DE102020216062A1

DE102020216062A1 - Reduzierung von Spitzenströmen bei Druckaufbauten in Bremssystemen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102020216062A1
Application number: DE102020216062.7A
Authority: DE
Inventors: André Schröder; Andreas Baltes; Johannes Becker
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer elektrischen Druckerzeugungseinrichtung (6). Zur Reduzierung von Spitzenströmen ist vorgesehen, dass der Enddruck (12) in zumindest zwei Phasen (14, 15) eingestellt wird, wobei in der ersten Phase (14) ein Zwischendruck mit einem ersten Druckgradienten eingestellt wird und der Enddruck (12) in einer zweiten nachfolgenden Phase (15) mit einem zweiten, betragsmäßig größeren Druckgradienten eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Druckerzeugungseinrichtung insbesondere in Bremssystemen eines Kraftfahrzeugs.
In modernen Bremsanlagen werden meist elektrische Druckerzeugungseinrichtungen zum Druckaufbau eines hydraulischen Bremsdrucks verwendet. Insbesondere wenn der hydraulische Druckaufbau mittels eines elektrisch betriebenen Linearaktuators durchgeführt wird, addieren sich zu Beginn des Druckaufbaus eine Vielzahl an Lasten, die der Antrieb der Druckerzeugungseinrichtung überwinden muss: Dies ist einerseits die Massenträgheit des elektrischen Motors, die Reibung, insbesondere die Haftreibung, des Linearaktuators bzw. weiterer Antriebskomponenten, wie z.B. von Getrieben oder anderen bewegten Teilen, und außerdem das eigentliche Verschieben der Bremsflüssigkeitssäule. Weiter führt auch eine Zunahme der Viskosität bei Kälte, das Anlegen der Bremsbeläge, die Dehnung von Bremsleitungen, die Elastizität der Bremssättel etc. zu zusätzlichen Lasten.
Durch die Überlagerung dieser Lasten zu Beginn des Druckaufbaus treten hohe Spitzenströme in der Energieversorgung auf. Diese stellen eine große Belastung für die Energieversorgung der Druckerzeugungseinrichtung, beispielsweise der Fahrzeugbatterie, der Lichtmaschine oder von Pufferkapazitäten, sowie des gesamten Fahrzeugbordnetzes dar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Belastung der Energieversorgung von Bremssystemen zu reduzieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Regeln einer elektrischen Druckerzeugungseinrichtung gemäß Anspruch 1. Dabei wird zur Entlastung der Energieversorgung der Druckerzeugungseinrichtung ein Enddruck in zumindest zwei Phasen eingestellt. In der ersten Phase wird ein Zwischendruck mit einem ersten Druckgradienten eingestellt und der Enddruck wird nachfolgend in einer zweiten Phase mit einem zweiten, betragsmäßig größeren Druckgradienten eingestellt.
Das Erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft bei einem Druckaufbau, das heißt wenn der Enddruck größer als ein Druck zu Beginn der Regelung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch auch beim Druckabbau einsetzen, also wenn der Enddruck kleiner als ein Druck zu Beginn der Regelung ist. Da auch der Druckabbau aktiv durch die Druckerzeugungseinrichtung durchgeführt werden kann, führt auch in diesem Fall das Verfahren zu einer Entlastung der Energieversorgung.
