DE19951266C1 - Schiefziehkorrektur an einer elektromechanischen Fahrzeug-Bremsanlage - Google Patents

Abstract

Eine elektromechanische Bremsanlage an einem zweispurigen Fahrzeug weist eine Zentraleinheit (18) und an allen vier Rädern (4a, 4b, 4c, 4d) Bremsaktuatoren (2a, 2b, 2c, 2d) auf, die über eine Busverbindung (20) miteinander kommunizieren. DOLLAR A Mit Hilfe folgender Verfahrensschritte erfolgt eine dynamische Korrektur des Schiefziehens: DOLLAR A Die jeweilige aktuelle Zuspannkraft wird an jedem Bremsaktuator (2a, ...) jeweils mittels eines Kraftsensors gemessen und an die jeweils gegenüberliegende Fahrzeugseite weitergegeben. DOLLAR A Dann erfolgen Berechnungen der Sollwerte von einem Zuspannkraftregler (26) und von einem Zuspannkraftdifferenzregler (28) zwecks Weitergabe der vorzeichenrichtigen Summe beider Sollwerte an den Elektromotor des jeweiligen Bremsaktuators (2a, ...)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Schiefziehens einer elektromechanischen Bremsanlage an einem zweispurigen Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer elektromechanischen Bremse z. B. entsprechend der DE 196 40 995 A1 bringen vier individuelle Radaktuatoren (jeweils inklusive Elektromotor, Spindelantrieb, Ansteuerelektronik) entsprechende Bremskräfte an jedem Rad auf. Hierbei wird vom Fahrer ein Bremswunsch in Form eines elektrischen Signals generiert. Dieser Bremswunsch wird an die Radeinheiten übertragen und dann von den Aktuatoren eingestellt. Zu diesem Zweck wird die Zuspannkraft mit einem eigens dafür vorgesehenen Sensor gemessen, oder es existiert ein Zuspannkraftersatzwert, der aus anderen vorliegenden Sensorsignalen erzeugt wird (z. B. Strom, Rotorlage). Ein sogenannter Zuspannkraftregler sorgt dafür, dass der vorgegebene Kraftsollwert eingestellt wird. Diese Zuspannkraftregelung verläuft auf jeder Radeinheit zunächst individuell.

Dabei kann es vorkommen, dass die Bremsen unterschiedlich stark beaufschlagt werden, was ein Schiefziehen des Fahrzeugs zur Folge hat. Ursache hierfür kann z. B. eine mögliche individuelle und unterschiedliche Alterung der Aktuatoren sein.

Eine Ursache für ein Schiefziehen des Fahrzeuges beim Bremsen ist eine unterschiedliche Ansprechdynamik der Bremsaktuatoren rechts/links. Ist ein Aktuator z. B. deutlich schneller als der andere, dann wird er die Bremskraft schneller aufbauen, und die Bremswirkung setzt auf einer Seite zeitlich eher ein als auf der anderen Seite. Dies führt zu einem dynamischen, temporären Schiefziehen, das bei kalibrierten Zuspannkraftsensoren bei dann richtig eingeregeltem Endwert der Zuspannkraft während einer Bremsung wieder verschwindet.

Die Beseitigung dieses dynamischen Schiefziehens, das auf der unterschiedlichen Dynamik der Aktuatoren beruht, ist Gegenstand der Erfindung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine dynamische Schiefziehkorrektur zu schaffen, womit ein vorübergehendes Schiefziehen bei Fahrzeugen mit einer elektromechanischen Fremdkraftbremsanlage verhindert wird, das durch unterschiedliches Ansprechen der Bremsaktuatoren rechts/links entstehen kann.

Grundsätzlich löst die Erfindung das Problem gemäß dem Patentanspruch 1 dadurch, dass versucht wird, den langsameren Aktuator durch eine erhöhte Energiezufuhr schneller zu machen und gleichzeitig durch eine verringerte Energiezufuhr den schnelleren Aktuator langsamer zu machen.

