DE102019207284A1

DE102019207284A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, Bremssystem und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019207284A1
Application number: DE102019207284.4A
Authority: DE
Inventors: Wadim Henning; Anatoly Malkin; Mike Huff
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-05-18
Filing date: 2019-05-18
Publication date: 2020-11-19
Also published as: US11919495B2; CN113811468B; US20220144240A1; KR20220009990A; JP7279199B2; JP2022533568A; CN113811468A; WO2020233855A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystem (1) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Bremssystem (1) einen durch einen Benutzer betätigbaren Hauptbremszylinder (4) und einen elektromotorisch betreibbaren Druckerzeuger (17) zur Erzeugung eines hydraulischen Systemdrucks sowie zumindest eine hydraulisch betätigbare Reibbremse( LR-RR) aufweist, wobei der zumindest einen Reibbremse (LR-RR) eingangsseitig ein durch den Systemdruck beaufschlagtes Proportionalventil (14) zum Einstellen eines hydraulischen Betätigungsdrucks für die Reibbremse (LR-RR) zugeordnet ist, und wobei dem Druckerzeuger (17) zur Durchführung eines Testbetriebs ein Sollwert (y) vorgegeben wird. Es ist vorgesehen, dass der Sollwert (y) durch eine logistische Wachstumsfunktion geglättet vorgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems eines Kraftfahrzeugs, wobei das Bremssystem einen durch einen Benutzer betätigbaren Hauptbremszylinder und einen elektromotorisch betreibbaren Druckerzeuger zur Erzeugung eines hydraulischen Systemdrucks sowie zumindest eine hydraulisch betätigbare Reibbremse aufweist, wobei der zumindest einen Reibbremse eingangsseitig ein durch den Systemdruck beaufschlagtes Proportionalventil zum Einstellen eines hydraulischen Betätigungsdrucks für die Reibbremse zugeordnet ist, und wobei dem Druckerzeuger zur Durchführung eines Testbetriebs ein Sollwert vorgegeben wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben des vorstehend beschriebenen Bremssystems mit einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, den Sollwert zur Durchführung eines Testbetriebs vorzugeben. Außerdem betrifft die Erfindung ein Bremssystem mit einer solchen Vorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit dem genannten Bremssystem.
Stand der Technik
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Heutige Bremssysteme weisen neben dem von einem Benutzer insbesondere mittels eines Bremspedals betätigbaren Hauptbremszylinder auch ein Fremdkraftbremssystem auf, das auch unabhängig von dem Benutzer einen Bremsvorgang einleiten oder durchführen kann. Dazu weist ein derartiges Fremdkraftbremssystem einen insbesondere elektrisch ansteuerbaren Druckerzeuger auf, der bei Bedarf unabhängig von dem Hauptbremszylinder einen hydraulischen Systemdruck in dem Bremssystem erzeugt. Üblicherweise wird der Druckerzeuger dabei elektromotorisch betrieben und weist beispielsweise einen in einem Zylinder verlagerbaren Kolben zur Erzeugung des Systemdrucks auf. Hauptbremszylinder und Druckerzeuger sind dann zweckmäßigerweise durch ein oder mehrere Ventile mit dem Hydraulikkreis des Bremssystems verschaltbar, sodass der Systemdruck allein durch den Hauptbremszylinder, allein durch den Druckerzeuger oder gemeinsam durch Hauptbremszylinder und Druckerzeuger erzeugt werden kann, insbesondere ohne dass sich die Druckerzeugung des einen negativ auf die Druckerzeugung des anderen auswirkt.
Um eine gewünschte Bremskraft an Rädern des Kraftfahrzeugs zu erzeugen, werden Reibbremsen eingesetzt, die durch ein ansteuerbares Proportionalventil mit dem Hydraulikkreis, welcher den Systemdruck bereitstellt, verbunden sind. Durch das Ansteuern des Proportionalventils wird der die jeweilige Reibbremse beaufschlagende Druck eingestellt.
