DE10328028A1

DE10328028A1 - Verfahren zur Bestimmung von Bremsenkennwerten und Bremssteuerung

Info

Publication number: DE10328028A1
Application number: DE2003128028
Authority: DE
Inventors: Elmar Ahle; Markus Dr. Kleutges; Michael Reiner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des aktuellen Bremsenkennwerts von Bremsvorrichtungen eines Kraftfahrzeugs und/oder eines Kraftfahrzeuganhängers, wobei diskrete Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Eingangsdaten ermittelt werden, aus den diskreten Bremsenkennwerten mindestens zwei Kennfelder erzeugt werden und aus den Kennfeldern der aktuelle Bremsenkennwert durch Interpolation berechnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Bremsenkennwerts von Bremsvorrichtungen eines Kraftfahrzeugs und/oder eines Kraftfahrzeuganhängers, wobei diskrete Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Eingangsdaten ermittelt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Bremssteuerung, ein Kraftfahrzeug sowie einen Kraftfahrzeuganhänger.

Die Bestimmung von diskreten Bremsenkennwerten in Abhängigkeit von im Fahrbetrieb gewonnenen Eingangsdaten ist im Prinzip bekannt aus der DE 196 48 936 A1 und der hierauf aufbauenden DE 100 11 270 A1 . Die exakte Kenntnis des Bremsenkennwerts ist notwendig, um bei Kraftfahrzeugen verschiedene Regelziele der Bremsanlage erreichen zu können. Ein solches Regelziel ist beispielsweise die optimale Adhäsion beim Bremsen, wobei für eine optimale Kraftschlussausnutzung alle Räder auf gleichem Schlupf gehalten werden sollen. Ein weiteres Regelziel ist die optimale Stufbarkeit der Bremsanlage, um ein PKW-ähnliches Pedalgefühl zu erhalten. Für Sattelzüge ist ein Regelziel die massenproportionale Verteilung der Bremsarbeit zwischen Zug- und Anhängefahrzeug. Dies hat den Sinn, dass Zug- und Anhängefahrzeug mit gleicher Verzögerung gebremst werden. Somit kann beispielsweise vermieden werden, dass bei zu starker Abbremsung des Zugfahrzeugs dieses vom weniger stark abgebremsten Anhängefahrzeug geschoben wird (sogenannter Anhängerauflaufstoß), was der Sicherheit und dem Fahrkomfort des Sattelzugs stark abträglich ist.

Der Bremsenkennwert C^* ist definiert als Quotient aus Umfangskraft und aufgebrachter Zuspannkraft und wird auch als innere Übersetzung der Bremse bezeichnet. Der Bremsenkennwert ist u.a. abhängig von der Temperatur der Bremsscheibe und der Bremsbeläge, dem Bremsdruck, der Reibgeschwindigkeit und damit der Geschwindigkeit des Fahrzeuges sowie der chemischen Zusammensetzung, dem Zustand und der thermischen Vorbelastung der Bremsbeläge. Für Scheibenbremsen gilt, dass der Bremsenkennwert C^* gleich dem doppelten Reibwert μ_B zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe ist. In der Praxis übliche Werte für den Reibwert μ_B bei Scheibenbremsen liegen zwischen 0,3 und 0,6; somit betragen die entsprechenden Bremsenkennwerte C^* 0,6 bis 1,2.

Beim aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden während des Fahrbetriebs Messungen vorgenommen, um in Abhängigkeit der gemessenen Eingangsdaten Bremsenkennwerte bestimmen zu können. Gemäß der DE 196 48 936 A1 werden hierbei Gleichungen verwendet, die sich aus dem Kräftegleichgewicht zwischen Zug- und Anhängefahrzeug während eines Bremsvorgangs ergeben. Gemäß der DE 100 11 270 A1 wird dieses Prinzip mit Hilfe radspezifischer Gleichungen dahingehend verfeinert, als dass auch eine radindividuelle Ermittlung eines Bremsenkennwerts möglich ist.

Problematisch bei den genannten Verfahren ist jedoch, dass die Ermittlung eines Bremsenkennwerts entsprechende Messungen voraussetzt, um die Eingangsdaten zur Verfügung zu stellen und diese Messungen zu Beginn einer Fahrt noch nicht zur Verfügung stehen, da noch kein Bremsvorgang durchgeführt wurde. Zudem sind auch nicht alle Bremsvorgänge für die Bestimmung eines Bremsenkennwerts geeignet und es müssen gegebenenfalls mehrere Messungen durchgeführt werden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Bremsenkennwerts und eine Vor richtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitzustellen, mit denen Bremsenkennwerte relativ genau auch zu Fahrtbeginn zur Verfügung gestellt werden können.

Die Erfindung löst dieses Problem dadurch, dass aus den diskreten Bremsenkennwerten mindestens zwei Kennfelder erzeugt werden, aus denen der aktuelle Bremsenkennwert durch Interpolation berechnet wird. Im Prinzip können die diskreten Bremsenkennwerte sowohl auf fahrzeugfernen Versuchsständen, auf Versuchsfahrten mit dem Kraftfahrzeug sowie während des normalen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs ermittelt werden.

