DE19832875A1 - Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs

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Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs mit einer steuerbaren Betriebsbremse und einer steuerbaren Dauerbremse, wobei die Betriebs- und Dauerbremse aufeinander abgestimmt angesteuert werden, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerbremse bei jedem Bremsvorgang aktiviert wird und abhängig vom Bremswunsch des Fahrers sowie von Fahrzustandsgrößen und/oder Fahrbahnzustandsgrößen und/oder Betriebszuständen des Fahrzeugs angesteuert wird (integrierte Betätigung der Dauerbremse).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Verfahren geht beispielsweise aus der DE 196 04 391 A1 hervor. Bei diesem Verfahren werden die Anteile der Betriebsbremse und der Dauerbremse, zum Beispiel einer Retarderbremse, aufeinander abgestimmt, wobei bei der Einstellung der Betriebsbremse das tatsächliche Bremsverhalten der Dauerbremse berücksichtigt wird.
Bei diesem Verfahren werden darüber hinaus Betriebsgrößen des Fahrzeugs in Form von Achslastsignalen, der Fahrzeug­ geschwindigkeit und dergleichen bei der Bestimmung der Dauerbremsen- und Betriebsbremsenanteile berücksichtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs dahingehend weiterzubilden, daß eine geringere Bauteilbeanspruchung und höhere Bremsbelagstandzeiten der Betriebsbremse bei optimaler Bremswirkung des Fahrzeugs erreicht werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dauerbremse bei jedem Bremsvorgang aktiviert wird und abhängig vom Brems­ wunsch des Fahrers sowie von Fahrzustandsgrößen und/oder Fahrbahnzustandsgrößen und/oder Betriebszuständen des Fahrzeugs selbsttätig angesteuert wird (integrierte Betätigung der Dauerbremse).
Durch diese integrierte Betätigung der Dauerbremse wird eine Reduktion des Bremsanteils der Betriebsbremse erzielt, die zu einer geringeren Bauteilbeanspruchung und zu längeren Bremsbelagstandzeiten führt. Gleichzeitig wird durch die Ansteuerung der Dauerbremse abhängig von Fahr­ zustandsgrößen und/oder Fahrbahnzustandsgrößen und/oder Betriebszuständen des Fahrzeugs eine optimale Abstimmung der Bremswirkung der Betriebs- und Dauerbremse aufeinander erzielt. Insbesondere werden durch die Erfassung der Fahrbahnzustandsgrößen in der gebremsten und ungebremsten Fahrt auch Adhäsionsverhältnisse erfaßt und bei der Betätigung der Dauerbremse und der gleichzeitigen Betäti­ gung der Betriebsbremse berücksichtigt.
Vorteilhafterweise wird zunächst die Betriebsbremse und erst daraufhin die Dauerbremse aktiviert, hierdurch ist insbesondere ein schnelles Ansprechen der Bremse bei einem Bremsvorgang gegeben. Bei sehr kritischen Straßenverhält­ nissen ist dabei bereits frühzeitig ein hoher Adhäsions­ bedarf der Betriebsbremse alleine gegeben. In diesem Falle sind Dauerbremsanteile überhaupt nicht mehr zugelassen.
Weiter ist bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Dauerbremse und die Betriebsbremse so angesteuert werden, daß die durch die Betriebsbremse erzeugte Bremswirkung einen Vorgegebenen Anteil der Gesamtbremswirkung bei jedem Bremsvorgang nicht unter­ schreitet. Hierdurch wird auf besonders vorteilhafte Weise ein Verglasen der Bremsbeläge verhindert. Dieser Mindest­ anteil ermöglicht auch ein spontanes Nachregeln schwanken­ der Dauerbremswirkungen, beispielsweise während Getriebe­ schaltvorgängen. Der Verzögerungswunsch des Fahrers wird dabei stets eingehalten.
Des weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Dauer­ bremse extern betätigbar ist. Die externe Betätigung durch den Fahrer hat immer Vorrang vor Anteilen der integrierten Betätigung. Die externe Betätigung wird daher generell als zusätzlicher Bremswunsch angesehen.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die Adhäsionsverhältnisse erfaßt und der Dauerbremsanteil auf diese durch Bestimmung des Schlupfbedarfs der Dauerbremse abgestimmt wird. Durch diese Adhäsionsüberwachung wird die Bremswirkung der Dauerbremse wie auch der Betriebsbremse auf den Fahrbahnzustand angepaßt.
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Dauer­ bremsanteil auf den Beladungszustand des Fahrzeugs abge­ stimmt wird.
Als vorteilhaft erweist es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß auf eine mechanische Abschaltmöglichkeit der integrierten Dauerbremse verzichtet werden kann. Hierdurch können insbesondere Schalter, Schaltungen u. dgl. zur Abschaltung der Dauerbremse entfallen, was im Hinblick auf die Herstellung und insbesondere auch die Herstellungskosten besonders vorteilhaft ist.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In der Figur ist schematisch ein Ablaufdiagramm eines von der Erfindung Gebrauch machenden Verfahrens dargestellt.
Wie aus der Figur hervorgeht, wird zunächst in Schnitt S10 der Bremswunsch des Fahrers über das Bremspedal zsoll erfaßt. Neben dieser Erfassung des Bremswunsches des Fahrers wird in Schnitt S20 der Fahrzustand, der Fahr­ bahnzustand und der Betriebszustand des Fahrzeugs erfaßt und aus diesen Größen in Schnitt S30 ein Bremssignal zur Ansteuerung der Betriebsbremse und der Dauerbremse er­ mittelt in den Schnitten S40 und S50 und an die Betriebs­ bremse und Dauerbremse ausgegeben (integrierte Betätigung der Dauerbremse).
Dabei wird insbesondere überwacht, ob die Dauerbremse bereits extern betätigt wurde. Ist zu Beginn des Bremsvor­ gangs die Dauerbremse bereits extern betätigt worden, werden mit der Betriebsbremse keine weiteren Dauerbrems­ anteile aktiviert. In diesem Fall erfolgt keine Über­ lagerung externer und integrierter Dauerbremsanteile. Die Abbremsung durch die Betriebsbremse wird als zusätzlicher Bremswunsch des Fahrers zur bereits wirkenden Dauerbremse verstanden.
Wird hingegen während einer Bremsung mit integrierten Dauerbremsanteilen eine separate Betätigung der Dauer­ bremse, beispielsweise durch Betätigen des Tempomatschal­ ters oder -hebels, vorgenommen, so wird das an die Dauer­ bremse ausgegebene Signal durch ein an die Betriebsbremse ausgegebenes Signal ersetzt, so daß der zusätzliche Bremswunsch des Fahrers überhaupt realisierbar ist. Wenn der separate Dauerbremsanteil zu einem zu hohen Schlupf, der über an sich bekannte Radsensoren erfaßt werden kann, führt, wird das an die Dauerbremse ausgegebene Signal ebenfalls derart verändert, daß der Dauerbremsanteil verringert wird.
Ferner wird als Betriebszustandsgröße des Fahrzeugs die Betätigung des Gaspedals erfaßt. Bei gleichzeitiger Betäti­ gung von Gas- und Bremspedal wird der Dauerbremsanteil auf Null reduziert. Außerdem werden weitere Betriebszustands­ größen des Fahrzeugs überwacht und zur Bestimmung der Dauerbremswirkung herangezogen. Fällt beispielsweise der Motor des Fahrzeugs aus, so werden die Dauerbremsanteile ebenfalls auf Null reduziert, da aus Sicherheitsgründen die Bremsanlage eines Fahrzeugs so konzipiert ist, daß bei Ausfall des Motors eine Abbremsung durch die Betriebsbremse stattfinden muß.
Es versteht sich, daß weiterhin die Fahrzeugge­ schwindigkeit und die Achslastverteilung, die insbesondere auf den Beladungszustands des Fahrzeugs schließen lassen, und eventuell weitere relevante Fahrzustands- und Betriebszustandsgrößen erfaßt und für die Bestimmung der Dauerbrems- und Betriebsbremsanteile herangezogen werden. Zur Erfassung der Achslastverteilung ist dabei ein Achslastsensor oder dgl. überflüssig. Aus Motor- und Raddrehzahlsignalen, die ohnehin erfaßt werden, beispielsweise zur Realisierung eines Antiblockiersystems wird die Gesamtmasse durch Berechnung ermittelt. Hieraus werden Hinweise auf die Achslastanteile aus dem Raddrehzahlverhalten beim Bremsen mit der Betriebsbremse alleine und beim Anfahren bei ungebremster Fahrt mit Hilfe der angetriebenen und damit identisch mit der dauergebremsten Achse ermittelt. Das Raddrehzahlverhalten beim Bremsen mit der Betriebsbremse sowie beim Bremsen mit Dauerbremse erfolgt durch einen Lernvorgang.
Der Lernvorgang beim Bremsen mit der Betriebsbremse alleine geht beispielsweise aus der DE 38 29 951 C2, der EP 357983 B1, der DE 40 07 360 C2, der EP 445575 B1, auf die vorliegend Bezug genommen wird, hervor.
Die Lernphase beim Bremsen mit der Dauerbremse erfolgt bereits beim Anfahren mit der dauergebremsten Achse auf die folgende Weise:
Aus dem Verhältnis des Schlupfbedarfs zu der Antriebskraft an der Hinterachse wird eine "Kraftkonstante" fk = Δds/ΔFHA gebildet, wobei ds aus der Vorderachsgeschwindigkeit VVA und der Hinterachsgeschwindigkeit VHA wie folgt gebildet wird:
ds = VVA - VHA/VVA.
Die Antriebs-/Dauerbremskraft an der Hinterachse FHA wird auf die folgende, in der DE 195 13 509 A1 und der EP 737608 A2 beschriebene Weise gebildet, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit jedoch die rotierenden Massen des Motors und der Reifen berücksichtigt werden:
FHA = u.Mmot.1/η + (u2.JmotV.k+mreif).Zist [N]
mit:
ZDBI = -FHA/m [m/s2]
mit:
Mmot [Nm] motorseitiges Dauerbremsmoment
Jmot [kgm2] motorseitiges Massenträgheitsmoment
η [-] Triebstrangwirkungsgrad
u [1/m] Übersetzung und "Umformung"M→F
FHA [N] Antriebs-/Dauerbremskraft an HA
mreif [kg) Masse aller Räder
zist [m/s2] Fahrzeugverzögerung (positiv)
m [kg] Fahrzeugmasse.
Massenträgheitsmomente werden nur vereinfacht als Mittel­ werte für eine ganze Fahrzeugbaureihe angesetzt. Für die Bereifungsanteile wird beispielsweise ein mittlerer Reifen mit R_dyn = 500 mm angesetzt, wobei in Abhängigkeit von der berechneten Fahrzeugmasse m[t] nach der Formel
mreif = 300 × (1; m/15; 2) [kg]
mindestens 6 Reifen (4×2) und maximal 12 Reifen (4×2 mit 3-Achs-Anhängefahrzeug) auch Zugkombinationen ganz grob berücksichtigt werden. Auf gelenkwellenseitige Anteile wird verzichtet. Für die motorseitigen, übersetzungsabhängigen Anteile wird ein der Fahrzeugbaureihe angepaßtes mittleres Massenträgheitsmoment angenommen. Die Übersetzung bzw. "Umformung" motorseitiger Momente in Bremskräfte am Rad erfolgt wie aus dem Stand der Technik bekannt bei der Massenberechnung mit
u = 0,3777 × nmott/vHA [1/m].
mit:
nmot [1/min] Motordrehzahl
0,377 [-] Umnorminierungskonstante.
Da die motorseitigen Massenträgheitsmomente nur bei geschlossener Kupplung wirken können, wird in diesem Falle k = 1 gesetzt. Bei geöffneter Kupplung oder unabhängig vom Kupplungssignal wird bei Mmot < 50 Nm k = 0 gesetzt.
Wenn fk bekannt ist, kann aus dem beim Bremsen gewünschten bzw. hergeleiteten Abbremsungsanteil der Dauerbremse über die Beziehung F = m.a, d. h. FHA = m.zDBI die gewünschte Antriebskraft bestimmt werden und über ds = fk.FHA der dafür benötigte Schlupf vorausbestimmt werden. Wenn z. B. ein zu hoher Schlupfbedarf ermittelt wird, kann auf Basis eines unkritischen Grenzschlupfes der dann maximal mögliche Dauerbremsanteil bestimmt werden.
Der Abbremsungsanteil der Dauerbremse zDBI läßt sich bei bereits bekannter Fahrzeugmasse dabei wie folgt ermitteln:
zDBI = FHA/m [m/s2],
wobei hier in die Fahrzeugmasse in kg ist.
Nachdem auf diese Weise die Adhäsionsverhältnisse durch Vorausbestimmung des Schlupfbedarfs der dauergebremsten Achse mit Hilfe bereits beim Anfahren ermittelter Größen erfaßt werden und der Dauerbremsanteil auf diese durch Vorausbestimmung des Schlupfbedarfs der Dauerbremse abgestimmt wird, kann daraufhin die integrierte Betätigung der Dauerbremse erfolgen, vorausgesetzt, die erfaßten Adhäsionsverhältnisse lassen auf kein kritisches Fahrzeug schließen. So werden in der Regel bei leeren Fahrzeugen mit geringen Hinterachslastanteilen, insbesondere bei abgesattelten Sattelzügen grundsätzlich keine integrierten Betätigungen der Dauerbremse durchgeführt. Dies ist deshalb auch unproblematisch, weil bei leeren Fahrzeugen eine Reduktion des Bremsbelagverschleißes ohnehin nicht relevant ist.
Darüber hinaus werden die Dauerbremsanteile bei schneller Pedalbetätigung des Bremspedals, die zu einer Auslösung des an sich bekannten Bremsassistenten führt, ebenfalls auf Null reduziert.
Von besonderem Vorteil ist auch, daß durch die Überwachung und Erfassung der Adhäsionsverhältnisse und die Vorausbe­ stimmung des Schlupfbedarfs der Dauerbremse eine Reduktion der Dauerbremsanteile oder gar ein Abschalten der Dauer­ bremse bei kritischen Fahrzustandsverhältnissen realisier­ bar ist. Eine mechanische Abschaltmöglichkeit durch den Fahrer, wie sie bei aus dem Stand der Technik bekannten Bremsanlagen üblich ist, wird dadurch entbehrlich, was zu einer Kostenersparnis führt.
Bei einer integrierten Betätigung der Dauerbremse wird die Bremswirkung kontinuierlich überwacht und die Signale zur Ansteuerung der Betriebsbremse und die Signale zur An­ steuerung der Dauerbremse werden abhängig von dieser erfaßten Bremswirkung aufeinander abgestimmt. Die Ab­ stimmung erfolgt dabei so, daß ein gewisses Überbremsen der dauergebremsten Hinterachse in Kauf genommen wird, weil für eine optimale Adhäsion, d. h. keine Schlupfdifferenz zwischen den Achsen, zu viel Bremsarbeit von der Vorderachse übernommen werden müßte. In diesem Falle würde eine gewünschte Belagsverschleißharmonisierung nicht eintreten. Das Maß für die Überbremsung der Hinterachse, die bei integrierter Betätigung der Dauerbremse erfolgt, läßt sich aus den an sich bekannten Rückregelgrenzen bei separater Betätigung der Dauerbremse ableiten. Dabei ist vorgesehen, daß bei integrierter Betätigung der Dauerbremse nur ein Teil des zulässigen Schlupfes ausgenutzt wird, der bei separater Betätigung der Dauerbremse entsteht. Der Dauerbremsanteil wird dabei im Vergleich zu dem Betriebsbremsanteil so eingeregelt, daß eine optimale Bremswirkung entsteht, ohne daß insbesondere auf winterlichen Straßen adhäsionskritische Bremsungen erfolgen. Gegebenenfalls wird der Dauer­ bremsanteil auf Null reduziert, wenn dies die Fahrbahn­ verhältnisse erfordern.
Es versteht sich, daß die integrierte Betätigung der Dauerbremse abhängig von den Stufen der Dauerbremse auf die Betätigung der Betriebsbremse abgestimmt erfolgt. Das obenbeschriebene Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage sieht darüber hinaus vor, daß bei jedem Bremsvorgang immer eine Betätigung der Betriebsbremse erfolgt. Bei jedem Bremsvorgang wird sofort die Betriebsbremse aktiviert und erst dann zeitverzögert die integrierte Betätigung der Dauerbremse vorgenommen. Es muß darüber hinaus immer ein Mindestbremsanteil der Betriebsbremse sichergestellt sein, bevor eine integrierte Betätigung der Dauerbremse vor­ gegeben wird. Hierdurch wird eine Verglasungsgefahr der Bremsbeläge vermieden.
Bei einem Anhängerbetrieb des Fahrzeugs kann der Anteil der Dauerbremse auf die nachfolgend beschriebene Weise von dem Sollwert des Bremsvorgangs subtrahiert werden. Der so erhaltene "Rest" gilt in gleicher Weise für die Betriebs­ bremsen von Zug- und Anhängefahrzeugen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahr­ zeugs mit einer steuerbaren Betriebsbremse und einer steuerbaren Dauerbremse, wobei die Betriebs- und Dauerbremse aufeinander abgestimmt angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerbremse bei jedem Bremsvorgang aktiviert wird und abhängig vom Bremswunsch des Fahrers sowie von Fahrzustandsgrößen und/oder Fahrbahnzustandsgrößen und/oder Betriebszuständen des Fahrzeugs angesteuert wird (integrierte Betätigung der Dauerbremse).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Betriebsbremse und erst daraufhin die Dauerbremse aktiviert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dauerbremse und die Betriebsbremse so angesteuert werden, daß die durch die Betriebs­ bremse erzeugte Bremswirkung einen vorgegebenen Anteil der Gesamtbremswirkung bei jedem Bremsvorgang nicht unterschreitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauerbremse extern betätigbar ist, wobei die externe Betätigung immer Vorrang vor der integrierten Betätigung hat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adhäsionsverhältnisse erfaßt und der Dauerbremsanteil auf diese durch Bestimmung des Schlupfbedarfs der Dauerbremse abgestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauerbremsanteil auf den Beladungszustand des Fahrzeugs abgestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine mechanische Abschalt­ möglichkeit der integrierten Dauerbremse verzichtet wird.
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