DE102019204904B3 - Brake force generator and operating procedures - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betrieb eines Bremskrafterzeugers (13) zum automatisierten Erzeugen eines Bremsdrucks für ein Bremssystem (31) eines Kraftfahrzeugs aufweisend die folgenden Schritte:
a) Empfangen eines Bremswunsches (1),
b) Empfangen eines Istdrucks (2) von mindestens einem Drucksensor (18) mit welchem ein Druck in mindestens einer Kammer (15) eines Plungersystems (14) überwacht wird, wobei ein neben einem Istdruck (2) auch ein zeitlicher Istdruck-Gradient empfangen oder ermittelt wird,
c) Berechnen eines Ansteuerungssignals (33) zum Ansteuern eines Bremsantriebs (17) des Bremskrafterzeugers (13) unter Berücksichtigung des Bremswunsches (1) und des Istdrucks (2), wobei ein berechnetes Ansteuerungssignal (33) so berechnet wird, dass eine Obergrenze für einen zeitlichen Istdruck-Gradienten vorgegeben ist, und
d) Ausgabe des Ansteuerungssignals (33) an den Bremsantrieb (17) zum Anpassen des Bremsdrucks in der Kammer (15).
A method for operating a brake force generator (13) for the automated generation of a brake pressure for a brake system (31) of a motor vehicle, comprising the following steps:
a) receiving a braking request (1),
b) Receiving an actual pressure (2) from at least one pressure sensor (18) with which a pressure in at least one chamber (15) of a plunger system (14) is monitored, an actual pressure gradient over time also being received in addition to an actual pressure (2) or is determined
c) Calculating a control signal (33) for controlling a brake drive (17) of the braking force generator (13) taking into account the braking request (1) and the actual pressure (2), a calculated control signal (33) being calculated so that an upper limit for a temporal actual pressure gradient is given, and
d) Output of the control signal (33) to the brake drive (17) for adapting the brake pressure in the chamber (15).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die hier beschriebene Vorrichtung und das hier beschriebene Verfahren umfassen eine Hardwareschutzmaßnahme bei einem pedalentkoppelten oder pedallosen redundanten Bremssystem. Die hier beschriebene Vorrichtung und das hier beschriebene Verfahren sind insbesondere betreffen insbesondere sogenannte „by wire“-Bremssysteme. Das Verfahren und die Vorrichtung stellen insbesondere eine Hardwareschutzmaßnahme da, wobei diese Hardwareschutzmaßnahme mit Hilfe einer Druckregelung erreicht wird.The device described here and the method described here include a hardware protection measure in a pedal-decoupled or pedal-less redundant brake system. The device described here and the method described here relate in particular to so-called “by wire” braking systems. The method and the device represent, in particular, a hardware protection measure, this hardware protection measure being achieved with the aid of pressure regulation.
Immer mehr Menschen sind daran interessiert, sich fahren zu lassen ohne selber ein Fahrzeug steuern zu müssen. Die autonome Personenbeförderung ermöglicht aus Sicht des Benutzers eine gegenüber Bussen und Bahnen erheblich erhöhte Flexibilität. Gleichzeitig verspricht die autonome Personenbeförderung gegenüber Taxis erhebliche Kosteneinsparungspotentiale.More and more people are interested in being driven without having to drive a vehicle themselves. From the user's point of view, autonomous passenger transport enables significantly greater flexibility than buses and trains. At the same time, autonomous passenger transport promises considerable potential for cost savings compared to taxis.
Die autonome Personenbeförderung stellt allerdings Kraftfahrzeughersteller vor neue Herausforderungen hinsichtlich der Auslegung von Bremssystemen. Heutige KFZ-Bremssysteme sind für eine Steuerung durch einen Fahrzeugführer mit ständigem hydraulischem Durchgriff auf die Bremskrafterzeugung am Rad ausgelegt. Bei Ausfall des Bremssystems ist dadurch jedoch gewährleistet, dass der Fahrer durch Betätigen des Bremspedals noch ausreichend Bremskraft auf die Räder des Fahrzeugs aufbringen kann.However, autonomous passenger transport poses new challenges for vehicle manufacturers in terms of the design of braking systems. Today's motor vehicle brake systems are designed for control by a vehicle driver with constant hydraulic access to the braking force generation on the wheel. However, if the brake system fails, this ensures that the driver can still apply sufficient braking force to the wheels of the vehicle by pressing the brake pedal.
