP2781418A3; EP2781418B1; EP2781417A2; EP2781417A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, die einen mechatronischen Bremskraftverstärker zum Verstärken des mittels eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs in einem Hauptbremszylinder der Bremsanlage erzeugten Hydraulikdrucks aufweist. Gemäß der Erfindung wird im Betrieb des Kraftfahrzeug laufend überprüft, ob eine Vortriebsanforderung besteht, und im Augenblick einer Beendigung oder wesentlichen Verminderung einer Vortriebsanforderung wird der mechatronische Bremskraftverstärker gestartet und während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung oder Verminderung der Vortriebsanforderung mit einer Minimalintensität betrieben, mit der während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, die einen mechatronischen Bremskraftverstärker zum Verstärken des mittels eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs in einem Hauptbremszylinder der Bremsanlage erzeugten Hydraulikdrucks aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US 2002/0158510 A1 sowie aus der WO 2012/143310 A1 bekannt.
Mechatronische Bremskraftverstärker für hydraulische Bremsanlagen sind z. B. in der Form bekannt, dass ein pedalgetriebener Betätigungsbolzen, der einen Kolben eines Hauptbremszylinders beaufschlagt, von einem Zylinder umgeben ist, der den Hauptbremszylinder ebenfalls beaufschlagt und der mittels eines Elektromotors in Richtung auf den Kolben und zurück verschiebbar ist, wie in der o. g. US 2002/0158510 A1 beschrieben. Wenn ein Bremspedal-Hubsensor eine Bremsanforderung registriert, wird der Elektromotor entsprechend der Bremsanforderung in Bewegung versetzt, um Bremshilfskraft zu erzeugen.
Mechatronische Bremskraftverstärker sind z. B. auch in der Form bekannt, dass ein Elektromotor eine Pumpe antreibt, die zusätzliches Hydraulikmittel fördert, um den durch Pedalbetätigung erzeugten Hydraulikdruck zu erhöhen, wie in der o. g. WO 2012/143310 A1 beschrieben.
Aus der DE 32 41 688 A1 ist eine hydraulische Bremsanlage mit mechatronischem Bremskraftverstärker in Form eines elektromotorgetriebenen Schraubschubgetriebes bekannt, wobei bei Detektion einer Nullstellung des Gaspedals der Antriebsmotor des Schraubschubgetriebes bereits in eine Art Leerlaufrotation versetzt werden kann, um die Reaktion des Bremskraftverstärkers zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Beobachtung zu Grunde, dass manche mechatronische Bremskraftverstärker mit elektromotorischem Antrieb in gewissen Situationen ein Phänomen zeigen, das ”steifes Bremspedal” genannt wird. Das heißt, die ”Steifigkeit” des Bremspedals oder genauer die Kennlinie der Gegenkraft des Bremspedals in Anhängigkeit vom Betätigungsweg ist größer bzw. steiler als die auslegungsgemäße Steifigkeit. Dieses Phänomen tritt insbesondere dann auf, wenn der Fahrer sehr schnell auf das Bremspedal tritt. Dieses Phänomen kann den Fahrer irritieren und kann auch gefährlich sein, wenn der Fahrer daraufhin stärker oder schwächer abbremst als er es eigentlich vorhatte.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Betrieb einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem mechatronischen Bremskraftverstärker komfortabler und sicherer zu machen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung wird im Betrieb des Kraftfahrzeug laufend überprüft, ob eine Vortriebsanforderung besteht, und im Augenblick einer Beendigung oder wesentlichen Verminderung einer Vortriebsanforderung wird der mechatronische Bremskraftverstärker gestartet und während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung oder Verminderung der Vortriebsanforderung mit einer Minimalintensität betrieben, mit der während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt.
Mit der Erfindung wird die Ansprechzeit des mechatronischen Bremskraftverstärkers wesentlich verkürzt, weil ein schon laufender oder bei geringer Stromzufuhr stillstehender Elektromotor viel schneller auf höhere Drehzahl bzw. höheres Drehmoment gebracht werden kann als wenn er ganz ausgeschaltet ist. Es entfällt die nicht unerhebliche Zeit, die es braucht, bei einem im stromlosen Zustand befindlichen Elektromotor erst einmal ein minimales anfängliches Magnetfeld aufzubauen.
Mit der Erfindung wird aber nicht nur die Ansprechzeit des mechatronischen Bremskraftverstärkers wesentlich verkürzt, sondern es erfolgt auch der nachfolgende Druckaufbau im Hydrauliksystem schneller, nachdem schon eine geringe anfängliche Verschiebung von Hydraulikmittel eingesetzt hat.
