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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems für ein Fahrzeug, wobei das Bremssystem als Fremdkraftbremse ausgestaltet ist und das Bremssystem zumindest einen hydraulischen Aktivkreis mit einer Druckerzeugungsvorrichtung sowie einer Bremsregelungsventilanordnung umfasst und weiterhin einen hydraulischen Passivkreis mit einem Hauptbremszylinder umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf: Ermitteln eines eine Bremsanforderung kennzeichnenden Bremsanforderungssignals; Ermitteln eines in dem Aktivkreis erforderlichen Soll-Drucks anhand des Bremsanforderungssignals; Einstellen eines Ist-Drucks im Aktivkreis gemäß dem Soll-Druck mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung; Ermitteln einer Drucküberhöhung im Aktivkreis; Ableiten von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis, wenn eine Drucküberhöhung im Aktivkreis ermittelt wird.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik, wie bspw. in der Patentanmeldung
DE 10 2018 212 279 A1 , sind Fremdkraftbremssystems bekannt, in welcher eine Druckerzeugungseinheit parallel zum Hauptbremszylinder (HZ) angeordnet ist. Bei der parallelen Anordnung kann der HZ unabhängig vom Plunger betätigt werden und das Volumen des HZ kann unabhängig vom Volumen des Plungers dimensioniert werden. Ein weiteres Merkmal dieses Systems ist zumeist das hydraulisch „offene“ Layout: Soll in einem oder in mehreren Rädern der Druck gegenüber dem Systemdruck (Druck in den Bremskreisen) verringert werden, so wird das Rad vom System durch Schließen der Einlassventile (EVs) abgesperrt und Bremsflüssigkeit über die Auslassventile (AVs) ins Reservoir abgelassen
Bei hochdynamischer Ansteuerung des Motors der Druckerzeugungseinheit nimmt dieser viel kinetische Energie auf, welche im Teilbremsfall zum Druckaufbau in den Radbremszylindern genutzt wird. Beim Übergang in eine radindividuelle Druckregelung wird zumindest eines der EVs, im Extremfall alle vier EVs gleichzeitig geschlossen. Die im Rotor des Motors gespeicherte kinetische Energie wird teils über schlagartiges Abbremsen des Motors abgebaut und teilweise in Spannenergie durch Vorspannen der Motor, Getriebe- und Hydraulikanteile umgewandelt. Hierbei entstehen Druckspitzen, welche zu einer plastischen Verformung in den Bauteilen der Druckerzeugungseinheit wie Lager, Getriebe und Rotationssicherung führen können.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Patentanmeldung
DE 10 2015 201 331 A1 bekannt. Diese Schrift betrifft ein Verfahren zur Vermeidung eines sehr hohen Staudrucks im Bremssystem, welcher zu einer Schädigung des elektromechanischen Aktuators führen kann, wobei für zumindest eine ausgewählte Radbremse das zugehörige Einlassventil offen gehalten und das zugehörige Auslassventil zumindest zeitweise geöffnet wird, während die Einlassventile der übrigen Radbremsen geschlossen werden.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Patentanmeldung
DE 10 2018 213 069 A1 bekannt. Diese Schrift betrifft ein Verfahren zur Vermeidung von Drucküberhöhungen in einem Druckmittelkreis einer elektronisch schlupfregelbaren Bremsanlage bei einem Rückgang einer der Bremsanlage eigenen Elastizität sowie eine elektronisch schlupfregelbare Bremsanlage.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Patentanmeldung
DE 10 2017 214 858 A1 bekannt. Diese Schrift betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer Überschreitung eines zulässigen Höchstdrucks einer hydraulischen Fremdkraft-Fahrzeugbremsanlage mit Schlupfregelung.
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Die genannten Verfahren zur Vermeidung einer kritischen Druckbelastung des Bremssystems, haben entweder den Nachteil, dass die Dynamik der Druckversorgungseinheit eingeschränkt werden muss, wie in den beiden letzten genannten Schriften, oder dass eine vollständige Stabilitätsregelung (ABS, ESP) nicht möglich ist, wie in der zuerst genannten Schrift. Im Ergebnis führt beides dazu, dass die Sicherheit im Fahrbetrieb eingeschränkt ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteilhaft ermöglicht hingegen das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vermeidung von Druckspitzen im Bremssystem, ohne dabei die Sicherheit im Fahrbetrieb einzuschränken.
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Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Bremssystems für ein Fahrzeug, wobei das Bremssystem als Fremdkraftbremse ausgestaltet ist und das Bremssystem zumindest einen hydraulischen Aktivkreis mit einer Druckerzeugungsvorrichtung sowie einer Bremsregelungsventilanordnung umfasst und weiterhin einen hydraulischen Passivkreis mit einem Hauptbremszylinder umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die folgenden Schritte auf: Ermitteln eines eine Bremsanforderung kennzeichnenden Bremsanforderungssignals; Ermitteln eines in dem Aktivkreis erforderlichen Soll-Drucks anhand des Bremsanforderungssignals; Einstellen eines Ist-Drucks im Aktivkreis gemäß dem Soll-Druck mittels einer Druckerzeugungsvorrichtung; Ermitteln einer Drucküberhöhung im Aktivkreis; Ableiten von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis, wenn eine Drucküberhöhung im Aktivkreis ermittelt wird.
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Als Druckerzeugungsvorrichtung wird ein automatisiert betätigbarer, bzw. aktivierbarer Druckerzeuger verstanden. Bspw. kann die Druckerzeugungsvorrichtung einen Elektromotor umfassen, welcher einen Verdrängerkolben bewegt und dadurch ein Fluidvolumen verändert, bzw. einen Druck einstellt.