Eine Herausforderung bei der Auslegung von automatisierten bzw. autonomen bzw. teilautonomen Bremssystemen und auch bei Bremssystemen, die nur elektrisch („bywire“) angesteuert werden ist, dass diese Bremssysteme normalerweise häufig eine aus Sicht des normalen Anwenders recht unnatürlich wirkendes Bremsverhalten aufweisen, welches insbesondere daraus resultiert, dass automatisierte Bremssysteme gar nicht, ungewohnt bzw. anders als gewöhnliche Bremssysteme auf ungeplante Steigerungen des Bremsdrucks reagieren können. Mit einer ungeplanten Steigerung des Bremsdrucks ist hier beispielsweise auch zu starke Steigerung des Bremsdrucks in Folge einer Anforderung von Bremsdruck (Bremswunsch) gemeint. Bei einer manuellen Bremse, die beispielsweise von einem Benutzer mit einem Bremspedal betätigbar ist, erfolgt üblicherweise eine direkte Reaktion auf eine unerwartete bzw. eine unerwartet starke Steigerung eines Bremsdrucks dadurch, dass der Benutzer das Bremspedal ganz automatisch wieder leicht löst. Ein solcher Automatismus ist bei einem automatisieren bzw. einem autonomen Bremssystem üblicherweise nicht realisierbar bzw. aufwendig in der Realisierung.A challenge in the design of automated or autonomous or semi-autonomous brake systems and also with brake systems that are only controlled electrically ("bywire") is that these brake systems usually often have a rather unnatural braking behavior from the point of view of the normal user, which in particular As a result, automated brake systems cannot react at all, or react in an unusual or different way than conventional brake systems to unplanned increases in brake pressure. An unplanned increase in the brake pressure here also means, for example, an excessive increase in the brake pressure as a result of a request for brake pressure (brake request). In the case of a manual brake, which can be actuated by a user with a brake pedal, for example, there is usually a direct reaction to an unexpected or unexpectedly strong increase in brake pressure in that the user slightly releases the brake pedal again quite automatically. Such an automatism is usually not feasible or expensive to implement in an automated or an autonomous braking system.
In der
Offenbarung der Erfindung.Disclosure of the invention.
Vor diesem Hintergrund sollen hier ein besonders vorteilhaftes Betriebsverfahren für ein Bremssystem und ein besonders vorteilhafter automatisierter Bremskrafterzeuger zur Durchführung des Verfahrens beschrieben werden.Against this background, a particularly advantageous operating method for a brake system and a particularly advantageous automated braking force generator for performing the method are to be described here.
Hier beschrieben wird ein Verfahren zum Betrieb eines Bremskrafterzeugers (
- a) Empfangen eines Bremswunsches (
1 ), - b) Empfangen eines Istdrucks (
2 ) von mindestens einem Drucksensor (18 ) mit welchem ein Druck in mindestens einer Kammer (15 ) eines Plungersystems (14 ) überwacht wird, wobei ein neben einem Istdruck (2 ) auch ein zeitlicher Istdruck-Gradient empfangen oder ermittelt wird, - c) Berechnen eines Ansteuerungssignals (
33 ) zum Ansteuern eines Bremsantriebs (17 ) des Bremskrafterzeugers (13 ) unter Berücksichtigung des Bremswunsches (1 ) und des Istdrucks (2 ), wobei ein berechnetes Ansteuerungssignal (33 ) so berechnet wird, dass eine Obergrenze für einen zeitlichen Istdruck-Gradienten vorgegeben ist, und - d) Ausgabe des Ansteuerungssignals (
33 ) an den Bremsantrieb (17 ) zum Anpassen des Bremsdrucks in der Kammer (15 ).
- a) Receiving a braking request (
1 ), - b) Receiving an actual pressure (
2 ) of at least one pressure sensor (18th ) with which a pressure in at least one chamber (15th ) a plunger system (14th ) is monitored, with an in addition to an actual pressure (2 ) an actual pressure gradient over time is also received or determined, - c) Calculating a control signal (
33 ) to control a brake drive (17th ) of the braking force generator (13 ) taking into account the braking requirement (1 ) and the actual pressure (2 ), whereby a calculated control signal (33 ) is calculated in such a way that an upper limit is specified for an actual pressure gradient over time, and - d) Output of the control signal (
33 ) to the brake drive (17th ) to adjust the brake pressure in the chamber (15th ).
Hier beschrieben wird zunächst ein Bremskrafterzeuger zur Durchführung des Verfahrens und zum automatisierten Erzeugen eines hydraulischen Bremsdrucks für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs, welcher ein Plungersystem mit mindestens einer Kammer zur Aufnahme und zur Bedrückung von Hydraulikflüssigkeit und einen Bremsantrieb aufweist. Als Bremskrafterzeuger wird hier die Baugruppe inklusive dazugehöriger Nebenkomponenten bezeichnet. Der Begriff „Plungersystem“ bezeichnet vornehmlich die hydraulischen Komponenten des Bremskrafterzeugers. Der Bremsantrieb ist dazu eingerichtet das Volumen der mindestens einen Kammer des Plungersystems zu verändern und hierdurch eine Druckaufbau zu bewirken. Der Bremsdruckerzeuger weist weiter mindestens einen an der mindestens einen Kammer angeordneten Drucksensor zur Messung eines Druckaufbaus in der mindestens einen Kammer und zur Abgabe eines Druckwertsignals auf. Weiter weist der Bremsdruckerzeuger einen Regler auf, welcher eingerichtet ist zum Ansteuern des Bremsantriebs für einen Druckaufbau in Reaktion auf einen elektronischen Bremswunsch und in Reaktion auf einen Istdruck, der mit dem Drucksensor gemessen wird.A brake force generator for performing the method and for automatically generating hydraulic brake pressure for a brake system of a motor vehicle is described here, which has a plunger system with at least one chamber for receiving and pressing hydraulic fluid and a brake drive. The assembly including the associated secondary components is used as the braking force generator designated. The term “plunger system” primarily refers to the hydraulic components of the braking force generator. The brake drive is set up to change the volume of the at least one chamber of the plunger system and thereby cause a pressure build-up. The brake pressure generator also has at least one pressure sensor arranged on the at least one chamber for measuring a pressure build-up in the at least one chamber and for outputting a pressure value signal. The brake pressure generator also has a controller which is set up to control the brake drive for a pressure build-up in response to an electronic braking request and in response to an actual pressure which is measured with the pressure sensor.