Um beispielsweise im Stillstand oder nach Zündung oder Abschaltung des Kraftfahrzeugs einen Testbetrieb durchzuführen, ist es bekannt, dem Druckerzeuger einen Sollwert vorzugeben, um beispielsweise anhand von Sensordaten zu ermitteln, ob der Druckerzeuger erwartungsgemäß funktioniert.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine durch den Testbetrieb entstehende Geräuschentwicklung sowie ein Verschleiß des Druckerzeugers minimiert werden. Gleichzeitig werden durch den Testbetrieb erzeugte Schwingungen, die sich auf den übrigen Hydraulikkreis beziehungsweise das übrige Bremssystem auswirken können, reduziert, wodurch auch weitere Komponenten des Bremssystems geschont werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Sollwert durch eine logistische Wachstumsfunktion geglättet vorgegeben wird. Durch die logistische Wachstumsfunktion wird erreicht, dass der Sollwert nicht sprungförmig, sondern sanft ansteigend und sanft stagnierend vorgegeben wird, sodass ein ruckartiges Bewegen beziehungsweise Betätigen des Druckerzeugers vermieden wird. Durch das Vermeiden der ruckartigen Bewegungen werden die Lärmentstehung bei der Betätigung des Druckerzeugers sowie die Entstehung von Schwingungen und Verschleiß reduziert.
Bevorzugt wird als logistische Wachstumsfunktion die folgende Funktion angewendet: $y (t) = y (t - Δ t) + R \cdot y (t - Δ t) \cdot (1 - \frac{y (t - Δ t)}{K}),$
wobei y(t) den Sollwert zum Zeitpunkt t, y(t - Δt) den Sollwert zum vorangegangenen Zeitpunkt, R die Wachstumsrate und K die Sprunghöhe des Sollwerts darstellen. Durch diese einfache Formel wird unter Berücksichtigung der gewünschten Sprunghöhe K sowie der einstellbaren Wachstumsrate R das Verhalten des Druckerzeugers vorteilhaft angepasst.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird als Startwert y(0) ein im Vergleich zur Sprunghöhe K sehr kleiner Wert gewählt, insbesondere 1% oder weniger der Sprunghöhe K. Hierdurch wird gewährleistet, dass ein sanftes Anfahren des Druckerzeugers beziehungsweise eine zunächst langsame Druckerhöhung im Testbetrieb erfolgt.
Besonders bevorzugt wird als Startwert y(0) ein Wert zwischen 0,05 und 0,0005, insbesondere zwischen 0,04 und 0,001, insbesondere 0,04 oder 0,001 eingestellt. Hierdurch ergibt sich ein vorteilhaftes Verhalten des Druckerzeugers im Testbetrieb. Optional ist der Startwert an Randbedingungen anpassbar.
Vorzugsweise wird die Wachstumsrate R auf einen Wert zwischen 0,7 und 0,1, insbesondere zwischen 0,6 und 0,2, besonders bevorzugt auf 0,6 oder 0,2 eingestellt. Hierdurch wird der Sollwert innerhalb ausreichend kurzer Zeit erreicht, ohne dass eine ruckartige Bewegung des Druckerzeugers erfolgt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Das erfindungsgemäße Bremssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch das erfindungsgemäße Bremssystem aus. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1 ein vorteilhaftes Bremssystem eines Kraftfahrzeugs in einer schematischen Darstellung,
2 ein erstes Diagramm,
3 ein zweites Diagramm, und
4 ein drittes Diagramm, jeweils zur Erläuterung eines vorteilhaften Betriebs des Bremssystems aus 1.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Bremssystem 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug 2. Das Bremssystem 1 weist einen durch ein Bremspedal 3 betätigbaren Hauptbremszylinder 4 auf, der als Tandemhauptbremszylinder ausgebildet ist und insoweit zwei in einem Zylinder 5 axial verschiebbar gelagerte Hydraulikkolben 6 und 7 aufweist. Die Hydraulikkolben 6, 7 bilden zusammen mit dem Zylinder 5 jeweils Druckkammern 8 und 9 aus, die mit jeweils einem Bremskreis 10, 11 hydraulisch durch ein ansteuerbares Kreistrennventil 12, 13 verbunden sind.
