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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsenkennwerts und ein Verfahren
zum Betreiben einer Elektronischen-Stabilitätsprogramm-Anlage (ESP) eines Kraftfahrzeugs.
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In modernen Fahrzeugen sind heutzutage Systeme
vorgesehen, die der Stabilisierung des Fahrzeugverhaltens dienen
sollen. Solche Systeme, die auch als Elektronische-Stabilitätsprogramm-Systeme
(ESP) bezeichnet werden, beinhalten nach dem heutigen Stand der
Technik insbesondere eine Fahrdynamikregelung zur Stabilisierung
des Fahrzeugs, eine Antriebsschlupfregelung zur Reduzierung von
Antriebsschlupf durch Beeinflussung des Motormoments, eine elektronische
Differentialsperre zur Erhöhung
der Traktion durch Bremseneingriff, ein Antiblockiersystem (ABS),
eine elektronische Bremskraftverteilung (EBV) und eine Motorschleppmomentenregelung.
Zusätzlich
können
weitere Unterfunktionen vorgesehen sein.
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Der Aufbau einer ESP-Anlage und deren Funktion
ist hinreichend bekannt und wird daher im Folgenden nur stark vereinfacht
beschrieben.
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Anhand der Auswertung der zur Verfügung stehenden
Sensorsignale wird über
den Zustand des Fahrzeugs bezüglich
der Stabilität,
der Traktion und des Bremsverhaltens entschieden. Gegebenenfalls wird
bei Erkennung einer Gefahrensituation oder Abweichungen von Soll-Werten
durch die ESP-Anlage eingegriffen.
Ein solcher Eingriff kann über
die Beeinflussung des Motormoments oder über die Bremsvorrichtungen
an dem Fahrzeug erfolgen.
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Die Beeinflussung über den
Bremseneingriff, mit dem Ziel die Stabilität des Fahrzeugs wiederherzustellen,
die Traktion zu erhöhen,
oder als Eingriff des Anti-Blockiersystems (ABS) kann radindividuell, beispielsweise
durch Anheben oder Absenken des Bremsdrucks erfolgen. Eine solche
Beeinflussung kann beispielsweise über eine klassische ABS-Hydraulik
mit selbstsaugender Pumpe erfolgen. Eine weitere Möglichkeit
ist die Verwendung einer Elektro-Hydraulischen-Bremse (EHB) mit
Druckspeicher.
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Zur Steigerung der Funktionsfähigkeit
und des Komforts der ESP-Anlage wird in den Reglern der ESP-Anlage
nicht nur unmittelbar das Fahrzeugverhalten geregelt. Vielmehr werden
auch die am Fahrzeug wirkenden Kräfte und Momente berücksichtigt.
Diese können
beispielsweise Antriebskräfte, Bremskräfte und
Giermomente beinhalten. Die Beträge
dieser Kräfte
und Momente liegen zum Teil vor, d.h. sind bekannt. So werden beispielsweise
die Motormomente vom Motorsteuergerät ausgegeben. Kräfte und
Momente, deren Beträge
nicht vorliegen, müssen
gemessen oder simuliert werden.
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Da es bezüglich der Bremskräfte bisher
noch kein Verfahren gibt, das zur wirtschaftlichen Messung von Bremskräften in
einer Großserie
des Automobilbaus geeignet ist, müssen die Bremskräfte simuliert werden.
Als Grundlage dient hierfür
in der Regel ein Bremsenkennwert, der im Fahrversuch ermittelt wird. Dieser
Kennwert beschreibt das Verhältnis
des Bremsmoments zu dem Bremsdruck. Der Bremsdruck kann im Fahrversuch
gemessen werden oder beispielsweise durch ein Druckmodell simuliert
werden, wobei anhand von Ventilschaltzeiten und Pumpenhüben der
Ausgangsdruck und das Volumen pro Hub berücksichtigt werden. Dieser Simulation
wird in dem Druckmodell in der Regel die Druck-Volumenkennlinie
zugrunde gelegt.
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Der Nachteil bei dieser Ermittlung
des Bremsenkennwerts besteht darin, dass dieser Bremsenkennwert,
der im Fahrversuch ermittelt wird, einen konstanten Wert darstellt.