Die Ermittlung der diskreten Bremsenkennwerte auf fahrzeugfernern Versuchsständen hat den Vorteil, dass die Eingangsdaten relativ gut kontrollierbar sind. So lässt sich die Bremsanlage auf eine bestimmte Temperatur und/oder auf bestimmte Bremsdrücke bringen und bei Verwendung einer Scheibenbremse die Scheibe auf eine entsprechende Geschwindigkeit bringen, die einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Es können beispielsweise für bestimmte Geschwindigkeiten jeweils Bremsdrücke und Bremstemperaturen variiert werden und für diese Eingangsdaten ein Kennfeld angelegt werden, in dem Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Bremsdruck und Bremstemperatur für eine bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit dargestellt sind. In einem weiteren Schritt können weitere Kennfelder (also beispielsweise für weitere Geschwindigkeiten) ermittelt werden.

Während des Fahrbetriebs können dann in Abhängigkeit des Betriebszustands des Fahrzeugs und der Bremse, also Fahrgeschwindigkeit, Bremsdruck- und Temperatur aus zum Betriebszustand angrenzenden Kennfeldern Bremskennwerte ermittelt und diese zur Ermittlung des aktuellen Bremsenkennwerts gewichtet werden. Im Prinzip wird der aktuelle Bremsenkennwert also aus vorher bekannten, angrenzenden Bremsenkennwerten interpoliert.

Selbstverständlich können die diskreten Bremsenkennwerte auch während Versuchsfahrten mit dem Kraftfahrzeug ermittelt werden. Das Kraftfahrzeug kann hierfür mit besonderen Messgeräten ausgestattet sein, beispielsweise mit Kraftmessdosen, mit denen das anliegende Bremsmoment während eines Bremsvorgangs ermittelt werden kann, wodurch unter Einbeziehung von Bremsdruck und Geometrie der Bremse der entsprechende Bremsenkennwert ermittelbar ist.

Bei Ermittlung der diskreten Bremsenkennwerte während des normalen Fahrbetriebs kann es sinnvoll sein, bereits existierende diskrete Bremsenkennwerte "aufzufrischen" und so auf Bremsenkennwerte, die auf Versuchsständen, bei einer Versuchsfahrt oder auch bei einer vorherigen Fahrt während des Normalbetriebs gewonnen wurden, zu ergänzen oder zu ersetzen. Durch das Ersetzen nur einzelner diskreter Bremsenkennwerte ist gewährleistet, dass auch bei Fahrtantritt und nach Durchführung nur weniger Messungen der Bremsenkennwert durch die erfindungsgemäße Interpolation zuverlässig ermittelbar ist.

Die Eingangsdaten können die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Bremsdruck und/oder die Bremstemperatur betreffen. Beispielsweise können für bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeiten in Abhängigkeit von Bremsdruck und/oder Bremstemperatur Bremsenkennwerte ermittelt werden, die in den Kennfeldern abgelegt werden. Werden für bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeiten Kennfelder erzeugt, die Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Bremsdruck und Bremstemperatur darstellen, bedarf es zur Ermittlung des aktuellen Bremsenkennwerts der Kenntnis der Fahrzeuggeschwindigkeit, um die für diesen Betriebspunkt relevanten benachbarten Kennfelder auszuwählen. Es bedarf ferner der Kenntnis von Bremsdruck und -temperatur, um aus den ausgewählten Kennfeldern die entsprechenden Bezugsbremskennwerte zu ermitteln und diese in Abhängigkeit der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit zu gewichten.

Es ist sinnvoll, dass vor Durchführung der Interpolation geprüft wird, ob die Eingangsdaten innerhalb von Zulässigkeitsintervallen liegen, um zu gewährleisten, dass überhaupt entsprechende Bremsenkennwerte aus den Kennfeldern ermittelt werden können, die ja auch nur für Eingangsdaten in bestimmten Intervallen vorliegen können.

Die Kennfelder können für spezifische Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt werden, beispielsweise für 20, 40, 60, 80, 100 und 120 km/h. Selbstverständlich können auch Kennfelder gröberer beziehungsweise feinerer Abstufung ermittelt werden.

Für eine gute Auswertbarkeit der Kennfelder kann es sinnvoll sein, dass die Kennfelder normiert werden, um die Auswertbarkeit durch einen Fahrzeugrechner zu erleichtern. Die Auswertbarkeit wird auch dadurch erleichtert, dass die ermittelten Kennfelder nicht direkt aus diskreten Bremsenkennwerten aufgebaut werden, sondern durch mathematische Funktionen beschrieben werden, mit denen die Kennfelder geglättet werden können.

Die Funktionen können beispielsweise durch Polynome gebildet sein, mit denen bereits eine gute Annäherung an das durch diskrete Bremsenkennwerte aufgespannte Kennfeld möglich ist. Selbstverständlich können auch die Koeffizienten der Polynome normiert werden, um eine leichtere Verarbeitbarkeit der Daten im Fahrzeugrechner zu ermöglichen.