Bekannt sind heute sog. gekoppelte Bremssysteme oder Hilfskraftbremssysteme. Des weiteren sind entkoppelte Bremssysteme oder Fremdkraftbremssysteme bekannt. Bei Hilfskraftbremssystemen werden die zum Bremsen erforderlichen Spannkräfte an den Radbremsen durch die Fußkraft des Fahrers mit Unterstützung eines Bremskraftverstärkers aufgebracht. Bei einem Fremdkraftbremssystem werden die erforderlichen Spannkräfte an den Radbremsen durch gespeicherte Druckluft aufgebracht, wobei die gespeicherte Druckluft von einem Kompressor oder hydraulisch erzeugt wird. Solche Fremdkraftbremssysteme sind beispielsweise bei Lastkraftwagen (LKWs) weit verbreitet.So-called coupled brake systems or power-assisted brake systems are known today. Decoupled brake systems or power brake systems are also known. In auxiliary power brake systems, the tensioning forces required for braking are applied to the wheel brakes by the driver's foot force with the support of a brake booster. In an external power brake system, the required clamping forces are applied to the wheel brakes by stored compressed air, the stored compressed air being generated by a compressor or hydraulically. Such external power brake systems are widespread, for example, in trucks.
Fremdkraftbremssysteme sind regelmäßig entkoppelt ausgeführt. Das bedeutet, dass das Bremspedal entkoppelt von der eigentlichen Bremse ist und eine direkte (insbesondere mechanische) Kraftübertragung von dem Bremspedal auf die Radbremse nicht erfolgt. Entkoppelte ausgeführte Bremssysteme können regelmäßig auch als „by-wire“ ausgeführte Bremssysteme bezeichnet werden. „By wire“ bedeutet so viel wir „telegraphisch“ oder „drahtgebunden“. Hiermit wird ausgedrückt, dass bei entkoppelten Bremssystemen eine Information, dass eine Bremsung erfolgen soll, von dem Bremspedal zu der Radbremse entkoppelt von der Bremskraft übertragen wird. Die Bremskraft wird auf Basis dieser Information erzeugt.External power brake systems are regularly designed to be decoupled. This means that the brake pedal is decoupled from the actual brake and there is no direct (in particular mechanical) power transmission from the brake pedal to the wheel brake. Decoupled brake systems can also regularly be referred to as “by-wire” brake systems. “By wire” means as much as we do “telegraphically” or “wired”. This expresses that when the brake systems are decoupled, information that braking is to take place is transmitted from the brake pedal to the wheel brake, decoupled from the braking force. The braking force is generated on the basis of this information.
Bei solchen entkoppelten Bremssystemen kommen dann regelmäßig auch sogenannte Pedalgefühlsimulatoren zum Einsatz, welche an dem Bremspedal ein realistisches Pedalgefühl simulieren, damit der Benutzer ein Feedback hinsichtlich der erzeugten Bremswirkung in gewohnter Form erhält. Bei entkoppelten Bremssystemen sind sowohl Varianten mit nur einem Pedalgefühlssimulator wir auch Varianten mit mehreren Pedalgefühlssimulatoren denkbar und üblich.In such decoupled brake systems, so-called pedal feel simulators are also regularly used, which simulate a realistic pedal feel on the brake pedal so that the user receives feedback on the braking effect generated in the usual way. In the case of decoupled brake systems, both variants with only one pedal feel simulator and variants with several pedal feel simulators are conceivable and common.
In besonders weit verbreiteten Ausführungsvarianten sind entkoppelte Bremssysteme (wie weiter oben beschrieben auch „by-wire“-Bremssysteme genannt) allerdings auch so realisiert, dass im Backup nach wie vor ein hydraulischer Durchgriff gegeben ist. Im Falle eines Systemausfalls verhalten sich solche Ausführungsvarianten dann wie klassische pedalgekoppelte Bremssysteme. Aus diesem Grund wird bei solchen Bremssystemen regelmäßig auf eine Redundanz der Entkopplung/der „by-wire“-Komponenten verzichtet.In particularly widespread design variants, decoupled brake systems (also called “by-wire” brake systems as described above) are, however, also implemented in such a way that hydraulic penetration is still provided in the backup. In the event of a system failure, such design variants then behave like classic pedal-coupled brake systems. For this reason, a redundancy of the decoupling / the "by-wire" components is regularly dispensed with in such brake systems.