Bei einem elektrischen Bremssystem sind die Ansteuerungselektroniken aller Aktuatoren und in der Regel mindestens ein Zentralsteuergerät über eine schnelle Busverbindung (z. B. CAN oder TTP) miteinander verbunden. Über diese Busverbindung werden alle erforderlichen Signale abtastgenau ausgetauscht. Dazu gehört in jedem Fall auch der Austausch der aktuellen Zuspannkräfte, die das zentrale Steuergerät zur Abarbeitung der höheren Bremsfunktionen (z. B. ABS) benötigt. D. h.: Die jeweilige aktuelle Kraft eines Aktuators wird mit einem Kraftsensor gemessen und liegt als Meßwert vor. Über die vorhandene Busverbindung, über die alle Aktuatoren mit der Zentraleinheit kommunizieren, wird die aktuelle Kraft als Information weitergegeben. Dementsprechend ist jedem Aktuator auch der Kraftwert des auf der anderen Seite liegenden Aktuators zugänglich.

Dieser Umstand wird nun für die Realisierung einer dauernd wirkenden Schiefziehkorrektur genutzt. Erfindungsgemäß erfolgt eine Kopplung zwischen den Aktuatoren beider Seiten, indem ein von der Kräftedifferenz abhängiger Wert der Stellgröße des normalen Kraftreglers vorzeichenrichtig hinzuaddiert wird.

Dadurch wird der schnellere Aktuator verlangsamt und gleichzeitig der langsame Aktuator beschleunigt. Insgesamt kommt es dadurch zu einer Angleichung des dynamischen Verhaltens. Ein durch unterschiedliche Dynamik hervorgerufenes Schiefziehen des Fahrzeugs wird vermieden und der gesamte Bremsvorgang wird harmonisiert.

Zu diesem Zweck wird neben der eigentlichen Zuspannkraftregelung eine Zuspannkraft-Differenz-Regelung in jeder Aktuatoransteuerelektronik implementiert, d. h., es wird neben dem eigentlichen Regelungsziel "Einstellen der gewünschten Zuspannkraft" auch das Regelungsziel "gleicher Kraftverlauf mit gegenüberliegendem Aktuator" vom Regler berücksichtigt. Eine reine Steuerung dieses Vorgangs kann nicht sinnvoll implementiert werden, da der Zuspannkraftregler ständig im Einsatz sein muß.

Die Zuspannkraftregelung auf einer Radeinheit läuft dann in jedem Abtastschritt (z. B. alle 4 Millisekunden) wie folgt ab:

• 1. Erfassung des Bremswunsches (direkter Sensorwert oder vom Zentralsteuergerät) über den Bus.
• 2. Messung des aktuellen Zuspannwertes.
• 3. Empfang des Zuspannwertes des Aktuators der gegenüberliegenden Seite. Dieser Wert kann je nach Buszykluszeiten schon älter sein (typischerweise eine Buszykluszeit, z. B. 4 ms).
• 4. Berechnung eines Stromsollwertes vom Zuspannkraftregler.
• 5. Berechnung eines Stromsollwertes vom Zuspannkraftdifferenzregler. (Dieser Stromsollwert ist von der Zuspannkraftdifferenz rechts/links abhängig.)
• 6. Vorzeichenrichtige Summation beider Stromsollwerte zu einem resultierenden Stromsollwert.
• 7. Ausgabe des Stromsollwertes an den Regler des Elektromotors.

Der Verstärkungsfaktor des Zuspanndifferenzreglers kann als Maß der Kopplung zwischen rechts und links angesehen werden.