Die Kennfelder können mit Korrekturkonstanten und/oder -faktoren angepasst werden. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass einmal ermittelte Kennfelder im Wesentlichen in ihrer Struktur beibehalten werden können, jedoch an aktuelle Betriebsverhältnisse anpassbar sind. Bei Anwendung einer Korrekturkonstanten lässt sich ein Kennfeld insgesamt verschieben und bei Anwendung eines Korrekturfaktors das Kennfeld strecken. Selbstverständlich lassen sich beide Methoden miteinander kombinieren.

Es ist sinnvoll, dass eine Anpassung der Kennfelder nur erfolgt, wenn die berechneten Korrekturkonstanten und/oder -faktoren innerhalb von Zulässigkeitsintervallen liegen. Hierdurch können einmal gewonnenen Bremsenkennwerte erhalten bleiben, wenn Korrekturkonstanten und/oder -faktoren außerhalb eines Zulässigkeitsintervalls liegen und das Kennfeld somit in unzulässiger Weise verändert werden würde.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Korrekturkonstanten und/oder -faktoren ausgehend von mindestens zwei Messungen berechnet, die auf drei Größen A, B und C basieren. Hierbei findet eine erste Messung der Größen A und B bei einem bestimmten ersten Zustand der Größe C und eine zweite Messung der Größen A und B bei einem vom ersten Zustand der Größe C abweichenden zweiten Zustand. Beispielsweise wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit der Bremsdruck und die Bremstemperatur ermittelt und bei einer von der ersten Geschwindigkeit abweichenden zweiten Geschwindigkeit wieder der Bremsdruck und die Bremstemperatur. Über die im Prinzip aus dem Stand der Technik bekannten Kräftegleichgewichte und/oder radspezifischen Gleichungen lassen sich nun Bremsenkennwerte ermitteln, die wiederum die erfindungsgemäßen Kennfelder aktualisieren können. Für Sattelzüge ist es notwendig, dass drei Messungen durchgeführt werden, wenn der Sattelzug insgesamt mit drei Achsen, die jeweils abzubremsen sind, ausgestattet ist. Für weitere Achsen müssen entsprechend weitere Messungen durchgeführt werden.

Es ist nicht erforderlich, dass alle Eingangsdaten durch entsprechende Sensoren bereitgestellt werden. Es kann auch ausreichend sein, dass beispielsweise die Bremstemperatur durch ein Temperaturmodell bereitgestellt wird.

Bei Durchführung der Messungen ist es sinnvoll, die sich aus diesen ergebenden Eingangsdaten in einem Speicher abzulegen, der nach dem FIFO-Prinzip (First In/First Out) arbeiten kann.

Somit können nicht verwertbare Messungen, die beispielsweise von vorherigen Messungen nicht genügend abweichen und somit nur zu einer sehr fehlerhaften Ermittlung eines Bremsenkennwerts führen, verworfen werden und andere, im Speicher gespeicherte Eingangsdaten zur Bestimmung des Bremsenkennwerts herangezogen werden.

Die Erfindung betrifft auch eine Bremssteuerung, die zur Durchführung der beschriebenen Verfahren geeignet ist und Sensoren zur Erfassung der Eingangsdaten und/oder eine Recheneinheit und/oder eine Speichereinheit aufweisen kann.

Die Erfindung betrifft ferner Kraftfahrzeuge und Kraftfahrzeuganhänger, die mit einer entsprechenden Bremssteuerung ausgerüstet sind.

Der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstands der Erfindung entnehmbar.

Für diese Ausführungsbeispiele zeigen:
1 einen Programmablaufplan zur Bestimmung des aktuellen Bremsenkennwerts;
2 das Kräftegleichgewicht in horizontaler Richtung für ein zweiachsiges Fahrzeug;
3 das Kräftegleichgewicht in horizontaler Richtung für einen Sattelzug; und
4 einen Programmablaufplan zur Online-Adaption des Korrekturfaktors.
Definition des Bremsenkennwertes
Der Bremsenkennwert C^* ist als Quotient aus Umfangskraft F_U und aufgebrachter Zuspannkraft F_S definiert als
Algorithmus zur Ermittlung des Bremskennwerts aus gemessenen Kennfeldern
Für eine Geschwindigkeit sollen aus Messungen ermittelte Kennwerte, die beispielsweise am Bremsenprüfstand bestimmt werden, durch eine Funktion
angenähert werden, um ein Kennfeld in Abhängigkeit des Bremsdrucks p und der Temperatur ϑ zu generieren. Die Koeffizienten α_i werden gemäß dem Gauß'schen Ausgleichsprinzip so bestimmt, dass die Summe der Quadrate der Fehler der einzelnen Gleichungen minimal wird.
Für f(ϑ, p) wird eine biquadratische Funktion angesetzt, d.h.
oder ausgeschrieben
Damit sind neun Koeffizienten α_j für jede Geschwindigkeit zu bestimmen. Die Koeffizienten α₁ bis α₈ sind mit Einheiten versehen, um so die dimensionslose Größe C^* zu berechnen.
Im Folgenden wird die Berechnung des Bremsenkennwertes für den Fall beschrieben, dass das Kennfeld durch ein biquadratisches Polynom zu fünf Geschwindigkeiten (20, 40, 60, 80 und 100km/h) approximiert wurde. Dies dient lediglich der Veranschaulichung und weder die gewählten Geschwindigkeiten, noch die äquidistante Schrittweite sind Voraussetzung für die Auswertung. Als Eingangsgrößen für den Algorithmus werden die Geschwindigkeit ν, die Temperatur ϑ und der Bremsdruck p benötigt. Die Berechnung des Bremsenkennwertes erfolgt in drei Schritten (vergleiche 1):