Solche weit verbreiteten Bremssysteme sind damit nicht für den Einsatz in hoch- und voll-autonome Fahrzeugen (Fahrzeuge mit einem hohen Automatisierungsgrad) nur bedingt geeignet, weil die zusätzliche Sicherheit durch die Funktionsweise nach Art eines klassischen Hilfskraftbremssystems in einem hoch- oder vollautonomen Betrieb nicht greift. Daher muss in heutigen Fahrzeugen mit hoch- oder vollautonomer Funktion häufig eine weitere hydraulische Bremseinheit eingebaut werden,Such widespread brake systems are therefore not suitable for use in highly and fully autonomous vehicles (vehicles with a high degree of automation), because the additional safety due to the functionality of a classic auxiliary power brake system does not apply in a highly or fully autonomous operation . Therefore, in today's vehicles with a highly or fully autonomous function, an additional hydraulic brake unit must often be installed,
Bei manchen Varianten von Fahrzeugen mit einem hohen Automatisierungsgrad (also hochautomatisierte und autonome Fahrzeuge) kann der Fahrer mindestens für eine gewisse Reaktionszeit noch in Betracht gezogen werden, um im Notfall (bei einem Ausfall oder Teilausfall des Fahrzeugs zum autonomen Betrieb) eine Bremsung manuell durchzuführen. Dies gilt beispielsweise dann, wenn der Grad der Automatisierung des Fahrzeugs so eingerichtet ist, dass der Fahrer immer reaktionsbereit sein muss und auch eine Notbremsung durchführen kann. Wenn der Fahrer nicht mehr in Betracht gezogen werden kann, um eine Notbremsung durchzuführen, weil der Grad der Automatisierung dafür zu hoch ist und insbesondere zu niedrige Reaktionszeiten notwendig wären damit der Fahrer eingreifen kann, müssen alle sicherheitsrelevanten Systeme (wie Bremse, Lenkung etc.) vollständig (das heißt über Ihre gesamte Wirkkette) redundant ausgeführt werden. Dies ist wichtig, da das Fahrzeug bei einem Einzelfehler des (Brems-)systems immer in einen sicheren Zustand überführt werden muss.In some variants of vehicles with a high degree of automation (i.e. highly automated and autonomous vehicles), the driver can still be considered for at least a certain reaction time in order to manually apply braking in an emergency (in the event of a failure or partial failure of the vehicle for autonomous operation). This applies, for example, if the degree of automation of the vehicle is set up so that the driver must always be ready to react and can also perform emergency braking. If the driver can no longer be considered to perform an emergency braking because the degree of automation is too high and, in particular, reaction times that are too short would be necessary for the driver to intervene, all safety-relevant systems (such as brakes, steering, etc.) completely redundant (i.e. over your entire chain of effects). This is important because the vehicle must always be brought into a safe state in the event of a single fault in the (braking) system.
Bremssysteme für Fahrzeuge mit einem hohen Automatisierungsgrad stellen den Konstrukteur häufig vor die besondere Herausforderung, dass in solchen Bremssystemen sehr hohe Drücke und hohe Druckgradienten auftreten. Hohe Drücke und hohe Druckgradienten stellen hohe Belastungen des Bremssystems dar.Brake systems for vehicles with a high degree of automation often present the designer with the particular challenge that very high pressures and high pressure gradients occur in such brake systems. High pressures and high pressure gradients place high loads on the braking system.
Diese hohen Belastungen werden üblicherweise dadurch produziert, dass die Steifigkeit der Bremsanlage durch automatische Betätigungen von Ventilen für die autonome Betätigung des Bremssystems stark erhöht wird. Dieser Herausforderung wird mit dem hier beschriebenen Bremsdruckerzeuger begegnet.These high loads are usually produced in that the stiffness of the brake system is greatly increased by automatic actuation of valves for the autonomous actuation of the brake system. This challenge becomes encountered with the brake pressure generator described here.
Das Problem erhöhter Steifigkeit des Bremssystems tritt in gleicher, aber abgemilderter Form schon im Bereich der ABS-Systeme (Anti-Blockier Systeme) und ESP-Systeme (Systeme für die Elektronische Stabilitätskontrolle) bei pedalgekoppelten Bremssystemen auf, weil solche Systeme üblicherweise ebenfalls elektronisch Bremseingriffe durchführen und hier Ventile ohne nennenswerte Verzögerung geschaltet werden, so dass auch eine schlagartige Veränderung der Steifigkeit der Bremsanlage auftritt. Die daraus resultierenden Druckanstiege/änderungen werden aber nahezu unbewusst über den gekoppelten Fahrer ausgeregelt, der bei konstanter Pedalkraft entsprechend die Betätigung leicht reduziert/anpasst.The problem of increased rigidity of the braking system occurs in the same, but lessened form, in the area of ABS systems (anti-lock braking systems) and ESP systems (systems for electronic stability control) in pedal-coupled braking systems, because such systems usually also perform electronic braking interventions and here valves are switched without any significant delay, so that there is also a sudden change in the rigidity of the brake system. The resulting pressure increases / changes are almost unconsciously regulated by the coupled driver, who slightly reduces / adapts the actuation with constant pedal force.
Die durch das Schalten der Ventile erhöhte Steifigkeit wirkt sich insbesondere in Verbindung mit der Tatsache aus, dass das während einer erfolgten ABS-Regelung in die Speicherkammer abgelassene Volumen wieder in Richtung der Plungerkammer zurückgefördert wird.The increased rigidity due to the switching of the valves has an effect in particular in connection with the fact that the volume drained into the storage chamber during an ABS control is conveyed back in the direction of the plunger chamber.
