DE102017221263A1

DE102017221263A1 - Verfahren zum Betreiben eines elektrohydraulischen Hilfskraftbremssystems und Bremssystem

Info

Publication number: DE102017221263A1
Application number: DE102017221263.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Michel; Roland Caspari
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-05-29

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines elektrohydraulischen Hilfskraftbremssystems (2), umfassend einen mit Hilfe eines Bremspedals (90) über eine Koppelsange (96) betätigbaren Hauptbremszylinder (10) und einen mit der Koppelstange (96) verbundenen Druckkolben (94), der auf der dem Bremspedal (90) zugewandten Seite auf einer hydraulische wirksamen Hilfsfläche (A_v) von einem Hilfsdruck (p_v) und auf der gegenüberliegenden Seite auf einer hydraulische wirksamen Systemkolbenfläche (A_sys) von einem Systemdruck (p_sys) beaufschlagt wird, wobei zu einer vorgegebenen Pedalkraft (f_ped) der Systemdruck (p_sys) und der Hilfsdruck (p_v) unabhängig voneinander geregelt werden derart, dass die vorgegebene Pedalkraft (f_ped) eingestellt wird, sowie Bremssystem, in welchem ein solches Verfahren durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrohydraulischen Hilfskraftbremssystems, umfassend einen mit Hilfe eines Bremspedals über eine Koppelstange betätigbaren Hauptbremszylinder und einen mit der Koppelstange verbundenen Druckkolben, der auf der dem Bremspedal zugewandten Seite auf einer hydraulische wirksamen Hilfsfläche von einem Hilfsdruck und auf der gegenüberliegenden Seite auf einer hydraulische wirksamen Systemkolbenfläche von einem Systemdruck beaufschlagt wird. Sie betrifft weiterhin ein entsprechendes Bremssystem.
Bei hydraulischen Hilfskraftbremssystemen kann vorgesehen sein, dass der Primärkolben bzw. Hauptkolben sowohl durch Drücken eines Bremspedals von dem Fahrer betätigt werden kann als auch hydraulisch mit Hilfe einer Druckbereitstellungseinrichtung betätigbar ist. Dadurch kann der Fahrer bei einem Bremsvorgang einerseits unterstützt werden, so dass er nicht durch Muskelkraft den vollen Druck aufbringen muss . Andererseits kann in derartigen Systemen oft auch die Druckbereitstellungseinrichtung verwendet werden, um autonom, d. h. ohne Beteiligung des Fahrers, Bremsdruck aufzubauen.
Bei Hilfskraftbremssystemen wird zur Bereitstellung eines gewohnten Pedalgefühls gewöhnlich ein hydraulischer Pedalgefühlsimulator verwendet. Bei Betätigung des Bremspedals verschiebt der Fahrer Bremsflüssigkeit in den Simulator, der derart ausgebildet ist, dass sich die dadurch hervorgerufene Kraft auf das Pedal ein gewohntes Bremspedalgefühl reproduziert.
Nachteilig dabei ist, dass eine zusätzliche Komponente in dem Bremssystem verbaut werden muss, die zur Fehleranfälligkeit des Bremssystems beiträgt. Darüber hinaus kann das Pedalgefühl nicht variiert werden sondern ist festgelegt durch den verwendeten Simulator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrohydraulischen Hilfskraftbremssystems dahingehend zu verbessern, dass ohne zusätzliche Komponenten ein variables Pedalgefühl bereitgestellt werden kann. Weiterhin soll ein entsprechendes Bremssystem bereitgestellt werden.
In Bezug auf das Verfahren wird die oben genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zu einer vorgegebenen Pedalkraft der Systemdruck und der Hilfsdruck derart unabhängig voneinander geregelt werden, dass die vorgegebene Pedalkraft eingestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für eine sichere und komfortable Bedienung der Bremse durch den Fahrer das Pedalgefühl möglichst gewohnt und komfortabel sein sollte, so dass der Fahrer präzise einschätzen kann, wie fest er das Bremspedal betätigen muss, um ein gewünschtes Bremsmoment zu erzeugen.
