DE19861109A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage vorgeschlagen, bei welchen nach Beendigung eines Bremsvorgangs ein Lüftspiel eingestellt wird. Die Größe des Lüftspiels ist dabei abhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs. Zu Beginn eines Bremsvorgangs erfolgt zur Überwindung des Lüftspiels anstelle der Regelung der Radbremsen im Normalbetrieb eine Steuerung.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage.

Die Einstellung des Lüftspiels an einer Radbremse ist mit Blick auf den stets vorhandenen Bremsbelagverschleiß sowie Änderungen in den Randbedingungen, wie zum Beispiel der Bremsentemperatur wünschenswert. Dies gilt besonders für ein elektromotorisch betriebenes Radbremssystem bei Kraftfahr­ zeugen, bei dem die Radbremsen durch Ansteuern elektromoto­ rischer Bremsensteller betätigt werden. Bei diesen Bremssy­ steme muß das Lüftspiel aktiv, d. h. durch ansteuern der Bremsensteller eingestellt werden. Elektromotorisch betrie­ bene Radbremsen für Kraftfahrzeuge sind bekannt, beispiels­ weise aus der WO-A 94/24453, wo die Zuspannkraft durch einen Elektromotor erzeugt wird. Bei einem elektrisch gesteuerten Bremssystem sollte in allen Betriebspunkten im ungebremsten Zustand ein gefordertes Lüftspiel (Abstand zwischen Bremsbe­ lag und Bremsscheibe bzw. -trommel) eingehalten werden.

Bei der Lüftspiel ist zu beachten, daß einerseits ein klei­ nes Lüftspiel gewünscht ist, um die Zeit, die benötigt wird, die Bremsbeläge anzulegen, möglichst gering zu halten, ande­ rerseits ein größeres Lüftspiel notwendig ist, um in allen Betriebsfällen, auch zum Beispiel beim Auftreten eines Bremsscheibenschlages oder bei Schlechtwegstrecken durch die Elastizität der Radaufhängung (Achsschenkel, etc.), im unge­ bremsten Zustand keine Reibverluste zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag mehr zu haben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die oben dargestellten unter­ schiedlichen Anforderungen an die Lüftspieleinstellung zu befriedigen.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi­ gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die nachfolgend beschriebene Lösung berücksichtigt die un­ terschiedlichen Anforderungen an die Lüftspieleinstellung, insbesondere bezüglich des reibfreien Zustands bei ungebrem­ ster Fahrt und der Dynamik eines Bremseneingriffs.

Besonders vorteilhaft ist, daß das Lüftspiel aktiv bei Vor­ liegen vorbestimmter Bedingungen vergrößert wird. Diese Be­ dingungen zeigen an, daß die Wahrscheinlichkeit für einen unmittelbar bevorstehenden Bremsvorgang nicht größer als ei­ ne mittlere Wahrscheinlichkeit ist. In einem Betriebszu­ stand, in dem mit höherer Wahrscheinlichkeit von einem un­ mittelbar bevorstehenden Bremsvorgang ausgegangen werden muß, wird ein geringeres Lüftspiel eingestellt.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei Systemen, bei denen das Lüftspiel aktiv eingestellt werden kann, bei­ spielsweise bei elektromotorischen Bremsanlagen.

In vorteilhafter Weise wird die Lebensdauer der Bremsscheibe und des Bremsbelag bzw. der Bremstrommel und der Bremsbacke verlängert.

Ferner findet durch Reduzierung des Restmoments am Fahrzeu­ grad eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeu­ ges statt.