In dieser Situation sorgen die nicht abgestimmte Regelung und die Massenträgheit des Plungers des Bremsdruckerzeugers dafür, dass der Plunger weiter vorgeschoben wird, da der Plunger nicht mitbekommt, dass das ABS/ESP die Ventile geschlossen hat. Diesbezügliche Informationen können vom ABS/ESP bereitgestellt werden, stehen dann aber aufgrund der Latenzzeit aufgrund der Übertragung über ein Bussystem nur zeitverzögert im Plungersystem zur Verfügung und können daher nicht für eine optimale Regelung herangezogen werden.In this situation, the non-coordinated control and the inertia of the plunger of the brake pressure generator ensure that the plunger is advanced further, since the plunger does not notice that the ABS / ESP has closed the valves. Information on this can be provided by the ABS / ESP, but is then only available in the plunger system with a time delay due to the latency due to the transmission via a bus system and can therefore not be used for optimal control.
Der hier beschriebene Bremsdruckerzeuger ist insbesondere eine Modul, welches an Hydraulikeinheiten angeschlossen wird, welche die mit dem Bremskrafterzeuger einzeln betätigten Radbremsen weiter gibt. Der Bremskrafterzeuger kann auch als Erzeuger von Bremsdruck oder als Druckerzeuger bezeichnet werden. Der Bremskrafterzeuger ist (wie schon ausgedrückt ein automatisierter bzw. ein autonomer Bremskrafterzeuger, der in einem autonomen System zum Betrieb des Kraftfahrzeuges oder in ein „by wire“-System eingebunden sein kann.The brake pressure generator described here is, in particular, a module which is connected to hydraulic units which pass on the wheel brakes individually actuated with the brake force generator. The brake force generator can also be referred to as a brake pressure generator or a pressure generator. The brake force generator is (as already stated) an automated or autonomous brake force generator, which can be integrated in an autonomous system for operating the motor vehicle or in a “by wire” system.
Das Plungersystem mit der mindestens einen Kammer ist üblicherweise ein Kolbensystem bei welchem ein Kolben innerhalb der Kammern bewegt werden kann, um das Volumen der Kammern zu vergrößern oder zu verkleinern. Mehrere Kammern können entlang einer Achse hintereinander angeordnet sein und in dem Plungersystem gemeinsam bedient (insbesondere bedrückt) werden. Das Plungersystem hat üblicherweise eine Druckstange, welche zumindest durch eine der Kammern hindurch verläuft. Bevorzugt existiert dann mindestens eine Kammertrennwand, die mehrere Kammern voneinander abgrenzt und die Druckstange ist beweglich in der Kammertrennwand abgedichtet. Eine Kammer durch die die Druckstange hindurchverläuft kann auch als „Druckstangenkammer“ bezeichnet werden. Ein Druckkreis eins Bremssystems, der an eine solche Kammer angeschlossen ist, kann als „Druckstangenkreis“ bezeichnet werden.The plunger system with the at least one chamber is usually a piston system in which a piston can be moved within the chambers in order to increase or decrease the volume of the chambers. Several chambers can be arranged one behind the other along an axis and can be operated (in particular pressed) together in the plunger system. The plunger system usually has a push rod which extends through at least one of the chambers. There is then preferably at least one chamber partition which separates several chambers from one another and the push rod is movably sealed in the chamber partition. A chamber through which the push rod runs can also be referred to as a “push rod chamber”. A pressure circuit of a brake system that is connected to such a chamber can be referred to as a “pressure rod circuit”.
Der Bremsantrieb ist bevorzugt ein elektrischer Antriebsmotor, der üblicherweise eine Rotationsbewegung erzeugt, welche über einen Spindelantrieb in eine lineare Bewegung umgesetzt wird.The brake drive is preferably an electric drive motor, which usually generates a rotational movement which is converted into a linear movement via a spindle drive.
Der Regler ist eine Art Steuergerät, welches einen Bremswunsch von einem übergeordneten Steuergerät oder Pedal erhält und unter Berücksichtigung des mit dem Drucksensor aufgenommenen Istdrucks ein besonders geeignetes Ansteuerungssignal für den Bremsantrieb erzeugt. Der Bremswunsch kann in Form eines (elektronischen) Bremssignals vorliegen.The regulator is a type of control device that receives a braking request from a higher-level control device or pedal and, taking into account the actual pressure recorded by the pressure sensor, generates a particularly suitable control signal for the brake drive. The braking request can be in the form of an (electronic) braking signal.
Besonders vorteilhaft ist der Bremskrafterzeuger, wenn der Drucksensor eine zeitliche Auflösungsrate von weniger als 1 ms [Millisekunden], bevorzugt weniger als 0,2 ms und besonders bevorzugt weniger als 0,1 ms aufweist.The brake force generator is particularly advantageous if the pressure sensor has a time resolution rate of less than 1 ms [milliseconds], preferably less than 0.2 ms and particularly preferably less than 0.1 ms.
Mit einem solchen Drucksensor mit einer sehr feinen zeitlichen Auflösung ist eine besonders schnelle Regelung mit Hilfe des Reglers möglich. Der Regler ist bevorzugt so ausgeführt, dass er die entsprechenden Signale des Drucksensors auch mit entsprechend hoher Geschwindigkeit verarbeiten kann.With such a pressure sensor with a very fine temporal resolution, particularly fast regulation is possible with the aid of the controller. The controller is preferably designed so that it can process the corresponding signals from the pressure sensor at a correspondingly high speed.