Jeder Bremskreis 10, 11 weist vorliegend jeweils zwei Reibbremsen LR, RF beziehungsweise LF, RR auf, die hydraulisch betätigbar sind. Dabei sind den Reibbremsen LR-RR jeweils ein Eingangsventil 14_LR, 14_RF beziehungsweise 14_LF und 14_RR vorgeschaltet und jeweils ein ansteuerbares Auslassventil 15_LR, 15_RF beziehungsweise 15_LF und 15_RR nachgeschaltet, um den von dem Hauptbremszylinder 4 zur Verfügung gestellten Hydraulikdruck bedarfsgerecht auf die Reibbremsen LR-RR bedarfsgerecht zu verteilen. Vorliegend sind die Eingangsventile 14 alle als Proportionalventile ausgebildet, sodass in Abhängigkeit ihrer Ansteuerung unterschiedliche Strömungsquerschnitte einstellbar sind, um den auf die jeweilige Reibbremse LR-RR wirkenden Hydraulikdruck bedarfsgerecht einzustellen. Vorzugsweise sind dazu die Einlassventile 14 pulsweitenmoduliert angesteuert. Die Auslassventile sind bevorzugt als Schaltventile, optional als Proportionalventile ausgebildet und pulsweitenmoduliert ansteuerbar. Die Ausgangsventile sind auslassseitig mit einem Tank 16 zur Aufnahme und Bereitstellung des Hydraulikmediums des Bremssystems 1 verbunden.
Zusätzlich zu dem Hauptbremszylinder 4 weist das Bremssystem 1 eine Fremdkraftbremseinrichtung in Form eines elektromotorisch ansteuerbaren Druckerzeugers 17 auf. Dieser weist einen in einem Zylinder 18 radial dichtend und axial verschiebbaren gelagerten Kolben 19 auf, der durch einen Elektromotor 20 antreibbar ist. Der Kolben 19 schließt mit dem Zylinder 18 eine weitere Druckkammer 21 ein, die mit den Bremskreisen 10 und 11 durch Schaltventile 22 und 23 zwischen den Trennventilen 12 und 13 und den Einlassventilen 14 verbindbar ist.
Durch ein hier nur angedeutetes Steuergerät 24 wird der Druckerzeuger 17 im Normalbetrieb in Abhängigkeit einer durch das Bremspedal 3 vorgegebene Bremsanforderung und/oder unabhängig davon angesteuert. So kann der in dem Bremssystem 1 verfügbare Systemdruck stromaufwärts der Einlassventile 14 durch den Hauptbremszylinder 4 und/oder den Druckerzeuger 17 bereitgestellt werden. Im Falle von Bremsungen, die automatisiert durchgeführt werden, wird der Systemdruck insbesondere allein durch den Druckerzeuger 17 erzeugt.
Um die Funktionsfähigkeit des Bremssystems 1 sicherzustellen, wird dieses bevorzugt regelmäßig einem Testbetrieb unterzogen, beispielsweise im Stand des Kraftfahrzeugs, insbesondere nach Einschalten oder Abschalten der Zündung. Dabei wird durch das Steuergerät 24 der Druckerzeuger 17 dazu angesteuert, einen Hydraulikdruck in dem Bremssystem 1 zu erzeugen, der insbesondere durch ein oder mehrere Drucksensoren 25 und optional bei gleichzeitiger Betätigung ein oder mehrerer der Einlass- oder Auslassventile 14, 15 oder auch Schaltventile 12, 13, 22, 23 überwacht wird, um festzustellen, ob sich der Hydraulikdruck erwartungsgemäß verhält und damit die Funktionsfähigkeit des Bremssystems 1 festgestellt werden kann. Der Druckaufbau erfolgt somit insbesondere in einem ersten Schritt durch die Einstellung eines Systemdrucks mittels des Druckerzeugers 17 und in einem weiteren Schritt durch die Proportionale Ansteuerung der Einlassventile 14, wobei die Kreistrennventile 12, 13 insbesondere geschlossen und die Trennventile 22, 23 geöffnet sind.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 24 dazu ausgebildet, den Soll-Wert des durch den Druckerzeuger 17 bereitgestellten Hydraulikdruck für einen Testvorgang durch eine logistische Wachstumsfunktion geglättet vorzugeben.