Hierdurch können
Veränderungen über die
Lebensdauer der Bremsen, über die
Schädigung
der Bremsen, beispielsweise durch Missbrauch, oder die Temperatur
der Bremsen nicht berücksichtigt
werden.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das es ermöglicht wird,
einen aktuellen Bremsenkennwert von Bremsen eines Fahrzeugs zu ermitteln.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass diese Aufgabe durch mittelbare oder unmittelbare
Integration von Informationen bezüglich des Fahrzeugzustands
in den Algorithmus zur Bestimmung des Bremsenkennwerts gelöst werden
kann.
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Gemäß einem Aspekt wird die Aufgabe
erfindungsgemäß daher
gelöst
durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsenkennwerts, wobei
zumindest eine Größe, die
den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt
wird.
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Als Bremsenkennwert B_kenn wird im
Sinne dieser Erfindung der Wert bezeichnet, der das Verhältnis von
Bremsmoment zu Bremsdruck beschreibt.
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Die eine Größe, die bei der Bestimmung
dieses Kennwerts berücksichtigt
wird und den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, kann
wahlweise unmittelbar in den Algorithmus zur Bestimmung des Bremsenkennwerts
einbezogen werden. Alternativ können
die Einflüsse
der Größe durch
Ermittlung von daraus resultierenden Werten berücksichtigt werden. Durch dieses
Verfahren wird es möglich,
den Bremsenkennwert genauer zu bestimmen. Insbesondere können tatsächliche
Bedingungen der Bremsvorrichtung und deren Einfluss auf den Bremsenkennwert
berücksichtigt
werden.
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Gemäß einer Ausführungsform
des Verfahrens stellt die Größe die aktuelle
Temperatur zumindest einer Bremse des Fahrzeugs dar. Die aktuelle Temperatur
der Bremse kann durch Simulation oder durch Messung bestimmt werden.
Die Simulation der Temperatur stellt dabei in ESP-Anlagen keinen
gesonderten Aufwand dar, da diese beispielsweise in Schlupfregelsystemen
bereits über
einen Algorithmus integriert ist.
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Einen wichtigen Einfluss besitzt
die Temperatur der Bremse insbesondere auf deren Reibbeiwert. Dieser
stellt eine Funktion der Temperatur dar. In dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird daher vorzugsweise aufgrund der aktuellen Temperatur der Bremse
der Reibbeiwert der Bremse ermittelt. Dies kann durch Berechnung
des Reibbeiwerts nach der Ermittlung der aktuellen Temperatur erfolgen.
Vorzugsweise kann aber auch die Kennlinie des Verhältnisses
von Temperatur auf Reibbeiwert in einer Speichereinheit abgelegt
sein. Auf diese Speichereinheit kann dann zur Bestimmung des aktuellen
Bremskennwerts zugegriffen werden und der zu der ermittelten Temperatur
gehörende
Reibbeiwert ausgelesen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform
des Verfahrens wird die zumindest eine Größe über Einzelachsabbremsung ermittelt.
Dies bringt den Vorteil, dass das durch die tatsächliche Bremskraft bewirkte Fahrzeugverhalten
als Grundlage für
die Bestimmung des Bremsenkennwerts dienen kann und somit eine Vielzahl
von Einflüssen
berücksichtigt
werden können.
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Insbesondere kann die Größe, die
mittelbar oder unmittelbar für
die Bestimmung des Bremsenkennwerts verwendet wird, die Verzögerung des Fahrzeugs
darstellen. Zusätzlich
wird vorzugsweise die Masse des Fahrzeugs bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts
berücksichtigt.
Diese Größe kann
entweder gemessen oder aber gemittelt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Betreiben einer ESP-Anlage,
wobei für
die Simulation der Bremskraft ein Bremsenkennwert verwendet wird,
der nach einem der Verfahren bestimmt wird, bei dem zumindest eine
Größe, die
den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt
wird. Durch diese Art des Betreibens der ESP-Anlage wird es möglich, Fehlansteuerungen
oder Übersteuerungen
zuverlässig
zu vermeiden, die bei ESP-Anlagen auftreten können, bei denen für die Bestimmung
der Bremskraft ein vorbestimmter konstanter Bremsenkennwert verwendet
wird.
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Wird als eine Größe zur Bestimmung des aktuellen
Bremsenkennwerts die Temperatur der Bremse verwendet, so kann diese
gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens über das
Schlupfregelsystem ermittelt werden. Dies ist vorteilhaft, da in
der Regel ein Algorithmus eines Wärmemodells Bestandteil des
Schlupfregelsystems ist und daher keine zusätzlichen Berechnungsschritte
durchgeführt
werden müssen,
wodurch die Reaktionszeit des ESP-Systems nicht verlängert wird.