Als Bremsregelungsventilanordnung wird eine Bremsregeleinrichtung verstanden, welche insb. eine Stabilitätsregelung ermöglicht. Bspw. kann diese durch ein Einlassventil und ein Auslassventil pro Radbremse gebildet sein.
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Als Hauptbremszylinder wird eine fahrer-betätigbare Druckerzeugungsvorrichtung. Bspw. kann ein solcher durch einen hydraulischen Tandem-Hauptbremszylinder mit Bremspedal ausgebildet werden.
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Als Drucküberhöhung wird eine nicht beabsichtigte oder nicht gewünschte Überhöhung des Ist Drucks im Aktivkreis verstanden. D.h. der einzustellende Ist-Druck des Bremssystems wird überschritten. Eine solche Drucküberhöhung im Aktivkreis kann sich bspw. ergeben, aufgrund eines Schließens eines oder mehrerer Einlassventile der Bremsregelungsventilanordnung sowie einer (zumindest zeitweisen) Weiterführung der Vorwärtsbewegung des Motors der Druckerzeugungsvorrichtung. Als Überhöhung kann ein tatsächliches (d.h. aktuell vorliegendes) oder auch ein potenzielles (d.h. ein unmittelbar drohendes) Übersteigen des aktuellen Drucks zum gewünschten Druck verstanden werden. Als gewünschter Druck kann bspw. der erforderliche Soll-Druck definiert werden. Alternativ kann auch ein anderer Druckwert als Schwellenwert definiert sein, um bspw. Latenzen mit zu berücksichtigen. Vorteilhafterweise liegt dieser andere Druckwert unterhalb des erforderlichen Soll-Drucks.
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Eine Ermittlung der Drucküberhöhung kann insbesondere unter Berücksichtigung der aktuellen Drücke im Bremssystem und/oder Informationen bzgl. der Druckerzeugungsvorrichtung erfolgen. Neben strukturellen Charakteristiken der Druckerzeugungsvorrichtung kann insb. auch die aktuelle Kinematik (bspw. Drehzahl) und/oder die aktuelle Aktivierung (bspw. Stromstärke) berücksichtigt werden.
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Erfindungsgemäß erfolgt ein Ableiten von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis, wenn eine aktuell bestehende oder zu erwartende Drucküberhöhung ermittelt wird.
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Hierzu wird in dem Verfahrensschritt wird ein Fluidvolumenabfluss eingestellt. Dies führt zu einer Reduzierung des bestehenden Fluidvolumens im Aktivkreis und zu einer Reduzierung des aktuell bestehenden Fluiddrucks im Aktivkreis. Das Ableiten von Fluidvolumen erfolgt in einer Art und Weise, dass ein definiertes Fluidvolumen abgeleitet wird. Insbesondere soll ein im Aktivkreis überschüssige Fluidvolumen verschoben werden. Hierfür kann ein zusätzlicher Verfahrensschritt erfolgen, in welchem der Überschuss an Fluidvolumen im Aktivkreis ermittelt wird.
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Das Ableiten von Fluidvolumen erfolgt in den Passivkreis. Insbesondere soll das Fluidvolumen in Richtung des HZ im Passivkreis und/oder über den HZ im Passivkreis in das Fluidreservoirs verschoben werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens, umfasst das Bremssystem wenigstens ein Koppelventil, welches den Aktivkreis und den Passivkreis während einer regulären Fremdkraftbremssituation hydraulisch separiert, und im Verfahrensschritt des Fluidvolumenableitens wird das Ableiten von Fluidvolumen mittels des wenigstens einen Koppelventil bewirkt.
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Hierunter wird verstanden, dass das Einstellen des Fluidvolumens im Aktivkreis und damit die Reduzierung des Fluiddrucks im Aktivkreis mittels des Koppelventils erfolgt. Das Koppelventil ist in einem hydraulischen Pfad zwischen dem Aktivkreis und dem Passivkreis angeordnet. Die Ableitung von Bremsfluid erfolgt mittels hydraulischen Ankoppelns des Aktivkreis mit dem Passivkreis durch ein Öffnen des Koppelventils. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Koppelventils kann der gewünschte Fluidvolumenabfluss eingestellt werden. Bspw. erfolgt ein Öffnen eines stromlos offenen Koppelventils mittels Reduzierung, bzw. Rücknahme der Bestromung. Alternativ erfolgt ein Öffnen eines stromlos geschlossenen Koppelventils mittels Aktivierung, bzw. Bestromung des Koppelventils.
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Die Einstellung des Fluidvolumenabflusses erfolgt mittels der Koppelventile. Hierbei kann das Ableiten mittels eines oder mehrere oder mittels aller Koppelventile erfolgen.
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Für eine Steigerung der Ausfallsicherheit ist ein Bremssystem zumeist aus zwei Subsystemen aufgebaut. Insbesondere ist der Aktivkreis aus zwei Subsystemen aufgebaut. Natürlich kann auch der Passivkreis zwei Subsystem umfassen. Bei zwei Subsystemen im Aktivkreis ist es vorteilhaft, dass jedes dieser Subsysteme mittels eigenem Koppelventil an einen entsprechenden Pfad im Passivkreis angeschlossen ist.
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In einer möglichen Ausgestaltung umfasst Verfahren die Verfahrensschritte: Ermitteln ob eine Nutzung des wenigstens einen Koppelventils möglich ist; Limitierung eines Aktuators der Druckerzeugungsvorrichtung, wenn die Nutzung des wenigstens einen Koppelventil nicht möglich ist.
