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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Anpassung des Füllstandes eines Niederdruckspeichers einer Bremsanlage eines Fahrzeugs.
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Ein Straßenkraftfahrzeug weist heute typischerweise serienmäßig ein Antiblockiersystem (ABS) und andere Assistenzsysteme auf, mit denen Schlupf von einer oder mehreren Rädern des Fahrzeugs reduziert werden kann. Im Rahmen der Steuerung bzw. Regelung derartiger Assistenzsysteme kann es erforderlich sein, Druck in den hydraulischen Bremsen von ein oder mehreren Rädern abzubauen. Die überschüssige Bremsflüssigkeit wird zu diesem Zweck aus dem Zylinder einer Bremse zunächst in einen sogenannten Niederdruckspeicher überführt. Bei Bedarf kann dann die Bremsflüssigkeit durch eine Pumpe zurück in den Hauptbremszylinder des Fahrzeugs gepumpt werden.
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Das Zwischenspeichern von Bremsflüssigkeit im Niederdruckspeicher ist typischerweise durch einen Fahrer des Fahrzeugs als eine Verlängerung des Bremspedalwegs spürbar. Insbesondere spürt ein Fahrer Druckabbauten in einer Bremse als länger werdendes Bremspedal. Andererseits drückt das Bremspedal typischerweise beim Leeren des Niederdruckspeichers gegen den Fahrer zurück. Mit anderen Worten führt das Entleeren des Niederdruckspeichers wieder zu einer Verkürzung des Bremspedalwegs.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit bereitzustellen, durch die in komfortabler und Energie-effizienter Weise gewährleistet werden kann, dass auch bei außergewöhnlichen (und ggf. missbräuchlichen) Belastungssituationen einer hydraulischen Bremse Bremsungen mit einem möglichst kurzen Bremspedalweg durchgeführt werden können. Derartige Belastungssituationen können z.B. bei Rennbetrieb eines Fahrzeugs auftreten.
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Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßenkraftfahrzeugs) beschrieben. Die Bremsanlage umfasst einen Hauptbremszylinder zur Bereitstellung von Bremsflüssigkeit für zumindest eine hydraulische Bremse eines Rades des Fahrzeugs. Insbesondere kann, in Abhängigkeit von einer Auslenkung eines Bremspedals oder eines Bremshebels des Fahrzeugs, Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder zu der hydraulischen Bremse gefördert werden, um einen Bremsdruck in der hydraulischen Bremse aufzubauen. Dabei kann der Bremsdruck durch ein Einlassventil und ein Auslassventil in der hydraulischen Bremse eingeschlossen werden, um den Bremsdruck aufrechtzuerhalten.
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Die Bremsanlage umfasst weiter einen Niederdruckspeicher zur Zwischenspeicherung von Bremsflüssigkeit aus der hydraulischen Bremse. Insbesondere kann durch ein Stabilitätsprogramm bzw. durch ein Assistenzsystem (insbesondere durch ein ABS Steuergerät) des Fahrzeugs Schlupf und/oder ein Blockieren des durch die hydraulische Bremse gebremsten Rades detektiert werden. In Reaktion darauf kann der Bremsdruck in der hydraulischen Bremse durch Ableiten von Bremsflüssigkeit aus der hydraulischen Bremse in den Niederdruckspeicher reduziert werden. Der Prozess des Erhöhens und des Absenkens des Bremsdrucks kann dabei zur Stabilisierung des Fahrzeugs wiederholt werden (z.B. 10, 100 oder mehr Mal pro Sekunde), wobei durch die wiederholte Ausführung dieses Prozesses typischerweise der Füllstand im Niederdruckspeicher nach und nach ansteigt, und dadurch in entsprechender Weise Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder entnommen wird. Als Folge daraus kann der Bremspedalweg des Bremspedals des Fahrzeugs zum Aufbau eines bestimmten Bremsdrucks und zum Bewirken einer entsprechenden Bremswirkung verlängert werden.
