DE19500834C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Minimierung des Bremsenergiebedarfs bei einem elektrischen Bremssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Minimierung des Bremsenergiebedarfs bei einem elektrischen Bremssystem mit nichtselbsthemmenden elektromecha­ nischen Bremsaktuatoren, bzw. mit elektromechanischen Bremsaktuatoren, die ein nichtselbsthemmendes Zwischengetriebe enthalten, und mit Sensoren zur Bestimmung des Raddrehzustands, wie sie auch für Antiblockiersysteme, Fahrdynamikregelungen oder geregelte Fahrwerke zur Verfügung stehen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Vorzugsweise umfaßt die erfindungsgemäße Bremsanlage ein Antiblockiersystem (ABS).

Bei einem elektrisch/elektronischen Bremssystem (brake by wire) wird die Betätigungsenergie für die Bremsen nicht mehr vom Fahrer aufgebracht.

Bei nicht selbsthemmenden, elektrisch betriebenen Bremssystemen wird nicht nur für die Zuspannbewegung, sondern auch zum Aufrechterhalten der Zuspannkraft elektrische Energie verbraucht.

Ein hier eingesetzter Elektromotor wird dann im Stillstand festgebremst betrieben. D. h.: bei einer elektrischen Bremse mit nichtselbsthemmenden Bremsaktuatoren, bzw. mit Aktuatoren, die ein nichtselbsthemmendes Zwischen­ getriebe enthalten, läuft der Bremsaktuator, z. B. ein Elektromotor, im Kurzschlußbetrieb weiter. Er gibt zwar keine kinetische Energie ab, nimmt aber trotzdem Strom auf und verbraucht somit (elektrische) Energie.

Der dabei auftretende Energieverbrauch ist unerwünscht und muß über den Generator letztlich vom Verbrennungsmotor aufgebracht werden, was zu Treibstoff-Mehrverbrauch führt.

Die Forderung nach einer insgesamt nichtselbsthemmenden Bremse ist insbesondere damit begründet, daß eine selbsthemmende Bremse bei Strom­ ausfall oder bei sonstigem Ausfall eines Aktuators während des Bremsens zum Blockieren des entsprechenden Rades führen kann.

Während der Fahrt ist eine bestimmte Bremswirkung gewünscht und deshalb ist während der Abbremsung ein Energieverbrauch nicht zu umgehen. Dabei wird die Bremswirkung nach Maßgabe einer Bremskraftverteilung durch Betätigung von normalerweise allen Radbremsen gleichzeitig erzielt.

Zur Vergleichmäßigung des Bremsbelagverschleißes ist es aus der im hydraulischen Bremssystem betreffenden DE 33 13 078 A1 bekannt, Sensoren zur Erfassung einer Restbelagdicke an dem Rad vorzusehen, deren Ausgangssignale einer zentralen Steuerelektronik zugeführt werden.

Entsprechend der Restbelagdicke bzw. des Verschleißes jedes Bremsbelags werden in den Bremsdruckleitungen angeordnete Magnetventile von der Steuer­ elektronik so angesteuert, daß sich eine Zurückhaltung des Bremsdruckes einzelner Radbremsen im Sinne einer Harmonisierung des Bremsansprech­ verhaltens und eines gleichmäßigen Verschleißes des Bremsbelages ergibt. Der Gedanke der Energieeinsparung ist der bekannten Gestaltung fremd.

Ist jedoch das Fahrzeug zum Stillstand gekommen, dann ist es ebenfalls nicht zwangsläufig, das Fahrzeug durch andauerndes Betreiben sämtlicher Aktuatoren im Stillstand zu halten.

Die Erfindung soll im Fahrzeugstillstand, bei dem die Bremskraftverteilung keine bedeutende Rolle mehr spielt, den Energiebedarf der Bremsanlage drastisch senken helfen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5 gelöst. Der mit der Erfindung erzielte Vorteil liegt insbesondere in einer Minderung des Energiebedarfs, vor allem im Stadt- und im Stauverkehr und - bei entsprechender Ausgestaltung des Reglers - auch bei leichten Abbremsungen; dadurch verringert sich der Kraftstoffverbrauch. Außerdem ist eine längere Lebensdauer der Bauteile der Bremse zu erwarten.

Es ist denkbar, z. B. zwei Bremsen abzuschalten und das Fahrzeug, so wie es eine Feststellbremse tut, nur mit zwei Rädern, z. B. den beiden Rädern einer Achse, festzuhalten.