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Hierunter wird verstanden, dass überprüft wird ob ein Öffnen des Koppelventils möglich ist. Wird festgestellt, dass aus irgendwelchen Gründen das Koppelventil nicht genutzt werden kann oder soll, um den Druck zu entlasten, so geht man zur Limitierung der kinetischen Energie des Motors über. Dabei wird die erlaubte Drehzahl des Motors fortlaufend so begrenzt, dass ein Anhalten ohne Überschreiten eines Maximaldruckes stets möglich ist. Alternativ oder zusätzlich erfolgt eine Begrenzung des Antriebsstroms des Elektromotors.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens umfasst das Bremssystem ein Fluidreservoir, welches sowohl mit dem Aktivkreis als auch dem Passivkreis direkt verbindbar ist und im Verfahrensschritt des Fluidvolumenableitens erfolgt das Ableiten von Fluidvolumen im Wesentlichen vollständig durch den Passivkreis hindurch in das Fluidreservoir.
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Hierunter wird verstanden, dass das Ableiten von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis derart erfolgt, dass das aus dem Aktivkreis in den Passivkreis abgeleitete Fluidvolumen im Wesentlichen vollständig in das Fluidreservoir weitergeleitet wird. Als Fluidreservoir wird ein Flüssigkeitsbehälter verstanden, welcher das Fluid im Wesentlichen bei Umgebungsdruck lagert. Im Gegensatz hierzu wird in einem Speicher das Fluid unter Druck gespeichert. Das Fluidreservoir weist eine hydraulische Kopplung mit dem Aktivkreis auf. Insbesondere kann Fluidvolumen über die Auslassventile der Bremsregelventilanordnung zum Fluidreservoir geleitet werden. Man spricht hier auch von einem „offenen System“. Weiterhin weist das Fluidreservoir eine hydraulische Kopplung mit dem Passivkreis auf. Insbesondere weist das Fluidreservoir eine hydraulische Kopplung mit dem Hauptbremszylinder auf. Die Koppelventile sind weiterhin hydraulisch mit dem Hauptbremszylinder verbunden. So kann bei einem Öffnen der Koppelventile Fluid zum Hauptbremszylinder geleitet werden und durch den Hauptbremszylinder hindurch zum Reservoir gelangen und dort zwischen-gespeichert werden.
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In einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt der Drucküberhöhungsermittlung zumindest eine der folgenden Informationen berücksichtigt: eine Information bzgl. eines Zustandes des Bremssystems, insb. eine Druckinformation des Aktivkreises; eine Information bzgl. eines Veränderungspotentials des Zustandes des Bremssystems, insb. eine Information bzgl. der Kinematik der Druckerzeugungsvorrichtung.
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Hierunter wird verstanden, dass bei der Ermittlung, ob eine Drucküberhöhung im Aktivkreis vorliegt oder droht sowohl eine Information über einen aktuellen Zustand des Bremssystems als auch eine Information über eine Änderungsmöglichkeit des aktuellen Zustands berücksichtigt werden kann. Als Information über den aktuellen Zustand kann bspw. das aktuelle Druckniveau des Aktivkreises berücksichtigt werden. Als Information über eine zu erwartende Veränderung des aktuellen Zustandes kann bspw. die Drehzahl des Elektromotors herangezogen werden, ggf. in Verbindung mit der Position und/oder kinetischer Energie des Kolbens des Druckerzeugers. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Elastizität, bzw. Steifigkeit des Bremssystems herangezogen werden. Eine solche Größe kann vorteilhaft aus den ABS oder ESP-System Ansteuerinformationen abgeleitet werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist dieses den Verfahrensschritt auf: Ermitteln eines Fluidableitungspotenzials. Dabei wird zur Ermittlung des Fluidableitungspotenzials insb. eine der folgenden Größen berücksichtigt: eine Information bzgl. des Drucks des Aktivkreises; eine Information bzgl. des Drucks des Passivkreises; eine Information bzgl. der Kinematik der Druckerzeugungsvorrichtung.
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Hierunter wird verstanden, dass zusätzlich überprüft wird, ob überhaupt eine Möglichkeit besteht, das Fluid abzuleiten. Dies kann bspw. die situationsspezifische Aufnahmefähigkeit des Passivkreises, bzw. des Fluidreservoirs umfassen. Selbstverständlich können hierbei auch physikalische oder komponentenbauliche Aspekte berücksichtigt werden. Hierbei wird bspw. der Fluiddruck des Passivkreis berücksichtigt oder ein Druckunterschied zwischen Aktivkreis und Passivkreis, wenn Fluidvolumen vom Aktivkreis in den Passivkreis abgeleitet werden soll. Auch das Aufnahmepotential des Reservoirs kann berücksichtigt werden, oder die Kolbenstellung des Hauptbremszylinders. Neben der reinen Ermittlung des Potenzials zur Ableitung kann das ermittelte Potenzial selbstverständlich auch bei der tatsächlichen Einstellung der Ableitung des Fluidvolumens berücksichtigt werden.
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In einer möglichen Ausführung des Verfahrens umfasst dieses den Verfahrensschritt: Definition eines Fluidvolumens zum Ableiten aus dem Aktivkreis in den Passivkreis in der Art und Weise, dass das Fluidvolumen so groß ist, dass bei einem Ableiten des Fluidvolumens aus dem Aktivkreis die ermittelte Drucküberhöhung im Aktivkreis im Wesentlichen kompensiert; und/oder dass das Fluidvolumen zumindest so groß ist, dass bei einem Ableiten des Fluidvolumen in den Passivkreis ein Durchfluss durch den Hauptbremszylinder ermöglicht wird, insbesondere eine Freigabe einer Ventilationsbohrung im Hauptbremszylinder ermöglicht wird.