Wie nunmehr erkannt wurde, lässt sich die Bereitstellung einer gewünschten Pedalkraft dadurch erzielen, dass der Hilfsdruck und der Systemdruck separat eingestellt werden, so dass die gewünschte Pedalkraft realisiert ist. Das heißt, bei vorgegebener Pedalkraft wird eine Kombination der beiden Drücke bestimmt, die diese Pedalkraft realisieren lässt.
Als Systemdruck wird hierbei der von der Druckbereitstellungseinrichtung bereitgestellte Druck bezeichnet.
Vorteilhafterweise wird zu vorgegebener Pedalkraft und einem vorgegebenen Systemdruck der Hilfsdruck derart eingestellt, dass die vorgegebene Pedalkraft realisiert wird. Der einzustellende Systemdruck wird dabei bevorzugt bestimmt aufgrund eines erfassten Fahrerbremswunsches.
Für die Einstellung der vorgegebenen bzw. gewünschten Pedalkraft wird bevorzugt der Hilfsdruck bestimmt als Produkt aus der Inversen der mit dem Hilfsdruck beaufschlagten hydraulisch wirksamen Hilfsfläche mit der Differenz aus einem Produkt aus von dem Systemdruck beaufschlagten Pedalkolbenfläche und dem Systemdruck und gewünschter Pedalkraft.
Die vorgegebene bzw. gewünschte Pedalkraft ist bevorzugt eine Funktion von Pedalweg und Pedalweggeschwindigkeit.
Die Pedalkraft ist dabei bevorzugt gegeben bzw. wird parametrisiert durch eine Summe aus dem Produkt einer ersten Konstanten und einer Funktion des Pedalwegs und dem Produkt einer zweiten Konstanten und der Pedalgeschwindigkeit.
In Bezug auf das Bremssystem wird die oben genannte Aufgabe gelöst mit einem mit einem Bremspedal über eine Koppelstange betätigbaren Hauptbremszylinder mit einem mit der Koppelstange verbundenen Druckkolben, der auf der dem Bremspedal zugewandten Seite von einem Hilfsdruck und auf der gegenüberliegenden Seite von einem Systemdruck beaufschlagt wird, weiter umfassend eine Steuer- und Regeleinheit, in der ein erfindungsgemäßes Verfahren hardware- und/oder softwaremäßig implementiert ist. D.h. in dem Bremssystem wird ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird.
Vorteilhafterweise umfasst das Bremssystem eine Hilfsbremskammer, in der der Druckkolben mit dem Hilfsdruck beaufschlagt wird, wobei eine Druckbereitstellungseinrichtung vorgesehen ist, welche mit der Hilfsbremskammer hydraulisch verbunden ist, wobei diese Verbindung mit Hilfe eines Ventils sperrbar ist. Das Ventil ist insbesondere als Analogventil ausgeführt.
Die Hilfsbremskammer ist vorteilhafterweise trennbar mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter verbunden.
Der Hauptbremszylinder ist bevorzugt als Tandemhauptbremszylinder mit einer Primärkammer und einer Sekundärkammer ausgebildet. Er kann auch als einfacher Hauptzylinder ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise ist in der Primärkammer und/oder der Sekundärkammer und/oder der Hilfsbremskammer jeweils ein elastisches Element angeordnet, welches den jeweils diese Kammer begrenzenden Kolben beaufschlagt.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, dass die Pedalkraft unabhängig von dem vorliegenden Systemdruck einstellbar ist. Dadurch kann der Vordruck der Radventile beliebig vorgegeben werden. Ein Simulator zur Bereitstellung eines gewohnten Pedalgefühls ist nicht notwendig. Durch die aktive Einstellmöglichkeit der Pedalkraft ist diese nicht von mechanischen Komponenten abhängig und kann auch während des Betriebs bzw. der Laufzeit beliebig und dynamisch verändert werden. Beispielsweise können Einstellungen wie „sportlich“ oder „komfortabel“ vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in stark schematisierter Darstellung:

1 ein Hilfskraftbremssystem in einer bevorzugten Ausführungsform;
2 einen Hauptbremszylinder des Bremssystems gemäß 1 in vergrößerter Darstellung;
3 einen schematischen Ausschnitt des Bremssystems gemäß 1; und
4 ein schematisches Modell für die Parametrisierung der Pedalkraft.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein in 1 dargestelltes Bremssystem 2 umfasst einen als Tandemhauptbremszylinder ausgeführten Hauptbremszylinder 10, einen unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter 12 bzw. ein Reservoir sowie eine Druckbereitstellungseinrichtung 14.