1. Zuerst wird sichergestellt, dass die drei Parameter innerhalb der Maxima und Minima liegen, für die ein gesichertes Kennfeld vorliegt. Liegt ein Parameter außerhalb dieser Schranken, wird er gleich der Grenze gesetzt. FALLS ν < ν_min DANN ν ≔ ν_min (mit ν_min = 20 km/h) FALLS ν > ν_max DANN ν ≔ ν_max (mit ν_max = 100 km/h) FALLS ϑ < ϑ_min DANN ϑ ≔ ϑ_min (mit ϑ_min = 100°C) FALLS ϑ > ϑ_max DANN ϑ ≔ ϑ_max (mit ϑ_max = 500°C) FALLS p < p_min DANN p ≔ p_min (mit p_min = 0,70 bar) FALLS p > p_max DANN p ≔ p_max (mit p_max = 8,17 bar)
2. Über die Geschwindigkeit ν werden die Kennfelder ermittelt, die auszuwerten sind. Die Geschwindigkeit ν wird entweder zwischen zwei Kennfeldern liegen oder genau die Geschwindigkeit eines Kennfeldes haben. Dies kann durch die Überprüfung im ersten Schritt geschehen. Der Ausdruck int(ν/20) liefert nur das ganzzahliege Ergebnis der Division und ignoriert den Rest. FALLS int(ν/20) 1: Berechne C * / 1(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 20 km/h Berechne C * / 2(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 40 km/h 2: Berechne C * / 1(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 40 km/h Berechne C * / 2(ϑ' p) mit den Koeffizienten für ν = 60 km/h 3: Berechne C * / 1(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 60 km/h Berechne C * / 2(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 80 km/h 4: Berechne C * / 1(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 80 km/h Berechne C * / 2(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 100 km/h 5: Berechne C * / 1(ϑ, p) mit den Koeffizienten für ν = 100 km/h C * / 2(ϑ, p) = C * / 1(ϑ, p) da int(ν/20) = 5 nur für ν = ν_max gilt ENDE FALLS
3. Der letzte Schritt besteht in einer Interpolation, um den Bremsenkennwert

Adaption des approximierten Kennfeldes
Die Bremskraft F_B der Radbremsen an Vorder- und Hinterachse errechnet sich nach FB = mgesẍ – FL – FSt – FR – FDBI (6)mit der Fahrzeugmasse m_ges, der Verzögerung ẍ und folgenden Widerständen:

– Luftwiderstand F_L,
– Steigungswiderstand F_St,
– Rollwiderstand F_R, und
– Motorschleppmoment und die Bremswirkung des Retarders bei einem Fahrzeug mit Dauerbremsintegration (kurz DBI) F_DBI.