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Hierunter wird verstanden, dass eine Bestimmung der Größe des abzuleitenden Fluidvolumens erfolgt. Die Größe wird vorteilhaft in der Höhe festgesetzt, dass die ermittelte Drucküberhöhung aufgehoben wird. Das heißt das zur Ableitung festgelegte Fluidvolumen entspricht in etwa dem überschüssigen Fluidvolumen im Aktivkreis. Bei der Festsetzung der Höhe des abzuleitenden Fluidvolumens wird vorteilhaft berücksichtigt, dass ein gewisses Minimalvolumen benötigt wird, um eine Freigabe des Fluiddurchflusses durch den Hauptbremszylinder zu ermöglichen. Entsprechend wird das abzuleitende Fluidvolumen mindestens so groß, dass eine Freigabe der Ventilationsbohrung im THZ und damit Durchfluss ins Reservoir erfolgen kann. Wird ein kleineres überschüssiges Fluidvolumen ermittelt, so wird kein abzuleitendes Fluidvolumen definiert oder das abzuleitende Fluidvolumen auf den beschriebenen Minimalwert gesetzt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens weist dieses die Verfahrensschritte auf: Ermitteln einer Steifigkeit des Bremssystems; Limitierung des Aktuators der Druckerzeugungsvorrichtung, wenn die Steifigkeit einer definierten ersten Charakteristik entspricht, insb. einem definierten ersten Schwellenwert übersteigt.
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Hierunter wird verstanden, dass im Verfahren die Steifigkeit, bzw. die Elastizität des Bremssystems berücksichtigt wird. Insbesondere wird die Steifigkeit des Aktivkreis berücksichtigt. Eine Veränderung der Steifigkeit ergibt sich bspw. beim Schließen der Einlassventile. Als Limitierung des Aktuators kann eine Begrenzung der Antriebsleistung und/oder der Drehzahl des Elektromotors verstanden werden. Eine Limitierung erfolgt bspw. dann, wenn eine graduelle und/oder lineare Erhöhung der Steifigkeit ermittelt wird. Alternativ erfolgt eine Limitierung dann, wenn der Wert der Steifigkeit einen ersten Schwellenwert entspricht oder diesen überschreitet.
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In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens weist dieses die Verfahrensschritte auf: Ermitteln einer Steifigkeit des Bremssystems; Abbremsen des Aktuators der Druckerzeugungsvorrichtung, wenn die Steifigkeit einer definierten zweiten Charakteristik entspricht, insb. einem definierten zweiten Schwellenwert übersteigt.
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Hierunter wird verstanden, dass im Verfahren die Steifigkeit, bzw. die Elastizität des Bremssystems berücksichtigt wird. Insbesondere wird die Steifigkeit des Aktivkreis berücksichtigt. Als Abbremsen des Aktuators kann ein Anhaltevorgang des Elektromotors mit der Zieldrehzahl 0 verstanden werden. Ein Abbremsen des Elektromotors erfolgt bspw. dann, wenn eine starke Erhöhung der Steifigkeit ermittelt wird. Alternativ erfolgt ein Abbremsen dann, wenn der Wert der Steifigkeit einen zweiten Schwellenwert entspricht oder diesen überschreitet.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens umfasst dieses den Verfahrensschritt: Beenden des Ableitens von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis beim Erreichen einer definierten Bedingung, insb. wenn die Drucküberhöhung einen definierten Schwellenwert unterschritten hat.
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Hierunter wird verstanden, dass bspw. die Koppelventile wieder geschlossen werden, sobald bspw. das Vorliegen einer tatsächlichen oder zu erwartenden Drucküberhöhung nicht mehr besteht. Hierzu können alle Faktoren und/oder Größen berücksichtigt werden, welche bei der Ermittlung der Drucküberhöhung verwendet werden. Bspw. zu nennen sind hier die Drucksituation im Aktivkreis, oder Kinematikinformationen des Druckerzeugers, etc.
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Bei der Definition des Schwellenwertes kann selbstverständlich ein HystereseVerhalten berücksichtigt werden. Auf diese Weise können sich die Schwellenwerte für eine Aktivierung bzw. eine Deaktivierung des Fluidableitens unterscheiden. Bspw. kann ein Ableiten von Fluidvolumen erfolgen, wenn ein erster Schwellenwert für die Drucküberhöhung überschritten ist sowie ein Beenden des Ableitens von Fluidvolumen erfolgen, wenn ein zweiter Schwellenwert für die Drucküberhöhung unterschritten ist.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung - in Form einer Vorrichtung - kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft gelöst werden.
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Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, welcher verschiedene Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Als Vorrichtung wird jedes Steuergerät verstanden, welches eingerichtet und ausgestaltet ist zum Betreiben eines Bremssystems entsprechend dem beschriebenen Verfahren. Als Steuergerät kann dabei insbesondere ein Bremsensteuergerät verstanden werden, bspw. ein Steuergerät für die Druckerzeugungsvorrichtung und/oder ein Steuergerät für die Bremsregelventilanordnung. Hierbei kann bspw. die Funktionalität der Ermittlung der Drucküberhöhung und/oder der Ableitung von Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis o.ä. auf dem Steuergerät implementiert sein. Als Vorrichtung können auch Ventile angesehen werden, insbesondere Koppelventile welche ausgestaltet zur bedarfsgerechten Ableitung von Bremsfluid aus dem Aktivkreis in den Passivkreis, wenn eine Drucküberhöhung im Aktivkreis ermittelt wird. Selbstverständlich kann auch ein entsprechend eingerichtetes und ausgestaltetes Fremdkraftbremssystem als Vorrichtung verstanden
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsformen
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.
