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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Bremsbelagverschleißes, mittels dessen im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs automatisch der Zustand der einzelnen Bremsbeläge einer Bremsanlage des Kraftfahrzeugs bestimmt werden kann.
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Bei den Bremsbelägen eines Kraftfahrzeugs handelt es sich um Verschleißteile, die nach einer gewissen Laufleistung, abhängig von Fahrverhalten und vielen weiteren Faktoren, ihr Lebensende erreichen und daher ausgetauscht werden müssen. Abgefahrene oder verschlissene Bremsbeläge haben einen stark verminderten Reibwert zur Bremsscheibe und führen am jeweiligen Rad somit zu einer stark verminderten Bremsfähigkeit. Neben einer verminderten Verzögerung des Kraftfahrzeugs können durch stark unterschiedliche Bremsfähigkeiten an den beiden Seiten des Kraftfahrzeugs außerdem Querkräfte und Gierkräfte entstehen. Es ist daher von hoher Relevanz für die Sicherheit des Kraftfahrzeugs verschlissene Bremsbeläge frühzeitig zu erkennen.
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Zur Ermittlung des Zustands der Bremsbeläge einer Bremsanlage werden heutzutage Schleifkontakte in den Belägen angeordnet, welche mit einer geeigneten Elektronik detektiert werden können. Da es sich wie oben beschrieben bei Bremsbelägen um Verschleißteile handelt, ist dies mit hohen laufenden Kosten verbunden. Alternativ gibt es günstigere Varianten unter Verwendung eines Kratzblechs im Bremsbelag, welches zur akustischen Bewarnung durch Kratzgeräusche führt.
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Es gibt außerdem hydraulische Konzepte zur Bremsbelagverschleißerkennung über einen analogen Füllstandssensor im Bremsflüssigkeitsbehälter. Durch die dünner werdenden Bremsbeläge bewegt sich der Bremssattel immer weiter nach außen, wodurch das Bremsflüssigkeitsvolumen innerhalb des Bremssystems steigt und somit im Bremsflüssigkeitsbehälter abnimmt. Anhand der Füllstandsabnahme lässt sich das Volumen bestimmen, welches zusätzlich in den Bremssätteln benötigt wird, um angefahrene Bremsbeläge zu kompensieren. Über die Sattelgeometrie lässt sich dabei der Bremsbelagsverschleiß berechnen. Eine solche hydraulische Überwachung weist jedoch größere Unsicherheiten bezüglich der Verschleißermittlung auf.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Ermittlung des Verschleißzustandes der Bremsbeläge weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird zur Überprüfung des aktuellen Verschleißzustands der Bremsbeläge eine aktuelle Druckvolumenkennlinie der Bremsanlage aufgenommen.
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In modernen Bremsanlagen besteht die Möglichkeit die Druckvolumenkennlinie also den Zusammenhang zwischen dem in die Radbremsen geförderten Volumen an Bremsflüssigkeit und dem sich einstellenden hydraulischen Druck in der Bremsanlage während des Betriebs, das heißt insbesondere außerhalb einer Werkstatt, neu zu lernen. Dies kann durch entsprechende Ventilschaltungen achsweise und auch radweise erfolgen. Die somit erhaltenen aktualisierten Druckvolumenkennlinien werden typischerweise für das Druckmodell und die Druckregler verwendet. Erfindungsgemäß wird die aktualisierte Druckvolumenkennlinie für die Verschleißbestimmung herangezogen. Die Druckvolumenkennlinie oder daraus abgeleitete Informationen werden dazu mit in der Bremsanlage hinterlegten Referenzwerten verglichen und basierend auf dem Vergleich wird ein aktueller Verschleißzustand bestimmt.