Üblicherweise werden die Verzögerungen in Prozent der Erdbeschleunigung g angegeben und mit z bezeichnet. Die Verzögerung der Radbremsen zB = zist – zR – zL – zSt – zDBI (7) berechnet sich mit aus der gemessenen Verzögerung
des Fahrzeugs. Die Größen z_ist, z_R, z_L, z_St, z_DBI und m_ges liegen innerhalb der elektropneumatischen Bremsanlage vor (vgl. DE 44 43 522 A1 und DE 44 44 650 A1 ).
Die Problematik bei der Bestimmung der Bremsenkennwerte liegt darin, dass nur die gesamte Bremskraft der Radbremsen, d.h. die Summe der Bremskräfte an den einzelnen Achsen, aus der Verzögerung bestimmt werden kann. Die Verzögerung der Radbremse z_B berechnet sich nach o.g. Gleichung (7) und wird durch die Bremskräfte der Radbremse F_B an der Vorder- und Hinterachse erzeugt.
In 2 sind die Bremskräfte der Radbremse und die aus der Verzögerung der Radbremse resultierende Trägkeitskraft eingezeichnet. Die Kräfte in vertikaler Richtung, wie die Gewichtskraft und die Achslasten, sind der Übersicht halber nicht eingetragen.
Nach dem d'Alembert'schen Prinzip ergibt sich aus dem Kräftegleichgewicht in horizontaler Richtung für ein zweiachsiges Fahrzeug FBVA + FBHA = mgeszBg (9)
Aus dem Bremsdruck kann die Bremskraft der Radbremse als unbekanntem Parameter bestimmt werden. Der Bremsenkennwert wird für jede Achse als Durchschnittswert der linken und rechten Bremse bestimmt.
Die Bremskräfte an Vorder- und Hinterachse errechnen sich beispielsweise für eine Scheibenbremse nach
mit dem Wirkungsgrad η, der Übersetzung i, der Nennkraft F_N, dem Nenndruck p_N, dem Anlegedruck p_A, dem wirksamen Radius r_WS und dem dynamischen Reifenradius r_dyn. Eingesetzt in Gleichung (9) ergibt sich eine Gleichung
mit den Bremsenkennwerten an der Vorder- und Hinterachse als Unbekannte. Die Quasikonstanten a_VA und a_HA können auch für andere Bremsen bestimmt werden und das Verfahren ist nicht nur auf diese Scheibenbremse beschränkt.
Adaption durch einen Korrekturfaktor
Aus der Temperatur der Bremsscheibe ϑ, dem Bremsdruck p und der Geschwindigkeit ν der zwei Bremsungen ergeben sich für die Vorder- und Hinterachse die Bremsenkennwerte C^* = f(ϑ, p, ν) aus dem Kennfeld. Bei der Funktion f(ϑ, p, ν) kann es sich um das zuvor beschriebene approximierte Kennfeld handeln oder um eine beliebige andere Funktion, die den Bremsenkennwert in Abhängigkeit der Parameter Temperatur, Druck und Geschwindigkeit beschreibt. Zu zwei Geschwindigkeiten werden die Bremsdrücke und Temperaturen an der Vorder- und Hinterachse gemessen oder durch ein Temperaturmodell bestimmt.
Es wird nun angenommen, dass sich der Bremsenkennwert wie das ermittelte Kennfeld verhält und sich nur um einen Korrekturfaktor k von diesem unterscheidet.
Damit ergibt sich ein Gleichungssystem mit den zwei unbekannten Korrekturfaktoren
Aus zwei Messungen können die Korrekturfaktoren k_VA und k_HA nach Gleichung (13) berechnet werden. Es wird geprüft, ob die Korrekturfaktoren innerhalb noch zu spezifizierender Grenzen k_min und k_max liegen, kmin ≤ k ≤ kmax. (14)
So sind die Korrekturfaktoren beispielsweise nur plausibel, wenn sie positiv sind. Die so gewonnenen Korrekturfaktoren werden gesammelt, bis eine gewisse Anzahl berechnet worden ist. Dann wird das arithmetische Mittel berechnet und als neuer Korrekturfaktor festgesetzt oder mit dem vorherigen Faktor gewichtet. Diese Korrektur geschieht mit je einem Faktor pro Achse. Damit ist nur eine Speicherung eines Korrekturfaktors pro Achse notwendig, während die Koeffizienten des am Bremsenprüfstand ermittelten Kennfelds unverändert bleiben.
Eine andere Möglichkeit ist die Adaption des Korrekturfaktors nach jeder Auswertung. Der Korrekturfaktor nach der Anpassung k⁺ wird aus dem Korrekturfaktor vor der Anpassung k^– mit dem Gewicht w (0 ≤ w ≤ 1) und dem berechneten Korrekturfaktor k nach k+ = wk– +(1 – w)k (15) ermittelt. Es ist ebenfalls sinnvoll, für den Korrekturfaktor nach der Anpassung k⁺ Grenzen k + / min und k + / max mit k+min ≤ k+ ≤ k+max (16)festzulegen. Während die Grenzen k_min und k_max recht großzügig gewählt werden können, da über die Gewichtung eine Mittelwertbildung erfolgt, sollten die Grenzen für den Korrekturfaktor nach der Anpassung k⁺ enger gewählt werden.
Adaption des Kennfeldes durch eine Korrekturkonstante
Eine weitere Möglichkeit zur Adaption des Kennfeldes besteht darin, eine Korrekturkonstante c zu verwenden. Die Berechnung der Korrekturkonstanten geschieht analog zur Ermittlung des Korrekturfaktors.
Zuerst werden die Bremsenkennwerte zu zwei verschiedenen Zuständen aus dem Kennfeld ermittelt. Es wird nun angenommen, dass sich der Bremsenkennwert annähernd wie das ermittelte Kennfeld verhält und sich nur um eine Korrekturkonstante c von diesem unterscheidet. Damit ergeben sich die beiden Bedingungen
die in Gleichung (11) eingesetzt das lineare Gleichungssystem