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Von den Figuren zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Bremsvorrichtung für ein Fahrzeug; und
- 2 eine Darstellung der Verfahrensschritte einer Ausführungsform der Erfindung; und
- 3 eine Darstellung der Verfahrensschritte einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt beispielhaft ein Bremssystem 1 für ein Fahrzeug. Das Bremssystem 1 weist einen Passivkreis 2 (auch Betätigungskreis genannt), einen Aktivkreis 4, ein Fluidreservoir 70 und eine Steuerungsvorrichtung 5 auf.
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Der Passivkreis 2 weist eine Stellanordnung 20 und eine Betätigungseinrichtung 21 auf. Die Stellanordnung 20 kann insbesondere, wie in 1 beispielhaft dargestellt, einen hydraulischen Hauptbremszylinder 22, welcher als Tandem-Hauptbremszylinder ausgestaltet ist (auch THZ genannt) sowie eine Sensoranordnung mit zumindest einem Passivkreis-Drucksensor 23 und einem Stellwegsensor 24 aufweisen. Die Stellanordnung 20 kann ferner einen optionalen Rückstellsimulator 25 aufweisen. Bei der gezeigten Stellanordnung 20 ist der Hauptbremszylinder 22 mittels einer Betätigungseinrichtung 21 (bspw. ein Bremspedal) betätigbar. Die Betätigung des Hauptbremszylinder 22 umfasst hierbei ein Verschieben eines oder mehrerer Verdrängerkolben 22A, 22B, wodurch ein Hydraulikfluid, z.B. Öl, gegen eine Rückstellkraft verdrängt und dadurch ein hydraulischer Druck im Betätigungskreis 2 erzeugt wird. Die Rückstellkraft kann beispielsweise durch den optionale Rückstellsimulator 25 erzeugt werden, welcher über eine Hydraulikleitung 6 hydraulisch, also in fluidleitender Weise, an den Hauptbremszylinder 22 gekoppelt ist.
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Der optionale Passivkreis-Drucksensor 23 erfasst den durch den Hauptbremszylinder 22 erzeugten Druck und erzeugt ein diesen Druck repräsentierendes Passivkreis-Drucksignal 3A. Der Passivkreis-Drucksensor 23 ist in 1 beispielhaft über den Rückstellsimulator 25 hydraulisch an die Hydraulikleitung 6 gekoppelt. Der optionale Stellwegsensor 24 erfasst einen von der Betätigungseinrichtung 21 zurückgelegten Stellweg und erzeugt ein den Stellweg repräsentierendes Stellwegsignal 3B. Das Passivkreis-Drucksignal 3A und das Stellwegsignal 3B bilden vorliegend gemeinsam ein beispielhaftes Bremsanforderungssignal 3, das mittels der Stellanordnung 20 erzeugt wird. Die Stellanordnung 20 kann alternativ auch lediglich durch den Stellwegsensor 24 gebildet sein, welcher den Stellweg der Betätigungseinrichtung 21 erfasst. In diesem Fall ist das Bremsanforderungssignal 3 durch das Stellwegsignal 3B gebildet.
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Der Aktivkreis 4 weist eine Druckerzeugungsvorrichtung 40, zumindest eine Radbremse 43 und zumindest ein Trennventil 44 auf. Optional weist der Aktivkreis 4 außerdem eine Bremsregelungsventilanordnung 47 auf. In 1 ist beispielhaft ein Aktivkreis 4 mit insgesamt vier Radbremsen 43A, 43B, 43C, 43D und zwei Trennventilen 44A, 44B dargestellt. Die Druckerzeugungsvorrichtung 40 weist einen Aktuator 41, insbesondere einen Motor, vorzugsweise einen Elektromotor, und einen Verdrängerkolben 42 auf, welcher mittels des Aktuators 41 translatorisch in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung bewegbar ist. Zur Umwandlung einer Rotationsbewegung des Aktuators 41 in eine Translationsbewegung des Verdrängerkolbens 42 kann ein in 1 lediglich schematisch dargestelltes Getriebe 41A vorgesehen sein, das den Aktuator 41 kinematisch an den Verdrängerkolben 42 koppelt. Der Verdrängerkolben 42 ist in einem Führungszylinder 42A bewegbar, wodurch ein sich in dem Führungszylinder 42A befindliches Hydraulikfluid, z.B. Öl, verdrängt wird.
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Die Trennventile 44A, 44B (auch PVS genannt) können beispielsweise als Magnetventile bzw. elektromechanische Schaltventile realisiert sein. Die Trennventile 44A, 44B sind jeweils zwischen einem offenen Zustand, in welchem diese einen Fluiddurchfluss ermöglichen, und einem geschlossenen Zustand, in welchem die Trennventile 44A, 44B einen Fluiddurchfluss sperren, schaltbar.
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Die Radbremsen 43A, 43B, 43C, 43D wirken jeweils über Reibbeläge (nicht dargestellt) auf an einem jeweiligen Rad vorgesehene Reibflächen, beispielsweise in Form einer Bremsscheibe 7A, 7B, 7C, 7D, ein, um das jeweilige Rad zu bremsen.
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Die optionale Bremsregelungsventilanordnung 47 ist in 1 lediglich schematisch dargestellt und dient zur individuellen Regelung der einzelnen Radbremsen 43A, 43B, 43C, 43D. Die Bremsregelungsventilanordnung 47 umfasst vier Einlassventile 48 und vier Auslassventile 49 und wird hierin aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher erläutert.