Das Bremssystem 2 umfasst vier hydraulisch betätigbare Radbremsen 4, 6, 8, 10. Dabei sind die beiden Radbremsen 4, 6 einem ersten Bremskreis I und die Radbremsen 8, 10 einem zweiten Bremskreis II zugeordnet. Die Radbremsen 4, 6 des ersten Bremskreises I sind hydraulisch mit einer Primärkammer 20 des Hauptbremszylinders 10 verbunden. Die Radbremsen 8, 10 des zweiten Bremskreises II sind hydraulisch mit einer Sekundärkammer 24 des Hauptbremszylinders 10 verbunden. Jeder Radbremse 4-10 ist jeweils ein stromlos offenes Einlassventil 30, 32, 34, 36 zugeordnet, dem jeweils ein Rückschlagventil 40, 42, 44, 46 parallel geschaltet ist. Jeder Radbremse 4-10 ist weiterhin jeweils ein stromlos geschlossenes Auslassventil 50, 52, 54, 56 zugeordnet. Die Ausgangsanschlüsse der Ausgangsventile 50-56 sind hydraulisch mit dem Druckmittelvorratsbehälter 12 verbunden.
Die Druckbereitstellungseinrichtung 14 ist als Linearaktuator ausgebildet mit einem Elektromotor 60, dessen Rotation der Motorwelle durch ein Rotations-Translationsgetriebe 64 in eine Translation eines Druckkolbens 68 umgewandelt wird, der einen Druckraum 74 begrenzt. Das Rotations-Translationsgetriebe 64 ist bevorzugt als Kugelgewindetrieb (KGT) ausgebildet.
Über eine Nachsaugleitung 76, in der ein Rückschlagventil 80 geschaltet ist, ist der Druckraum 74 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 12 hydraulisch verbunden. Ein, bevorzugt redundant ausgebildeter, Drucksensor 82 misst den Systemdruck, d. h. den Druck in der Druckkammer 74. In die Primärkammer 20 ist bei Betätigung eines Bremspedals 90 ein Primärkolben 94 verschiebbar. Die Betätigung des Bremspedals 90 führt zu einer Translation einer Koppelstange 96 bzw. Kolbenstange, die starr mit dem Druckkolben 94 verbunden ist. Der Fahrerbremswunsch wird bevorzugt durch einen, insbesondere redundant ausgebildeten, Wegsensor 100 erfasst, der eine translatorische Bewegung der Koppelstange 96 erfasst. Die Sekundärkammer 24 wird von einem schwimmend gelagerten Sekundärkolben 104 begrenzt.
Der Hauptbremszylinder 10 weist eine weitere hydraulische Kammer, nämlich eine Hilfsbremskammer 110 auf, welche durch eine hydraulische Leitung 114 mit dem Druckraum 74 verbunden ist. Diese Verbindung ist durch ein, bevorzugt stromlos offenes, Trennventil 118 trennbar. Über eine Ausgleichsleitung 126 ist die Hilfsbremskammer 110 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 12 verbunden, wobei diese Verbindung durch ein Trennventil 130 trennbar ist. Dem Trennventil 130 ist ein Rückschlagventil 132 parallel geschaltet, welches einen Rückfluss von Druckmittel aus der Hilfsbremskammer 110 sperrt und in umgekehrter Richtung zulässt. Ein, bevorzugt redundant ausgebildeter, Drucksensor 182 misst den Druck in der Sekundärkammer 24. Der Druckraum 74 ist durch eine Systemdruckleitung 140 mit den beiden Bremskreisen I, II verbindbar. Diese Verbindung kann jeweils mit Hilfe eines, bevorzugt stromlos geschlossenen, Zuschaltventils 144, 146 ermöglicht werden. Durch das Öffnen des Zuschaltventils 144 wird der Druckraum 74 hydraulisch mit den Radbremsen 4, 6 des ersten Bremskreises hydraulisch verbunden. Umgekehrt wird durch das Öffnen des Zuschaltventils 146 der Druckraum 74 hydraulisch mit den Radbremsen 8, 10 des zweiten Bremskreises hydraulisch verbunden
Eine Steuer- und Regeleinheit 160 ist signaleingangsseitig mit, bevorzugt allen, Sensoren verbunden und dient der Ansteuerung der Druckbereitstellungseinrichtung sowie der Ventile 14.