ergeben. Die berechneten Korrekturkonstanten c_VA und c_HA werden nach einer Plausibilitätsprüfung gesammelt oder direkt, wie für den Korrekturfaktor beschrieben, zu einer neuen Korrekturkonstanten verarbeitet. Auch hier gilt, dass zwischen den Grenzen (c_min und c_max) der zur Korrektur verwendeten Konstanten und der. Grenzen (c + / min und c + / max) der korrigierten Konstanten unterschieden wird. Auch für die Adaption durch eine Korrekturkonstante ist je ein Wert pro Achse zu speichern, während die am Bremsenprüfstand ermittelten Koeffizienten unverändert bleiben. Im Folgenden wird der Begriff "Korrekturgröße" als Oberbegriff für den Korrekturfaktor und die Korrekturkonstante verwendet. Die Lösung des Gleichungssystems mit
kann direkt angegeben werden:
Weitere Möglichkeiten zur Adaption des Kennfeldes
Für die Adaption des Kennfeldes sind weitere Möglichkeiten denkbar. So ist eine Kombination aus den beiden zuvor beschriebenen Methoden möglich, welches eine Korrektur des Kennfeldes C* = k f(ϑ, p, ν) + c (21)um einen Faktor k und eine Konstante c zulässt. Damit müsste jedoch für zwei Kennwerte ein Gleichungssystem mit vier Gleichungen und vier Unbekannten gelöst werden (zweiachsiges Fahrzeug). Für einen Sattelzug wäre ein Gleichungssystem mit sechs Unbekannten zu lösen, was zu Schwierigkeiten bei der Umsetzung im Fahrzeugrechner führt.
Ebenfalls könnten die Korrekturgrößen von einem oder mehreren Parametern abhängig sein und beispielsweise für verschiedene Geschwindigkeiten ν berechnet werden. Damit wird nur noch angenommen, dass sich der Bremsenkennwert in den Parametern Temperatur und Druck bis auf die Korrekturgröße gleich verhält. Bei konstanten Geschwindigkeiten ergeben sich die Korrekturgrößen nach C* = k(ν)f(ϑ, p, ν = konst.) oder C* = f(ϑ, p, ν = konst.) + c(ν). (22)
Dies bedeutet, dass die beiden Messungen zu ungefähr gleichen Geschwindigkeiten durchgeführt werden müssen, was die Auswertbarkeit einschränkt. Diese Einschränkung wird natürlich erhöht, wenn die Korrekturgrößen in Abhängigkeit von zwei Parametern angepasst werden. Sollen die Korrekturgrößen beispielsweise in Abhängigkeit der Temperatur und Geschwindigkeit nach C* = k(ϑ, ν)f(ϑ = konst., p, ν = konst.) (23)oder C* = f(ϑ = konst., p, ν = konst.) + c(ϑ, ν) (24) angepasst werden, müssen zwei Gleichungen mit ungefähr der gleichen Temperatur und Geschwindigkeit gefunden werden. Der nächste Schritt, das Auswerten für einen bestimmten Zustand, ist bei der Verwendung des Gleichungssystems nicht möglich. Denn die Bremsdrücke, genauer das Verhältnis der Bremsdrücke, der beiden Messungen müssen unterschiedlich sein, um eine nicht singuläre oder fast singuläre Koeffizientenmatrix zu erhalten.
Es ist ebenfalls denkbar, mehr als zwei Messungen zur Berechnung der Korrekturfaktoren bzw. -konstanten zu verwenden und die Korrekturgrößen aus einem überbestimmten Gleichungssystem mit der linearen Ausgleichsrechnung zu bestimmen. Dies ist jedoch aus folgenden Gründen für die Umsetzung im Fahrzeugrechner nicht sinnvoll. Zum einen dürfen die Rechenoperationen für die Implementierung im Fahrzeugrechner nicht zu kompliziert werden, so dass ein einfacher Algorithmus angestrebt wird. Zum anderen ist das System, das aus zwei Messungen resultiert, schlecht konditioniert und dieses wird durch die lineare Ausgleichsrechnung noch verstärkt.
Gleichungssystem für den Sattelzug
Die für ein zweiachsiges Fahrzeug beschriebenen Algorithmen sind auch auf einen Sattelzug, d.h. Zugfahrzeug mit Anhängefahrzeug, durch eine Erweiterung des Gleichungssystems anwendbar. Für einen Sattelzug ist wiederum nur die gesamte Bremskraft bekannt und sie muss auf die Vorder- und Hinterachse des Zugfahrzeugs, sowie das Anhängefahrzeug verteilt werden (siehe 3): FBVA + FBHA + FBAnh = mgeszBg. (25)
Die Verzögerung der Radbremse z_B berechnet sich wie bei der Sattelzugmaschine solo nach Gleichung (7). Die Bremskräfte an den n_Anh Aufliegerachsen werden zu einer Kraft F_BAnh zusammengefasst, wobei gleiche Bestückung an den Aufliegerachsen vorausgesetzt wird.
Damit ergibt sich eine Gleichung
mit drei unbekannten Bremsenkennwerten für den Sattelzug. Aus drei Messungen ergibt sich ein Gleichungssystem
mit neun unbekannten Bremsenkennwerten. Damit werden sechs zusätzliche Bedingungen benötigt, damit das Gleichungssystem lösbar ist. Wird die oben diskutierte Annahme eines Korrekturfaktors k oder einer Korrekturkonstante c eingeführt, ergibt sich analog zum zweiachsigen Fahrzeug ein Gleichungssystem mit drei Gleichungen und drei Unbekannten.
Die Annahme C*(i) = k f(ϑ(i), p(i), ν(i)) (28)führt auf ein Gleichungssystem
für die drei unbekannten Korrekturfaktoren der einzelnen Achsen. Erfolgt die Adaption des Kennfeldes durch eine Korrekturkonstante für jede Achse mit C*(i) = f(ϑ(i), p(i), ν(i)) + c (30)führt dies auf folgendes Gleichungssystem:
Algorithmus zur Online-Adaption durch das Gleichungssystem
Es gilt die Abschätzung
für den Einfluss von Fehlern ΔA in der Koeffizientenmatrix A und Δb in der rechten Seite b auf den relativen Fehler der Lösung eines linearen Gleichungssystems. Diese Abschätzung gilt nur für die betragsgroßen Komponenten von x. Die relativen Fehler betragskleiner Komponenten von x können jedoch viel größer sein.
