DE10362004B4

DE10362004B4 - Verfahren zur Verzögerung oder Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges

Info

Publication number: DE10362004B4
Application number: DE10362004A
Authority: DE
Inventors: Peter Frank; Attila Skrabák; József Sönfeld
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH; Knorr Bremse Systeme fuer Schienenfahrzeuge GmbH
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: DE10362004A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung der Verzögerung oder Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges mit mindestens einer primärseitig eines Getriebes angeordneten Dauerbremse und einer Betriebsbremse, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf einer Verzögerung oder Abbremsung bei geschlossenem Antriebsstrang bis zu einem Auftrennen des Antriebsstranges bei einem Schaltvorgang ermittelt wird, der neu geschaltete Gang ermittelt wird, aus den Werten der bisherigen Verzögerung bzw. Abbremsung und dem neuem Übersetzungsverhältnis die zu erwartende neue Verzögerung bzw. Abbremsung berechnet wird und während des Auftrennens des Antriebsstrangs die Verzögerung bzw. Abbremsung zwischen dem letzten Verzögerungswert bzw. Wert der Abbremsung bei noch ge schlossenem Antriebsstrang und dem berechneten ersten Verzögerungswert bzw. Wert der Abbremsung bei wieder geschlossenem Antriebsstrang durch eine vorgegebene Funktion interpoliert wird und die Bremswirkung während des geöffneten Antriebsstrangs durch automatischen Einsatz der Betriebsbremse hervorgerufen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Verzögerung oder Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bei Kraft- oder Nutzfahrzeugen mit einer primärseitig eines Getriebes angeordneten Dauerbremse, wie beispielsweise einem Primärretarder, einer Auspuffklappenbremse oder Motorbremse kann beim Auftrennen des Antriebsstranges, beispielsweise durch Ausrücken der Kupplung das Bremsmoment der Dauerbremse nicht mehr übertragen werden. Die Folge ist, dass während des Schaltvorgangs, solange der Antriebsstrang nicht wieder geschlossen ist, das Fahrzeug durch die Dauerbremse keine Abbremsung erfährt. Die Insassen des Fahrzeuges spüren die schlagartige Unterbrechung des Bremsmoments als Ruck. Dieser doppelte Ruck beim Aus- und Wiedereinkuppeln beeinträchtigt den Fahrkomfort. Der Fahrer wird womöglich noch zusätzlich beansprucht, falls er eine mangelnde Verzögerung des Fahrzeugs während des Schaltens durch Betätigung der Betriebsbremse kompensieren muss.
In der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 07 095 A1 ist ein Verfahren zum gesteuerten Bremseingriff beschrieben, nach dem bei einer automatischen Schaltung eines Kraftfahrzeugs im Schubbetrieb bei starkem Gefälle ein aktiver Bremseingriff der Betriebsbremse über die Dauer der zugkraftfreien Phase eingeleitet wird. Diese Hilfsbremsung wird mit Hilfe einer Auswertelogik des Fahrzustands elektronisch gesteuert.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass beim Schließen des Antriebsstrangs das Bremsmoment durch die Dauerbremse beim Herunterschalten höher und beim Hochschalten niedriger als das extrapolierte Bremsmoment ist und sich der damit verbundene Bremsdruck sowohl bei den Insassen des Fahrzeugs als Komfortbeeinträchtigung erweist, als auch ein durch den Bremsruck beim Einkuppeln bedingtes Verschieben der Ladung sicherheitstechnisch ungewünscht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Kraft- oder Nutzfahrzeugen mit einer primärseitig des Getriebes angeordneten Dauerbremse eine Steuerung der Verzögerung oder Abbremsung des Fahrzeuges zu schaffen, bei der die ruckbedingte Komfortbeeinträchtigung vermieden wird, und der Fahrer weitmöglichst entlastet wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Verzögerung bzw. Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges mit mindestens einer primärseitig eines Getriebes angeordneten Dauerbremse und einer Betriebsbremse, bei dem der zeitliche Verlauf einer bei geschlossenem Antriebsstrang verursachten Verzögerung bzw. Abbremsung bis zu einem Auftrennen des Antriebsstrangs bei einem Schaltvorgang ermittelt wird, der neu geschaltete Gang ermittelt wird, aus den Werten der bisherigen Verzögerung bzw. Abbremsung und dem neuen Übersetzungsverhältnis die zu erwartende neue Verzögerung bzw. Abbremsung berechnet wird und während des Auftrennens des Antriebsstrangs die Verzögerung bzw. Abbremsung zwischen dem letzten Verzögerungs- bzw. Abbremsungswert bei noch geschlossenem Antriebsstrang und dem berechneten ersten Verzögerungs- bzw. Abbremsungswert bei wieder geschlossenem Antriebsstrang durch eine vorgegebene Funktion interpoliert wird und die Bremswirkung während des geöffneten Antriebsstrangs durch automatischen Einsatz der Betriebsbremse hervorgerufen wird. Diese Verfahren ist insbesondere bei automatisierten Getrieben, z. B. automatisch geschalteten Vorgelegegetrieben besonders vorteilhaft, da hier der Antriebsstrang während des Schattens kurz aufgetrennt werden muss und zum Zeitpunkt des Auskuppelns bereits bekannt ist, in welchen Gang geschaltet werden soll. Auch ist die zu erwartende Schaltzeit mit ausgerückter Kupplung bekannt. Die Steuerung kann daher berechnen, nach welcher Zeit welches Bremsmoment beim Wiedereinkuppeln zu erwarten ist. Der Vorteil gegenüber dem oben beschriebenen Verfahren ist, dass auch beim Wiedereinkuppeln in den neuen Gang kein Ruck durch eine gesteigerte oder verringerte Bremswirkung beim Herunter bzw. Hochschalten auftritt.
Dabei kann entweder die Verzögerung oder die Abbremsung gesteuert werden. Die Verzögerung ist die negative Beschleunigung, d. h. die negative Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit. Sie kann positive wie negative Werte annehmen. Die Abbremsung ist das Verhältnis aus Bremskraft zu Aufstandskraft. Es kann durchaus vorkommen, dass ein Fahrzeug trotz Abbremsung beschleunigt, z. B. bei Hangabtrieb. Welche Variante des Steuerungsverfahrens, die Extrapolation der Verzögerung oder die der Abbremsung bevorzugt wird, ist im Wesentlichen eine Frage des Kundenwunsches. Beides ist technisch sinnvoll. Bei über den Zeitraum des Schaltvorgangs gleichbleibendem Hangabtrieb ist das Resultat der Geschwindigkeitsänderung bei Extrapolation der Verzögerung oder der Abbremsung gleich. Unterschiede ergeben sich nur, wenn sich die Neigung und damit der Hangabtrieb während des Schaltvorgangs ändert. Nimmt das Gefälle während des Schaltvorgangs zu, so würde bei einer Extrapolation der Abbremsung die Verzögerung sich zu geringeren Werten ändern als bei einer Extrapolation der Verzögerung. Im letzteren Fall würde der vermehrten Hangabtriebskraft mit einer erhöhten Bremswirkung begegnet werden. Die Steuerung der Abbremsung vermittelt ein unmittelbareres Fahrgefühl, da ein zunehmendes Gefälle eine geringere Verzögerung zur Folge hat. Beide Steuerungsvarianten bieten aber gegenüber den Fahrzeugen nach dem Stand der Technik den Vorteil, dass der dort übliche Ruck, der die Insassen des Fahrzeuges beim Öffnen und Schließen des Antriebsstranges vor und nach dem Schaltvorgang erfasst, ausbleibt. Es gibt hier keine schlagartige Verringerung der Abbremsung beim Auskupplung durch den Wegfall der Dauerbremse und keine wesentliche plötzliche Zunahme der Abbremsung beim Einkupplung durch die triebliche Zuschaltung der Dauerbremse. Der Fahrer hat nicht nur einen höheren Fahrkomfort durch ruckfreies Fahren, sondern kann auch die Bremsung des Fahrzeuges besser abschätzen. Um eine gleichmäßige Abbremsung über den Schaltvorgang hinweg zu erzielen, braucht der Fahrer mit der Fußbremse nicht mehr nachsteuernd eingreifen. Der Fahrer kann sich daher besser auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren. Dies führt zu einer Erhöhung der Fahrsicherheit.