In 2 ist der Hauptbremszylinder 10 schematisch dargestellt. In der Hilfsbremskammer 110 herrscht ein Hilfsbremsdruck p_v , während sowohl in der Primärkammer 20 als auch der Sekundärkammer 24, die voneinander durch den schwimmend gelagerten Sekundärkolben 104 voneinander getrennt sind, der Systemdruck p_sys herrscht.
Das gezeigte Bremssystem 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drücke p_v und p_sys unabhängig voneinander bzw. separat einstellbar sind.
Ein Verfahren zum Betreiben des Bremssystems 2 in einer bevorzugten Ausführung wird im Folgenden besprochen. Während eines Normalbremsvorgangs betätigt der Fahrer das Bremspedal 90. Der Bremswunsch wird mit Hilfe des Wegsensors 100 erfasst. Die Steuer- und Regeleinheit 160 berechnet daraus ein Sollbremsmoment bzw. einen von der Druckbereitstellungseinrichtung 14 einzustellenden Systemdruck p_sys . In der Steuer- und Regeleinheit 160 ist ein Pedalkraftsollprofil hinterlegt, das einem Bremsmoment eine Pedalkraft zuordnet. Diese Pedalkraft ist charakteristisch für das Pedalgefühl, welches der Fahrer während der Bremsung erfährt. Bevorzugt können in der Steuer- und Regeleinheit mehrere Profile hinterlegt sein, beispielsweise „sportlich“, „komfortabel“ etc., die vom Fahrer vorteilhafterweise auswählbar sind.
Zu dem gegebenen Systemdruck p_sys und der zugeordneten Pedalkraft f_ped wird nun in der Hilfsbremskammer 110 ein Hilfsbremsdruck p_v bzw. Pedaldruck aufgebaut, so dass die vorgegebene bzw. gewünschte Pedalkraft eingestellt wird. Zu gegebener Pedalkraft f_ped und gegebenem Systemdruck p_sys wird der Hilfsbremsdruck p_v eingeregelt auf einen Wert von $p_{v} = (1 / A_{v}) * (A_{sys} * p_{sys} - f_{ped})$
Dabei bezeichnet A_v die von dem Hilfsdruck beaufschlagte wirksame hydraulische Fläche des Primärkolbens 20 und A_sys die von dem Systemdruck beaufschlagte hydraulisch wirksame Fläche.
Zum Druckaufbau in den Radbremsen steuert die Steuer- und Regeleinheit 160 die Druckbereitstellungseinrichtung 14 an, um den Systemdruck p_sys bereitzustellen.