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Die Bremsanlage kann weiter eine Pumpe zur Übertragung von Bremsflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher in Richtung des Hauptbremszylinders umfassen, so dass die zuvor entnommene Menge an Bremsflüssigkeit dem Hauptbremszylinder zumindest teilweise wieder zugeführt werden kann. Insbesondere kann aus dem Hauptbremszylinder über eine Zuleitung Bremsflüssigkeit zu der hydraulischen Bremse übertragen werden. Die Pumpe kann eingerichtet sein, Bremsflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher in die Zuleitung zu übertragen.
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Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Information bezüglich eines möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der hydraulischen Bremse. Durch den Bremsschwund wird typischerweise eine Verlängerung des Bremspedalwegs bewirkt, der erforderlich ist, um eine bestimmte Bremswirkung zu erzielen. Die Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds kann dabei Information bezüglich einer Temperatur der hydraulischen Bremse, insbesondere bezüglich einer Temperatur einer Bremsscheibe der hydraulischen Bremse, umfassen. Beispielsweise können mittels eines Temperatursensors Sensordaten erfasst werden, die die Temperatur der hydraulischen Bremse bzw. der Bremsscheibe anzeigen. Im Rahmen des Verfahrens können die Sensordaten eines Temperatursensors als Information bezüglich eines möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der hydraulischen Bremse ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann Information bezüglich der Temperatur der hydraulischen Bremse über ein Modell ermittelt werden.
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Das Verfahren umfasst weiter das Reduzieren des Füllstands des Niederdruckspeichers in Abhängigkeit von der Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds. Insbesondere kann der Füllstand des Niederdruckspeichers in Abhängigkeit von den Sensordaten eines Temperatursensors der hydraulischen Bremse bzw. der Bremsscheibe reduziert werden.
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Durch die Berücksichtigung von Information in Bezug auf einen möglichen Bremsschwund bei der Leerung des Niederdruckspeichers können substantielle Erhöhungen des Bremspedalwegs eines Bremspedals eines Fahrzeugs in effizienter Weise vermieden werden. Dabei kann eine Erhöhung der Frequenz der Leerung des Niederdruckspeichers nur bei Bedarf (insbesondere nur bei einer erhöhten Wahrscheinlichkeit von Bremsschwund) erfolgen, so dass eine zusätzliche Belastung der Pumpe und ein damit verbundener Energieverbrauch beschränkt werden können.
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Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln, ob der Füllstand des Niederdruckspeichers einen oberen Füllstands-Schwellenwert erreicht oder überschritten hat. Die Pumpe kann aktiviert werden, um den Füllstand des Niederdruckspeichers zu reduzieren, wenn ermittelt wird, dass der Füllstand des Niederdruckspeichers den oberen Füllstands-Schwellenwert erreicht hat oder überschritten hat. Dabei kann der obere Füllstands-Schwellenwert von der Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds, insbesondere von den Sensordaten eines Temperatursensors der hydraulischen Bremse, abhängig sein. So kann die Frequenz der Leerung des Niederdruckspeichers in zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds angepasst werden.
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Die Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der hydraulischen Bremse kann Information in Bezug auf ein Ausmaß an temperaturbedingtem Bremsschwund anzeigen. Die Information in Bezug auf ein Ausmaß an temperaturbedingtem Bremsschwund kann z.B. Information in Bezug auf die Höhe der Temperatur der hydraulischen Bremse bzw. der Bremsscheibe umfassen. Dabei steigt typischerweise mit steigender Temperatur das Ausmaß an temperaturbedingtem Bremsschwund.
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Der obere Füllstands-Schwellenwert kann reduziert werden, wenn die Information in Bezug auf das Ausmaß an temperaturbedingtem Bremsschwund ein steigendes Ausmaß an temperaturbedingtem Bremsschwund anzeigt. Insbesondere kann der obere Füllstands-Schwellenwert mit steigender Temperatur der Bremse bzw. der Bremsscheibe reduziert werden. So kann eine Verlängerung des Bremspedalweges in zuverlässiger Weise vermieden bzw. zumindest reduziert werden.