Auch ist es denkbar, das Fahrzeug im Stillstand (z. B. an einer roten Ampel) nur an einem einzigen Rad festzuhalten.

Es ist weiterhin denkbar, daß das System während des Fahrbetriebs und einer vom Fahrer eingeleiteten Bremsung selbst entscheidet, welche Art der Bremsung vorgenommen wird. Aufgrund der Fahrgeschwindigkeit, der gewünschten Abbremsung, evtl. kritischer Fahrsituationen (Kurve) und des Fahrbahnzustands (Nässe, Eis) wird von der Elektronik festgelegt, welche Räder des Fahrzeugs abgebremst werden.

Wird z. B. im Stadtverkehr eine leichte Abbremsung vorgenommen, kann das System entscheiden, daß diese Abbremsung nur an der Vorderachse vorgenommen wird. Bei Staufahrt mit ausschließlichem Festhalten des Fahrzeugs (Automatik) ist es denkbar, daß nur an einem Rad gebremst wird und dabei die Aktuatoren radweise weitergeschaltet werden. Damit würden auch mögliche thermische Probleme vermieden.

Bei starken Abbremsungen und kritischen Fahrzuständen wird das Fahrzeug grundsätzlich an allen Rädern abgebremst, jedoch mit einer Bremskraftverteilung, die der Fahrstabilität des Fahrzeugs dienlich ist.

Bei leichten Abbremsungen leitet das System zu der vom Fahrer gewünchten und über das Bremspedal vorgegebenen Bremsverzögerung intern die Art der Verzögerung aus energetischen und fahrsicherheitsrelevanten Betrachten unter Einbeziehung der Signale der Raddrehzahl-Sensoren ab.

Da ein elektronisch/elektrisches Bremssystem sinnvollerweise ABS-Funktionen enthält, liegen diese Raddrehzahlinformationen ohne Mehraufwand vor.

Die ABS-Geber ermöglichen die Erkennung des Fahrzeugstillstandes. Sobald das Fahrzeug nicht mehr rollt, bewirkt eine Steuereinheit, daß nur noch ein Teil der Bremsaktuatoren das Fahrzeug festhält. Die anderen Aktuatoren können in diesem Fall abgechaltet werden. Es kann beispeilsweise nur eine einzige Bremse das Fahrzeug halten. Dennoch sollten bei einer sinnvollen Ausführung der Vorrichtung zumindest die beiden Räder einer Achse die Feststellfunktion übernehmen.

Löst der Fahrer die Bremse oder wird ein Rollen des Fahrzeugs festgestellt, werden wieder alle Bremsen aktiviert.

Da sich der unter Strom stehende Aktuator auch im Stillstand erwärmt - gerade im Stillstand, da er dann keine Gegen-EMK induziert - kann man ferner daran denken, die Aktuatoren im Stillstand umzuschalten, wie es eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorschlägt.

Es können z. B. 10 Sekunden lang die Aktuatoren der Vorderräder usw. betrieben werden, oder es werden bei einem Stillstand nur die Vorderräder und bei nächsten Stillstand nur die Hinterräder gehalten. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung zur wechselweisen Aktivierung der Bremsen ist man flexibel bezüglich der Art und Auswahl.

Die Steuereinheit kann auch in anderen unkritischen Bremssituationen abwechselnd unterschiedliche Bremsen aktivieren, um eine übermäßige Erwärmung eines Aktuators zu verhindern.

Auf diese Weise ergibt sich eine geringere Erwärmung aller Aktuatoren.

Die Erfindung ist auf alle Arten von Fahrzeugen mit nichtselbsthemmenden elektrischen Bremsen anwendbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Die Abbildung (Fig. 1) zeigt ein Blockdiagramm der für die Minimierung des Bremsenergiebedarfs vorgeschlagenen Bremssteuerung/-regelung 2. Diese erfindungsgemäße Schaltung 2 zur Bremssteuerung/-regelung verfügt über mehrere Eingänge und Ausgänge.

Der Eingang 22 ist mit einem Bremspedalsensor 10 verbunden. Im Innern der Bremssteuerung/-regelungs-Vorrichtung 2 führt der Eingang 22 an die Schaltung 4 zur Erkennung eines Festbremswunsches.

Die Schaltung 4 zur Erkennung des Festbremswunsches stellt fest, ob der Fahrer gerade bremst oder nicht.