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1 zeigt weiter, dass ein optionaler Aktivkreis-Bremsdrucksensor 46 zur Erfassung eines Bremsdrucks in dem druckerzeugungsseitigen Teil 45B des hydraulischen Pfads 45 vorgesehen sein kann. Auch sind in 1 beispielhaft optionale Motorsensoren 47A, 47B zur Erfassung von Betriebsgrößen des Elektromotors, wie des Betriebsstroms oder einer Drehstellung dargestellt. Der Drehwinkel bspw. kann mittels Drehwinkelsignal 5D an die Steuerungsvorrichtung 4 weitergeleitet werden.
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Der Passivkreis 4 kann über Ventile hydraulisch an den Aktivkreis 2 gekoppelt werden, um bspw. im Falle eines Betriebsausfalls der Druckerzeugungsvorrichtung 40 eine Betätigung der Radbremsen 43 über den Hauptbremszylinder 22 zu ermöglichen. Hierfür sind zwei Koppelventile 26A, 26B vorgesehen (auch Ankopplungsventile genannt). Bei Ausbildung einer hydraulischen Kopplung werden die Verdrängerkolben 22A, 22B über die Koppelventile 26A, 26B an die Hydraulikleitungen 16, 17 angeschlossen, wobei die Koppelventile 26A, 26B analog zu den Trennventilen 44A, 44B gestaltet sein können. In 1 sind die Koppelventile 26A, 26B in einem offenen Zustand dargestellt.
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In 1 ist weiterhin gezeigt, dass das Bremssystem 1 ein optionales Reservoir 70 aufweist, welches Hydraulikfluid enthält. Im Gegensatz zu Druckspeichern, wird in einem Reservoir das Hydraulikfluid im Wesentlichen bei Umgebungsdruck gespeichert. Das Reservoir 70 ist über ein Rückschlagventil 71 hydraulisch an den druckerzeugerseitigen Teil des hydraulischen Pfads gekoppelt. Das Rückschlagventil 71 ist dabei derart ausgebildet, dass dieses öffnet und einen Fluidstrom in den druckerzeugerseitigen Teil 45B des hydraulischen Pfads 45 zulässt, wenn der Druck im druckerzeugerseitigen Teil 45B des hydraulischen Pfads 45 kleiner als ein erforderlicher Öffnungsdifferenzdruck ist.
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Wie in 1 weiterhin gezeigt, ist die Steuerungsvorrichtung 5 mit der Stellanordnung 20 des Betätigungskreises 2, insbesondere mit den Sensoren Passivkreis-Drucksensor 23 und dem Stellwegsensor 24 der Stellanordnung 20, mit der Druckerzeugungsvorrichtung 40 und mit dem Trennventil 44 verbunden ist. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann ferner mit den Koppelventilen 26A, 26B, dem optionalen Aktivkreis-Bremsdrucksensor 46 sowie den optionalen Motorsensoren 47A, 47B verbunden sein. Hierbei wird unter „verbunden“ eine funktionelle Verbindung verstanden, insbesondere eine Datenverbindung, die drahtgebunden oder drahtlos realisiert sein kann. Hierüber kann bspw. das Aktivkreis-Bremsdrucksignal 5P übermittelt werden. Die Steuerungsvorrichtung 5 kann insbesondere einen Prozessor (nicht dargestellt) und einen Datenspeicher (nicht dargestellt) aufweisen, wobei auf der Datenspeicher Software enthält, die dazu eingerichtet ist, den Prozessor zur Ausführung der nachfolgend beschriebenen Funktionen bzw. des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zu veranlassen.
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Die Steuerungsvorrichtung 5 ermittelt anhand des Bremsanforderungssignals 3 einen in dem Aktivkreis 4 erforderlichen Bremsdruck (Soll-Druck) und erzeugt ein entsprechendes Motorsteuersignal 5M, welches die Druckerzeugungsvorrichtung 40 übermittelt wird, beispielsweise an den Aktuator 41 der Druckerzeugungsvorrichtung 40. Die Druckerzeugungsvorrichtung 40 stellt auf Basis des Motorsteuersignals 5M den Soll-Druck als Ist-Druck im Aktivkreis ein. Insbesondere kann der Aktuator 41 wird gemäß dem Motorsteuersignal 5M bei geöffneten Trennventilen 44A, 44B betrieben werden und bewegt den optionalen Verdrängerkolben 42 derart in der Vorwärts- oder der Rückwärtsrichtung, dass der Soll-Druck im Aktivkreis eingestellt wird. Optional kann hierbei mittels des optionalen Aktivkreis-Bremsdrucksensors 46 eine geschlossene Regelschleife realisiert werden, in welcher der Bremsdruck im Aktivkreis gemäß dem Soll-Druck geregelt wird.