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Die hydraulische Bremse umfasst typischerweise einen Bremsbelag, der durch Reiben an der Bremsscheibe eine Bremswirkung verursacht. Der obere Füllstands-Schwellenwert kann abhängig sein von: einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft des Bremsbelags und/oder einer Temperatur-Kennlinie eines Reibwertes zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. So kann auch für unterschiedliche Typen von Bremsen eine Verlängerung des Bremspedalweges in zuverlässiger Weise vermieden bzw. zumindest reduziert werden.
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Der Füllstand des Niederdruckspeichers kann durch Aktivierung der Pumpe reduziert wird, wobei die Pumpe solange (ggf. ununterbrochen) betrieben werden kann, bis der Füllstand des Niederdruckspeichers einen unteren Füllstands-Schwellenwert erreicht oder unterschritten hat. Dabei ist der untere Füllstands-Schwellenwert niedriger als der obere Füllstands-Schwellenwert.
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Die Bremsanlage kann je nach Fahrzeug-Typ mindestens zwei Niederdruckspeicher für mindestens zwei hydraulische Bremsen (in mindestens zwei getrennten Bremskreisen) umfassen. Es kann dann Information bezüglich eines möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der mindestens zwei hydraulischen Bremsen ermittelt werden. Der Füllstand eines Niederdruckspeichers kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der jeweiligen hydraulischen Bremse reduziert werden. Es kann somit eine individuelle Steuerung der Füllstände der Niederdruckspeicher erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für eine Bremsanlage eines Fahrzeugs beschrieben. Die Bremsanlage umfasst einen Hauptbremszylinder zur Bereitstellung von Bremsflüssigkeit für eine hydraulische Bremse eines Rades des Fahrzeugs, einen Niederdruckspeicher zur Zwischenspeicherung von Bremsflüssigkeit aus der hydraulischen Bremse und eine Pumpe zur Übertragung von Bremsflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher in Richtung des Hauptbremszylinders. Die Steuereinheit ist eingerichtet, Information bezüglich eines möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der hydraulischen Bremse zu ermitteln. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, einen Füllstand des Niederdruckspeichers in Abhängigkeit von der Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds zu reduzieren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 Komponenten einer beispielhaften Bremsanlage eines Fahrzeugs; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der komfortablen und Energie-effizienten Steuerung einer Bremsanlage eines Fahrzeugs, um auch bei besonderen (extremen) Belastungs-Situationen der Bremsanlage (wie z.B. im Rennbetrieb) einen möglichst kurzen Bremspedalweg für eine Verzögerung des Fahrzeugs zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang zeigt 1 beispielhafte Komponenten einer Bremsanlage 100 eines Straßenkraftfahrzeugs. Die Bremsanlage 100 umfasst ein Bremspedal 101, das von einem Fahrer des Fahrzeugs betätigt werden kann, um das Fahrzeug zu verzögern. Durch Betätigung des Bremspedals 101 können unmittelbar oder mittelbar (z.B. über einen Bremskraftverstärker) Kolben 104, 105 in einem Hauptbremszylinder 106 der Bremsanlage 100 bewegt werden. Durch die Bewegung der Kolben 104, 105 wird Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 106 in unterschiedliche Bremskreise 110, 120 gedrückt.
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Typischerweise umfasst ein Fahrzeug zwei getrennte Bremskreise 110, 120 (z.B. einen Bremskreis 110 für die ein oder mehreren Vorderräder 108 und einen weiteren Bremskreis 120 für die ein oder mehreren Hinterräder 108). Die Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 106 kann durch den ersten Kolben 104 in die Radbremsen 111 des ersten Bremskreises 110 (z.B. für die Vorderräder 108) und durch den zweiten Kolben 105 in die Radbremsen 111 des zweiten Bremskreises 120 (z.B. für die Hinterräder 108) gedrückt werden. Die Bremsanlage 100 umfasst typischerweise einen Ausgleichsbehälter 103, zum Ausgleich von Bremsflüssigkeit zwischen den beiden Bremskreisen 110, 120.