Wird der Enddruck, wie im Stand der Technik, direkt mit einem konstanten Druckaufbaugradienten angefahren, treten sämtliche oben aufgeführten Lasteffekte gleichzeitig auf. Erfindungsgemäß wird stattdessen zunächst ein geringerer Druck mit einem kleineren Druckgradienten angefordert, wodurch der wesentliche Energieeintrag zur Verschiebung der Bremsflüssigkeitssäule zeitlich nach den anderen genannten Energieeinträgen erfolgen kann. Als Resultat ergibt sich eine gleichförmigere Energieaufnahme des Bremssystems, die das Bordnetz weniger stark belastet. Lastbedingte Spannungseinbrüche des Bordnetzes werden reduziert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckgradient der ersten Phase betragsmäßig kleiner als 10bar/s, bevorzugt kleiner als 5bar/s, besonders bevorzugt 2 bar/s. Damit werden die oben beschriebenen Lasten effektiv entzerrt und die Spitzenströme somit reduziert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Druckgradient der ersten Phase betragsmäßig kleiner als 20%, bevorzugt kleiner als 10% des Druckgradienten der zweiten Phase. Der Druckgradient wird demnach in der ersten Phase sehr stark reduziert, wodurch die Anfangslast entscheidend verringert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dauer der ersten Phase kürzer als 500ms, bevorzugt kürzer als 200 ms und/oder länger als 50 ms, bevorzugt länger als 100ms. Die relevanten Lasten werden dadurch effektiv zeitlich voneinander getrennt, sodass die Spitzenströme zu Beginn des Druckaufbaus minimiert werden. Gleichzeitig wird eine zu große zeitliche Verzögerung bis die volle Bremskraft zur Verfügung steht verhindert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Phase und der zweiten Phase zumindest eine Haltephase vorgesehen, die einen Druckgradienten von 0 bar/s aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird während der ersten Phase ein Warnsignal, insbesondere durch Aktivierung eines Fahrzeugbremslichts, ausgegeben. Plötzliche Verzögerungen, verursacht durch große Druckaufbaugradienten, könnten Auffahrunfälle verursachen. Durch das bevorzugte frühzeitige Bewarnen anderer Personen trägt die Erfindung zusätzlich zur Sicherheit aller Verkehrsteilnehmer bei.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Enddruck von einem Fahrzeugassistenzsystem angefordert. Dies kann beispielsweise einerseits direkt durch Anforderungen eines Bremsdruckwerts oder durch Anforderung eines Fahrzeugverzögerungswerts erfolgen, welcher einem bestimmten Bremsdruckwert entspricht. Es wird demnach ein von einem Assistenzsystem angeforderter Bremsdruck nicht auf direktem Wege angefahren, sondern zuerst ein Zwischendruck mit stark reduziertem Druckgradienten. Bei solchen autonomen Bremsungen können die Druckaufbauten mit nahezu beliebigen Profilen erfolgen. So kann auch der Druckaufbaugradient besonders einfach im Sinne der Erfindung variiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beginnt die erste Phase bereits vor der Anforderung des Enddrucks, insbesondere dann, wenn eine solche Anforderung zu erwarten ist. So kann in einem Systemstatus, der den baldigen Beginn eine Bremsung vermuten lässt, bereits ein geringer Druckaufbau mit einem kleineren Druckgradienten erfolgen. Dieses Vorspannen des Systems kann initiale Systemträgheiten und -reibungen bereits vor der eigentlichen Bremsung überwinden. Aus dieser Leerwegreduzierung resultieren außerdem geringere Bremswege bei autonomen Bremsungen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beginnt die zweite Phase nachfolgend sobald der Enddruck tatsächlich angefordert wird oder eine vorbestimmte Zeit nach der Anforderung.
Alternativ beginnt die erste Phase und damit jeglicher Druckaufbau erst nach einer Anforderung des Enddrucks. Damit wird tatsächlich nur ein Bremsdruckaufbau durchgeführt, wenn eine Bremsung durchgeführt werden soll. Damit wird ein unnötiger Energieverbrauch verhindert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine primäre Energieversorgung der Druckerzeugungseinrichtung auf einen Fehler, beispielsweise einen Ausfall, überwacht. Bei Auftreten eines Fehlers wird auf eine sekundäre Energieversorgung umgeschaltet, wobei bei einer Versorgung mittels der sekundären Energieversorgung der Enddruck gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in zumindest zwei Phasen eingestellt wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Bremsenergie aus einer Pufferkapazität als sekundäre Energieversorgung entnommen wird. Pufferkapazitäten weisen höhere Innenwiderstände auf als z.B. herkömmliche Fahrzeugbatterien, und sind somit anfälliger für Spannungseinbrüche.