Auch vorteilhaft ist der Bremskrafterzeuger, wenn dieser mindestens zwei Kammern aufweist, wobei an jeder Kammer mindestens ein Drucksensor angeordnet ist.The braking force generator is also advantageous if it has at least two chambers, with at least one pressure sensor being arranged on each chamber.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante weist der Bremskrafterzeuger mindestens zwei Kammern auf, wobei nur an einer dieser Kammern ein Drucksensor angeordnet ist.In a further advantageous embodiment variant, the braking force generator has at least two chambers, a pressure sensor being arranged on only one of these chambers.
Wenn nur ein Drucksensor für zwei oder mehr Kammern vorgesehen ist, dann sind die Kammern bevorzugt derart miteinander verbunden, dass ein Druckausgleich zwischen den Kammern stattfindet und so die mit nur einem Drucksensor erfassten Werte zur Gewinnung eines Drucksignals verwendet werden kann, welches für beide Kammern repräsentativ ist.If only one pressure sensor is provided for two or more chambers, then the chambers are preferably connected to one another in such a way that pressure equalization takes place between the chambers and the values recorded with only one pressure sensor can be used to obtain a pressure signal that is representative of both chambers is.
Wie weiter oben schon beschrieben, wird der Bremswunsch in Schritt a) bevorzugt von einer übergeordneten Einheit (übergeordnetes Steuergerät und/oder Bremspedal) empfangen. Der Istdruck wird in Schritt b) von dem weiter oben bereits beschriebenen Drucksensor empfangen.As already described above, the braking request in step a) is preferably received by a superordinate unit (superordinate control device and / or brake pedal). The actual pressure is received in step b) by the pressure sensor already described above.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn in Schritt b) neben einem Istdruck auch ein zeitlicher Istdruck-Gradient empfangen oder ermittelt wird.The method is particularly advantageous if in step b) an actual pressure gradient over time is received or determined in addition to an actual pressure.
Ein solcher Istdruck-Gradient kann in dem Steuergerät (und ggf. auch in einer dem Steuergerät vorgelagerten Einheit) aus der zeitlichen Veränderung des Istdrucks berechnet werden.Such an actual pressure gradient can be calculated in the control device (and possibly also in a unit upstream of the control device) from the change in the actual pressure over time.
Außerdem besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn ein berechnetes Ansteuerungssignal in Schritt c) so berechnet wird, dass eine Obergrenze für einen zeitlichen Istdruck-Gradienten vorgegeben ist.The method is also particularly advantageous if a calculated control signal is calculated in step c) in such a way that an upper limit for an actual pressure gradient over time is specified.
Die Vorgabe einer solchen Obergrenze hat insbesondere technische Gründe, weil es normalerweise keinen Sinn macht Ansteuerungssignale mit dem Regler für den Bremsantrieb vorzugeben, die Istdruck-Veränderungen hervorrufen sollen, welche ein zulässiges Maß überschreiten.Specifying such an upper limit has technical reasons in particular because it normally makes no sense to use the controller to specify control signals for the brake drive that are intended to cause changes in the actual pressure that exceed a permissible level.
Außerdem besonders vorteilhaft ist das Verfahren, wenn ein berechnetes Ansteuerungssignal in Schritt c) so berechnet wird, dass eine Obergrenze für den Istdruck vorgegeben ist.In addition, the method is particularly advantageous if a calculated control signal is calculated in step c) in such a way that an upper limit is specified for the actual pressure.
Istdrücke oberhalb einer Schwelle sind regelmäßig auch nicht möglich oder sinnvoll, weil diese zwangsläufig zu einem Blockieren von Radbremsen führen würden. Bevorzugt ist das System so ausgelegt, dass derartige Istdrücke auch gar nicht angefordert werden, also keine Ansteuerungssignale in Schritt c) ermittelt werden, die derartige Istdrücke verlangen könnten.Actual pressures above a threshold are usually not possible or sensible because they would inevitably lead to the wheel brakes being blocked. The system is preferably designed in such a way that such actual pressures are not requested at all, that is to say that no control signals are determined in step c) which could request such actual pressures.
Das Verfahren wird bevorzugt mit einem beschriebenen Bremskrafterzeuger durchgeführt.The method is preferably carried out with a braking force generator described.
Besonders bevorzugt wird hier auch ein Bremssystem mit einem beschriebenen Bremskrafterzeuger gezeigt.A braking system with a braking force generator described is also particularly preferred here.
Durch den hier beschriebenen Bremskrafterzeuger, die damit mögliche Regelstrategie und entsprechend eingerichtete Bremssysteme wird es ermöglicht, die kritische Laständerung unabhängig von Daten des ESPs sondern mit Hilfe von einem hoch abgetasteten Drucksensor zu erkennen und den elektromechanischen Aktuator druckbasiert einzuregeln, um weitere Druckschwingungen zu verhindern. Dadurch können große, die Hardware belastende, Schwingungsamplituden vermieden werden und die Druckregelung für ein ABS-System kann harmonischer erfolgen. So können negative Einflüsse auf den Bremsweg verhindert werden.The braking force generator described here, the possible control strategy and appropriately set up braking systems make it possible to recognize the critical load change independently of data from the ESP but with the help of a highly sampled pressure sensor and to regulate the electromechanical actuator based on pressure in order to prevent further pressure oscillations. In this way, large vibration amplitudes that put a strain on the hardware can be avoided and the pressure control for an ABS system can be more harmonious. This prevents negative influences on the braking distance.