2 zeigt dazu in einem Diagramm über die Zeit t aufgetragen den Volumenstrom V^·, der den Druckerzeuger 17 in die Hydraulikkreise 10, 11 verlässt, wenn der Kolben 19 durch den Elektromotor 20 angetrieben und bewegt wird. Dazu zeigt 2 eine erste Kennlinie K1, welche die durch das Steuergerät 24 erfolgte geglättete Sollwertvorgabe anzeigt im Vergleich zu einer herkömmlichen Kennlinie K, die eine sprunghafte Sollwertvorgabe, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, zeigt. Durch die logistische Wachstumsfunktion wird erreicht, dass der Kolben langsam beschleunigt und verzögert, sodass ruckartige Bewegungen des Kolbens 19 vermieden werden.
Dazu wird die im Folgenden genannte logistische Wachstumsfunktion durch das Steuergerät 24 angewendet: $y (t) = y (t - Δ t) + R \cdot y (t - Δ t) \cdot (1 - \frac{y (t - Δ t)}{K}),$
wobei y(t) den Sollwert zum Zeitpunkt t, y(t - Δt) den Sollwert zum vorangegangenen Zeitpunkt, R die Wachstumsrate und K die Sprunghöhe des Sollwerts darstellen.
Die Sprunghöhe und die Wachstumsrate werden insbesondere in Abhängigkeit von dem Aufbau des Bremssystems 1 gewählt, um eine optimale Ansteuerung des Druckerzeugers 17 im Testprinzip zu ermöglichen.
3 zeigt dazu über die Zeit t aufgetragen den Volumenstrom V^· in Abhängigkeit unterschiedlicher Startwerte y(0), wobei eine erste Kennlinie K_o,o4 das Verhalten der logistischen Wachstumsfunktion beziehungsweise der Ansteuerung des Druckerzeugers 17 für einen Startwert von 0,04 anzeigt, und eine zweite Kennlinie K_o,oo1 für einen Startwert von y(0) = 0,001.
4 zeigt zwei weitere Kennlinien, die sich in Bezug zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß 3 durch unterschiedliche Wachstumsraten R unterscheiden. Dabei zeigt eine erste Kennlinie K_R0,6 die Wachstumsrate von R = 0,6 und eine zweite Kennlinie K_R0,2 die Wachstumsrate für R = 0,2 an.
In einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Endsollwert von 4 cm³/s eingestellt. Durch die unterschiedlichen Wachstumsraten und Startwerte wird mithilfe der logistischen Wachstumsfunktion erreicht, dass ein ruckartiges Bewegen des Kolbens 19 unterbleibt. Insbesondere ist der Startwert y(0) sehr viel kleiner gewählt als die Sprunghöhe K, beispielsweise 1 % oder weniger, sodass hier ein Startwert y(0) von zwischen 0,05 und 0,0005, insbesondere zwischen 0,04 und 0,001, oder insbesondere von 0,04 oder 0,001 ergibt. Als Wachstumsrate R werden insbesondere Werte zwischen 0,7 und 0,1, insbesondere zwischen 0,6 und 0,2 gewählt. Besonders bevorzugt wird die Wachstumsrate auf 0,6 oder 0,2 durch das Steuergerät 24 eingestellt. Wie bereits erwähnt, werden die Werte insbesondere in Abhängigkeit von dem Bremssystem 1 und dessen Komponenten gewählt.
Die Wachstumsrate R beeinflusst die stationäre Beschleunigung des Sollwertes und damit, wie schnell die Änderungen der Sollwertvorgabe erreicht wird. Findet die Sollwertvorgabe nicht vor einem Wert von Y = 0 heraus statt, so wird bevorzugt eine geeignete Offsetkorrektur vorgenommen.