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Der Bremsbelag hat einen erheblichen Einfluss auf die Druckvolumenkennlinie, weil der Bremsbelag in der hydraulischen Wirkkette einen weichen Druckaufnehmer darstellt. Das zeigt sich besonders im erhöhten Volumenbedarf beim Anfahren bestimmter Drücke, wodurch insbesondere die Steigung und die Krümmung der Druckvolumenkennlinie beeinflusst wird. Eine Analyse der Druckvolumenkennlinie gibt somit Auskunft über den Zustand der Bremsbeläge und lässt Rückschlüsse auf den Verschleißzustand zu. Dazu können entsprechende Werte von neuen Bremsbelägen oder Werte von gerade noch funktionsfähigen Bremsbelägen als Referenzwerte hinterlegt sein und/oder Schwellwerte, ab wann ein Bremsbelag seine Verschleißgrenze erreicht hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Referenzdruckvolumenkennlinie der Bremsanlage mit einem neuen Bremsbelag aufgenommen und die Referenzdruckvolumenkennlinie und/oder daraus abgeleitete Informationen als Referenzwerte in der Bremsanlage abgespeichert. Dies kann einmalig bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs erfolgen. Bevorzugt wird jedoch bei einem Bremsbelagwechsel ein entsprechendes Signal erzeugt, welches die neue Aufnahme einer Referenzdruckvolumenkennlinie auslöst. Somit können auch Abweichungen der Druckvolumenkurven der neuen Bremsbeläge von der Norm mit in die Bremsbelagverschleißerkennung einbezogen werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bereich der Druckvolumenkennlinie für Druckwerte kleiner 50 bar, bevorzugt kleiner 30 bar, besonders bevorzugt kleiner 15 bar für den Vergleich herangezogen. Insbesondere in diesem niedrigen Druckbereich zeigen sich die größten Abweichungen zwischen neuen und abgefahrenen Bremsbelägen. Eine Auswertung in diesem Bereich führt daher zu einer besonders genauen Feststellung des Verschleißzustands.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Steigung und/oder eine Krümmung der Druckvolumenkennlinie als abgeleitete Informationen mit entsprechenden Referenzwerten verglichen. Diese Werte können mit sehr wenig Rechenaufwand durch eine einfache oder eine zweifache Ableitung der Messwerte errechnet werden und zeigen eine starke Abhängigkeit vom Verschleißzustand der Bremsbeläge.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bremsbeläge als verschlissen eingestuft, wenn die Steigung und/oder die Krümmung betragsmäßig kleiner als ein entsprechender Schwellwert sind. Durch die Abnahme der Dicke der Bremsbeläge wird die Druckvolumenkennlinie zunehmend linearer, wodurch die Krümmung der Kurve, aber auch die Steigung im niedrigen Druckbereich abnimmt. Es können somit einfach Schwellwerte festgelegt werden, ab deren Unterschreitung von verschlissenen Bremsbelägen ausgegangen wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bremsbeläge als verschlissen eingestuft, wenn die Krümmung um 0,015 bis 0,05, bevorzugt 0,025 cm3/ bar2 kleiner als ein Referenzwert für neue Bremsbeläge ist und/oder wenn der Absolutwert der Krümmung kleiner als 0,01, bevorzugt 0,005 cm3/ bar2 ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bremsbeläge als verschlissen eingestuft, wenn ein Flächenintegral zwischen der Druckvolumenkennlinie und der Referenzdruckvolumenkennlinie größer als ein Schwellwert ist. Somit werden die Abweichungen zwischen der Druckvolumenkennlinie und der Referenzdruckvolumenkennlinie in einem ganzen Bereich betrachtet, wodurch statistische Schwankungen einen geringeren Einfluss auf die Verschleißerkennung haben. Die Fehleranfälligkeit des Verfahrens wird daher minimiert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Verlauf des Verschleißes gespeichert und mit einem erwarteten Verlauf verglichen, wobei Verschleißwerte außerhalb eines Abweichungsbereichs verworfen werden, wenn diese nicht durch nachfolgende Messungen bestätigt werden. Der Verlauf kann beispielsweise ein zeitlicher Verlauf oder eine Laufleistung sein. Da Bremsbeläge im Allgemeinen nach und nach verschleißen, kann ein erwarteter Verlauf beziehungsweise ein erwarteter Bereich, in dem sich die Verschleißkurve bewegen sollte bestimmt werden. Liegen die aus dem Vergleich der Druckvolumenkennlinie mit Referenzwerten ermittelten Werte außerhalb dieses Bereichs ist es wahrscheinlich, dass es sich lediglich um statistische Schwankungen handelt. Das Verwerfen solcher, nicht verifizierten Werte kann daher die Robustheit des Verfahrens erhöhen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Bremsbeläge verwendet, die eine Härte aufweisen, die weicher als die übrigen Elemente der Hydraulik ist, insbesondere als Bremsleitungen, Dichtringe und Bremssattel.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur endgültigen Festlegung ob die Bremsbeläge als verschlissen eingestuft werden zusätzlich weitere Faktoren herangezogen. Bei den weiteren Faktoren kann es sich beispielsweise um den aktuellen Bremsflüssigkeitsstand handeln. Durch die Abnutzung der Bremsbeläge muss der Bremssattel entsprechend nachgeführt werden, weshalb mehr Bremsflüssigkeit im Hydrauliksystem der Bremsanlage benötigt wird. Abgenutzte Bremsbeläge führen daher zu einem verminderten Bremsflüssigkeitspegel im Bremsflüssigkeitsreservoir. Auch das Alter beziehungsweise die Laufleistung der Bremsbeläge kann als weiterer Indikator herangezogen werden. Zwar können Bremsbeläge bei extremen Fahrmanövern schnell abgenutzt werden, im Allgemeinen geht der Verschleißzustand jedoch mit der Laufleistung der Bremsbeläge einher. Das Alter der Bremsbeläge kann daher als einfache Verifikation eines Verschleißzustands verwendet werden. Dabei kann insbesondere auch zusätzlich die Anzahl von Extrembremsungen herangezogen werden. Da verschlissene Bremsbeläge eine verschlechterte Bremswirkung haben, kann außerdem die aktuell erreichbare Verzögerung des Fahrzeugs mittels eines vorgegebenen Bremsdrucks als Indikator für den Zustand der Bremsbeläge genutzt werden. Durch die Kombination mehrerer Indikatoren wird die Robustheit der Verschleißzustandsbestimmung wesentlich erhöht.
