-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung einer
elektronisch geregelten Bremsanlage gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
-
Eine
elektronisch geregelte Bremsanlage, bei welcher Maßnahmen
zur Funktionsüberprüfung vorgenommen
werden, ist aus der Veröffentlichung WREDE,
J.; STUMPE, W.; GRAUEL, I.; BRÄUNINGER,
J.; SCHLICHENMAIER, A.; KÄCHELE,
H.: Elektronisch geregelte Druckluftbremsanlage für Nutzfahrzeuge.
FISITA '92 World
Congress. London: 1992. ISBN 0-85298-834-6 bekannt. Die dort beschriebene
Bremsanlage umfaßt
ein zentrales Steuergerät,
in welchem zwei redundante Mikrocomputer angeordnet sind. Zur Beeinflussung
der Radbremsen sind sogenannte Druckregelmodule vorgesehen, welche
neben der Funktion als Druckregelventil einen Mikrocomputer umfassen.
Dieser führt
die Regelung des Druckes in der zugeordneten Radbremse sowie das
Einlesen von Sensorsignalen durch. Das zentrale Steuergerät ist mit
den Mikrocomputern der Druckregelmodule zum Informations- und Datenaustausch über ein
Kommunikationssystem, z.B. CAN, verbunden. Zur Funktionsüberprüfung der
Bremsanlage sind eine Vielzahl von Maßnahmen vorge sehen. Beispielsweise
werden neben Eigentests der Mikrocomputer und ihrer Speicherbausteine
die Mikrocomputer der Druckregelmodule durch das zentrale Steuergerät über Kommunikationsdaten überwacht.
Ferner überwachen
sich die redundanten Mikrocomputer im zentralen Steuergerät gegenseitig.
-
Die
Mikrocomputer der Druckregelmodule überprüfen die Anschlußleitungen
des jeweiligen Druckregelmoduls auf Unterbrechung, Kurzschluß oder Unterspannung.
Ferner führen
sie Plausibilitätsprüfungen während eines
Bremsvorgangs durch. Im Fehlerfall werden Notfunktionen ausgelöst, die
zur Abschaltung von Teilfunktionen oder zur Abschaltung des gesamten
elektrischen Systems führen.
Dabei wird die Bremsanlage über
den oder die pneumatischen Notbremskreise gesteuert. Da in jedem
Druckregelmodul lediglich ein Mikrocomputer mit einem Analog-Digital-Wandler
(ADC) vorgesehen ist, ist mit den bekannten Maßnahmen eine Funktionsüberprüfung dieser
Analog-Digital-Wandler nicht zuverlässig möglich. Ein redundanter Aufbau
auch der Mikrocomputer in den Druckregelmodulen würde jedoch einen
nicht vertretbaren Aufwand bedeuten.
-
Aus
der
DE 34 16 744 A1 ist
eine elektronisch geregelte Bremsanlage bekannt, bei welcher vor
Fahrbeginn durch Vorgabe definierter Druckwerte die den einzelnen
Radbremsen zugeordneten Drucksensoren kalibriert werden.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren
Hilfe die Funktionsüberprüfung einer
elektronisch geregelten Bremsanlage verbessert werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Durch
die erfindungsgemäße Funktionsüberprüfung wird
die Betriebssicherheit einer elektronisch gesteuerten Bremsanlage
weiter verbessert.
-
Besonders
vorteilhaft dabei ist, daß ohne
zusätzlichen
Aufwand neben Fehlfunktionen der Analog-Digital-Wandler eines Steuersystems
mit verteilter Intelligenz auch weitere Fehlerzustände wie
beispielsweise erhöhte Übergangswiderstände in der Verkabelung,
Kurzschlüsse
und Unterbrechungen in den Zuleitungen zu den einzelnen Steuereinheiten, fehlerhafte
Sensoren, etc. erkannt werden können.
-
Besonders
vorteilhaft ist die Durchführung der
Funktionsüberprüfung vor
dem Fahrbetrieb des mit der Bremsanlage ausgerüsteten Fahrzeugs, vorzugsweise
in Verbindung mit der Kalibrierung der Drucksensoren.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie
aus den abhängigen
Ansprüchen.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Bezeichnung dargestellten
Ausführungsformen
näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
einer elektronisch geregelten Bremsanlage am Beispiel einer elektronisch
gesteuerten Druckluftbremsanlage. Anhand des in 2 dargestellten
Flußdiagramms
werden Realisierungsbeispiele der erfindungsgemäßen Funktionsüberprüfung dargestellt.
-
Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt
ein Übersichtsblockschaltbild
einer elektronisch gesteuerten Bremsanlage am Beispiel einer elektronisch
gesteuerten Druckluftbremsanlage mit Notbremskreisen für ein zweiachsiges Fahrzeug
mit Anhängerverbindung.
-
1 zeigt
eine zentrale Steuereinheit 10, welches wenigstens zwei
Mikrocomputer aufweist. Ferner sind dezentral sogenannte Druckregelmodule 12, 14, 16 und 18 vorgesehen,
die jeweils einer Radbremse 20, 22, 24 bzw. 26 des
Fahrzeugs zugeordnet sind. Das zentrale Steuergerät 10 ist über ein Kommunikationssystem 28,
z.B. CAN, mit den Druckregelmodulen 12 bis 18 verbunden. Über ein
Leitungssystem 30 wird das Zentralsteuergerät 10 und die
Druckregelmodule 12 bis 18 von einer Spannungsquelle 32 mit
einer Betriebsspannung versorgt. Zur Erfassung der eingesteuerten
Bremsdrücke
und ggf. zur Erfassung weiterer Größen, wie beispielsweise Achslasten,
Raddrehzahlen, etc. werden den Druckregelmodulen 12 bis 18 jeweils
Leitungen 34, 36, 38 und 40 von
entsprechenden Meßeinrichtungen 42, 44, 46 und 48 zugeführt. Das
Zentralsteuergerät 10 ist
ferner über
eine Leitung 50 mit dem elektrischen Teil 52 eines
Bremswertgebers 54 verbunden. Zur Steuerung einer Anhängerbremsanlage führt ferner
vom Zentralsteuergerät 10 eine
Leitung 56 zur elektrischen Steckverbindung 58 zum
Anhänger.
-
Der
pneumatische Teil der Bremsanlage besteht bei der in 1 dargestellten
Anlage aus zwei Bremskreisen für
die Vorder- und Hinterachse. Dazu werden die den Radbremsen 20 und 22 der
Vorderachse zugeordneten Druckregelmodule 12 und 14 über Leitungen 60 mit
einem aus einem Vorratsbehälter 62 stammenden
Vorratsdruck versorgt. Vom pneumatischen Teil 64 des Bremswertgebers
gehen Steuerleitungen 66 zu den Druckregelmodulen 12 und 14.
Ferner führt
von der Leitung 66 eine Leitung 68 zu einem Anhängersteuerventil 70 zur
Steuerung der Bremsanlage eines Anhängers. Vom Anhängersteuerventil 70 führt eine
pneumatische Steuerleitung 72 zu einem ersten Kupplungskopf 74.
Eine Vorratsleitung 76 führt zu einem zweiten Kupplungskopf 78.
Ferner ist das Anhängersteuerventil über eine Leitung 80 mit
einem Vorratsdruckbehälter 82 verbunden.
Der zweite Bremskreis wird aus dem zweiten pneumatischen Teil 84 des
Bremswertgebers 54, den Vorratsdruckbehälter 86 sowie dem
Vorratsleitungssystem 88 und dem pneumatischen Steuerleitungssystem 90 gebildet.
Die Vorratsleitungen 88 und die Steuerleitungen 90 führen vom
Bremswertgeber 54 zu den Radbremsen 24 und 26 der
Hinterachse zugeordneten Druckregelmodulen 16 und 18.
-
In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
dem Zentralsteuergerät 10 vom
elektrischen Teil 52 des Bremswertgeber 54 ein
Maß für den Betätigungsgrad
des Bremspedals zugeführt.
Im zentralen Steuergerät
wird dieses Signal aufgearbeitet und ggf. unter Berücksichtigung
weiterer Betriebsgrößen wie Achslasten,
radindividuelle Größen, Fahrzeugverzögerung,
etc. Solldruck-, -bremsmomenten- oder -schlupfwerte für die einzelnen
Radbremsen bzw. für den
Anhänger
nach Maßgabe
vorgegebener Kennlinien bzw. Kennfelder bestimmt. Diese Sollwerte
werden über
das Kommunikationssystem 28 den einzelnen Druckregelmodulen
zugeführt,
welche den Druck in den einzelnen Radbremsen entsprechend der Sollwertvorgabe
einregeln. Im Fehlerfall des elektrischen Teils der Bremsanlage
wird dieser oder zumindest der fehlerbehaftete Teil (z.B. Vorder-
oder Hinterachse) abgeschaltet und der oder die pneumatischen Notbremskreise
wirksam geschaltet. Im Notbremsbetrieb gibt der Fahrer durch die
pneumatischen Teile 64 bzw. 84 des Bremswertgebers 54 über die
Steuerleitungen 66 bzw. 90 den Radbremsdruck in
den einzelnen Radbremsen vor, welcher von den druckregelmodulen
bei abgeschalteter elektrischer Betätigung in die Radbremsen eingesteuert
wird.
-
Die
nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Funktionsüberprüfung findet
in vorteilhafter Weise nicht nur in Verbindung mit der in 1 dargestellten
Bremsanlage, sondern auch mit anders aufgebauten elektrisch-pneumatischen
Bremsanlagen oder mit elektrisch-hydraulischen Bremsanlagen oder
Bremsanlagen mit rein elektrischer Zuspannung Anwendung. Wesentlich
dabei ist, daß das
Steuersystem der jeweiligen Bremsanlage verteilte Intelligenz aufweist,
d.h. wenigstens ein zentraler Mikrocomputer und wenigstens zwei,
den Fahrzeugrädern zugeordnete
(auch örtlich)
Mikrocomputer zur Bremsanlagensteuerung vorgesehen ist.
-
Zur
Funktionsüberprüfung der
Bremsanlage wird von den Mikrocomputern der Druckregelmodule und
in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ggf. den Mikrocomputern des Zentralsteuergeräts eine von allen erfaßbare und
an den Stellen der Druckregelmodule bzw. des Zentralsteuergeräts im wesentlichen
denselben Betrag aufweisende Betriebsgröße eingelesen und über das
Kommunikationssystem 28 an das Zentralsteuergerät weitergeleitet.
Als geeigneter Parameter, welcher von den Druckregelmodulen und
den beiden Mikrocomputern des Zentralsteuergeräts zur Funktionsüberprüfung eingelesen
wird, hat sich die den einzelnen Steuereinheiten zugeführte Betriebsspannung
erwiesen. Diese wird von den Mikrocomputern der Druckregelmodule
zur Kompensation des Einflusses von Betriebsspannungsschwankungen
auf die Ankeranzugs- und Abfallzeit der Magnetventile ohnehin eingelesen.
Eine andere geeignete Größe ist der
zu Kalibrierzwecken in die Radbremsen eingesteuerte Bremsdruck.
In diesem Fall wird die Betriebsgröße nur von den Mikrocomputern
der Druckregelmodule eingelesen.
-
Zur
Funktionsüberprüfung empfängt wenigstens
einer der Mikrocomputer des Zentralsteuergeräts die von den Druckre gelmodulen
ermittelten Betriebsgrößenwerte.
Dieser wenigstens eine Mikrocomputer bildet eine Referenzgröße, mit
der er die einzelnen, von den Druckregelmodulen ermittelten Meßgrößen vergleicht.
Bei unzulässiger
Abweichung zwischen der Referenzgröße und dem zugeführten Betriebsgrößenwert
wird im Falle der Erfassung der Betriebsspannung von einem Fehler
des Analog-Digital-Wandlers des entsprechenden Druckregelmoduls
oder von einem Fehlerzustand im Bereich der Zuleitung der Betriebsspannung
zu diesem Druckregelmodul ausgegangen. Entsprechend wird bei der Erfassung
des Bremsdrucks von einem Fehler im Druckerfassungspfad ausgegangen.
Im Fehlerfall wird ein Notbetrieb der Bremsanlage eingeleitet, indem
das elektrische System ganz oder teilweise abgeschaltet und auf
pneumatische bzw. hydraulische Notbremsung der gesamten Bremsanlage
oder eines Teils der Bremsanlage umgeschaltet wird.
-
Zur
Bildung des Referenzwertes im zentralen Steuergerät haben
sich verschiedene Vorgehensweisen in verschiedenen Ausführungsbeispielen
als geeignet erwiesen. Im Falle der Erfassung der Betriebsspannung
zur Funktionsüberprüfung liegen
in den beiden Mikrocomputern des Zentralsteuergeräts jeweils
Betriebsspannungsmeßwerte
vor, welche von den beiden Mikrocomputern überprüft werden. Dies erfolgt beispielsweise
durch Vergleich der beiden Werte miteinander auf einen bestimmten
Toleranzbereich in beiden Mikrocomputern. Stimmen die beiden Betriebsspannungswerte
im Bereich der Toleranz überein,
so wird in wenigstens einem Mikrocomputer einer der Betriebsspannungswerte,
ein Mittelwert, der Maximalwert oder der Minimalwert als Referenzgröße verwendet.
Weichen die beiden Betriebsspannungswerte unzulässig voneinander ab, ist von
einer Funktionsstörung
des elektrischen Steuersystems auszugehen.
-
In
einer anderen Ausführungsform
wird aus den von den Druckregelmodulen eingelesenen Meßgrößen des
Bremsdruckes oder der Betriebsspannung zur Referenzgrößenbildung
der Mittelwert gebildet, ein Maximalwert bestimmt oder ein Minimalwert
bestimmt. Die entsprechende Größe wird
als Referenzgröße vorgegeben.
Ein Fehlerzustand wird dann angenommen, wenn eines der zugeführten Betriebsgrößen von
der Referenzgröße unzulässig abweicht.
Im Falle der Verwendung von Maximal-bzw. Minimalwerten als Referenzgröße kann
es vorkommen, daß alle
Meßgrößen unzulässig von
der Referenzgröße abweichen.
In diesem Fall muß von
einem Fehlerzustand im Bereich des die Referenzgröße erfassenden
Druckregelmoduls ausgegangen werden.
-
Im
Falle der Betriebsspannungserfassung sind gewisse Abweichungen zu
tolerieren. Diese ergeben sich aus dem unterschiedlichen Strombedarf der
einzelnen Druckregelmodulen, Toleranzen bei den elektrischen Bauelementen,
wie Widerstandsspannungsteilern, Toleranzen bei den einzelnen Analog-Digital-Wandler,
Toleranzen der Referenzspannungen der einzelnen Wandler sowie unterschiedliche Übergangswiderstände der
Steckverbinder und Kabel der Druckregelmodule und des Zentralsteuergeräts. Bei
der Überprüfung der
Abweichung des jeweiligen Meßwertes
von der Referenzgröße ist ein diese
Abweichungen berücksichtigender
Toleranzbereich vorzusehen. Entsprechende Toleranzen sind auch bei
der Verwendung der Druckmeßgrößen zu berücksichtigen.
-
In
einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel hat
es sich als geeignet erwiesen, die Funktionsüberprüfung in beiden Mikrocomputern
des Zentralsteuergeräts
parallel durchzuführen.
In diesem Fall wird das Ergebnis der Überprüfung von beiden Rechnern miteinander
verglichen und so die Sicherheit der Funktionsüberprüfung weiter erhöht. Stimmen
die Ergebnisse nicht überein,
so muß auf
Notbetrieb umgeschaltet werden.
-
In 2 ist
anhand eines Flußdiagramms ein
Ausführungsbeispiel
eines in einem der Mikrocomputer ablaufenden Programms zur Funktionsüberprüfung dargestellt.
-
Nach
Start des in 2 dargestellten Programmteils
zu vorgegebenen Zeiten wird im ersten Schritt 100 die von
den einzelnen Druckregelmodulen dem Zentralsteuergerät zugeführten Meßwerte U1
bis Ui eingelesen (i = 1, 2, ...n). Im darauffolgenden Schritt 102 wird
dann in dem den Programmteil durchführenden Mikrocomputer in der
oben beschriebenen Weise der Referenzwert Uref gebildet. Im Schritt 103 wird
ein Zähler
auf Null gesetzt. Daraufhin wird im Abfrageschritt 104 abgefragt,
ob der Betrag der Differenz des Meflwertes U1 zum Referenzwert Uref
kleiner als ein vorbestimmter Toleranzwert Δ ist. Ist dies nicht der Fall,
wird eine unzulässige
Abweichung des Meßwertes
U1 zum Referenzwert Uref erkannt und gemäß Schritt 106 ein
Fehler im Bereich des den Meßwert
U1 übersendenden
Druckregelmoduls erkannt und ggf. Notlaufmaßnahmen eingeleitet. Wird keine
unzulässige
Abweichung erkannt, wird im Schritt 105 der Zähler um
1 erhöht.
Nach Schritt 105 bzw. 106 wird der Schritt 108 durchgeführt, in
dem der Betrag der Differenz des zweiten Meßwertes U2 mit dem Referenzwert
gebildet wird und mit dem vorgegebenen Toleranzwert Δ verglichen
wird. Überschreitet
der Betrag der Differenz den Toleranzwert, wird entsprechend Schritt 106 im
Schritt 110 das den Wert U2 bereitstellende Druckregelmodul
als fehlerhaft erkannt und ggf. Notlauf eingeleitet. Liegt keine unzulässige Abweichung
vor, wird im Schritt 109 der Zähler erneut um 1 erhöht. Auf
die beschriebene Weise werden alle eingelesenen Werte mit dem Referenzwert
verglichen. Beispielhaft ist im Schritt 120 der Vergleich
des Betrags der Differenz zwischen einem beliebigen Meßwert Ui
und dem Referenzwert dargestellt. Bei einer Nein-Entscheidung wird
gemäß 122 ein
Fehler erkannt und ggf. ein Notlaufbetrieb eingeleitet, bei einer
Ja-Entscheidung der Zähler
um 1 erhöht
(Schritt 123). Nach den Schritten 122 bzw. 123 wird
im Schritt 125 der Zählerstand
mit dem Wert i, der der Anzahl der überprüften Module entspricht, verglichen.
Ist der Zählerstand
gleich dem Wert i, wird nach Schritt 124 das System als
funktionsfähig erkannt.
Wurde also bei allen Abfragen kein Fehler ermittelt, wird die Funktionstüchtigkeit
der Bremsanlage festgestellt und der Programmteil beendet. Ist der
Zählerstand
nicht gleich dem Wert i, wird im Schritt 126 das System
als funktionsuntüchtig
angenommen und der Programmteil beendet.
-
Je
nach Durchführung
des Notlaufbetriebs kann der Programmaufbau modifiziert werden.
Ist beispielsweise lediglich ein Notlaufbetrieb unter Abschaltung
des elektrischen Systems vorgesehen, so kann der Programmteil nach
Feststellen eines ersten Fehlers beendet werden. Ist ein Notlaufbetrieb
für einzelne
Bremskreise vorgesehen, kann bei Auftreten eines Fehlers in einem
Bremskreis auf den Vergleich der Werte im selben Bremskreis verzichtet werden.
Dies gilt nicht, wenn ein Fehler im Referenzwert selbst in Betracht
gezogen werden muß.
-
Der
Toleranzwert Δ wird
in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
betragsmäßig für alle Druckregelmodule
betragsmäßig gleich
gewählt.
Dies vor allem dann, wenn alle Druckregelmodule im wesentlichen
gleich aufgebaut sind und im wesentlichen gleiche Toleranzwerte
aufweisen. Sind jedoch Druckregelmodule unterschiedlichen Aufbaus
oder Toleranzen eingesetzt, werden die Toleranzwerte für jedes
Meßsignal
bzw. Gruppen von Meßsignalen
unterschiedlich vorgegeben.
-
Neben
der Druckerfassung zur Funktionsüberprüfung hat
es sich in anderen Ausführungsbeispielen
als geeignet erwiesen, eine andere die am jeweiligen Rad eingstellte
Bremswirkung beschriebende Größe, wie
das Bremsmoment, die Bremsleistung oder die Bremskraft heranzuziehen.
-
Neben
der Fehlererkennung in der Zentralsteuereinheit ist in anderen vorteilhaften
Ausführungen
vorgesehen, die Fehlerüberprüfung in
der beschriebenen Weise in einem der Druckregelmodule durchzuführen.