Mit dem beschriebenen Verfahren und dem beschriebenen Bremskrafterzeuger ist es möglich, die kritische Laständerung unabhängig von Daten eines ESP-Systems frühzeitig zu erkennen. Durch eine druckbasierte Regelung des elektromechanischen Aktuators wird die Hardware belastende große Schwingungsamplitude vermieden und eine bessere ABS Druckregelung garantiert.With the method described and the braking force generator described, it is possible to identify the critical load change at an early stage independently of data from an ESP system. Pressure-based control of the electromechanical actuator avoids large vibration amplitudes that put a strain on the hardware and guarantees better ABS pressure control.
Der beschriebene Bremskrafterzeuger, das beschriebene Verfahren und das beschriebene Bremssystem sind insbesondere für hochautomatisierte Bremssysteme bzw. als rein autonome Bremssysteme geeignet. Solche Bremssysteme kommen bevorzugt komplett ohne die Bedienung eines Bremspedals durch einen Benutzer aus. Der Beschriebene Bremskrafterzeuger und das beschriebene Verfahren können jedoch auch mit einem „by-wire“ angebundenen Bremspedal betrieben werden, also mit einem Bremssystem, welches von einem Benutzer bedient wird, welches jedoch eine elektronische „by-wire“-Signalübertragung vom beschriebene zum Bremskrafterzeuger aufweist. Der Bremskrafterzeuger, das Verfahren und das Bremssystem können aber auch Bestandteil einer Bremsanlage sein, die zusätzlich auch eine manuelle bzw. klassische Bedienung (beispielsweise über ein Bremspedal) ermöglicht. Der Druckerzeuger, das Verfahren und das Bremssystem sind insbesondere für einen hochautomatisierten bzw. sogar einen autonomen Fahrbetrieb geeignet.The braking force generator described, the method described and the braking system described are particularly suitable for highly automated braking systems or as purely autonomous braking systems. Such brake systems preferably manage completely without the operation of a brake pedal by a user. The described braking force generator and the described method can, however, also be operated with a “by-wire” connected brake pedal, ie with a brake system which is operated by a user, but which has an electronic “by-wire” signal transmission from the described to the braking force generator . The brake force generator, the method and the brake system can, however, also be part of a brake system that also enables manual or conventional operation (for example, using a brake pedal). The pressure generator, the method and the braking system are particularly suitable for highly automated or even autonomous driving.
Durch den beschriebenen Bremskrafterzeuger mit dem Drucksensor und durch das beschriebene Verfahren kann eine kritische (und unerwünschte) Laständerung im Hydrauliksystem beim Bremsen im Zeitpunkt der Abweichung von Bremsdruck zu Istdruck, insbesondere unabhängig von Daten eines ESP-Systems oder des ABS-Systems, erkannt werden. Daten des ESP-Systems oder des ABS-Systems betrachten in erster Linie die Auswirkung einer Bremsung, nämlich im Falle des ESP-Systems üblicherweise positive oder negative Beschleunigungen des Fahrzeugs (beispielsweise Gierraten) oder im Falle des ABS-Systems das Blockieren von Rädern des Fahrzeugs. Um die Regelung weiter zu beschleunigen kann - wenn eine weitere Beschleunigung notwendig ist - ein Druckgradient aus den letzten vorhandenen Messwerten extrapoliert werden, um so die Abweichung noch früher zu erkennen. Dies kann im Rahmen des beschriebenen Verfahrens auch noch verwirklicht sein.The described braking force generator with the pressure sensor and the described method can detect a critical (and undesired) load change in the hydraulic system during braking at the time of the deviation from the brake pressure to the actual pressure, in particular independently of data from an ESP system or the ABS system. Data from the ESP system or the ABS system primarily consider the effect of braking, namely in the case of the ESP system usually positive or negative accelerations of the vehicle (for example yaw rates) or in the case of the ABS system the locking of the vehicle's wheels . In order to accelerate the regulation further - if further acceleration is necessary - a pressure gradient can be extrapolated from the last available measured values in order to detect the deviation even earlier. This can also be realized within the framework of the method described.
Der hier beschriebene Bremskrafterzeuger sowie das hier beschriebene Verfahren eigenen sich insbesondere, bei erhöhten Anforderungen, wie sie beispielsweise im Falle einer ABS-Regelung auftreten. Hier wird die Steifigkeit der Bremsanlage (des gesamten Hydrauliksystems) durch das Schalten der Ventile schlagartig erhöht, daraus resultierend wird sich in den Kammern des Plungersystems eine Druckspitze bzw. eine sehr schnelle und starke Abweichung vom Zieldruck ergeben, welche sehr schnell von dem Drucksensor erfasst wird.The braking force generator described here and the method described here are particularly suitable for increased requirements, such as those that occur in the case of ABS control, for example. Here the rigidity of the brake system (of the entire hydraulic system) is suddenly increased by switching the valves As a result, there will be a pressure peak or a very rapid and strong deviation from the target pressure in the chambers of the plunger system, which will be detected very quickly by the pressure sensor.