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Die Vorteile und Merkmale, die mit
Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung des Bremsenkennwerts, erwähnt sind,
gelten soweit anwendbar auch für
das Verfahren zum Betreiben der ESP-Anlage und umgekehrt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand
der beiliegenden Zeichnungen erläutert,
wobei:
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1 ein
Flussdiagramm darstellt, das den Verfahrensablauf einer Ausführungsform
des Verfahrens zur Bestimmung des Bremsenkennwerts darstellt; und
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2a und b: beispielhafte Reibbeiwert-Temperaturkennlinien
darstellen.
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Anhand von 1 wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
beschrieben.
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Die Abhängigkeit des Reibbeiwerts μ_Belag von
der Temperatur T der Bremse wird berechnet oder durch Versuche an
einem Prüfstand
ermittelt und in einer Kennlinie zusammengefasst, die die Beziehung μ_Belag =
f(T) wiedergibt. Dies kann vor dem Starten des Fahrzeugs, insbesondere
vor der Aktivierung des ESP-Systems, erfolgen. Alternativ kann der
Zusammenhang zwischen dem Reibbeiwert μ_Belag und der Temperatur T
in dem Algorithmus zur Berechnung des aktuellen Bremsenkennwerts B_kenn
abgelegt sein, der während
des Betreibens der ESP-Anlage bzw. des Fahrzeugs durchlaufen wird.
Als Speicher für
die Kennlinie und/oder den Algorithmus kann der Rechner, insbesondere
der Rechner des Steuergeräts
der ESP-Anlage verwendet werden. Um den Aufwand bezüglich der
Rechenzeit und/oder des Speicherplatzes zu minimieren, können wenige
Temperaturbereiche mit den dazugehörigen Reibbeiwerten μ_Belag im
Speicher des Rechners abgelegt sein. Diese Speicherung kann auch
genutzt werden, wenn die Kennlinien einfach sind und/oder, wenn
geringe Anforderungen an die Genauigkeit der Berechnung des Bremskennwerts B_kenn
gestellt werden.
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Wird die Abhängigkeit des Reibbeiwerts μ_Belag vorab,
d.h. vor dem Betreiben des Fahrzeugs berechnet und abgelegt, so
kann anschließend
die aktuelle Temperatur des Bremssystems, insbesondere des Bremsbelags
bzw. der Bremsbeläge,
berechnet oder simuliert werden.
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Anhand der so ermittelten Temperatur
der Bremse wird der zu dieser Temperatur gehörige Reibbeiwert μ_Belag ermittelt,
indem dieser entweder aus einer im Speicher abgelegten Kennlinie
oder Tabelle ausgelesen wird, oder über den in dem Berechnungsmodell
integrierten Algorithmus berechnet wird.
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Der so präzise, d.h. für die aktuelle
Temperatur der Bremse, insbesondere der Bremsbeläge und der Bremsscheibe, zutreffend
bestimmte Reibbeiwert μ_Belag
kann somit bei der Ermittlung des Bremsenkennwerts B_kenn verwendet
werden, wodurch die aktuellen Zustände und damit die aktuell zu
Verfügung
stehende Reibwirkung der Bremse berücksichtigt werden kann.
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Je nach den Anforderungen an die
Genauigkeit des bestimmten Bremskennwerts B_kenn kann die in dem
Berechnungsmodell integrierte oder im Speicher abgelegte Kennlinie
für die
Temperaturabhängigkeit
des Reibbeiwerts μ_Belag
jeder Temperatur (T) einen eigenen individuellen Reibbeiwert μ_Belag zuordnen,
oder aber einem ganzen Temperaturbereich einen einzelnen Reibbeiwert μ_Belag zuordnen.
In 2a ist eine Kennlinie
dargestellt, bei der die Reibbeiwerte μ_Belag jeweils einer Temperatur
zugeordnet sind, wohingegen in 2b eine Kennlinie
dargestellt ist, in der ein Reibbeiwert μ_Belag jeweils einem Temperaturbereich
zugeordnet ist.
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Alternativ oder zusätzlich zu
dieser Art der Bestimmung des Bremsenkennwerts B_kenn kann der Bremsenkennwert
B_kenn während
der Fahrt durch Einzelachsabbremsung bestimmt werden. Voraussetzung
hierfür
ist ein Bremssystem, das während
normaler Betriebsbremsungen die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung durch
eine sporadische Abbremsung einer Achse einstellen kann. Der vom
Fahrer eingeleitete Bremsvorgang muss dabei in jeder Phase, d.h.
auch während
der Phase der Einzelachsabbremsung für die Insassen als normaler Bremsvorgang
wahrnehmbar sein.