Vorzugsweise ist die Dauerbremse ein hydrodynamischer oder elektrischer Retarder oder eine Motorbremse oder eine Auspuffklappenbremse oder eine Kombina tion daraus. Selbstverständlich sind auch weitere geläufige Dauerbremsen denkbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der automatische Einsatz der Betriebsbremse auf eine vorgegebene zeitliche Dauer begrenzt. Der Fahrer ist sich des Einsatzes der Dauerbremse nicht unmittelbar gegenwärtig, da er das Bremspedal nicht betätigt und ist sich daher möglicherweise nicht bewusst, das die Betriebsbremse bereits thermisch vorbelastet ist, wenn er aktiv mit der Betriebsbremse zu bremsen beginnt. Diese thermische Vorbelastung der Betriebsbremse, die der Fahrer womöglich nicht in sein Kalkül zieht, wird durch eine kurze Dauer des automatischen Einsatzes der Betriebsbremse gering gehalten. Der automatische Einsatz der Betriebsbremse ist sinnvoller Weise auf ca. zwei Sekunden Dauer begrenzt, da unter normalen Umständen ein Schaltvorgang nach dieser Zeit abgeschlossen ist. Ohne eine derartige Zeitbegrenzung des Einsatzes der Betriebsbremse wäre es insbesondere bei einem übermüdeten Fahrer denkbar, wenn auch unwahrscheinlich, dass er einen Gang unvollständig einlegt und der Schalthebel zurückspringt und in Nullstellung verbleibt. Der Fahrer merkt dies bei niedrigen Drehzahlen, niedrigem Gang und geringer Geschwindigkeit nicht und meint, er bremst mit der Dauerbremse. In Wirklichkeit aber bremst er automatisch mit der Betriebsbremse, die infolgedessen überhitzt und bei zusätzlicher Bremsanforderung bei steilem Gefälle nicht mehr einsatzbereit ist.
Alternativ oder kumulativ kann auch die maximale Bremskraft oder die maximale Bremsleistung oder die maximale Bremsenergie während des automatische Einsatz der Betriebsbremse auf einen vorgegebenen Wert begrenzt sein. Bei kurzzeitiger stärkerer Bremsung ist die maximale Bremsenergie die sinnvollste Größe, die begrenzt werden sollte, da sie den Wärmeeintrag und im quasi-adiabatischen Fall die maximale Temperatur bestimmt. Die Begrenzung der maximalen Bremsleistung ist sinnvoll, um den Verschleiß der Betriebsbremse gering zu halten. Die Begrenzung der maximalen Bremskraft ist steuerungstechnisch am einfachsten zu realisieren, da hier nur der Bremsdruck begrenzt werden muss, und keine Berechnungen mit Geschwindigkeit und Zeit als Eingangswerte erfolgen muss.
Vorzugsweise wird der Beginn und/oder das Ende der Auftrennung des Getriebestranges durch ein Sensorsignal oder eine Information einer Getriebesteuerung gemeldet. Bei einem automatisierten Getriebe stehen diese Daten zu Verfügung und können ausgegeben und in die Bremssteuerung eingelesen werden. Die Kommunikation kann beispielsweise über einen CAN-Bus erfolgen.