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Für jede Radbremse 111 des Fahrzeugs bzw. für alle Radbremsen 111 eines Bremskreises 110, 120 können Komponenten bereitgestellt werden, mit denen der Bremsdruck der jeweiligen Radbremse 111 individuell eingestellt werden kann (z.B. zur Bereitstellung eines Antiblockiersystems). In 1 sind beispielhaft Komponenten für ein Rad 108 dargestellt.
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Der Bremskreis 110 umfasst ein Einlassventil 113 und ein Auslassventil 118 für eine Radbremse 111. Bei Betätigung des Bremspedals 101 ist das Einlassventil 113 (typischerweise spannungslos) geöffnet und das Auslassventil 118 (typischerweise spannungslos) geschlossen. So kann Bremsflüssigkeit aus dem Hauptbremszylinder 106 in einen Zylinder der Radbremse 111 bedrückt werden, wodurch Bremsbacken der Radbremse 111 an die Bremsscheibe 109 der Radbremse 111 gedrückt werden, und so eine Bremsung des Rades 108 bewirkt wird.
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Die Steuereinheit 107 der Bremsanlage 100 kann bei Erkennung einer Blockiersituation des Rades 108 veranlassen, dass das Einlassventil 113 geschlossen wird, um einen weiteren Druckaufbau in der Radbremse 111 zu vermeiden. Des Weiteren kann bei Bedarf das Auslassventil 118 geöffnet werden, um Bremsflüssigkeit aus dem Zylinder der Radbremse 111 zu leiten und um so den Bremsdruck in der Radbremse 111 zu reduzieren. Die aus dem Zylinder der Radbremse 111 fließende Bremsflüssigkeit kann in einem Niederdruckspeicher 114 zwischengespeichert werden. Für einen erneuten Aufbau des Bremsdrucks kann das Einlassventil 113 wieder geöffnet und das Auslassventil 118 wieder geschlossen werden.
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Durch wiederholte Ansteuerung des Einlassventils 113 und des Auslassventils 118 kann somit ein Blockieren eines Rades 111 vermieden werden. Dabei führt die wiederholte Zwischenspeicherung der Bremsflüssigkeit in dem Niederdruckspeicher 114 zu einem Anstieg des Füllstands an Bremsflüssigkeit im Niederdruckspeicher 114, zu einer entsprechenden Reduzierung der Menge an Bremsflüssigkeit im Hauptbremszylinder 106 und damit tendenziell zu einer Verlängerung des Bremspedalweges. Der Niederdruckspeicher 114 kann bei Erreichen eines bestimmten Füllstands (insbesondere bei Erreichen eines oberen Füllstand-Schwellenwertes) durch eine Pumpe 116 entleert werden, und die Bremsflüssigkeit kann durch die Pumpe 116 zurück in den Hauptbremszylinder 106 gepumpt werden. Dies führt zu einem erhöhten Druck auf dem Bremspedal 101 und zu einer Reduzierung des Bremspedalwegs. Die Pumpe 116 kann dabei zwischen einem Druckventil 117 und einem Saugventil 115 angeordnet sein, um den Hochdruck-Bereich auf der Seite des Hauptbremszylinders 106 von dem Niederdruck-Bereich auf der Seite des Niederdruckspeichers 114 zu trennen.
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Im Rahmen des Betriebs der Bremsanlage 100 kann es bei missbräulicher Nutzung zu einer erheblichen Erhöhung der Temperatur einer Bremse 111 und insbesondere einer Bremsscheibe 109 kommen. Dies kann zu einer Reduzierung des Reibwertes der Bremsbelege und Bremsscheiben 109, d.h. zu einem Bremsschwund bzw. zu Fading, und damit zu einer Verlängerung des Bremspedalweges führen, da die verminderte Bremswirkung durch einen erhöhten Bremsdruck ausgeglichen werden muss. Das Ausmaß des Bremsschwunds und die damit verbundene temperaturbedingte Verlängerung des Bremspedalwegs hängt dabei typischerweise von den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Bremsbeläge ab.