Aufgrund seiner verkürzten Ansprechzeit und des schnelleren Druckaufbaus kann der mechatronische Bremskraftverstärker rechtzeitig unterstützend wirken, so dass der Fahrer auch bei schneller Bremsenbetätigung nicht wesentlich mehr als die auslegungsgemäße Pedalkraft aufwenden muss, um die Bremse durch Fördern von Hydraulikmittel zu betätigen.
Auch bei dem in der o. g. US 2002/0158510 A1 beschriebenen mechatronischen Bremskraftverstärker ist zwar eine gewisse Verminderung der Steifigkeit des Bremspedals möglich, weil zwischen dem Betätigungsbolzen und dem Kolben des Hauptbremszylinders ein kleines Spiel besteht, so dass der Elektromotor schon anlaufen kann, während der Betätigungsbolzen den Kolben noch nicht berührt. Doch führt dies zu keiner Verkürzung, sondern eher zu einer Verlängerung der Ansprechzeit des mechatronischen Bremskraftverstärkers, und die Steifigkeit des Bremspedals wird umso weniger vermindert, je schneller das Bremspedal niedergetreten wird.
Die vorliegende Erfindung ist zwar nur in Situationen wirksam, in denen der Fahrer das Fahrpedal zurücknimmt, und nicht in anderen Situationen wie z. B. im Stillstand oder wenn das Kraftfahrzeug ganz allmählich ausrollt. In den anderen Situationen kommt es aber eher selten vor, dass jemand sehr schnell auf das Bremspedal tritt, und wenn es geschieht, dann bemerkt der Fahrer ein steifes Bremspedal nicht so leicht. Mit der Erfindung wird daher den häufigsten Fällen von Irritation des Fahrers vorgebeugt.
In manchen Ausführungsformen ähnelt das erfindungsgemäße Verfahren einem Bremsassistenten, der für eine gewisse Zeit, nachdem der Fahrer das Fahrpedal zurückgenommen hat, die Bremsbeläge näher an die Bremsscheiben anlegt, um die Zeit zwischen einer Bremsenbetätigung und dem Einsetzen von Verzögerung zu verkürzen. Derartige Bremsassistenten sind z. B. in der US 3 891 071 A und der US 6 270 171 B1 beschrieben. Doch kann ein derartiger Bremsassistent nicht verhindern, dass sich das Bremspedal einer Bremsanlage mit mechatronischem Bremskraftverstärker aufgrund von dessen Reaktionszeit manchmal steifer anfühlt, sondern er verkürzt lediglich den Leerweg des Bremspedals, indem er dessen Kraft/Weg-Charakteristik im Ganzen in Richtung auf früheres Ansprechen verschiebt, ohne dass dies einen derartigen Einfluss auf deren Steilheit hätte, dass damit einem steifen Bremspedal entgegengewirkt werden könnte. Außerdem sind Bremsassistenten bevorzugt nur bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten aktiv, da sie bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten ein Nicken erzeugen, das manche Fahrer durchaus bemerken und dadurch irritiert werden können. Hingegen kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, das der Fahrer praktisch nichts davon bemerkt, gleich wie schnell er fährt.
Die Minimalintensität, mit der der mechatronische Bremskraftverstärker während der vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung oder Verminderung der Vortriebsanforderung betrieben wird, wird vorzugsweise derart gewählt, dass der mechatronische Bremskraftverstärker um ein Mehrfaches schneller auf eine Bremsanforderung anspricht als wenn er nicht bei Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung gestartet würde. Es hat sich gezeigt, dass die Verzögerung, mit der der mechatronische Bremskraftverstärker seine Wirkung entfaltet, durch die Erfindung um mindestens ungefähr 2/3 verkürzt werden kann. Dadurch wird die Kraft/Weg-Charakteristik eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs wesentlich unabhängiger von der Geschwindigkeit, mit der das Bremspedal getreten wird, und eine etwaige noch verbleibende Änderung der Steifigkeit des Bremspedals ist für einen Fahrer praktisch nicht mehr wahrnehmbar.
Die vorgegebene Zeitspanne liegt bevorzugt in der Größenordnung von einigen Sekunden und beträgt noch mehr bevorzugt zwischen zwei und fünf Sekunden. Die vorgegebene Zeitspanne kann entweder fest voreingestellt sein oder kann in Abhängigkeit von irgendwelchen Parametern variieren, z. B. in Abhängigkeit von Betriebsparametern wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung kann daran erkannt werden, dass ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs gelöst wird. Zum Beispiel kann es als Beendigung einer Vortriebsanforderung angesehen werden, wenn das Fahrpedal vollständig in seine Nullstellung zurückgekehrt ist. Als eine wesentliche Verminderung einer Vortriebsanforderung kann angesehen werden, wenn das Fahrpedal eine voreingestellte Strecke weit zurückgenommen wird, ohne dass es schon seine Nullstellung erreicht hat. Auf die Geschwindigkeit, mit der das Fahrpedal gelöst wird, soll es bei der Erfindung nicht ankommen.