Besonders vorteilhaft ist ferner, daß das erweiterte Lüft­ spiel bei einer Bremsanforderung dynamisch sehr schnell überwunden wird, indem die Radbremse-Stelleinrichtung mit nahezu maximaler Dynamik verstellt wird, wobei sich vorzugs­ weise das Steuerverfahren vom Steuerverfahren während eines Bremsvorgangs unterscheidet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanlage mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaares. In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausgestal­ tung der Steuerungseinrichtung dargestellt. Fig. 3 zeigt anhand eines Flußdiagramms die Realisierung der nachfolgend dargestellten Lüftspieleinstellung als Rechnerprogramm. In Fig. 4 ist für ein Beispiel die Wirkungsweise der nachfol­ gend beschriebenen Lösung anhand von Zeitdiagrammen darge­ stellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanla­ ge mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaares. Dieses Radpaar könnte einer Achse oder einer Diagonalen des Fahrzeugs zugeordnet sein. Dabei ist mit 10 das Bremspedal des Fahrzeugs dargestellt. Der Bremswunsch des Fahrers wird über das Sensorsystem 12 durch Winkel-, Weg- und/oder Kraftmessung erfaßt und über die Lei­ tungen 14 einem elektronischen Steuerungssystem 16 zuge­ führt. Dieses Steuerungssystem ist in einer vorteilhaften Auslegung aus dezentral aufgeteilten Steuereinheiten aufge­ baut. Das Sensorsystem 12 wie auch zumindest teilweise das elektronische Steuerungssystem 16 sind redundant ausgeführt. Das elektronische Steuerungssystem betätigt über die Aus­ gangsleitungen 18 und 20 die Elektromotoren 23 und 24, bei­ spielsweise mittels eines pulsweitenmodulierten Spannungs­ signals unter Verwendung einer H-Brückenendstufe oder mit­ tels elektronisch kommutierter SR-Motoren (switched-re­ luctance). Die Elektromotoren sind Teil von Bremsenstel­ lern 26 und 28. Die rotatorischen Bewegungen dieser Motoren werden in den nachgeschalteten Getriebestufen 58 und 60 in translatorische Bewegungen umgeformt, die zu Verschiebungen der Bremsbeläge 30 und 32 führen. Die Bremsbeläge werden in den Bremssätteln 34 und 36 geführt und wirken auf die Brems­ scheiben 38 und 40 der Räder 1 und 2. Daneben ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine elektrisch betätigbare Verriegelungseinrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Bremsensteller in der aktuellen Position verriegelt werden kann, so daß der Elektromotor stromlos geschaltet werden kann, z. B. durch die Arretierung des Rotors des Elektromo­ tors. Die Position des Bremsenstellers wird dann ohne Ener­ gieaufwand gehalten.

An jedem Rad werden Kraft- oder Momentensensoren 42 und 44 eingesetzt, deren Signale über die Meßleitungen 46 und 48 dem elektronischen Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Mittels dieser Sensoren werden in einer Ausführungsvariante die axialen Abstützkräfte der Steller bei einem Bremsvorgang gemessen und bilden damit ein Maß für die auf die Brems­ scheibe wirkende Normalkräfte. Diese Variante wird im fol­ genden Kraftmessung genannt. Unter Bremskraft wird daher die Kraft verstanden, mit der die Bremsbacken gegen die Brems­ scheibe bzw. -trommel drücken. In einer anderen Ausführungs­ variante werden die radialen Abstützkräfte der Bremsbeläge gemessen und damit ein Maß für die in den Bremsscheiben auf­ tretenden Reibkräfte bzw. deren Reibmomente gebildet. Zudem werden über die Sensoren 50 und 52 die Radgeschwindigkeiten erfaßt und über die Eingangsleitungen 54 und 56 dem Steue­ rungssystem 16 übermittelt. Ferner sind Winkelsensoren 62 und 64 vorgesehen, deren Signale über die Leitungen 66 und 68 dem Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Diese Winkel­ sensoren sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Hall­ sensoren, welche zum Beispiel die Umdrehung des Elektromo­ tors des Bremsenstellers erfassen und pro Umdrehung mehrere Impulse liefern, deren Anzahl ein Maß für den zurückgelegten Winkel und damit für den zurückgelegten Weg der Bremsbeläge ist. In anderen Ausführungsbeispielen werden andere Senso­ ren, zum Beispiel induktive Sensoren, Potentiometer, etc. zur Weg- oder Winkelmessung eingesetzt.

Im elektronischen Steuerungssystems 16 werden aus dem erfaß­ ten Bremswunsch entsprechend vorprogrammierte Kennfelder Sollwerte für die einzelnen Radbremsen oder Gruppen von Rad­ bremsen ermittelt. Diese Sollwerte entsprechen beispielswei­ se denen in einem Rad oder einem Radpaar einzustellenden Bremsmomenten oder Bremskräften, deren Größen unter anderem von der Achslastverteilung des Fahrzeugs abhängen. Aus den ermittelten, ggf. radindividuellen Sollwerten wird durch Vergleich mit den von den Sensoren 42 und 44 gemessenen Ist-Wer­ ten der Bremskräfte bzw. der Bremsmomente Regeldifferen­ zen ermittelt, die Regelalgorithmen, zum Beispiel in Form zeitdiskreter PID-Regler, zugeführt werden. Die Stellgröße dieser Regler wird zur Ansteuerung der Elektromotoren ver­ wendet, wobei entsprechende Ansteuersignale über die Leitun­ gen 18 und 20 ausgegeben werden.