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Die o.g. temperaturbedingte Verlängerung des Bremspedalweges addiert sich zu der durch eine ABS-Regelung verursachten Verlängerung des Bremspedalweges und könnte somit in Summe zu einem unangenehm langen Bremspedalweg führen, durch den ein Fahrer eines Fahrzeugs ggf. verunsichert werden könnte. Eine derartige Situation kann dadurch vermieden werden, dass mit steigender Temperatur einer Bremse 111 und insbesondere bei steigender Temperatur einer Bremsscheibe 109 der obere Füllstands-Schwellenwert, bei dem das Leeren des Niederdruckspeichers 114 durch die Pumpe 116 erfolgt, reduziert wird. Mit anderen Worten, der Zeitpunkt für das Leeren des Niederdruckspeichers 114 kann mit steigender Bremsentemperatur vorverlegt werden. Die Bremsentemperatur kann mit einem Temperatursensor 112 erfasst und/oder mit einem Modell berechnet werden. Durch ein temperaturabhängiges Leeren des Niederdruckspeichers 114 kann erreicht werden, dass die dem Hauptbremszylinder 106 durch die ABS-Regelung entnommene Menge an Bremsflüssigkeit im Mittel reduziert wird, und als Folge daraus auch der Bremspedalweg im Mittel reduziert wird.
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Im Bremskreis 110 können ggf. weitere Bremsen 111 für weitere Räder 108 bereitgestellt werden. Dabei können für jede Bremse 111 ein Einlassventil 113 und ein Auslassventil 118 bereitgestellt werden, so dass parallele Stränge von Einlassventilen 113, Radbremsen 111 und Auslassventilen 118 entstehen, die auf einen gemeinsamen Niederdruckspeicher 114 zugreifen. Des Weiteren kann für den zweiten Bremskreis 120 entsprechende Komponenten bereitgestellt werden.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Steuerung einer Bremsanlage 100 eines Fahrzeugs. Wie in 1 dargestellt, umfasst die Bremsanlage 100 einen Hauptbremszylinder 106 zur Bereitstellung von Bremsflüssigkeit für die hydraulische Bremse 111 eines Rades 108 des Fahrzeugs, einen Niederdruckspeicher 114 zur Zwischenspeicherung von Bremsflüssigkeit aus der hydraulischen Bremse 111 und eine Pumpe 116 zur Übertragung von Bremsflüssigkeit aus dem Niederdruckspeicher 114 in Richtung des Hauptbremszylinders 106.
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Das Verfahren 200 umfasst das Ermitteln 201 von Information bezüglich eines möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds der hydraulischen Bremse 111. Des Weiteren umfasst das Verfahren 200 das Reduzieren 202 eines Füllstands des Niederdruckspeichers 114 in Abhängigkeit von der Information bezüglich des möglichen temperaturbedingten Bremsschwunds.
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Das Leeren der Niederdruckspeicher 114 eines Stabilitätssystems bzw. einer Bremsanlage 100 eines Fahrzeugs kann somit abhängig von der Bremsentemperatur erfolgen. So kann dem Fahrer eines Fahrzeugs auch bei extremen Betriebsbedingungen der Bremsanlage 100, insbesondere bei hohen Bremsentemperaturen, ein erhöhtes Sicherheitsgefühl durch einen relativ kurzen Bremspedalweg vermittelt werden. Außerdem kann das beschrieben 2 Verfahren 200 als Software und damit kostengünstig implementiert werden. Diese Vorteile liegen auch bei Bremspedal-entkoppelten Bremsanlagen vor.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