Die weiteren Eingänge 24a, 24b, 24c und 24d sind extern mit Raddrehzahlgebern 12 verbunden und führen innerhalb der Bremssteuerungsvorrichtung 2 an eine Schaltung 6 zur Detektion des Fahrzeugstillstands. Bei Fahrzeugen mit Antiblockiersystem (ABS) sind (ABS-) Raddrehzahlgeber bereits vorhanden und müssen nicht zusätzlich installiert werden.

Mit der Schaltung 6 zur Detektion des Fahrzeugstillstands wird der Stillstand aufgrund der Signale der (ABS)- Raddrehzahlgeber 12 festgestellt.

Kommt beides zusammen - hier: Betätigung des Bremspedals, dort: Stillstand aller Fahrzeugräder, d. h. Stillstand des Fahrzeugs - dann wird erfindungsgemäß ein Teil der Bremsaktuatoren abgeschaltet.

Das Kernstück der Vorrichtung 2 zur Bremssteuerung/- regelung besteht aus einer Schaltung 8 zur wechselweisen Aktivierung der Bremsaktuatoren. Bei Erkennung des Festbremswunsches und bei Detektion des Fahrzeugstillstands anhand der Raddrehzahlgeber-Informationen gehen hier von den Schaltungen 4 und 6 die vorliegenden Signale ein.

Ausgangsseitig werden dann die entsprechenden Befehle zur wechselweisen Aktivierung der Bremsaktuatoren über die Ausgänge 26a, 26b, 26c und 26d an die vier Bremsen vorn links 14, vorn rechts 16, hinten rechts 18 und hinten links 20 ausgegeben.

Diese wechselweise Aktivierung der Bremsaktuatoren kann auf verschiedene Weise erfolgen:

Bei einem festgestellten völligen Fahrzeugstillstand genügt in der Regel die Aktivierung eines einzigen Bremsaktuators. Um bei längerem Stillstand eine Überhitzung zu vermeiden, kann eine abwechselnde Aktivierung verschiedener Bremsaktuatoren, z. B. im Sinne einer radweisen Weiterschaltung erfolgen. Ferner kann ein achsweises Aktivieren der Bremsaktuatoren vorgenommen werden. Dies könnte auch bei leichtem Rollen durchgeführt werden. Auch solch ein achsweises Aktivieren der Bremsaktuatoren könnte wechselweise geschehen.

Insgesamt können bei Stillstand oder auch bei unkritischen Fahr- und Bremssituationen selektiv einzelne der elektrischen Bremsaktuatoren mit Bremsstrom beaufschlagt werden.

Rollt das Fahrzeug wieder, oder hat der Fahrer den Fuß vom Bremspedal genommen, so wird die erfindungsgemäße Auswahlregelung hinfällig und die Bremsen werden entweder alle aktiviert oder allesamt freigegeben.

Claims (5)

1. Verfahren zur Minimierung des Bremsenergiebedarfs bei einem elektrischen Bremssystem mit nichtselbsthemmenden, elektromechanischen Bremsaktuatoren, bzw. mit elektromechanischen Bremsaktuatoren, die ein nichtselbsthemmendes Zwischengetriebe enthalten, und mit Raddrehzahl- Sensoren zur Bestimmung des Raddrehzustands, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festbremsen oder in unkritischen Bremssituationen des Fahrzeugs nur ein Teil der Radbremsen aktiviert wird, während die anderen Aktuatoren abgeschaltet bleiben oder abgeschaltet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Festbremsen erforderliche Information eines Fahrzeugstillstands mittels Raddrehzahl-Sensoren (12), die von einem (ABS-) System zur Verfügung stehen, gewonnen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug bei vorübergehendem Stillstand des Fahrzeugs oder in unkritischen Bremssituationen mittels einer einzigen Bremse oder mittels der Bremsen einer einzigen Achse festgestellt bzw. abgebremst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd unterschiedliche Bremsen, z. B. im Sinne einer radweisen Weiterschaltung, aktiviert werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend ein elektrisches Bremssystem mit nichtselbsthemmenden, elektromechanischen Bremsaktuatoren, bzw. mit elektromechanischen Bremsaktuatoren, die ein nichtselbsthemmendes Zwischengetriebe enthalten, und mit Raddrehzahl-Sensoren zur Bestimmung des Raddrehzahlzustands, dadurch gekennzeichnet, daß zum Festbremsen oder in unkritischen Bremssituationen des Fahrzeugs nur ein Teil der Radbremsen aktivierbar ist, während die anderen Aktuatoren abgeschaltet sind oder werden.