Eine Erhöhung des Hilfsbremsdruck p_v wird typischerweise durch ein geeignetes Öffnen des Trennventils 118 realisiert welches die Hilfsbremskammer 110 mit dem Druckraum 74 verbindet. Umgekehrt wird ein Absenken des Hilfsbremsdrucks p_v typischerweise durch ein Öffnen des Trennventils 130 realisiert, dass die Hilfsbremskammer 110 mit dem Druckmittelvorratsbehälter 12 verbindet. Soll der Hilfsbremsdruck p_v bei konstanter Pedalposition konstant gehalten werden, sind typischerweise die Trennventile 130 und 118 geschlossen Wird ein lineares Impedanzverhalten gewünscht bzw. gefordert, wird bevorzugt die Pedalkraft f_ped gewählt als $f_{ped} = cs + d \dot{s},$
wobei s den Pedalweg bezeichnet und s (s.o.) dessen zeitliche Ableitung, also die Pedalgeschwindigkeit bezeichnet. Dieser Zusammenhang ist in 4 schematisch dargestellt. Die Konstante c bezeichnet die Federsteifigkeit und die Konstante d ist die lineare Dämpfungskonstante. Wie man am Regelgesetz erkennen kann, ist das Impedanzverhalten nicht auf ein lineares Impedanzverhalten beschränkt. Das heißt insbesondere, dass die Abhängigkeit der Pedalkraft von Pedalweg und/oder Pedalgeschwindigkeit anders, insbesondere nichtlinear, gewählt werden kann.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrohydraulischen Hilfskraftbremssystems (2), umfassend einen mit Hilfe eines Bremspedals (90) über eine Koppelstange (96) betätigbaren Hauptbremszylinder (10) und einen mit der Koppelstange (96) verbundenen Druckkolben (94), der auf der dem Bremspedal (90) zugewandten Seite auf einer hydraulische wirksamen Hilfskolbenfläche (A_v) von einem Hilfsdruck (p_v) und auf der gegenüberliegenden Seite auf einer hydraulisch wirksamen Systemkolbenfläche (A_sys) von einem Systemdruck (p_sys) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zu einer vorgegebenen Pedalkraft (f_ped) der Systemdruck (p_sys) und der Hilfsdruck (p_v) unabhängig voneinander geregelt werden derart, dass die vorgegebene Pedalkraft (f_ped) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu vorgegebener Pedalkraft (f_ped) und einem vorgegebenen Systemdruck (p_sys) der Hilfsdruck (p_v) derart eingestellt wird, dass die vorgegebene Pedalkraft (f_ped) realisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei für die Einstellung der vorgegebenen Pedalkraft (f_ped) der Hilfsdruck (p_v) gegeben ist als Produkt aus der Inversen der mit dem Hilfsdruck (p_v) beaufschlagten hydraulisch wirksamen Hilfsfläche (A_v) mit der Differenz aus einem Produkt aus von dem Systemdruck beaufschlagten Systemkolbenfläche (A_sys) und dem Systemdruck (p_sys) und vorgegebener Pedalkraft (f_ped) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorgegebene Pedalkraft (f_ped) eine Funktion von Pedalweg (s) und Pedalweggeschwindigkeit (s) ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Pedalkraft (f_ped) eine Summe aus dem Produkt einer ersten Konstanten (c) und einer Funktion des Pedalwegs (s) und dem Produkt einer zweiten Konstanten (d) und der Pedalgeschwindigkeit (s) ist.
Bremssystem (2), umfassend einen mit einem Bremspedal (90) über eine Koppelstange (96) betätigbaren Hauptbremszylinder (10) mit einem mit der Koppelstange (96) verbundenen Druckkolben (94), der auf der dem Bremspedal (90) zugewandten Seite von einem Hilfsdruck (p_v) und auf der gegenüberliegenden Seite von einem Systemdruck (p_sys) beaufschlagt wird, weiter umfassend eine Steuer- und Regeleinheit (160), in der ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hardware- und/oder softwaremäßig implementiert ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 6, umfassend eine Hilfsbremskammer (110), in der der Druckkolben (94) von dem Hilfsdruck (p_v) beaufschlagt wird, wobei eine Druckbereitstellungseinrichtung (14) vorgesehen ist, welche mit der Hilfsbremskammer (110) hydraulisch verbunden ist, wobei diese Verbindung mit Hilfe eines analog Ventils (118) sperrbar ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 7, wobei die Hilfsbremskammer (110) trennbar mit einem unter Atmosphärendruck stehenden Druckmittelvorratsbehälter (12) verbunden ist.
Bremssystem (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Hauptbremszylinder (10) als Tandemhauptbremszylinder mit einer Primärkammer (20) und einer Sekundärkammer (24) ausgebildet ist.
Bremssystem (2) nach Anspruch 9, wobei in der Primärkammer (20) und/oder der Sekundärkammer (24) und/oder der Hilfsbremskammer (110) jeweils ein elastisches Element angeordnet ist, welches den jeweils diese Kammer begrenzenden Kolben beaufschlagt.