Daraus folgt für die Algorithmen zur Kennfeldanpassung, dass die Konditionszahl der Koeffizientenmatrix möglichst klein sein muss. Diese Forderung entspricht unterschiedlichen Druckverhältnissen bei den auszuwertenden Messungen. Die relativen Fehler in der Koeffizientenmatrix entsprechen relativen Fehler bei der Ermittlung des Bremsdruckes. Um den relativen Fehler in der Koeffizientenmatrix möglichst klein zu halten, muss der Bremsdruck deutlich über dem Anlegedruck des Membranzylinders liegen. Fehler der rechten Seite sind Fehler bei der Fahrzeugmasse und der Berechnung der Verzögerung durch die Radbremse. Deshalb muss bei der Berechnung der Verzögerung darauf geachtet werden, dass ein genügend großer Anteil von der Radbremse aufgebracht wird und nicht durch andere Anteile, wie beispielsweise die der Dauerbremsintegration.
Für die einzelnen Messungen ergeben sich damit eine Bedingung für den Bremsdruck p an jeder Achse p > pmin (33)und eine Bedingung für die Verzögerung durch die Radbremse zB > zBmin. (34)
Die Forderung nach einer kleinen Konditionierung ist für eine Kombination aus zwei Messungen zu prüfen: cond(A) < condmax. (35)
Dies entspricht einer Umverteilung der Bremsdrücke und damit der Bremskräfte zwischen den Achsen.
Für die Umsetzung im Fahrzeugrechner können nicht beliebig viele Messungen gesammelt werden und gegeneinander ausgewertet werden. Deshalb ist eine sequentielle Speicherung der stationären Bremsphasen nach dem FIFO-Prinzip vorteilhaft. Es wird ein Feld angelegt, bei dem nur am Anfang Daten entfernt und am Ende eingefügt werden können. Dieses Feld wird als Schlange oder Warteschlange bezeichnet.
Die Bedingungen für die Bremsdrücke und die Verzögerung der Radbremse können für jede einzelne stationäre Bremsphase überprüft werden, während für die Konditionierung immer eine Kombination aus zwei stationären Bremsphasen geprüft wird. So werden nur stationäre Bremsphasen gespeichert, die die Bedingungen für die Bremsdrücke und die Verzögerung erfüllen.
Zu Beginn der Fahrt enthält die Warteschlange keine Elemente und die gewichteten Korrekturgrößen sind mit k + / Start = 1 bzw. c + / Start = 0 initialisiert. Die erste stationäre Bremsphase, die die Bedingungen für die Bremsdrücke und die Verzögerung erfüllt, wird abgespeichert. Wenn eine zweite stationäre Bremsphase gefunden wird, die den Druck- und Verzögerungskriterien genügt, wird diese gespeichert und die Konditionierung überprüft. Ist die Konditionszahl kleiner als die geforderte Grenze, wird das Gleichungssystem zur Berechnung der Korrekturgrößen erstmalig ausgewertet. Die Korrekturgrößen werden mit dem Gewicht w angepasst. Wird die n-te stationäre Bremsphase abgespeichert, werden n – 1 Kombinationen mit den bereits gefundenen stationären Bremsphasen überprüft und gegebenenfalls ausgewertet. Für jede ausgewertete Kombination erfolgt die gewichtete Anpassung der Korrekturgrößen.
Die Anzahl der maximal gespeicherten stationären Bremsphasen ist auf n_max beschränkt. Ist das Feld mit n_max stationären Bremsphasen besetzt und eine weitere wird gefunden, wird nach dem FIFO-Prinzip die Bremsphase am Anfang gelöscht und die neue am Ende angefügt. Danach werden die n_max – 1 Kombinationen mit den anderen stationären Bremsphasen auf Auswertbarkeit überprüft. Wird das Gleichungssystem ausgewertet, erfolgt eine gewichtete Anpassung der Korrekturgrößen. Die Speicherung der stationären Bremsphasen ist für die beiden Fälle, maximale Anzahl an stationären Bremsphasen gefunden bzw. nicht gefunden, im Folgenden dargestellt.
Die Anzahl n_max der maximal gespeicherten stationären Bremsphase darf einerseits nicht zu klein sein, da sonst nicht genügend auswertbare Kombinationen gefunden werden. Andererseits dürfen auch nicht zu viele stationäre Bremsphasen gespeichert werden, da n_max – 1 Kombinationen auf Auswertbarkeit überprüft werden müssen. Der Algorithmus lässt sich wie folgt zusammenfassen (siehe 4 für die Adaption des Kennfeldes durch einen Korrekturfaktor):
Initialisiere die gewichteten Korrekturgrößen
Mit diesem Algorithmus kann die Berechnung der Korrekturgrößen in den Fahrzeugrechner implementiert werden. Für die Konstruktion der Koeffizientenmatrix A ist bei der Berechnung des Korrekturfaktors die Auswertung des Kennfeldes notwendig, wie sie zuvor beschrieben wurde. Bei der Berechnung der Korrekturkonstanten geschieht die Auswertung des Kennfeldes für die Konstruktion der rechten Seite b.
Für den Sattelzug kann dieser Algorithmus in leicht modifizierter Form verwendet werden. Neben dem Bremsdruck an der Vorder- und Hinterachse muss auch der Bremsdruck am Auflieger über dem geforderten Mindestdruck liegen. Sind drei stationäre Bremsphasen gefunden worden, die die Bedingungen erfüllen, erfolgt die erste Auswertung. Für jede neue gefundene stationäre Bremsphase n sind
Kombinationen zu überprüfen, ob die Konditionierungsbedingung erfüllt ist.