In bevorzugten Ausführungsformen enthält der mechatronische Bremskraftverstärker einen Elektromotor, um mittels des Elektromotors parallel zu der über das Bremspedal auf den Hydraulikkolben ausgeübten Kraft eine Zusatzkraft auf den Hydraulikkolben auszuüben.
In diesem Fall wird in einer ersten Variante der Elektromotor während der ganzen vorgegebenen Zeitspanne mit einer Minimaldrehzahl und/oder einem Minimaldrehmoment betrieben, womit während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt.
In einer zweiten Variante wird der Elektromotor im Augenblick der Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung ein kleines Stück weit drehen gelassen, mit dem während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt. Für den Rest der vorgegebenen Zeitspanne bleibt der Elektromotor bei sehr geringer Stromzufuhr stehen, ohne eine wahrnehmbare Bremswirkung zu erzeugen.
Nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne wird der mechatronische Bremskraftverstärker bzw. dessen Elektromotor in seine Grundstellung zurückgestellt bzw. zurückdrehen gelassen.
Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Eine hydraulische Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs enthält einen mechatronischen Bremskraftverstärker mit Elektromotor, wie er in der US 2002/0158510 A1 oder der WO 2012/143310 A1 beschrieben ist.
Immer wenn der Fahrer des Kraftfahrzeugs das Fahrpedal zurücknimmt, wird der Elektromotor für zwei bis fünf Sekunden mit einer Minimaldrehzahl und/oder einem Minimaldrehmoment betrieben, womit während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern der Fahrer nicht auf das Bremspedal tritt. Das heißt, der Fahrer bemerkt diese Voraktivierung des mechatronischen Bremskraftverstärkers nicht
Falls der Elektromotor nicht langsam genug drehen gelassen werden kann, kann er auch zunächst ein kleines Stück weit drehen gelassen und dann für den Rest der vorgegebenen Zeitspanne bei sehr geringer Stromzufuhr stillstehen gelassen werden.
Es hat sich gezeigt, dass sich auf diese Weise die effektive Ansprechzeit des mechatronischen Bremskraftverstärkers wesentlich verkürzt, typischerweise um ungefähr 2/3, womit der Fahrer praktisch keinen Unterschied in der Steifigkeit des Bremspedals mehr spürt, gleich ob er langsam oder schnell auf das Bremspedal tritt.
Nach Ablauf der zwei bis fünf Sekunden wird der Elektromotor zurückdrehen gelassen, um den Bremskraftverstärker wieder in seine Grundstellung zu bringen.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs, die einen mechatronischen Bremskraftverstärker zum Verstärken des mittels eines Bremspedals des Kraftfahrzeugs in einem Hauptbremszylinder der Bremsanlage erzeugten Hydraulikdrucks aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Kraftfahrzeug laufend überprüft wird, ob eine Vortriebsanforderung besteht, und dass im Augenblick einer Beendigung oder wesentlichen Verminderung einer Vortriebsanforderung der mechatronische Bremskraftverstärker gestartet und während einer vorgegebenen Zeitspanne nach Beendigung oder Verminderung der Vortriebsanforderung mit einer Minimalintensität betrieben wird, mit der während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimalintensität derart gewählt wird, dass der mechatronische Bremskraftverstärker um ein Mehrfaches schneller auf eine Bremsanforderung anspricht als wenn er nicht bei Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung gestartet würde.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeitspanne in der Größenordnung von einigen Sekunden liegt und insbesondere zwischen zwei und fünf Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung daran erkannt wird, dass ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs gelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechatronische Bremskraftverstärker einen Elektromotor aufweist, um mittels des Elektromotors parallel zu der über das Bremspedal auf den Hydraulikkolben ausgeübten Kraft eine Zusatzkraft auf den Hydraulikkolben auszuüben.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor während der ganzen vorgegebenen Zeitspanne mit einer Minimaldrehzahl und/oder einem Minimaldrehmoment betrieben wird, womit während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor im Augenblick der Beendigung oder Verminderung einer Vortriebsanforderung ein kleines Stück weit drehen gelassen wird, mit dem während der vorgegebenen Zeitspanne keine Bremswirkung eintritt, sofern keine Bremsanforderung folgt, und dann für den Rest der vorgegebenen Zeitspanne bei sehr geringer Stromzufuhr stillstehen gelassen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mechatronische Bremskraftverstärker bzw. der Elektromotor nach Ablauf der vorgegebenen Zeitspanne zurückgestellt bzw. zurückdrehen gelassen wird.