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In vielen Bremssystemen gibt es Volumenüberwachungen, welche die Druckvolumenkennlinien mit einbeziehen. Dabei wird ein Fehler erkannt, wenn für das Anfahren bestimmter Druckwerte zu viel hydraulisches Volumen benötigt wird. In diesem Fall wird von einer hydraulischen Leckage ausgegangen. Weitere Volumenüberwachungen sind Selbsttests, welche einen Druck aufbauen und prüfen, ob der Druck gehalten werden kann. Auch hier sind die Fehlerfälle Leckageereignisse. Da Leckagen einen Einfluss auf die vorliegende Druckvolumenkennlinie haben, und die Bremsbelagsverschleißermittlung hier auf die Druckvolumenkennlinie aufbaut, sollte diese in diesem Fall pausiert werden. Entsprechend wird das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt deaktiviert, wenn die Volumenüberwachung einen Fehler aufweist, um keine falschen Verschleißinformationen zu liefern.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zur endgültigen Festlegung ob die Bremsbeläge als verschlissen eingestuft werden zusätzlich Radgeschwindigkeitsunterschiede bei zumindest einer Bremsung gemessen und für die Verschleißbestimmung herangezogen. Abgefahrene Beläge führen am betroffenen Rad zu signifikantem Reibwertverlust zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. Ein bremsendes bzw. verzögerndes Rad hat gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit eine etwas kleinere Geschwindigkeit. Demnach hat ein Rad mit abgefahrenen Bremsbelägen bei einer moderaten Bremsung höhere Rotationsgeschwindigkeiten als die anderen Räder des Fahrzeugs, welche noch voll funktionsfähige Bremsbeläge aufweisen. Weitere Faktoren, welche einen Einfluss auf die relativen Radgeschwindigkeiten haben, können dabei beachtet werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Bremsbelag als verschlissen eingestuft, wenn die Geschwindigkeit des zugehörigen Rades um mehr als einen Differenzwert, insbesondere 0,05 km/h, größer ist als die Geschwindigkeit zumindest eines anderen Rades und/oder des Fahrzeugs. Der Differenzbetrag kann größer als die normalen Abweichungen der Radgeschwindigkeiten bei funktionsfähigen Bremsbelägen festgelegt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Differenzwert geschwindigkeitsabhängig. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass es bei höheren Geschwindigkeiten zu größeren relativen Abweichungen kommt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Radgeschwindigkeitsunterschiede nicht herangezogen, wenn die Fahrzeugverzögerung größer als ein Schwellwert ist, der Radschlupf größer als ein Schwellwert ist, ein schlechter Fahrbahnzustand erkannt wird, eine Fahrzeugneigung größer als ein Schwellwert ist und/oder eine Kurvenfahrt erkannt wird. In diesen Situationen kommt es auch bei nicht verschlissenen Bremsbelägen zu größeren relativen Geschwindigkeitsunterschieden zwischen den einzelnen Rädern.
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Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Bremsanlage für Kraftfahrzeuge aufweisend zumindest eine Reibbremse mit Bremsbelägen und eine Steuereinheit dazu eingerichtet, eines der vorstehenden Verfahren durchzuführen.