Der Druckerzeuger, das Bremssystem und das Verfahren werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren nur bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, auf welche die Offenbarung hier jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen:
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1 : ein klassisches Bremssystem, -
2 : ein vollautonomes Bremssystem, -
3 : ein kombiniertes Bremssystem, -
4 : einen typischen Bremsdruckverlauf, -
5 : eine Regelstrategie, und -
6 : einen mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens verbesserten Bremsdruckverlauf.
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1 : a classic braking system, -
2 : a fully autonomous braking system, -
3 : a combined braking system, -
4th : a typical brake pressure curve, -
5 : a control strategy, and -
6th : a brake pressure curve improved with the aid of the method described.
Die Bremssysteme
Bei einem üblichen Kraftfahrzeug, für welches die hier dargestellten Bremssysteme
Die Ausführungsvariante gemäß
Die Ausführungsvariante gemäß
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein mehrkreisiges hydraulisch geschlossenes Bremssystem ohne mechanischen und/oder hydraulischen Durchgriff durch den Fahrer, insbesondere für ein hochautomatisiertes oder autonomes Fahrzeug, und ein korrespondierendes Betriebsverfahren zur Verfügung, wobei die eingesetzten Druckerzeuger durch die hydraulische Verschaltung über die Hydraulikeinheit auf alle Radbremsen des Fahrzeugs wirken.Embodiments of the present invention provide a multi-circuit, hydraulically closed brake system without mechanical and / or hydraulic access by the driver, in particular for a highly automated or autonomous vehicle, and a corresponding operating method, with the pressure generators used acting on all wheel brakes through the hydraulic connection via the hydraulic unit of the vehicle.
Der in
Die üblicherweise auftretende Situation ab der der hier beschriebene Bremskrafterzeuger und das hier beschriebene Betriebsverfahren relevant werden, ist in
Diesem Phänomen wird mit der in
Bei einer normalen Teilbremsung wird dein Drucksensorwert (Istdruck
Die Situation, die sich mit dem beschriebenen Bremskrafterzeuger und dem beschriebenen Verfahren einstellt, wenn eine ABS Regelung erfolgt, ist in
In der
Zu einem Zeitpunkt am Übergang von Phase A zu Phase B bzw. kurz vor diesem Übergang erkennt der beschriebene Regler mit dem beschriebenen Drucksensor die Abweichung
Ab diesem Zeitpunkt besteht eine besondere Tendenz, dass Radbremsen mit großer Bremskraft greifen, so dass eine Neigung der Räder zum Blockieren besteht. Aufgrund der Tatsache, dass die üblichen Sensoren zum Überwachen des Bremsverhaltens in ESP- oder ABS-Steuergeräten erst Signale liefern, wenn bereits Auswirkungen der Bremsung auf das Beschleunigungsverhalten des Kraftfahrzeugs bzw. auf die Bremswirkung der Bremsen auftreten. Dies ist der Grund das ein Steuergerät für ESP bzw. ABS erst zum Zeitpunkt des Übergangs von Phase B zu Phase C für die eine Regelung verwertbare Signale erhält. Erst ab diesem Zeitpunkt ist der ESP-Regelkreis bzw. der ABS-Regelkreis geschlossen, weil die ABS und ESP im Vergleich zum hier beschriebenen Regler und im Vergleich zum hier beschriebenen Verfahren erheblich viel langsamer reagieren. In der Phase B wird der Istdruck mit einem vordefinierten (maximale) Gradient dem Fahrerbremswunsch entsprechend weiter erhöht. Dies geschieht allerdings auch nur bis zu einer festgelegten Obergrenze (von beispielsweise maximal 180 bar). Der vordefinierte (maximale) Gradient und die festgelegte Obergrenze sind in dem Regler für das hier beschriebene Verfahren fest hinterlegt.From this point in time, there is a particular tendency for wheel brakes to apply with great braking force, so that the wheels tend to lock. Due to the fact that the usual sensors for monitoring the braking behavior in ESP or ABS control units only deliver signals when the braking effects on the acceleration behavior of the motor vehicle or on the braking effect of the brakes. This is the reason that a control unit for ESP or ABS only receives signals that can be used by a control system at the point in time of the transition from phase B to phase C. It is only from this point in time that the ESP control loop or the ABS control loop is closed because the ABS and ESP react much more slowly compared to the controller described here and compared to the method described here. In phase B, the actual pressure is increased further with a predefined (maximum) gradient in accordance with the driver brake request. However, this only happens up to a specified upper limit (for example a maximum of 180 bar). The predefined (maximum) gradient and the specified upper limit are permanently stored in the controller for the method described here.
Ab dem Zeitpunkt des Übergangs von Phase B zu Phase C stellt sich die typische wiederkehrende Schwankung des Bremsdrucks ein. Diese Schwankung wird durch Regeleingriffe vom ESP-Steuergerät bzw. vom ABS-Steuergerät hervorgerufen. Der entsprechende Solldruck
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