Durch das vorteilhafte Vorgehen wird erreicht, dass durch die Vermeidung ruckartiger Bewegungen eine Geräuschentwicklung der Druckeinrichtung 17 sowie in das Bremssystem 1 eingebrachte Schwingungen minimiert werden, wodurch ein Verschleiß des Druckerzeugers 17 sowie weiterer Komponenten des Bremssystems 1 reduziert und damit die Lebensdauer des Druckerzeugers 17 und des Bremssystems 1 insgesamt erhöht werden. Darüber hinaus werden fehlerhaft aktivierte Fahrerwarnungen und Systemdegradierungen infolge des reduzierten Verschleiß vermieden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Bremssystem (1) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Bremssystem (1) einen durch einen Benutzer betätigbaren Hauptbremszylinder (4) und einen elektromotorisch betreibbaren Druckerzeuger (17) zur Erzeugung eines hydraulischen Systemdrucks sowie zumindest eine hydraulisch betätigbare Reibbremse( LR-RR) aufweist, wobei der zumindest einen Reibbremse (LR-RR) eingangsseitig ein durch den Systemdruck beaufschlagtes Proportionalventil (14) zum Einstellen eines hydraulischen Betätigungsdrucks für die Reibbremse (LR-RR) zugeordnet ist, und wobei dem Druckerzeuger (17) zur Durchführung eines Testbetriebs ein Sollwert (y) vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert (y) durch eine logistische Wachstumsfunktion geglättet vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass folgende logistische Wachstumsfunktion angewendet wird: $y (t) = y (t - Δ t) + R \cdot y (t - Δ t) \cdot (1 - \frac{y (t - Δ t)}{K}),$
wobei y(t) den Sollwert (y) zum Zeitpunkt t, y(t - Δt) den Sollwert (y) zum vorangegangenen Zeitpunkt, R die Wachstumsrate und K die Sprunghöhe des Sollwerts (y) darstellen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwert y(0) ein im Vergleich zur Sprunghöhe (K) sehr kleiner Wert gewählt wird, insbesondere 1 % oder weniger der Sprunghöhe(K).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Startwert y(0) ein Wert zwischen 0,05 und 0,0005, insbesondere zwischen 0,04 und 0,001, insbesondere 0,04 oder 0,001 eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachstumsrate (R) auf einen Wert zwischen 0,7 und 0,1, insbesondere zwischen 0,6 und 0,2, insbesondere auf 0,6 oder 0,2 eingestellt wird.
Vorrichtung zum Betreiben eines Bremssystems (1), wobei das Bremssystem (1) einen durch einen Benutzer betätigbaren Hauptbremszylinder (4) und einen elektromotorisch betreibbaren Druckerzeuger (17) zur Erzeugung eines hydraulischen Systemdrucks sowie zumindest eine hydraulisch betätigbare Reibbremse (LR-RR) aufweist, wobei der zumindest einen Reibbremse (LR-RR) eingangsseitig ein durch den Systemdruck beaufschlagtes Proportionalventil (14) zum Einstellen eines hydraulischen Betätigungsdrucks für die Reibbremse (LR-RR) zugeordnet ist, mit einem Steuergerät (24), das dazu ausgebildet ist, den Druckerzeuger (17) zur Durchführung eines Testvorgangs einen Sollwert (y) vorzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (24) speziell dazu eingerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
Bremssystem (1) mit einem durch einen Benutzer betätigbaren Hauptbremszylinder (4) und einen elektromotorisch betreibbaren Druckerzeuger (17) zur Erzeugung eines hydraulischen Systemdrucks sowie mit zumindest einer hydraulisch betätigbaren Reibbremse (LR-RR), wobei der zumindest einen Reibbremse (LR-RR) eingangsseitig ein durch den Systemdruck beaufschlagtes Proportionalventil (14) zum Einstellen eines hydraulischen Betätigungsdrucks für die Reibbremse (LR-RR) zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 6.
Kraftfahrzeug mit einem Bremssystem nach Anspruch 7.