Claims

Verfahren zur Bestimmung des aktuellen Bremsenkennwerts von Bremsvorrichtungen eines Kraftfahrzeugs und/oder eines Kraftfahrzeuganhängers, wobei diskrete Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Eingangsdaten ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden: a) aus den diskreten Bremsenkennwerten werden mindestens zwei Kennfelder erzeugt, b) aus den Kennfeldern wird der aktuelle Bremsenkennwert durch Interpolation berechnet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der diskreten Bremsenkennwerte auf fahrzeugfernen Versuchsständen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der diskreten Bremsenkennwerte während Versuchsfahrten mit dem Kraftfahrzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der diskreten Bremsenkennwerte wäh rend des normalen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsdaten die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Bremsdruck und/oder die Bremstemperatur betreffen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Durchführung der Interpolation geprüft wird, ob die Eingangsdaten innerhalb von Zulässigkeitsintervallen liegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kennfelder für spezifische Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennfelder für spezifische Fahrzeuggeschwindigkeiten Bremsenkennwerte in Abhängigkeit von Bremsdruck und Bremstemperatur darstellen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennfelder normiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Kennfelder durch mathematische Funktionen beschrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass biquadratische Funktionen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionen durch Polynome gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Koeffizienten der Polynome normiert werden.
Verfahren nach einem Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass Koeffizienten in einer Matrix abgelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennfelder mit Korrekturkonstanten und/oder – faktoren angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewichtung der Korrekturkonstanten und/oder – faktoren erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassung der Kennfelder nur erfolgt, wenn die berechneten Korrekturkonstanten und/oder -faktoren innerhalb von Zulässigkeitsintervallen liegen.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturkonstanten und/oder -faktoren ausgehend von mindestens zwei Messungen, basierend auf drei Größen A, B und C berechnet werden, wobei eine erste Messung der Größen A und B bei einem bestimmten ersten Zustand der Größe C erfolgt und eine zweite Messung der Größen A und B bei einem vom ersten Zustand der Größe C abweichenden zweiten Zustand erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Größen A, B, C oder A, C, B oder B, A, C oder B, C, A oder C, A, B oder C, B, A den drei Größen Bremsdruck, Bremstemperatur, Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung der gemessenen Größen A, B und C Bedingungen überprüft werden, wobei die Bedingungen in Abhängigkeit von Grenzwerten für die gemessenen Größen und/oder der Konditionszahl der Koeffizientenmatrix für eine Kombination von mehreren Messungen definiert sind.
Verfahren einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die sich aus den Messungen ergebenden Eingangsdaten in einem Speicher abgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablegen der Daten nach dem FIFO-Prinzip erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Sattelzüge drei Messungen durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturmodell verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Formel zur Berechnung des aktuellen Bremsenkennwertes C^* lautet:
mit C₁: Bezugsbremskennwert bei einer ersten Fahrzeuggeschwindigkeit, C₂: Bezugsbremskennwert bei einer zweiten Fahrzeuggeschwindigkeit, ν: aktuelle Fahrzeugsgeschwindigkeit und s: Schrittweite zwischen den Kennfeldern für die erste und zweite Fahrzeuggeschwindigkeit. int(): ganzzahliges Ergebnis der Division
Bremssteuerung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist.
Bremssteuerung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremssteuerung Sensoren zur Erfassung der Eingangsdaten und/oder eine Recheneinheit und/oder eine Speichereinheit aufweist.
Kraftfahrzeug, das mit einer Bremssteuerung nach Anspruch 27 ausgerüstet ist.
Kraftfahrzeuganhänger für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 28.
Kraftfahrzeuganhänger, der mit einer Bremssteuerung nach Anspruch 27 ausgerüstet ist.