Nach Beendigung der Bremsung wird das Lüftspiel an den Rad­ bremsen eingestellt. Dies kann auf verschiedene Art und Wei­ se erfolgen. Im einfachsten Ausführungsbeispiel wird im Rah­ men einer Winkel- bzw. Lageregelung über das entsprechende Meßsignal ein vorgegebener Winkel bzw. eine vorgegebene Lage eingestellt. Dieser Sollwinkel bzw. diese Sollage entspricht einem vorgegebenen Lüftspiel, d. h. einem vorbestimmten Ab­ stand der Bremsbeläge zur Scheibe bzw. Trommel, wobei der Winkel bzw. die Lage der Bremsbeläge beim Lösen der Bremse berücksichtigt wird. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Lösen der Radbremse erfaßt und durch Ansteuerung des Stellmotors beispielsweise für eine bestimmte Zeit oder auf der Basis des dann vorliegenden Nullwertes bzw. Nullwin­ kels ein vorbestimmtes Lüftspiel eingestellt. In einem ande­ ren Ausführungsbeispiel wird die Einstellung des Lüftspiels über den Momenten- bzw. Kraftregler vorgenommen, indem aus dem gemessenen Wegsignal bzw. Winkelsignal unter Berücksich­ tigung des Nullwertes dieses Signals bei Lösen der Radbremse ein Istmoment bzw. eine Istkraft über eine Kennlinie berech­ net wird. Diese Kennlinie entspricht dem Zusammenhang zwi­ schen Bremsmoment bzw. Bremskraft und Winkel bzw. Weg des Bremsbelags. Der berechnete Istwert dient dann zur Momenten- bzw. Kraftregelung, wobei über den fiktiven Istwert ein vor­ bestimmtes Lüftspiel eingestellt wird. Die nachfolgend be­ schriebene Vorgehensweise ist unabhängig von der konkreten Art und Weise, in der das Lüftspiel eingestellt wird.

Erfolgt während einer bestimmten Zeitdauer nach Beendigung des Bremsvorgangs kein weiterer Bremswunsch, so wird ein er­ weitertes Lüftspiel im Rahmen einer der oben genannten Vor­ gehensweisen eingestellt, welches zu einem größeren Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe führt. Die erweitere Lüftspieleinstellung erfolgt dabei nur dann, wenn die Fahr­ zeuggeschwindigkeit über einer bestimmten Grenzgeschwindig­ keit liegt. Entsprechend wird das erweiterte Lüftspiel dann eingestellt, wenn ein automatisch geregelter Geschwindig­ keitswunsch, z. B. von einem Fahrgeschwindigkeitsregler, vor­ liegt. In diesem Fall spielt der Ablauf der Zeitdauer keine Rolle, so daß das erweiterte Lüftspiel bereits früher einge­ stellt wird.

Erfolgt bei eingestelltem erweitertem Lüftspiel ein Brems­ wunsch durch den Fahrer oder ein aktives Sicherheitssystem, z. B. einer Fahrdynamikregelung, einer Antriebsschlupfrege­ lung etc., wird das erweiterte Lüftspiel durch eine geänder­ te Ansteuerstrategie möglichst schnell durchlaufen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird an den Elektromotor ein Ansteuersignal mit einer höheren Ansteuerspannung bzw. einem größeren Tastverhältnis ausgegeben, wobei in einem Ausfüh­ rungsbeispiel keine Regelung stattfindet, sondern das ver­ größerte Ansteuersignal für eine bestimmte Zeit ausgegeben wird, die zu einem Überwinden des eingestellten Abstand führt. Danach wird die Regelung aufgenommen.