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Die Druckbereitstellung wird dadurch realisiert, dass auf Grund eines Bremswunsches (Fahrer, interne Funktion oder externer Bremswunsch) ein Solldruck ermittelt und dieser durch das Bewegen des Verdrängerkolbens 42 der Druckerzeugungsvorrichtung 40 eingestellt wird. Sollen Raddrücke individuell beeinflusst werden, so kann der mit der Druckerzeugungsvorrichtung 40 bereitgestellte Druck je nach Anforderung über die Einlassventile 48 und die Auslassventile 49 für jedes Rad einzeln gestellt werden. Typisch erfolgen Druckreduzierungen durch das Öffnen der Auslassventile 49. Bremsflüssigkeit wird in das Reservoir 70 abgelassen. Der Druckaufbau erfolgt in einem ersten Schritt über die Einstellung eines Systemdruckes mit der Druckerzeugungsvorrichtung 40 und in einem weiteren Schritt durch die proportionale Ansteuerung der Einlassventile 48. Soll der Druck z.B. in einem Rad A gehalten oder abgebaut und gleichzeitig in einem anderen Rad B der Druck erhöht werden, so wird der Systemdruck auf das Niveau mindestens des Maximalsolldruckes beider Räder eingestellt. Das Einlassventil 48 des Rades A wird dabei abhängig vom Differenzdruck zwischen dem Systemdruck und dem geschätzten Raddruck so mit einem Strom angesteuert, dass der höhere Systemdruck nicht zu einem Volumenstrom über das Einlassventil 48 des Rades A führt.
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Bei einer hochdynamischen Druckaufbauanforderung durch den Fahrer oder einen externen Bremswunsch nimmt der Aktuator 41 der Druckerzeugungsvorrichtung 40 des Fremdkraftbremssystems viel kinetische Energie auf. Diese wird zum Druckaufbau in den Rädern mitverwendet, wenn genügend Bremskraft zwischen Reifen und Fahrbahn übertragen werden kann. Bei Erreichen des maximal übertragbaren Reibbeiwertes zwischen Reifen und Fahrbahn können die Raddrehzahlen absinken und müssen zur Erhaltung der Seitenführungskräfte stabilisiert werden. Das kann für alle vier Räder gleichzeitig der Fall sein. Die Einlassventile 48 werden geschlossen und der Druck in den Rädern über die Auslassventile 49 moduliert. Die Motorsollgeschwindigkeit im selben Moment auf 0 (null) zu setzen reicht jedoch nicht aus, um die gesamte kinetische Energie im Rotor vollständig und schlagartig abzubauen. Typisch ist auch die erlaubte generatorische Rückspeisung in das elektrische Bordnetz begrenzt, welche beim Abbremsen des Aktuator 41 anfällt.
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Mittels der Koppelventile 26A, 26B kann der Aktivkreis 4 hydraulisch an den Passivkreis 2 gekoppelt werden, um bspw. bei einer ermittelten, drohenden Drucküberhöhung einen Fluidabfluss aus dem Aktivkreis 4 in den Passivkreis 2 zu ermöglichen. Wie bereits dargestellt, wird zur Bremskrafterzeugung die Druckerzeugungsvorrichtung 40 aktiviert. Wenn in diesem Fall eine Bremsregelung ausgeführt werden muss, können bspw. die Einlassventile 48 der Bremsregelungsventileinrichtung 47 geschlossen werden. In diesem Fall wird in der Regel der Aktuator 41 der Druckerzeugungsvorrichtung 40 angehalten. Jedoch besteht eine gewisse Nachlaufphase. In dieser Nachlaufphase bewegt sich der Verdrängerkolben 42 weiter und fördert Bremsfluid. Wird in diesem Fall ermittelt, dass es zu einer Drucküberhöhung im Bremssystem kommen kann, kann ein Fluidvolumen definiert werden, welches zur Vermeidung der Druckerhöhung aus dem Aktivkreis 4 abgeleitet werden müsste. In diesem Fall werden bspw. die Koppelventile 26A, 26B geöffnet, um ein Ableiten des Fluidvolumen aus dem Aktivkreis in den Passivkreis zu ermöglichen. Durch die Reduzierung des Fluidvolumens des Aktivkreises 4 wird das temporäre Nachlaufen des Aktuators 41, bzw. des Verdrängerkolbens 42 der Druckerzeugungsvorrichtung 40 im Wesentlichen kompensiert. Hierdurch wird das Entstehen einer Druckspitze im Bremssystem begrenzt oder sogar vermieden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Detail nachfolgend beispielhaft anhand des voranstehend beschriebenen Bremssystems aus 1 erläutert.
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In 2 ist eine Darstellung der Verfahrensschritte einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt S1 der Start des Verfahrens. Bspw. kann das Verfahren beim Vorliegen einer Bremsanforderung starten.
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In einer Bedingung B1a wird ermittelt, ob eine Nutzung der Koppelventile 26A, 26B zum Zweck der Druckentlastung möglich ist. Das heißt, es wird überprüft, ob die Koppelventile 26A, 26B überhaupt geöffnet werden können. Bspw. wird aus den im System vorhandenen Informationen über die wirksamen Differenzdrücke an den Ventilen und aus dem Verhältnis von Hauptbremszylinderdruck p_SC zu Aktuatordruck p_PM errechnet, ob sich die Koppelventile 26A, 26B öffnen lassen. Ist dies der Fall (Y-Abzweig), so darf der Aktuator 41 der Druckerzeugungsvorrichtung 40 im Schritt S2 unlimitiert schnell drehen. Ist dies nicht der Fall (N-Abzweig), so erfolgt im Schritt S5 eine Limitierung der kinetischen Energie des Aktuator 41, insb. erfolgt eine Begrenzung der Drehzahl des Elektromotors.