Als sekundäre Energieversorgung kann beispielsweise eine Kondensatoranordnung mit Goldcap-Kondensatoren verwendet werden, welche eine hohe Energiedichte aufweisen. Die Kondensatoranordnung kann insbesondere eine Nennkapazität von 10 bis 30 Farad aufweisen
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit die Funktionsfähigkeit des Bremssystem auch bei einem Ausfall der primären Energieversorgung für eine möglichst lange Zeit gewährleistet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Versorgung der Druckerzeugungseinrichtung durch die primäre Energieversorgung der angeforderte Enddruck in einer einzigen Phase direkt eingestellt. Es wird also nur bei einem Fehler der primären Energieversorgung auf das erfindungsgemäße Verfahren umgestellt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei einer Versorgung der Druckerzeugungseinrichtung durch die primäre Energieversorgung der angeforderte Enddruck in einer bestimmten Aufbauzeit eingestellt. Diese kann beispielsweise vorbestimmt sein oder basierend auf Fahrparametern als Kompromiss zwischen schnellem Druckaufbau und Komfortanforderungen gewählt sein. Bei einem Fehler der primären Energieversorgung und damit einem Umschalten auf den zweiphasigen Druckaufbau wird der Druckgradient der zweiten Phase dann derart gewählt, dass der angeforderte Enddruck in der gleichen Aufbauzeit eingestellt wird. Da der Druckgradient in der ersten Phase erfindungsgemäß gering ist, wird in der zweiten Phase somit ein steilerer Druckgradient eingestellt, um einen Druckaufbau in der gleichen Zeit umzusetzen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Steuereinheit für ein Bremssystem, welche dazu eingerichtet ist, ein oben beschriebenes Verfahren durchzuführen.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch durch die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen und der Zeichnungen. Dabei gehören alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zum Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.

1 zeigt schematisch ein Bremssystem zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Druckverlauf im Stand der Technik,
3 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Druckverlauf bei einem erfindungsgemäßen Verfahren,
4 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stroms im Stand der Technik,
5 zeigt ein Diagramm mit dem zeitlichen Verlauf des elektrischen Stroms bei einem erfindungsgemäßen Verfahren;

In 1 ist ein Bremssystem 1 dargestellt, welches eine Steuereinheit 2 aufweist, die durch eine primäre Spannungsversorgung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die primäre Spannungsversorgung 3 wird typischerweise durch die Fahrzeugbatterie mit laufender Lichtmaschine gebildet. Zusätzlich weist die Steuereinheit 2 als Rückfallebene eine Verbindung an eine sekundäre Spannungsversorgung 4 auf, die als Pufferkapazität ausgebildet ist und im Falle eines Ausfalls der primären Spannungsversorgung 3 die Energieversorgung für eine gewisse Zeit bereitstellen kann.
Die Steuereinheit 2 regelt einen Linearaktuator 6 der Bremssystemhydraulik, der über die Steuereinheit 2 ebenfalls durch die primäre Spannungsversorgung 3 beziehungsweise die sekundäre Spannungsversorgung 4 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Weiter ist ein Fahrerassistenzsystem 5 vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um eine adaptive Geschwindigkeitsregelanlage (ACC) handeln kann. Diese sendet bei Bedarf eine Fahrzeugverzögerungsanforderung 7 an die Steuereinheit 2 des Bremssystems. Die Fahrzeugverzögerungsanforderung 7 entspricht einem Bremsdruck 12, den die Steuereinheit 2 mittels des Linearaktuators 6 im hydraulischen Bremssystem einstellt.
Solange die primäre Spannungsversorgung 3 funktionsfähig ist, fährt die Steuereinheit den Bremsdruck 12 direkt an, wie in dem Diagramm der 2 dargestellt ist. Sofort nach Empfang der Fahrzeugverzögerungsanforderung 7 stellt die Steuereinheit 2 dazu einen Druckgradienten 11 ein und hält diesen bis zum Erreichen des Bremsdrucks 12 aufrecht. Nach Beendigung der Bremsung baut die Steuereinheit den Druck mit einem zweiten Druckgradienten 13 wieder ab.
Das zugehörige Stromprofil ist in 4 dargestellt. Diese zeigt im Wesentlichen einen langsamen Anstieg 17 des Stroms, der auf den langsam steigenden Gegendruck im Linearaktuator 6 zurückzuführen ist. Zu Beginn des Druckaufbaus weist der Stromverlauf jedoch eine sehr hohe Stromspitze 16 auf, welche um ein Vielfaches höher ist, als der Stromverbrauch am Ende des langsamen Anstiegs 17, bei maximalem Gegendruck.