In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Steuerungssystems 16 in Verbindung mit der Lüftspieleinstel­ lung dargestellt. Vom Bremsensteller 26 bzw. der entspre­ chenden Radbremse werden die Meßgrößen für die Bremskraft Fx (bzw. das Bremsmoment), die Weg- bzw. Winkelgröße Sx sowie die Radgeschwindigkeit Nx an das Steuerungssystem 16, dort an eine Steuereinheit 100 zur Steuerung der Radbremse über­ mittelt. Von dieser Steuereinheit erhält der Bremsensteller 26 ein Ansteuersignal I(t), welches den Strom durch den Elektromotor repräsentiert. Die Steuereinheit 100 umfaßt ei­ nen Regler 102 sowie ein Lüftspieleinstellmodul 104. Der Regler stellt im bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Bremsmomentenregler bzw. ein Bremskraftregler dar. Er erhält von einer Bremswunschaufbereitung 106, die ebenfalls Teil des Steuerungssystems ist, einen Sollwert für das Bremsmo­ ment bzw. die Bremskraft. Der Regler übermittelt an den Lüftspieleinstellmodul 104 die gemessene Bremskraft F(t) bzw. das gemessene Bremsmoment, anhand dessen das Lüftspie­ leinstellmodul 104 die Bedingungen zur Einstellung des Lüft­ spiels ableitet. Vom Lüftspieleinstellmodul 104 werden dem Regler 102 das Lüftspiel S0, das erweiterte Lüftspiel SERW sowie der Additionsbetrag S1, der vom Lüftspiel zum erwei­ terten Lüftspiel führt, übermittelt. Aufgrund dieser Infor­ mation stellt der Regler 102 das jeweils vorgegebene Lüft­ spiel im Rahmen einer der oben genannten Vorgehensweisen ein. Aufgrund der übermittelten Information ist der Regler in der Lage festzustellen, ob ein erweitertes Lüftspiel ein­ gestellt wird oder nicht. Abhängig von dieser Information wird bei einem Bremsvorgang das erweiterte Lüftspiel in der oben beschriebenen Weise abgebaut. In einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel wird zusätzlich oder alternativ zu diesen In­ formation die Information für einen schnellen Abbau des er­ weiterten Lüftspiels übermittelt, die den Regler z. B. zu ei­ ner Umschaltung von Regelung auf Steuerung veranlaßt. Im be­ vorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Lüft­ spieleinstellmodul 104 im wesentlichen um eine Timerfunkti­ on.

Die Realisierung der Lüftspieleinstellung erfolgt im bevor­ zugten Ausführungsbeispiel als Rechnerprogramm. In Fig. 3 ist ein Flußdiagramm skizziert, welches ein Beispiel für ei­ ne derartige Realisierung zeigt.

Das in Fig. 3 beschriebene Programm wird mit Beendigung ei­ nes Bremsvorgangs, d. h. mit Lösen der Bremsbeläge von der Bremsscheibe eingeleitet. Dies wird z. B. anhand des gemesse­ nen Bremskraft- bzw. Bremsmomentensignals ermittelt. Im er­ sten Schritt 300 wird das Lüftspiel S0 vorgegeben und vom Regler z. B. über eine Lageregelung eingestellt. Dieses Lüft­ spiel S0 ist relativ klein, d. h. der Abstand zwischen Brems­ belag und Bremsscheibe bzw. Bremstrommel ist so gering, daß in allen Betriebsfällen Restreibmomente nicht auszuschließen sind. Im darauffolgenden Schritt 302 werden die Bedingungen überprüft, die zur Einstellung eines erweiterten Lüftspiels führen. Diese Bedingungen sind der Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Beendigung eines Bremsvorgangs und das Über­ schreiten einer Grenzgeschwindigkeit durch die Fahrzeugge­ schwindigkeit und/oder die Aktivierung eines automatisch ge­ regelten Geschwindigkeitswunsches (z. B. eines Fahrgeschwin­ digkeitsreglers). Ist keine dieser Bedingungen erfüllt, so wird im Schritt 304 beispielsweise anhand des Sollwert- oder des Istwertsignals überprüft, ob ein erneuter Bremsvorgang vorliegt. Ist dies nicht der Fall, wird Schritt 302 wieder­ holt, während im anderen Fall das Programm beendet wird. Die Einstellung des Lüftspiel ist dabei durch die elektrisch be­ tätigbare Verriegelungseinrichtung arretiert. Ist eine der Bedingungen für die erweiterte Lüftspieleinstellung erfüllt, d. h. ist die Zeit abgelaufen und die Fahrgeschwindigkeit über einer Grenzgeschwindigkeit oder liegt ein automatischer Geschwindigkeitswunsch vor, so wird gemäß Schritt 306 das Lüftspiel auf den Wert SERW eingestellt, der als Summe des Lüftspiels S0 und eines Additionsbetrags S1 gebildet wird. Der Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe bzw. -trom­ mel wird vergrößert, so daß keine Restreibmomente auf­ treten. Danach wird im Schritt 308 wieder beispielsweise an­ hand des Sollwertsignals überprüft, ob ein Bremsvorgang vor­ liegt. Ist dies der Fall, wird ein schneller Abbau des Lüft­ spiels gemäß Schritt 310 eingeleitet, indem an dem Elektro­ motor eine hohe Ansteuerspannung bzw. ein vergrößertes Tastverhältnis vorzugsweise im Rahmen einer Steuerung unter Abschalten der Regelung ausgegeben wird. Diese Funktion wird hauptsächlich vom Regler 102 ausgeführt. Das Ansteuersignal ist dabei größer als das Ansteuersignal bei einer Betriebs­ bremsung. Danach wird das Programm beendet und beim Ende des nächsten Bremsvorgangs wieder eingeleitet. Liegt kein erneu­ ter Bremsvorgang vor, wird im Schritt 312 überprüft, ob eine der Bedingungen zur Einstellung des erweiterten Lüftspiels nicht mehr vorliegt. Sind alle Bedingungen noch erfüllt, wird das Programm mit Schritt 308 durchgeführt, liegt eine der Bedingungen nicht mehr vor, so wird das Programm mit Schritt 300 wiederholt und das ursprüngliche Lüftspiel ein­ gestellt. Diese Situation kann beispielsweise dann auftre­ ten, wenn die Fahrgeschwindigkeit die Grenzgeschwindigkeit unterschreitet oder wenn ein automatisch geregelter Ge­ schwindigkeitswunsch deaktiviert wird. In diesem Fall ist nachfolgend mit einem Bremsvorgang zu rechnen, so daß eine Dynamikverbesserung durch Einstellen des ursprünglichen Lüftspiels erreicht werden kann.