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Im Anschluss wird in beiden Fällen das System weiter beobachtet. In einer Bedingung B2a wird hierfür überprüft, ob die Steifigkeit des Systems eine definierte erste Charakteristik aufweist. Eine Änderung der Steifigkeit des Systems ergibt sich bspw., wenn Einlassventile schließen. Als erste Charakteristik kann bspw. definiert sein, dass sich die Steifigkeit graduell erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann definiert sein, dass die Steifigkeit des Systems einen ersten Schwellenwert übersteigt. Ist dies der Fall (Y-Abzweig), so erfolgt ebenfalls im Schritt S5 eine Limitierung der kinetischen Energie des Motors. Das heißt es sind auch andere Übergänge möglich, um die Drehzahl des zuvor unlimitiert schnell drehenden Motors zu begrenzen. Zum Beispiel kann ein graduell steifer werdendes System erkannt und der Übergang zur Limitierung der Motorgeschwindigkeit vorab vollzogen werden. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn zum Beispiel die erreichten Drücke bereits hoch genug sind oder bereits einige Räder einen Druckabbau fordern.
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In einer Bedingung B2b wird überprüft, ob die Steifigkeit des Systems eine definierte zweite Charakteristik aufweist. Als zweite Charakteristik kann bspw. definiert sein, dass sich die Steifigkeit stark erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann die Kinematik des Motors, insb. die Drehzahl des Motors, berücksichtigt werden. Als Bedingung kann daher definiert sein, dass sich die Steifigkeit des Systems stark erhöht und ein schnell drehender Motor vorliegt. Ist die Bedingung nicht erfüllt (N-Abzweig), beginnt das Verfahren von vorne. Ist die Bedingung erfüllt (Y-Abzweig), so erfolgt in einem Schritt S3 ein Öffnen der Koppelventile sowie ein Abbremsen, bzw. Anhalten des Motors (bspw. auf einen Sollwert=0). Durch das Öffnen der Koppelventile übersteigt der Druck p_AC plötzlich den Druck p_SC und die Kolben des Hauptbremszylinders werden ein wenig in Richtung Fahrerfuß verschoben. Wegen der geringen Elastizität der Druckerzeugungseinheit ist das dabei verschobene Volumen sehr klein gegenüber dem Volumen in der Radbremse und auch sehr klein gegenüber dem Volumen in Simulator und Hauptbremszylinder. Speziell am Schwimmkolben des Hauptbremszylinders reicht eine geringfügige Bewegung aus, um die Ventilationsbohrung zu öffnen, so dass überschüssiges Volumen in Richtung Reservoir entweichen kann. Durch das abfließende Fluidvolumen bei wird die Druckspitze im Aktivkreis abgebaut.
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Während Schritts S3 weiter ausgeführt wird, wird eine Bedingung B3 überprüft. Als Bedingung B3 wird bspw. die Kinematik des Motors überprüft, insb. wird überprüft, ob der Motor langsam genug dreht. Alternativ oder zusätzlich kann als Bedingung B3 überprüft werden, ob das definierte Fluidvolumen aus dem Aktivkreis abgeleitet ist. Ist die Bedingung B3 nicht erfüllt (N-Abzweig) so wird in einem Schritt S4 weiter mit offenen Koppelventilen gewartet.
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Während desSchritts S5 wird - wie bereits beschrieben - die kinetische Energie des Motors begrenzt. Dabei wird die erlaubte Drehzahl des Motors fortlaufend so begrenzt, dass ein Anhalten ohne Überschreiten eines Maximaldruckes stets möglich ist. Auch hier wird das System weiter beobachtet.
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In einer Bedingung B2c wird überprüft, ob die Steifigkeit des Systems eine definierte dritte Charakteristik aufweist. Als zweite Charakteristik kann bspw. definiert sein, dass sich die Steifigkeit stark erhöht. Alternativ oder zusätzlich kann die Kinematik des Motors, insb. die Drehzahl des Motors, berücksichtigt werden. Als Bedingung kann daher definiert sein, dass sich die Steifigkeit des Systems stark erhöht und ein schnell drehender Motor vorliegt. Ist die Bedingung erfüllt (Y-Abzweig), so erfolgt in einem Schritt S6 ein Abbremsen, bzw. Anhalten des Motors (bspw. auf einen Sollwert=0). Das heißt, auch hier wird versucht, den Motor anzuhalten, falls sich die Steifigkeit des Bremssystems unerwartet schnell erhöht.
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In einer Bedingung B1b wird erneut ermittelt, ob eine Nutzung, d.h. ein Öffnen der Koppelventile 26A, 26B möglich ist. Ist dies nicht der Fall (N-Abzweig) so wird mit geschlossenen Koppelventilen gewartet. Ist dies der Fall (Y-Abzweig), so werden die Koppelventile in einem Schritt S7 geöffnet. Im Anschluss an S7 erfolgt ebenfalls die Prüfung der Bedingung B3.
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Ist die Bedingung B3 erfüllt (Y-Abzweig) werden die Koppelventile in einem Schritt S9 geschlossen. Mit dem anschließenden Schritt S10 wird das Verfahren beendet.
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In 3 ist eine Darstellung der Verfahrensschritte einer alternativen Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Unterscheidend wird bei der alternativen Ausführungsform der bisherige Schritt S3 des linken Pfades durch die Schritte S6, B1b, S8 sowie S7 ersetzt. D.h. es erfolgt eine erneute Überprüfung der Nutzungsmöglichkeit der Koppelventile. Dies erscheint vorteilhaft, da neben der Zeitkomponente insb. durch den gem. S2 unlimitiert drehenden Motor ein großer Einfluss auf den Systemdruck des Aktivkreises vorliegt, was wiederum die Möglichkeit zum Öffnen der Koppelventile beeinträchtigen kann. Um doppelte Ausführungen zu vermeiden, wird für alle weiteren Aspekte auf die Ausführungen zu 2 verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018212279 A1 [0002]
- DE 102015201331 A1 [0003]
- DE 102018213069 A1 [0004]
- DE 102017214858 A1 [0005]