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Verzögerung oder Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges mit mindestens einer primärseitig eines Getriebes angeordneten Dauerbremse und einer Betriebsbremse vorgeschlagen. Dabei wird der zeitliche Verlauf einer durch die Dauerbremse oder die Dauerbremsen und die Betriebsbremse bei geschlossenem Antriebsstrang verursachten Verzögerung bzw. Abbremsung während eines Auftrennens des Antriebsstranges bei einem Schaltvorgang extrapoliert. Die Bremswirkung während des Auftrennens des Antriebsstranges wird durch verstärkten Einsatz der Betriebsbremse verursacht. Diese Variante ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit einem Fahrerbremsmodul ausgestattet ist, das die Dauerbremse automatisch zur Entlastung der Betriebsbremse einsetzt. Bei einem Fahrzeug mit Fahrerbremsmodul und automatisch zugeschalteten Primärretarder rechnet der Fahrer beim Schalten nicht mit einem Nachlassen seiner durch die Fußstellung angeforderten Abbremsung. Bei einem Fahrzeug ohne die erfindungsgemäße Interpolation der Gesamtbremswirkung könnte die Verringerung des gesamten Bremsmoments bei einem Abtrennen des Retarderbremsmoments beim Schaltvorgang den Fahrer überraschen und zu einer verstärkten Betätigung des Fahrerbremsmoduls veranlassen. Nach dem Wiedereinkuppeln erhöht sich das gesamte Bremsmoment weiter, so dass ein Bremsruck den Fahrer erfasst. Dies führt zu einer unruhigen Fahrweise und ist für nachfahrende, dicht auffahrende Lastkraftwagen ein Gefahrenpotential. Bei der erfindungsgemäßen Interpolation der Gesamtbremswirkung durch verstärkten Einsatz der Betriebsbremse wird ein hoher Fahrkomfort mit berechenbarer Dynamik erzielt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei der Berechnung des Bremsdrucks der Betriebsbremse das während des Öffnungs- oder Schließvorgangs der Kupplung über den Antriebsstrang übertragene restliche Bremsmoment berücksichtig. Das Öffnen und Schließen der Kupplung geschieht nicht schlagartig, sondern über einen kurzen aber spürbaren Zeitraum schleift die Kupplung und überträgt einen Teil des Retardermoments, je nachdem wie weit sie ausgerückt bzw. eingerückt ist. Um einen weichen Übergang zwischen der Abbremsung durch den Retarder und der Abbremsung durch die Betriebsbremse zu gewährleisten, muss die Bremskraft durch die Betriebsbremse beim Auskuppeln derartig hochgesteuert werden, dass sie zusammen mit der restlichen übertragenen Bremskraft durch den Retarder die aus der Bremskraft vor dem Auskuppeln extrapolierte Bremskraft ergibt. Würde in der Bremssteuerung nur auf ein digitales Signal „Kupplung ausgerückt” ein digitales Signal „extrapolierte Bremskraft einsteuern” folgen, würde durch die Unterschiede in der Druckanschwellzeit der Betriebsbremse und der Abfallzeit des Übertragungsmoments des Primärretarders ein kurzzeitiger Überschwinger in der Gesamtbremskraft auftreten, der als unangenehmes Ruckeln empfunden werden würde. Dieser Überschwinger würde auch beim Wiedereinkuppeln auftreten, so dass die Insassen des Fahrzeuges einen doppelten Ruck wahrnehmen würden. Dies soll vermieden werden. Darum wird nicht nur beim Auskuppeln, sondern auch beim Einkuppeln die Bremskraft der Betriebsbremse derart gesteuert, dass die Gesamtbremskraft aus der Bremskraft der Betriebsbremse und aus der über die schleifende Kupplung übertragenen Bremskraft des Primärretarders während des Kupplungsvorgangs dem Interpolationswert entspricht.
Vorteilhafter Weise wird das während des Öffnungs- oder Schließvorgangs der Kupplung über den Antriebsstrang übertragene restliche Bremsmoment anhand eines Signals (clutch) über den Eingriffzustand der Kupplung ermittelt.
In einer vorteilhaften Ausführung dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird in einem ersten Schritt die über den Antriebsstrang übertragene Bremskraft F_{Br_Retarder} nach der Beziehung FBr_Retarder = MRetarder·nMotor/v·(1 – clutch)berechnet.
Dabei sind:

F_{Br_Retarder}:: übertragene Bremskraft des Retarders,
M_Retarder:: gegenwärtiges Retardermoment,
n_Motor:: Motordrehzahl,
v:: Geschwindigkeit des Fahrzeuges,
clutch:: Kupplungsausrücksignal (zwischen Null und Eins)

In einem zweiten Schritt wird dann die erforderlich Bremskraft der Betriebsbremse zu Beginn der Schaltpause nach der Beziehung FBr_Betriebsbremse = Fextrapoliert – FBr_Retarder berechnet.
Dabei sind:

F_{Br_Betriebsbremse}:: von der Betriebsbremse aufzubringende Bremskraft,
F_extrapoliert:: aus der Bremskraft im zuletzt eingekuppelten Zustand extrapolierte Bremskraft,
F_{Br_Retarder}:: übertragene Bremskraft des Retarders.

Der Bremsdruck wird nach der Interpolationsroutine während der Schaltpause beim Herunterschalten erhöht bzw. beim Hochschalten erniedrigt.
Schließlich kann in einfacher Weise der einzusteuernde Solldruck p_soll der Betriebsbremse über die Beziehung psoll = FBr_Betriebsbremse/cBetriebsbremse mit der Bremskonstante c_{Betriebsbremse} in [N/Pascal] berechnet werden.
In einer Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die einzige Figur zeigt den zeitlichen Verlauf des Bremsmomentes eines Primärretarders, der Stellung einer Kupplung, der Bremskraft F_{Br_Retarder} des Primärretarders auf das Fahrzeug und des Bremsdrucks an der Betriebsbremse; der ist bei einer Abbremsung eines Fahrzeuges und einem Schaltvorgang aus dem 5. in den 2. Gang der zeitliche Verlauf des Bremsemoments M_Retarder eines Primärretarders, der Öffnungsstellung einer Getriebekupplung (clutch), der Bremskraft F_{Br_Retarder} des Primärretarders, der angeforderten Bremskraft F_target des Fahrzeuges, aufgetragen als gestrichelte Linie und des Bremsdrucks p dargestellt. Mit abnehmender Geschwindigkeit nimmt bei eingekuppelten 5. Gang die Drehzahl des Primärretarders und damit sein erzeugtes Bremsmoment ab. Ebenfalls verringert sich die Bremskraft F_{Br_Retarder} des Primärretarders, die proportional zum Drehmoment ist.
Wird die Kupplung geöffnet, so verringert sich das übertragene Drehmoment mit abnehmender Reibungskraft an der Kupplung bis auf Null bei völlig getrennter Kupplung. Die Bremskraft F_{Br_Retarder} des Primärretarders verringert sich ebenfalls bis auf Null. Die angeforderte Bremskraft F_target des Fahrzeuges soll in der Ausgestaltung der Erfindung nach Figur während des Schaltvorgangs eine Interpolation zwischen dem Wert unmittelbar vor dem Schaltvorgang und dem errechneten Wert nach Wiedereinkuppeln sein. Die Differenz zwischen der angeforderten Bremskraft F_target und der Bremskraft F_{Br_Retarder} durch den Primärretarder wird während des Schaltvorgangs durch Abbremsung mit der Betriebsbremse aufgebracht. Dazu wird in der Betriebsbremse automatisch ein Bremsdruck p eingesteuert, der im wesentlichen zu dem errechneten Interpolationswert proportional ist.
Der Bremsdruck p wird eingesteuert, bis die Bremskraft F_{Br_Retarder} durch den Primärretarder nach dem Einkuppeln wieder einsetzt, maximal jedoch eine vorgegebene maximale Zeit T_max.

1: gegenwärtige Bremskraft
2: Kupplungsbetätigung
3: Zurücksetzung des Zählwerks der Zeit
4: Zielwert für die Bremskraft
5: Anforderung an die Betriebsbremse
6: Anforderung an den Bremsdruck
7: Verfahrensschritt
8: Inkrementierung des Zählwerks der Zeit
9: Anforderung an den Bremsdruck auf Null
10: Einsteuerung des Bremsdrucks in die Betriebsbremsen

Claims

Verfahren zur Steuerung der Verzögerung oder Abbremsung eines Kraft- oder Nutzfahrzeuges mit mindestens einer primärseitig eines Getriebes angeordneten Dauerbremse und einer Betriebsbremse, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Verlauf einer Verzögerung oder Abbremsung bei geschlossenem Antriebsstrang bis zu einem Auftrennen des Antriebsstranges bei einem Schaltvorgang ermittelt wird, der neu geschaltete Gang ermittelt wird, aus den Werten der bisherigen Verzögerung bzw. Abbremsung und dem neuem Übersetzungsverhältnis die zu erwartende neue Verzögerung bzw. Abbremsung berechnet wird und während des Auftrennens des Antriebsstrangs die Verzögerung bzw. Abbremsung zwischen dem letzten Verzögerungswert bzw. Wert der Abbremsung bei noch ge schlossenem Antriebsstrang und dem berechneten ersten Verzögerungswert bzw. Wert der Abbremsung bei wieder geschlossenem Antriebsstrang durch eine vorgegebene Funktion interpoliert wird und die Bremswirkung während des geöffneten Antriebsstrangs durch automatischen Einsatz der Betriebsbremse hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauerbremse ein Retarder oder eine Motorbremse oder eine Auspuffklappenbremse oder eine Kombination daraus ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der automatische Einsatz der Betriebsbremse auf eine vorgegebene zeitliche Dauer begrenzt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn und/oder das Ende der Auftrennung des Getriebestranges durch ein Sensorsignal oder eine Information einer Getriebesteuerung gemeldet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Bremsdrucks der Betriebsbremse das während des Öffnungs- oder Schließvorgangs der Kupplung über den Antriebsstrang übertragene restliche Bremsmoment berücksichtig wird.