In Fig. 4 sind anhand von Zeitdiagrammen beispielhaft die Wirkungen der beschriebenen Vorgehensweise dargestellt. Fig. 4a zeigt den Bremswunsch β über der Zeit, während in Fig. 4b die Bremsbelagverschiebung S über der Zeit t einge­ tragen ist. Zunächst sei ein Bremsvorgang aktiv. Der Brems­ belag steht in Kontakt mit der Bremsscheibe bzw. -trommel. Zum Zeitpunkt t0 wird das Pedal gelöst, der Bremsvorgang be­ endet. Dies wird erkannt, so daß das Lüftspiel S0 einge­ stellt wird. Zum Zeitpunkt t1 sei kein weiterer Bremsvorgang eingetreten, die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen und die Geschwindigkeit über der Grenzgeschwindigkeit, so daß zum Zeitpunkt t1 das erweiterte Lüftspiel SERW eingestellt wird. Zum Zeitpunkt T2 betätigt der Fahrer das Bremspedal, und leitet einen erneuten Bremsvorgang ein. Dies führt zu einem schnellen Abbau des erweiterten Lüftspiels gemäß Fig. 4b und zum Anlegen der Bremsbeläge an die Scheibe bzw. Trommel. Danach findet die Regelung des Bremsvorgangs statt.

Die beschriebene Vorgehensweise ist nicht nur in Verbindung mit elektromotorischen Bremsanlagen anwendbar, sondern über­ all dort, wo eine aktive Einstellung des Lüftspiel möglich ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung einer Bremsanlage, mit elektrisch betätigbaren Stelleinrichtungen (22, 24) an den Radbrem­ sen, welche nach Beendigung des Bremsvorgangs zum Ein­ stellen eines vorbestimmten Lüftspiels zwischen Bremsbe­ lag und Bremsscheibe bzw. Bremstrommel angesteuert wer­ den, wobei während eines Bremsvorgangs eine Regelung der Bremskraft bzw. des Bremsmoments erfolgt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zu Beginn eines Bremsvorgangs zur Überwin­ dung des Lüftspiels anstelle dieser Regelung eine Steue­ rung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ansteuersignal im Rahmen der Steuerung ein Ansteuer­ signal mit einer höheren Ansteuerspannung oder einem grö­ ßerem Tastverhältnis gegenüber dem Regelbetrieb ausgege­ ben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch betätigbare Stelleinrichtung einen Elektromotor umfaßt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuerung für eine vorbestimmte Zeit vorgenommen wird, indem das erhöhte Ansteuersignal für eine vorbestimmte Zeit ausgegeben wird.

5. Vorrichtung zur Steuerung einer Bremsanlage, mit elek­ trisch betätigbaren Stelleinrichtungen (26, 28) an den Radbremsen, mit einem elektronischen Steuerungssystem (16), das die Stelleinrichtungen (26, 28) nach Beendigung des Bremsvorgangs zum Einstellen eines vorbestimmten Lüftspiels zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe bzw. Bremstrommel ansteuert, wobei das Steuerungssystem (16) eine Steuereinheit mit einem Regler (102) umfaßt, welcher während eines Bremsvorgangs eine Regelung der Bremskraft bzw. des Bremsmoments durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler (102) zu Beginn eines Bremsvorgangs zur Überwindung des Lüftspiels die Regelung unwirksam schal­ tet und an deren Stelle das Lüftspiel durch eine Steue­ rung abbaut.