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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 ein Diagramm mit mehreren Druckvolumenkennlinien,
- 2 zeigt ein Diagramm mit mehreren Steigungskurven der Druckvolumenkennlinien,
- 3 zeigt ein Diagramm mit mehreren Krümmungskurven der Druckvolumenkennlinien,
- 4 zeigt ein Diagramm mit einem erwarteten Verlauf des Verschleißes,
- 5 zeigt ein Diagramm Radgeschwindigkeiten,
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In 1 sind drei Druckvolumenkennlinien (pV-Kennlinien) 1, 2, 3 einer hydraulischen Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Diese geben jeweils den Zusammenhang an, wieviel Bremsflüssigkeitsvolumen (Ordinate) in eine oder mehrere Radbremsen gefördert werden muss, um einen bestimmten hydraulischen Druck (Abszisse) zu erreichen. Die Druckvolumenkennlinie 1 ist dabei mit neuen Bremsbelägen aufgenommen. Neue Bremsbeläge weißen noch eine sehr dicke Belagsschicht auf, welche beim Druckaufbau elastisch einfedert, wodurch insbesondere in den niedrigen Druckbereichen mehr Bremsflüssigkeitsvolumen benötigt wird als bei bereits leicht verschlissenen Bremsbelägen, wie dies die Druckvolumenkennlinie 2 darstellt. Die Druckvolumenkennlinie 2 wurde mit Bremsbelägen aufgenommen, welche bereits eine Laufleistung von 20200km aufweisen. Die noch älteren Bremsbeläge, mit einer Laufleistung von 34600km sind mit ihrer Druckvolumenkennlinie 3 ebenfalls im der 1 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die Druckvolumenkennlinien 1, 2, 3 mit steigendem Alter bzw. Laufleistung also mit immer dünnerer Belagsschicht immer linearer werden. Der steile Anstieg zu Beginn eines Druckaufbaus flacht immer weiter ab.
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Dies lässt sich besonders gut dem Diagramm der 2 entnehmen, welche die Steigung 4, 5 der Druckvolumenkennlinien 1 und 3 miteinander vergleicht. Die Steigung 4 der Druckvolumenkennlinie 1 der neuen Bremsbeläge ist im niederen Druckbereich mehr als doppelt so groß wie die Steigung 5 verschlissener Bremsbeläge.
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In 3 ist zusätzlich die Krümmung 6, 7 der Druckvolumenkennlinien 1 und 3 dargestellt. Hier zeigt sich der Unterschied noch um ein Vielfaches deutlicher. Die Krümmung 6 der Druckvolumenkennlinie 1 der neuen Bremsbeläge ist im niederen Druckbereich um ein Zehnfaches höher als die Krümmung 7 bei verschlissenen Bremsbelägen. Sowohl die Steigung 4, 5 der 2 als auch die Krümmung 6, 7 der 3 kann daher besonders einfach zur Erkennung verschlissener Bremsbeläge herangezogen werden.
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4 zeigt den erwarteten zeitlichen Verlauf 8 einer Verschleißgröße, beispielsweise den Unterschied der Krümmung der aktuellen Druckvolumenkennlinie und einer Referenzdruckvolumenkennlinie für abgefahrene Bremsbeläge. Außerdem ist ein oberer Fehlerkorridor 9 und ein unterer Fehlerkorridor 10 eingezeichnet. Da der Verschleiß von Bremsbelägen sukzessive stattfindet, werden Messwerte außerhalb der Fehlerkorridore 9 und 10 als Messfehler interpretiert und verworfen.
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Erfindungsgemäß kann die Bremsbelagverschleißerkennung durch Ermittlung einer aktuellen Druckvolumenkennlinie mit anderen Methoden kombiniert werden, um die Robustheit des Verfahrens zu erhöhen. Bevorzugt wird das Verfahren kombiniert mit einer Bremsbelagverschleißerkennung mittels Radgeschwindigkeitsunterschieden. 5 zeigt den zeitlichen Verlauf der Radgeschwindigkeiten eines ersten Rades 11 und eines zweiten Rades 12. Im vorderen Bereich der Kurve wird das Fahrzeug beschleunigt, was sich durch steigende Radgeschwindigkeiten an beiden Rädern zeigt. Dabei sind die Radgeschwindigkeiten 11 des ersten Rades und des zweiten Rades 12 im Wesentlichen identisch. Bei der darauffolgenden Bremsung des Fahrzeugs, verringern sich die Radgeschwindigkeiten beider Räder 11, 12. Es zeigt sich jedoch, dass das zweite Rad schneller abgebremst wird und daher eine leicht geringere Radgeschwindigkeit 12 aufweist als das erste Rad. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass das erste Rad aufgrund verschlissener Bremsbeläge weniger stark abgebremst wird. Wenn der Geschwindigkeitsunterschied der Räder 11, 12 einen Schwellwert übersteigt, kann von verschlissenen Bremsbelägen, am weniger verzögerten Rad ausgegangen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckvolumenkennlinie neu
- 2
- Druckvolumenkennlinie mittel
- 3
- Druckvolumenkennlinie alt
- 4
- Steigung Druckvolumenkennlinie neu
- 5
- Steigung Druckvolumenkennlinie alt
- 6
- Krümmung Druckvolumenkennlinie neu
- 7
- Krümmung Druckvolumenkennlinie alt
- 8
- Erwarteter Verschleiß
- 9
- Oberer Fehlerkorridor
- 10
- Unterer Fehlerkorridor
- 11
- Radgeschwindigkeit erstes Rad
- 12
- Radgeschwindigkeit zweites Rad