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Definitionsgemäß kann daher vorzugsweise eine
Elektro-Hydraulische-Bremsanlage
(EHB) verwendet werden. Das Verfahren der Einzelachsabbremsung ist
in der Bremsen- bzw. Fahrzeugentwicklung bekannt. Erfindungsgemäß wird dieses
Verfahren in vorteilhafter Weise genutzt, um automatisch den aktuellen
Bremskennwert zu bestimmen. Hierzu wird das Verfahren der Einzelachsabbremsung
in den Algorithmus eines Bremsregelsystems oder eines Schlupfregelsystems
eingebunden.
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Durch diese Einbindung kann zu einem
gegebenen Zeitpunkt während
des Betriebs des Fahrzeugs, d.h. während der Fahrt, der Bremsenkennwert
bestimmt werden, wobei die tatsächlichen
Verhältnisse
des Fahrzeugs berücksichtigt
werden und der Bremsenkennwert daher im Vergleich zu Bremsenkennwerten,
die im Fahrversuch ermittelt wurden, genauer ist. Dieser Wert kann
dann zu der Regelung der einzelnen Komponenten, die durch ein ESP-System
angesteuert werden, verwendet werden und der Komfort sowie die Leistungsfähigkeit
dieses Systems werden daher erhöht.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt eine Aktivierung der Einzelachsabbremsung in Abhängigkeit
von der Bremsentemperatur. Wird eine gewisse Temperatur erreicht,
die beispielsweise über
die Schlupfregelsysteme bestimmt wird oder gemessen wird, so wird
eine Einzelachsabbremsung durchgeführt. Weiterhin ist es möglich, die
Bestimmung in Abhängigkeit
von der Fahrweise, beispielsweise aufgrund der Häufigkeit der Betätigung der
Bremse oder in Abhängigkeit
vom Kilometerstand, beispielsweise alle 100km, zu aktivieren.
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Bei der Einzelachsabbremsung wird
die Verzögerung
des Fahrzeugs gemessen und die Raddrücke und die Fahrzeugmasse bestimmt
und die Ergebnisse des dynamischen Radialmessers erfasst. Alternativ
zur Messung der Verzögerung
können
die Werte ausgewertet werden, die in einem ABS oder einem ESP ohnehin
vorliegen. Aus diesen Ergebnissen kann nun der aktuelle Bremsenkennwert
ermittelt werden. Hierbei wird die Beziehung berücksichtigt, dass die Bremskraft
dem Produkt aus Fahrzeugmasse und Fahrzeugverzögerung entspricht.
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Für
diese Bestimmung kann als Fahrzeugmasse die aktuelle Fahrzeugmasse,
d.h. einschließlich
Fahrgästen
und mitgeführten
Objekten, verwendet werden. Diese kann beispielsweise bei Fahrzeugen
mit Luftfederung an Hand der aktuellen Federbalgdrücke und
Querschnitte ermittelt werden. Ist eine solche Masse des Fahrzeugs
nicht bekannt, d.h. kann diese nicht ermittelt werden, so kann für die Bestimmung
des Bremsenkennwerts die Fahrzeugmasse aus dem Leergewicht des Fahrzeugs
und dem zulässigen
Gesamtgewicht des Fahrzeugs gemittelt werden.
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Mit dieser Bestimmungsart des Bremsenkennwerts
ist es möglich,
den maximalen Fehler bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts und
damit auch der Bremskraft auf plus/minus 15% zu begrenzen. Diese
hohe Genauigkeit des bestimmten Bremsenkennwerts kann zu einer verbesserten
Funktionsweise und einer höheren
Zuverlässigkeit
eines ESP-Systems führen.
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Durch die Bestimmung des Bremsenkennwerts
mittels Einbeziehung der Einzelachsabbremsung in die Brems- oder
Schlupfregelsysteme ist es nämlich
möglich,
dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs, insbesondere der Bremsen, Rechnung
zu tragen. Ein Verschleiß der
Bremsen wird ebenso berücksichtigt,
wie eine Beschädigung
der Bremsen oder deren Temperatur.
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In einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
können
auch die Methode der Einzelachsabbremsung und die Methode der Berücksichtigung
der Temperatur bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts kombiniert
werden. Hierbei können
beispielsweise die aufgrund dieser beiden Varianten ermittelten
Bremsenkennwerte gemittelt werden.