Fällt die primäre Spannungsversorgung 3 aus, wird auf die sekundäre Spannungsversorgung 4 umgeschaltet. Wird dieser Pufferspeicher mit den hohen Stromspitzen 16 konfrontiert, so besteht eine große Gefahr den Pufferspeicher 4 zu überlasten und somit einen Totalausfall des Bremssystems 1 zu verursachen. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, dass in diesem Fall bei Empfang einer Fahrzeugverzögerungsanforderung 7 die Steuereinheit 2 den korrespondierenden Bremsdruck 12 nicht direkt einstellt, sondern in einer ersten Phase 14 einen stark reduzierten Druckgradienten von 2 bar/s einstellt und erst nach 500ms in einer zweiten Phase 15 auf einen hohen Druckgradienten von 50bar/s umstellt, um den Enddruck 12 einzuregeln.
Damit ergibt sich der in 5 dargestellte veränderte Stromverlauf. Dieser weist ebenfalls im Wesentlichen einen langsamen Anstieg 17 auf, der mit dem Gegendruck im Linearaktuator 6 korrespondiert. Zu Beginn des Druckaufbaus gibt es auch in diesem Fall eine Stromspitze 18, die jedoch im Vergleich mit der Stromspitze 16 bedeutend geringer ausfällt. Somit wird die Belastung der sekundären Spannungsversorgung 4 entscheidend reduziert und dessen Lebensdauer verlängert.
Bezugszeichenliste

1: Bremssystem
2: Steuereinheit des Bremssystems
3: Primäre Energieversorgung
4: Sekundäre Energieversorgung
5: Fahrerassistenzsystem
6: Linearaktuator
7: Fahrzeugverzögerungsanforderung
11: Druckgradient
12: Bremsdruck
13: Druckabbau
14: Erste Phase
15: Zweite Phase
16: Stromspitze
17: Stromanstieg
18: Verringerte Stromspitze

Claims

Verfahren zum Regeln einer elektrischen Druckerzeugungseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass zur Entlastung einer Energieversorgung (3, 4) der Druckerzeugungseinrichtung (6) ein Enddruck (12) in zumindest zwei Phasen (14, 15) eingestellt wird, wobei in der ersten Phase (14) ein Zwischendruck mit einem ersten Druckgradienten eingestellt wird und der Enddruck (12) in einer zweiten nachfolgenden Phase (15) mit einem zweiten, betragsmäßig größeren Druckgradienten eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgradient der ersten Phase (14) betragsmäßig kleiner als 10bar/s, bevorzugt kleiner als 5bar/s, besonders bevorzugt 2 bar/s ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgradient der ersten Phase (14) betragsmäßig kleiner als 20%, bevorzugt kleiner als 10% des Druckgradienten der zweiten Phase (15) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der erste Phase (14) kürzer als 500ms, bevorzugt kürzer als 200 ms ist und/oder länger als 50 ms bevorzugt länger als 100ms ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Phase (14) und der zweiten Phase (15) zumindest eine Haltephase vorgesehen ist, die einen Druckgradienten von 0 bar/s aufweist.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Phase (14) ein Warnsignal, insbesondere durch Aktivierung eines Fahrzeugbremslichts, ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Enddruck (12) von einem Fahrzeugassistenzsystem (5) angefordert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (14) bereits vor der Anforderung des Enddrucks (12) beginnt, insbesondere wenn eine Anforderung zu erwarten ist oder dass die erste Phase (14) erst nach einer Anforderung des Enddrucks (12) beginnt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Phase (15) nach oder bei, der Anforderung des Enddrucks (12) beginnt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine primäre Energieversorgung (3) der Druckerzeugungseinrichtung (6) auf einen Fehler überwacht wird und bei Auftreten eines Fehlers auf eine sekundäre Energieversorgung (4) umgeschaltet wird, wobei bei einer Versorgung mittels der sekundären Energieversorgung (4) der Enddruck (12) in zumindest zwei Phasen (14, 15) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Versorgung der Druckerzeugungseinrichtung (6) durch die primäre Energieversorgung (3) der angeforderte Enddruck (12) in einer Phase eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Versorgung der Druckerzeugungseinrichtung (6) durch die primäre Energieversorgung (3) der angeforderte Enddruck (12) in einer Aufbauzeit eingestellt wird und der Druckgradient der zweiten Phase (15) derart gewählt wird, dass bei einer Versorgung der Druckerzeugungseinrichtung (6) durch die sekundäre Energieversorgung (4) der angeforderte Enddruck (12) in der gleichen Aufbauzeit eingestellt wird.
Steuereinheit für ein Bremssystem, dadurch gekennzeichnet, dass dieses dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen.