DE19841335A1

DE19841335A1 - Generierung eines Bremswunsches für die Steuerung der elektrischen Bremsanlage

Info

Publication number: DE19841335A1
Application number: DE19841335A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Boehm; Stefan Stoelzl; Rainer Oehler
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1998-02-07
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 1999-08-12
Also published as: DE59902259D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Bremsanlage eines Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, die ein Bremspedal mit einer Pedalmechanik und einer Pedalsensorik, eine elektronische Auswerteeinheit und Radbremsmodule aufweist, mit den Schritten:

- Erfassen der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer durch wenigstens zwei Meßeinrichtungen, die die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größen ermitteln,
- Ermitteln des Bremswunsches des Fahrers aus den Signalen der Meßeinrichtungen in der elektronischen Auswerteeinheit.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Vor richtung zur Steuerung oder Regelung der Bremsanlage ei nes Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, die ein Bremspedal mit einer Pedalmechanik und eine Pedalsenso rik, mindestens eine elektronisch Auswerteeinheit und Radbremsmodule aufweist, mit

- einer Pedalerfassungseinheit zum Erfassen der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer, die aus wenigstens zwei Meßeinrichtungen aufgebaut ist, die die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größen erfassen, und
- einer Auswerteeinheit, welche den Bremswunsch des Fahrers aus den Signalen der Meßeinrichtung ermittelt.

Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge arbeiten typischerweise nach dem konventionellen Prinzip mit direkter Betätigung einer hydraulischen Betätigungseinrichtung durch das Bremspedal mit Verbindung zu den hydraulischen Radbrem sen. Analog des im Flugzeugbau bereits praktizierten Prinzipes des mechanischen Entkoppelns des Steuerknüppels von den Steuerrudern - als "fly-by-wire"-Prinzip bekannt - ist man auch bei Bremsanlagen für Kraftfahrzeuge bemüht, das Bremspedal von der Bremsanlage mechanisch zu entkoppeln und ein "Brake-by-Wire"-Prinzip einzuführen.

Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Bremssystem für Fahrzeuge ist durch die US-A-5,230,549 bekannt geworden.

Derartige Bremsanlagen vom "Brake-by-Wire"-Prinzip weisen ein von der Bremsanlage mechanisch entkoppeltes Brems pedal auf, das jedoch durch entsprechende mechanische Mittel mit Rückstellmechanismen, wie Federn oder dgl., hinsichtlich seiner Betätigbarkeit einem konventionellen mechanisch gekoppelten Bremspedal nachgebildet ist, so daß der Fahrer beim Bremsen in gewohnter Weise das Bremspedal betätigt. Dem Bremspedal ist eine Sensorik mit Datenaufbereitung zugeordnet, das sogenannte Pedal-Modul, das die Bremspedal-Betätigung meßtechnisch erfaßt, typischerweise die vom Fahrer aufgebrachte Fuß-Betätigungskraft und/oder den vom Bremspedal zurückgelegten Weg, um daraus Signale für die Ableitung des sogenannten Bremswunsches des Fahrers zu gewinnen. Die Auswertung des Bremswunschsignals erfolgt in einer nachgeschalteten, zentralen Auswerteeinheit, die mindestens einen Mikroprozessor aufweist, deren Ausgangssignale insbesondere auf die Bremsmodule an den Rädern und auf die Bremslichter aufgeschaltet sind. Die Bremsmodule an den Rädern weisen dabei typischerweise eigene, die Bremsbetätigung durchführende Regelkreise auf, für die das Bremswunschsignal den Sollwert vorgibt. Dabei kann auch das Pedal-Modul einen Mikroprozessor zur Datenaufbereitung aufweisen. Die Sensordaten können auch direkt auf einen Bus geschaltet werden, wobei die Bremswunscherzeugung im Zentralrechner bzw. in Radmodulrechnern erfolgt.

Eine zentrale Frage bei diesen doch sehr sicherheitskritischen "Brake-by-Wire"-Systemen ist diejenige nach der Fehlererkennung und nach dem Verhalten dieses Systems im Fehlerfall.

Da die Bremswirkung der Bremsanlage abhängig vom ermittelten Bremswunsch ist, darf im Fehlerfall der Bremswunscherfassung, insbesondere im Fehlerfall der Pedalsensorik oder der elektronischen Einheit selbst, keine ungewollte Bremswirkung eingestellt werden. Maßnahmen zur Fehlererkennung oder zur Steuerung der Bremsanlage im Fehlerfall werden in der US-5,230,549 nicht beschrieben.

Durch die DE 195 10 525 A1 (= EP 0 814 981 A1) sind Maßnahmen bekannt geworden, die Bremsanlagen vom "Brake by-Wire"-Typ mit Blick auf mögliche Fehlerzustände im Bereich der Bremswunscherfassung verbessern. Die zentrale Maßnahme besteht darin, daß der Bremswunsch des Fahrers jeweils unabhängig voneinander durch wenigstens zwei Meßeinrichtungen erfaßt wird, die unterschiedliche, die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größen mit unterschiedlichen Meßprinzipien (Diversität) ermitteln, wobei die so gebildeten Bremswunschgrößen miteinander verglichen werden und bei unzulässigen Abweichungen ein Fehlerzustand erkannt wird.

Wenngleich diese bekannten, auf diversitäre Realisierung ausgerichteten Maßnahmen auch das Erkennen bestimmter Fehler ermöglichen, so ist die Palette der erkennbaren Fehlerarten doch beschränkt, wie auch die Schnelligkeit der Fehlererkennbarkeit. So benötigt das bekannte System einen hohen Aufwand, um überhaupt mechanische Fehler im Bremspedalmodul von Sensorik-Fehlern unterscheiden zu können, bzw. es können keine eindeutigen Aussagen über die Fehlerlokalisierung getroffen werden. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem inkonsistenten Zustand und Totalausfall der Bremsanlage führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so zu führen bzw. die eingangs bezeichnete Vorrichtung so auszubilden, daß eine schnelle Bremswunschermittlung mit einer Überwachungsfunktionali tät möglich ist, die mehr Fehlerarten abdeckt und schneller erkennt als andere bisher bekannte Verfahren.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt in bezug auf das Verfahren gemäß der Erfindung dadurch, daß die Meßein richtungen dieselbe die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größe zur Bestimmung des Bremswunsches ermitteln, und eine weitere Meßgröße für die Überwachung der Pedalmechanik und der Pedalsensorik abgeleitet und mit dem Bremswunschsignal in der elektronischen Auswerteeinheit verglichen wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Bremsanlage eines Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, die ein Bremspedal mit einer Pedalmechanik und eine Pedalsensorik, mindestens eine elektronisch Auswerteeinheit und Radbremsmodule aufweist, mit:

- einer Pedalerfassungseinheit zum Erfassen der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer, die aus wenigstens zwei Meßeinrichtungen aufgebaut ist, die die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größen erfassen,
- einer Auswerteeinheit, welche den Bremswunsch des Fahrers aus den Signalen der Meßeinrichtung ermittelt,

gelingt die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Meßeinrichtungen so ausgebildet sind, daß sie dieselbe die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größe zur Bestimmung des Bremswunsches durch die Auswerteeinheit ermitteln und daß eine weitere Meßeinrichtung für die Überwachung der Pedalmechanik und der Pedalsensorik vorgesehen ist, deren Meßsignal mit dem Bremswunschsignal in der elektronischen Auswerteeinheit verglichen wird.

Durch die Maßnahme nach der Erfindung ist eine schnelle Bremswunschermittlung möglich, mit einer Überwachungs funktionalität, die mehr Fehlerarten abdeckt und schneller erkennt als das bekannte Verfahren. Dadurch wird eine Erhöhung der Sicherheit, der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit erreicht. Aufgrund der Bremswunscher fassung einer identischen physikalischen Größe (z. B. der Pedalbetätigungskraft), mit zwei Sensoren, kann der Überwachungsaufwand des Pedalmoduls minimiert werden.

Diese Vorteile treten besonders dann deutlich hervor, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung beide Meßeinrichtung durch gleiche Sensoren gebildet werden.

Vorzugsweise erfassen die beiden Meßeinrichtungen, aus denen der Bremswunsch ermittelt wird, die Fahrer fußkraft, ausgedrückt durch die Pedalbetätigungskraft. Die Erfassung der Fahrerfußkraft erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn der Fehler: "klemmendes Pedal" von der Auswerteelektronik erkannt werden soll. Falls durch ein geschicktes konstruktives Design dieser Fehlerfall eine Ausfallwahrscheinlichkeit kleiner als die Ausfallwahr scheinlichkeit der Sensorik, der Auswerteelektronik oder des Fehlers "abbrechendes Pedal" hat, so können auch zwei Weg- oder Winkelsensoren oder alternativ ein Weg- und ein Winkelsensor zur Erfassung des Bremswunsches herangezogen werden.

Die weitere Überwachungs-Meßeinrichtung erfaßt vorzugs weise den Pedalweg "s" oder die Pedalwinkelstellung "α" und braucht keine Kraft F zu ermitteln. Die Erfassung der Kraft F als Überwachungsgröße kommt allenfalls für Komfortzwecke in Betracht, da sie gewisse systemtypische Nachteile mit sich führt.

Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Steuerung bzw. Regelung der Bremsanlage eines Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip einschließlich der erfindungsgemäß ausgebildeten Pedalsensoren,

Fig. 2 ein Flußdiagramm für die Basisberechnung des Bremswunsches, der Bremskraft und der Fehlerlokalisierung gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2A eine Teilvariante des Flußdiagrammes nach Fig. 2, bei der der Gradient der Sensorsignale mit in die Berechnung einbezogen wird,

Fig. 2B eine Teilalternative der Fig. 2 bei der Bildung des Bremswunschsignales bei defekten Sensoren für die Bremswunschermittlung,

Fig. 2C eine Ergänzung zur Fig. 2, die ein drittes Sensorsignal zur Erkennung eines Fehlers im Überwachungssensor mit einbezieht,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Basisberechnung des Bremswunsches der Bremskraft und der Fehlerlokalisierung gemäß einer zweiten Möglichkeit unter Einbeziehung der Gradientenberechnung der Sensorsignale,

Fig. 3A eine Teilalternative analog der Fig. 2B hinsichtlich der Auswahl des den Bremswunsch bildenden Sensorsignals im Falle eines Defektes eines der beiden Bremswunsch-Sensoren,

Fig. 3B eine Ergänzung des Flußdiagrammes nach Fig. 3 analog der Fig. 2C hinsichtlich der Einbeziehung eines dritten Signales zur Erkennung eines Fehlers im Überwachungssensor, und

Fig. 4 ein Flußdiagramm für eine erweiterte Signalverarbeitung mit Statusmeldungen einschließlich der Gesamtbremskraftberechnung.

Die Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild den prinzipiellen Aufbau einer Bremsanlage nach dem "Brake by-Wire"-Prinzip. Die Bremsanlage weist zunächst ein Bremspedal 1 mit einer Anlenkung 2 auf, das mit einer an sich bekannten Pedalmechanik versehen ist, die das Verhalten eines konventionellen, mechanisch mit der Bremsanlage gekoppelten Bremspedals nachbildet. Diese Pedalmechanik kann ein mechanisches Element mit Rückstellmechanismus, z. B. einer Feder 1a, sein. Auch sind hydraulische oder pneumatische, nachbildende Anordnungen 1b denkbar. Charakteristisch für die Pedalbetätigung ist dabei die vom Fahrer aufgebrachte Fußkraft, die sich in einer entsprechenden Pedalbetätigungskraft ausdrückt, und/oder der Fußweg, der sich in einem entsprechenden Pedalweg S bzw. in einem Pedalwinkel W widerspiegelt. Diese nachbildenden Anordnungen 1a, 1b können einfach vorhanden oder zur Erhöhung der Sicherheit doppelt ausgelegt sein (Redundanz). Die für die Pedalbewegung charakteristischen Größen S bzw. W werden durch einen Pedalmodul 3 erfaßt, der im Ausführungsbeispiel drei Meßeinrichtungen 4, 5, 6 mit entsprechenden Sensoren und eine Meßdatenaufbereitung 7 aufweist. Am Ausgang des Pedalmoduls 3 stehen auf den, aus Sicherheitsgründen doppelt ausgeführten, Datenverbindungen 8, 9 die aufbereiteten Sensorsignale oder der aus diesen Signalen bereits ermittelte Bremswunsch F_W, falls die Meßdatenaufbereitung 7 einen Rechner enthält zur Verfügung. Im ersten Fall werden über die Verbindungen 8, 9 die aufgrund der Pedalbetätigung erzeugten, aufbereiteten Sensorsignale an eine Auswerteeinheit 10, die typischerweise ein Rechnersystem mit zwei Rechnern 10a, b ist, übertragen. Das Rechnersystem ermittelt aus den aufbereiteten Sensorsignalen den Fahrerbremswunsch F_W. Dieser Bremswunsch stellt ein Maß für die erwünschte Bremswirkung der Bremsanlage dar und repräsentiert im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Bremskraft. Neben der Bremskraft können auch andere Größen, z. B. eine das Bremsmoment, den Bremsdruck, die Fahrzeugverzögerung, die Bremsleistung, usw. repräsentierende Größen in der Meßdatenaufbereitung 7 aus den Sensorsignalen ermittelt und der Auswerteeinheit 10 zur Verfügung gestellt werden.

Die Auswerteeinheit 10 setzt den ermittelten Bremswunsch unter Berücksichtigung der gewünschten Bremskraftver teilung, des Belagverschleißes, den Achslasten, usw. in Sollwerte für die Radbremsen um. Diese Sollwerte repräsentieren im bevorzugten Ausführungsbeispiel den an den Radbremsen einzustellenden Bremsdruck, in anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen die einzustellende Bremskraft, das einzustellende Bremsmoment, usw. Über die redundant vorhandenen Leitungen 11, 12, 13 und 14 gibt die Auswerteeinheit 10 im bevorzugten Ausführungs beispiel individuelle Sollwerte bzw. Ansteuersignale zur Einstellung dieser Sollwerte an die Radbremsmodule 15, 16, 17 und 18 ab, die selbst ebenfalls Rechner enthalten, damit bei einem Ausfall des Zentralrechners 10 aus den Sensorsignalen der Bremswunsch ermittelbar ist.

An die Auswerteeinheit 10 ist ferner eine Anzeige/bzw. Warneinrichtung 19 angeschlossen, die beispielsweise dem Fahrer einen Fehlerzustand im Bereich der Bremsanlage anzeigt.

Die Anordnung nach Fig. 1 ist eine besondere Ausführungsform. Es ist auch denkbar, beispielsweise die Meßdatenaufbereitungs-Stufe 7 mit der elektronischen Aus wertestufe 10 zu kombinieren.

Eine besondere Bedeutung für die Fehlersicherheit der Bremsanlage kommt den Meßeinrichtungen 4, 5 und 6 zu, die die Bremspedalbetätigung erfassen. Erfindungsgemäß werden zur Ermittlung des Bremswunsches zwei gleiche Meßeinrich tungen 4 und 5 vorgesehen, die dieselbe, die Bremspedal betätigung charakterisierende Größe ermitteln, und vor zugsweise auch gleiche Sensoren aufweisen. Vorzugsweise erfassen beide Meßeinrichtungen eine die Fahrerfußkraft charakterisierende Größe, z. B. die Pedalbetätigungskraft. In einem weiteren, dem dargestellten Ausführungsbeispiel, kann zweimal ein Drehwinkel gemessen werden, was insbe sondere bei solchen Bremspedalen, die eine Drehbewegung bei der Betätigung beinhalten, von Bedeutung ist. Bei translatorisch bewegten Pedalen wird der Pedalweg s er faßt.

Aus den Signalen der Meßeinrichtungen 4 und 5 wird entwe der in der Meßdatenaufbereitungsstufe 7 oder im Zentral rechner 10 der Bremswunsch, d. h. eine die Bremswirkung charakterisierende Größe, z. B. in Form einer aufzubrin genden Gesamtbremskraft, für das Fahrzeug berechnet, und, wie bereits dargestellt, zur Ansteuerung der elektrischen Bremsanlage des Fahrzeuges weitergeleitet.

Eine dritte Größe wird in der Meßeinrichtung 6 erfaßt, die für die Überwachung der Pedalmechanik und Pedalsenso rik des Bremspedalmoduls 3 eingesetzt wird, die vorzugs weise eine andere physikalische Größe als die beiden Bremswunschsensoren 4 und 5 bei der Pedalbetätigung durch den Fahrer erfaßt. Diese dritte Meßeinrichtung 6 stellt letztlich einen Überwachungssensor dar; wenn beispielsweise die Meßeinrichtungen 4 und 5 die Pedalbetätigungskraft ermitteln, kann die Meßeinrichtung 6 mittels eines Wegsensors den Pedalweg erfassen, beispielsweise durch einen in der Anlenkung 2 des Bremspedals integrierten digitalen Winkelgeber, der kodierte, die jeweilige Stellung repräsentierende Signale abgibt, oder, wie in Fig. 1 dargestellt, den Weggeber 1c. Auch kann der dritte Sensor ein Kraft-Sensor sein, der die Pedalkraft erfaßt.

Durch diese Maßnahmen wird eine Erhöhung der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Bremsanlage erreicht. Aufgrund der Bremswunscherfassung einer identischen physikalischen Größe, z. B. der Fahrerfußkraft, oder des Pedalwinkels mit zwei gleichen Sensoren, kann der Überwachungsaufwand des Pedalmoduls durch eine geschickte Wahl der Sensorik minimiert werden. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Aufwand, um mechanische Fehler von Sensorfehlern unterscheiden zu können, verhältnismäßig gering, bzw. es können auch eindeutige Aussagen über die Fehlerlokalisierung getroffen werden, so daß es nicht zu inkonsistenten Zuständen und einem Totalausfall der Bremsanlage kommen kann.

Die Reduzierung des Aufwandes bei der Fehlererkennung und Lokalisierung gegenüber den bekannten Prinzipien wird durch folgende Überlegungen deutlich. Werden beispiels weise die Meßeinrichtungen 4 und 5 durch zwei Kraft- oder Winkelsensoren ausgebildet, spielen zunächst Veränderun gen in der Pedalmechanik keine Rolle, da sie keine Abwei chung der Meßwerte beinhalten. Solange die Mechanik in Ordnung ist, liefern beide Sensoren das gleiche Signal; ist sie defekt, dann liefern beide Sensoren ebenfalls ein entsprechendes gleiches Signal. Somit kann im einfachsten Fall auf eine Überwachung der Mechanik bei dieser Sensor anordnung verzichtet werden, wenn man von dem unwahrscheinlichen Fall eines Pedalbruches einmal absieht.

Weitere Vorteile der Erfindung sind:

1. Bei der Überwachung und Fehlererkennung des Pedalmoduls müssen neben Sensor- und Elektronikfehler bzw. -ausfälle auch Fehler bzw. Ausfälle in der Mechanik berücksichtig werden. Besonders darf z. B. ein klemmendes Pedal die Berechnung des Bremswunsches nicht beeinträchtigen. Ein klemmendes Pedal kann zwei Folgen haben: der Fahrer kann bei einer Betätigung das Pedal nicht mehr oder kaum nach vorne bewegen (es kann schon teilweise nach vorne gedrückt worden sein) oder das Pedal kommt bei Abbruch der Betätigung nicht mehr oder nicht schnell genug zurück.
Bei der Verwendung eines Weg- oder Drehwinkelsensors in der Meßeinrichtung 6 wird jedoch weiterhin ein Weg oder Drehwinkel angezeigt werden, auch wenn der Fahrer das Pedal nicht weiter betätigt. Daraus folgt, daß der nominal zugrundeliegende Zusammenhang zwischen Pedalweg und Kraft in dieser Fehlersituation nicht mehr gegeben ist. Dadurch könnten falsche Schlüsse bei der Fehlerlokalisierung und Bremswunschberechnung gezogen werden, die zu einem inkonsistenten Verhalten des Systems führen. Im schlimmsten Fall würde ein ordnungsgemäß arbeiten der Sensor von dem System durch einen Mehrheitsent scheid nicht weiter berücksichtigt, während ein feh lerhafter Sensor als solcher nicht erkannt wird. Dies kann zu einem Totalausfall des Bremssystems führen, da kein sinnvoller Bremssollwert mehr gene riert werden kann.
Aus diesem Grunde werden vorzugsweise bei elektro mechanischen Bremssystemen zwei Kraftsensoren oder Drehmomentsensoren verwendet, um in der Betätigungs mechanik weiterhin einen eindeutigen Bremswunsch generieren und eine eindeutige Überwachung gewähr leisten, d. h. den Unterschied zwischen klemmendem und nichtklemmendem Pedal erkennen zu können. Bei elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Pe dalmodulen eignen sich vorzugsweise zwei Drucksenso ren oder ebenfalls zwei Drehwinkelsensoren. Es ist aber auch die reziproke Sensoranordnung sinnvoll, beispielsweise zwei Drehwinkelsensoren und ein Kraftsensor.
2. Eine Fehlererkennung bei den beiden Bremswunscher fassungssensoren 4, 5 kann schnell durch einen ein fachen Vergleich der Signale oder Meßwerte erfolgen. Vorzugsweise wird überprüft, ob sich beide Werte innerhalb einer vorgegebenen Toleranz befinden.
3. Eine Bremswunschberechnung reicht zunächst aus, wenn sie nur von einem Meßwert der beiden Bremswunsch erfassungsensoren 5, 6 ermittelt wird. Der zweite Bremswunscherfassungssensor dient dann zunächst nur der Überwachung und Bestätigung des ersten Brems wunscherfassungssensors. Aus diesem Grund könnte der zweite Bremswunscherfassungssensor eine geringere Genauigkeit und Auflösung aufweisen und damit eine kostengünstigere Ausführung als der erste Bremswunscherfassungssensor darstellen.
4. Falls bei den beiden Bremswunscherfassungssensoren 4, 5 eine unzulässige Abweichung der Meßwerte auf weisen, wird der Überwachungssensor verwendet, um den fehlerhaften Sensor durch einen Mehrheitsent scheid lokalisieren zu können. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Meßwert des ersten Bremswunsch erfassungssensors zunächst mit dem Meßwert des Überwachungssensormeßwertes verglichen wird.
Befinden sich beide innerhalb einer vorgegebenen Toleranz, so wird der zweite Bremswunscherfassungs sensor als fehlerhaft lokalisiert. Falls nicht, so ist es der erste Bremswunscherfassungssensor.
Alternativ werden die Abweichungen von beiden Bremswunscherfassungssensoren 4, 5 mit dem Überwachungssensor 6 ermittelt und miteinander verglichen. Der Bremswunscherfassungssensor mit der größeren Abweichung zum Überwachungssensor wird als fehlerhaft lokalisiert.
Alternativ werden die Bremssollwerte von allen drei Sensoren 4, 5, 6 berechnet und miteinander verglichen (jeweils ein Bremswunscherfassungssensor mit dem Überwachungssensor). Der Bremswunscherfassungssensor, dessen Bremswunsch die größere Abweichung zum Bremswunsch des Überwachungssensors aufweist, wird als fehlerhaft lokalisiert.
Wenn der Überwachungssensor 6 zur Lokalisierung eines Fehlers im Sensor 4 oder Sensor 5 eingesetzt wird, muß vorher sichergestellt sein, daß der Überwachungssensor einen fehlerfreien Sensorwert liefert. Zu diesem Zweck muß, falls der Vergleich von Sensor 4 gegen Sensor 5 keinen Fehler anzeigt, der aus Sensor 4 oder 5 oder beiden berechnete Bremswunsch verglichen werden mit dem aus dem Signal des Überwachungssensors 6 berechneten Bremswunsch. Hierbei wird die Annahme zugrundegelegt, daß während des Betriebes (außer bei einem Spannungsversorgungs-Ausfall) keine Doppelfehler auftreten, d. h. ein Bremswunscherfassungssensor und der Überwachungssensor oder die beiden Bremswunscherfassungssensoren haben nicht gleichzeitig und unabhängig voneinander einen Fehler. Ergibt sich keine signifikante Abweichung, so kann der Überwachungssensor 6 zur Fehlerlokalisierung eingesetzt werden. Ergibt sich ein Fehler, so ist entweder der Überwachungssensor oder die Fehlermechanik defekt. In diesem Fall wird der Sensor 6 weggeschaltet, da dies bei beiden Fehlerfällen dieselbe Auswirkung hat.
5. Eine Bremswunschgenerierung, Überwachung und Fehlerlokalisierung, die auf der Verwendung von, bevorzugt zwei Kraftsensoren als Bremswunscherfassungssensoren 4, 5 und einem Sensor 6 (z. B. Wegsensor), der nur zur Überwachung basiert, ist unempfindlich gegenüber mechanischen Veränderungen des Pedals (z. B. Dämpfung, Hysterese, Fußkraft-Fußweg-Kennlinien). Bei mechanischer Veränderung kann der Fahrer selbst diese Veränderung ausgleichen, indem er seine Fußkraft bzw. seinen Fußweg entsprechend an die Veränderungen der Mechanik anpassen kann. Wichtig ist nur, daß das Pedalmodul bei allen möglichen Fehlerfällen so lange wie möglich einen Bremssollwert entsprechend dem Fahrerbremswunsch berechnen kann. Dies wird insbesondere durch die beiden Bremswunscherfassungssensoren, die die gleiche Art der Meßgröße (z. B. Kraft oder Drehmoment oder Weg) messen, verwirklicht. Auch bei einer veränderten Mechanik (klemmendes/nicht-klemmendes Pedal) kann weiterhin sofort ein Bremswunsch generiert werden, da die beiden Sensoren keine Abweichungen zeigen werden, wenn beide ordnungsgemäß funktionieren.
Würde, wie im bekannten Fall, ein Kraftsensor und ein Wegsensor als Bremswunscherfassungssensoren eingesetzt werden, so könnten bei einer veränderten Mechanik die Bremssollwerte nicht sofort berechnet werden, da zunächst festgestellt werden müßte, ob die Sensorik oder die Mechanik einen Fehler aufweist. Dies macht das System unnötig komplex und dadurch fehleranfälliger.
Die Sensoren, die die für Fahrerfußkraft charakteristische Größe messen und der Überwachungssensor, falls er die gleiche Größe mißt, sind bevorzugt im Bremspedal 1 angeordnet. Dadurch ist auch bei einem Ausfall der Pedalmechanik (z. B. klemmendes Pedal) aus den Sensoren weiterhin eindeutig der Bremswunsch ermittelbar. Eine Unterscheidung (Fehlerlokalisierung) zwischen Sensorfehler und mechanischen Fehlern ist dann nicht notwendig, da sich mechanische Fehler nicht auf die Sensorsignale auswirken, abgesehen von dem Fall des Pedalbruches.
6. Es kann davon ausgegangen werden, daß der Fahrer selbst in der Lage ist, eine für ihn unangenehme Veränderung der Mechanik zu erkennen und entsprechend reparieren zu lassen. Eine Überwachung der Mechanik wird dadurch nicht mehr zwingend notwendig.
7. Werden die beiden Bremswunscherfassungssensoren 4, 5 mit der gleichen Genauigkeit verwendet, so kann der Überwachungssensor 6 eine geringere Genauigkeit aufweisen, da er nur der Fehlerlokalisierung dient.
8. Werden hingegen zwei Bremswunscherfassungssensoren 4, 5 mit unterschiedlicher Genauigkeit verwendet, so wird vorzugsweise ein Sensor 6 mit einer entsprechenden Genauigkeit wie der bessere von beiden Bremswunscherfassungssensoren verwendet.

Die Fig. 2 bis 4 mit weiteren Unterfiguren zeigen Flußdiagramme zur Fehlererkennung und zur Berechnung des Bremswunsches und der Bremskraft entsprechend den vorstehenden Ausführungen.

In den Flußdiagrammen bezeichnet jeweils F1 den ersten Bremswunsch-Erfassungs-Sensorwert der Meßeinrichtung 4 (z. B. Kraft 1) und F2 den zweiten Bremswunsch-Erfassungs-Sensor wert der Meßeinrichtung 5 (z. B. Kraft 2). Mit s wird der Überwachungswert (z. B. Weg) der dritten Meßeinrichtung 6 bezeichnet. Mit ε werden vorgegebene Schranken definiert. F_B stellt die Gesamtbremskraft für das gesamte Fahrzeug dar und wird als Basis für eine Bremskraftverteilung der einzelnen Radbremsmodule verwendet.

Die Funktionen f1, f2 usw. sind funktionale Zusammenhänge, mit denen die Bremskräfte aus den Sensorsignalen bzw. aus dem Fahrerbremswunsch F_W bestimmt werden. Im einfachsten Fall besteht ein linearer Zusammenhang bei den Funktionen f1, f2 usw. zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße.

Mit F_W wird der Fahrerbremswunsch bezeichnet, der sich aus den Sensorsignalen ergibt.

Die Fig. 2 zeigt die Basisberechnung des Bremswunsches, der Bremskraft und der Fehlerlokalisierung gemäß einer ersten Möglichkeit. Nach dem Start 20 des in Fig. 2 dargestellten Programmteiles werden im ersten Schritt 21 die Signale F1, F2 der Meßeinrichtungen 4 und 5 (Fig. 1) sowie das Signal s der Meßeinrichtung 6 eingelesen. Im Schritt 22 erfolgt dann eine übliche Signalverarbeitung, um die Signale in den nachfolgenden Schritten vergleichbar zu machen. Im Schritt 23, der einen Entscheidungsschritt darstellt, wird der Betrag der Differenz zwischen den Signalen F1 und F2 mit einer ersten Schranke verglichen. Ist die Differenz kleiner als die vorgegebene erste Schranke, d. h., liegen insoweit keine Fehler vor, dann wird über den Ja-Ausgang im Schritt 24 der Bremswunsch F_W und im Schritt 25 die Gesamtbremskraft F_B ermittelt.

Wenn der Programmschritt 23 dagegen ergibt, daß die Differenz größer als die erste Schranke ist, d. h. einer der Sensoren der Meßeinrichtungen 4, 5 defekt ist, dann wird im Schritt 26 das Signal F3, das eine Funktion des Pedalweges s ist, als Entscheidungshilfe herangezogen, indem dieses Signal in den Stufen 27 und 28 jeweils mit den Größen F1 und F2, d. h. mit den Ausgangssignalen der Meßeinrichtungen 4 und 5 verglichen wird. Je nachdem, welche Differenz größer ist, d. h. ob F1 oder F2 fehlerbehaftet ist, was im Schritt 29 ermittelt wird, wird der eine oder andere Wert F1 bzw. F2 der Meßeinrichtungen 4 bzw. 5 im Programmschritt 24 der Berechnung des Bremswunsches des Fahrers zugrundegelegt. Die Programmschritte 26 bis 29 stellen letztlich sicher, daß, obwohl ein Fehler in einer der beiden Meßeinrichtungen 4 oder 5 enthalten ist, der intakte Wert durch Vergleich mit dem Überwachungssensor 6 zur Bildung des Bremswunsches herangezogen wird.

Der Block 25 in Fig. 2 kann durch den in Fig. 2A dargestellten Block ersetzt werden, wenn die Gradienten der Sensorsignale für die Berechnung eines dynamischen Bremswunsches F_W mitbestimmt werden, d. h. gemäß dem Block nach Fig. 2A erfolgt eine Einbeziehung der Gradientenberechnung des Sensorsignale. Dadurch kann besser auf dynamische Veränderungen der Signale eingegangen werden. Besonders bei Panikbremsungen kann ein starker Gradientenanstieg als Unterstützung bzw. als Erhöhung der Bremskraft des Fahrzeuges mitverwendet werden und unterstützt den Fahrer dadurch, um kürzere bzw. optimale Bremswege zu erzielen.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Flußdiagramm für die Basisberechnung des Bremswunsches, der Bremskraft und der Fehlerlokalisierung gemäß einer zweiten Möglichkeit, wobei bei dieser Möglichkeit durchgehend die Einbeziehung der Gradientenberechnung der Sensorsignale erfolgt. Der Gradient wird dabei durch Bildung der Differenz zwischen dem aktuellen und dem Meßwert des vorherigen Programmdurchlaufes ermittelt. Die Berechnung der Bremskraft F_B in Verbindung mit der fallweisen Fehlerbetrachtung wird unmittelbar aus dem Flußdiagramm bzw. in Verbindung mit der Beschreibung zur Fig. 2 (gleichartige Kästchen haben dieselbe Bezugsziffer) deutlich.

Alternativ zur Verwendung des Überwachungssensors 6 mit dem Signal F3 zur Bremswunschermittlung im Falle eines Fehlers der Sensoren 4 (F1) oder 5 (F2), d. h. führt die Entscheidung in dem Programmschritt 23, zu einem Nein, kann auch nur der noch intakte Bremswunsch-Erfassungs-Sensor verwendet werden, d. h. entweder F1 oder F2. Die entsprechende alternative Darstellung des Ablaufplanes hinsichtlich der Programmschritte 29, 29a und 29b in Fig. 2 ist in Fig. 2B dargestellt, während der alternative Ablaufplan für die Möglichkeit nach Fig. 3 in der Fig. 3A dargestellt ist.

Wird ein Überwachungssensor 6 verwendet, der die gleiche physikalische Größe wie die Bremswunsch-Erfassungs-Sensoren 4 und 5 mißt, dann vereinfacht sich die Berechnung der Vergleichsgröße F3 bzw. F_B3 (Fig. 2 und 3), die zur Fehlererkennung benötigt wird. Der Vergleich mit den Bremswunsch-Sensorsignalen F1, F2 wird dadurch zuverlässiger oder kann mit kleineren Schwellen ε2 und ε3 erfolgen.

Die Fig. 2C zeigt eine Ergänzung des Flußdiagrammes nach Fig. 2 hinsichtlich des Schrittes 24 zur Bestimmung des Bremswunsches F_W, wobei in dem neugebildeten Programmschritt 24''', der aus dem Sensor 4 (F1) oder 5 (F2) oder beiden berechnetem Bremswunsch verglichen wird, mit dem aus dem Überwachungssensor (F3) berechneten Bremswunsch. Ergibt sich dabei gemäß dem Entscheidungsschritt 24a eine Differenz, die die Schwelle ε4 überschreitet, so ist entweder der Überwachungssensor oder die Pedalmechanik defekt. Auf die Ausführungen zu dem Vorteil Nr. 5 wird insoweit ergänzend Bezug genommen.

Eine entsprechende Ergänzung des Flußdiagrammes für die in Fig. 3 dargestellte Möglichkeit zeigt die Fig. 3C, zu der im Hinblick auf die ausführliche Beschreibung der Fig. 2C keine weiteren Ausführungen mehr notwendig sind.

Bei einem Fehler im Überwachungssensor 6 kann jeweils eine entsprechende Fehleranzeige in der Stufe 30 erfolgen, z. B. durch eine gelbe Lampe, oder der Fehlerzustand kann auch in einem Fehlerspeicher gespeichert werden. Tritt dann als weiterer Fehler eine Abweichung zwischen den Sensoren 4 und 5 auf, so ist keine Fehlerlokalisierung mehr möglich. Um trotzdem einen Bremswunsch zu berechnen, ist es sinnvoll, aus beiden Sensoren, z. B. über eine Mittelwertbildung, den Bremswunsch zu berechnen. Damit ist sichergestellt, daß bei einem beliebigen Fehler, wenn auch mit geänderter Skalierung und Offset, ein in der Tendenz richtiger Bremswunsch berechnet wird, d. h. das Fahrzeug dennoch bremsfähig ist.

Als weitere Ergänzung werden in der Signalvorverarbeitung Statusmeldungen aller Sensoren mitbestimmt. Vorzugsweise werden Pegelstände, Fehlerzähler, Ausreißer und Signal abweichungen ermittelt. Als Ergebnis kommt zu jedem Sen sorwert ein Status hinzu, der angibt, ob der entsprechen de Sensor ordnungsgemäß arbeitet (ok) oder nicht. In Fig. 4 ist das Flußdiagramm zur Berechnung des Bremswun sches, der Bremskraft und der Fehlerlokalisierung dar gestellt, wenn Statusmeldungen über die Sensorsignale mitverwendet werden können. Dieses Flußdiagramm ist auf grund des Textes in den Arbeits-/bzw. Entscheidungskäst chen selbsterklärend.

Werden im Rahmen einer redundanten Energieversorgung bei Ausfall einer Energieversorgung zwei Sensoren nicht mehr mit Spannung versorgt, so kann nur noch der Sensor ausge wertet werden, der die Spannung von der intakten zweiten Spannungsversorgung erhält. In diesem Fall wird keine Fehlererkennung mehr bei den Sensoren ohne Spannungsver sorgung durchgeführt und nur noch der verbleibende Sensor ausgewertet. Aus diesem Grund muß eine Statusmeldung über den Zustand der Energieversorgungen mit in die Brems wunschberechnung und Überwachung einfließen.

Die Ansteuerung der Bremslichter erfolgt vorzugsweise durch das Sensorsignal, mit dem der Bremswunsch bzw. Bremskraft berechnet wird, damit auch bei einem Ausfall eines Sensors weiterhin die Bremslichter aktiviert werden können. Dies kommt besonders dann zum Tragen, wenn die Ansteuerung der Bremslichter nur an einem einzigen Sensor hängen würde, der ja ausfallen kann, obwohl durch die fehlertolerante Sensorik des Pedals weiterhin gebremst werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Bremsanla ge eines Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, die ein Bremspedal mit einer Pedalmechanik und einer Pedalsensorik, eine elektronische Auswerteeinheit und Radbremsmodule aufweist, mit den Schritten:

- Erfassen der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer durch wenigstens zwei Meßeinrichtungen, die die Bremspedalbetätigung charakterisierende Größen ermitteln,
- Ermitteln des Bremswunsches des Fahrers aus den Signalen der Meßeinrichtungen in der elektro nischen Auswerteeinheit,

dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen dieselbe die Bremspedalbe tätigung charakterisierende Größe zur Bestimmung des Bremswunsches ermitteln, und eine weitere Meßgröße für die Überwachung der Pedalmechanik und der Pedal sensorik abgeleitet und mit dem Bremswunschsignal in der elektronischen Auswerteeinheit verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Meßeinrichtungen mittels gleicher Sensoren dieselbe charakterisierende Größe messen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die charakteristische Größe die Fahrer-Fußkraft ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Fahrer-Fußkraft die Pedalbe tätigungskraft erfaßt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die charakteristische Größe der Ver stellwinkel des Bremspedals ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die charakteristische Größe der Pedal weg des Bremspedals ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Meßgröße für die Überwachung vorzugsweise eine andere physikalische Größe als die Meßeinrichtungen, aus denen der Brems wunsch ermittelt wird, abbildet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Meßgröße von dem Bremspedalweg oder dem Verstellwinkel des Bremspedals abgeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremswunsch aus dem Signal einer der beiden Bremswunsch-Meßeinrichtungen abge leitet wird und eine Fehlererkennung durchgeführt wird, indem dieses Signal der einen Meßeinrichtung mit dem Signal der zweiten Meßeinrichtung daraufhin überprüft wird, ob beide Signale innerhalb einer vorgegebenen Toleranz liegen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das die dritte Meßgröße repräsentierende Signal für den Fall, daß die beiden Bremswunsch-Meßsignale eine unzulässige Abweichung zeigen, dazu verwendet wird, um den fehlerhaften Sensor einer der beiden Bremswunsch-Meßeinrichtungen zu lokalisieren, indem vorzugsweise jedes der Bremswunsch-Meßsignale mit dem von der dritte Meßgröße abgeleiteten Über wachungssignal verglichen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl aus den beiden Bremswunsch-Meßeinrichtungen als auch von der drit ten Meßgröße jeweils ein Bremswunsch-Signal abgelei tet wird, und die Bremswunsch-Signale der beiden Bremswunsch-Meßeinrichtungen jeweils mit dem Bremswunsch-Signal aus der dritten Meßgröße vergli chen wird, wobei diejenige Bremswunsch-Meßeinrich tung, die die größere Abweichung zu dem Brems wunsch-Signal aus der dritten Meßgröße zeigt, als fehler haft lokalisiert wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in die Berechnung der Bremswunsch-Signale die Gradienten der Signale der Meßeinrichtungen mit einbezogen werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordspannung überwacht und das Überwachungsergebnis mit in die Fehlererkennung einbezogen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren so ausgebildet sind, daß sie im Grundzustand des Bremspedals ein vorgegebenes Grundsignal (Lifesign-Signal) zur Er kennung eines Sensorfehlers abgeben.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Sensorsignalen für die Bremswunschbestimmung die Bremslichter angesteuert werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Fahrerbremswunscher mittlung in einer erweiterten Signalverarbeitung der Sensorzustands-Status (ok/nicht ok) ermittelt und mit in die Fehlererkennung einbezogen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor, der das weitere Überwachungssignal liefert, auf Fehlerhaftigkeit überwacht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten eines 2-fach-Fehlers aus den vorhandenen Bremswunschsignalen ein Notmodus abgeleitet wird.

19. Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung der Brems anlage eines Fahrzeuges nach dem Brake-by-Wire-Prinzip, die ein Bremspedal (1) mit einer Pedalmechanik und eine Pedalsensorik, mindestens eine elektronische Auswerteeinheit und Radbrems module (15, 16, 17, 18) aufweist, mit

- einer Pedalerfassungseinheit (3) zum Erfassen der Bremspedalbetätigung durch den Fahrer, die aus wenigstens zwei Meßeinrichtungen aufgebaut ist, die die Bremspedalbetätigung charakteri sierende Größen erfassen, und
- einer Auswerteeinheit, welche den Bremswunsch des Fahrers aus den Signalen der Meßeinrichtung ermittelt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen (4, 5) so ausgebildet sind, daß sie dieselbe die Bremspedalbetätigung charakte risierende Größe zur Bestimmung des Bremswunsches durch die Auswerteeinheit (7) ermitteln und daß eine dritte Meßeinrichtung (6) für die Überwachung der Pedalmechanik und der Pedalsensorik vorgesehen ist, deren Meßsignal mit dem Bremswunschsignal in der elektronischen Auswerteeinheit (7, 10) verglichen wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß beide Meßeinrichtungen die gleichen Senso ren aufweisen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Bremswunsch-Meßeinrich tungen (4, 5) Sensoren zur Erfassung der Fahrer-Fuß kraft, vorzugsweise der Pedalbetätigungskraft, aufweisen.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch ge kennzeichnet, daß die beiden Bremswunsch-Meßeinrich tungen (4, 5) Sensoren zur Erfassung des Pedalweges oder des Pedalwinkels aufweisen.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Bremswunsch-Meßeinrichtungen (4, 5) eine geringere Auflösung besitzt.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (10) direkt der Pedalerfassungseinheit (3) unter Bildung eines Pedalmoduls zugeordnet ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (10) in einem Zentralrechner, der weitere Funktionen, wie das Ermitteln von ABS-Signalen, hat, enthalten ist, und daß die Radbremsmodule zusätzliche Rechner zur Ableitung des Bremswunschsignals aufweisen.