Diese Kopplung darf nicht vollkommen starr sein, da dann der Ausfall eines Aktuators sich direkt auch auf den anderen Aktuator auswirken würde. Somit muss dieses Verfahren der dynamischen Schiefziehkorrektur um eine entsprechende Überwachungseinrichtung erweitert werden, die die Kopplung bei verschiedenen Zuständen aufhebt. Die Kopplung wird auf gehoben bei:

• 1. Unterschiedlichen Sollwertvorgaben rechts/links (ABS/ASC/ESP-Eingriff);
• 2. Busfehlern;
• 3. Gemeldeten Fehlern vom gegenüberliegenden Aktuator;
• 4. Beim Ansprechen der Kraftregelungsüberwachung (z. B. falls es zu lange dauert, bis der Sollwert erreicht wird).

D. h.: Die Kopplung sollte beim Einsatz höherwertiger Bremsfunktionen mit Einzelbremsungen und beim Ausfall oder einer Störung des gegenüberliegenden Aktuators ausgeschaltet werden.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Korrekturverfahren und die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Anordnung anhand der beigefügten Abbildungen erläutert.

Fig. 1 stellt beispielhaft die Struktur eines Fahrzeugbremsanlage dar;

Fig. 2a zeigt beispielhaft das Blockschaltbild für die Spannkraftregelung einer Achse;

Fig. 2b zeigt beispielhaft eine Anordnung der zwei Regler und wie sie zusammen arbeiten;

Fig. 2c zeigt den Regler für die andere Seite;

Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit dem Kraftverlauf.

Die in Fig. 1 dargestellten wesentlichen Teile zur Veranschaulichung der Systemstruktur einer elektromechanischen Bremsanlage bestehen aus vier Bremsaktuatoren mit Ansteuerelektronik 2a, 2b, 2c, 2d, die den jeweiligen Rädern 4a, 4b, 4c, 4d zugeordnet sind. Das Bezugszeichen 6 symbolisiert ein Bordnetz, das u. a. auch die elektromechanische Bremsanlage mit Strom versorgt.

Jeweils ein Spannungswandler 8 und eine hochstromfähige Batterie 10 sorgen dafür, dass in den einzelnen Bremskreisen 12, 14 jeweils eine ausreichende elektrische Leistung für die Bremsvorgänge zur Verfügung steht. Ausgelöst werden die Bremsvorgänge über ein mit Sensor ausgestattetes Bremspedal 16, das mit einer Zentralelektronik 18 verbunden ist. Neben dem Bremsleitungsnetz (Bremskreise 12, 14), über das die einzelnen Bremsaktuatoren 2a, . . . mit elektrischer Energie versorgt werden, gibt es zwischen den einzelnen Bremsaktuatoren 2a, . . . und der Zentralelektronik 18 eine Busverbindung (CAN/TTP) 20 zwecks Informationsaustausch.

Die Fig. 2a zeigt - wie gesagt - das Blockschaltbild für die Spannkraftregelung einer Achse mit einer Anstreuerelektronik links 22 und einer Anstreuerelektronik rechts 24. Dabei wird das dynamische Verhalten der Aktuatoren 2a, . . . durch ein Verzögerungsglied 1. Ordnung (mit unterschiedlichen Zeitkonstanten) angenähert. Die Kraftwerte werden zum einen in die jeweilige Ansteuerungselektronik 22 bzw. 24 zurückgeführt und gleichzeitig über die "Busverbindung" 20 auch dem Aktuator 2b des gegenüberliegenden Rades 4b bekannt gemacht.

In der in Fig. 2b gezeigten Anordnung und Zusammenarbeit der zwei Regler 22, 24 ist in der dargestellten Ausführungsform der Spannkraftregler 26 ein PI-Regler und der Spannkraftdifferenzregler 28 ein einfacher P-Regler (im Beispiel mit der Verstärkung = 5). Der Baustein "Regelsättigung" 30 berücksichtigt, dass dem Aktuator 2a bzw. 2b nur eine endliche Energie zugeführt werden kann.

Fig. 2c zeigt eine dazu spiegelbildliche Anordnung für die Bremsen 2c und 2d der anderen Fahrzeugseite.

An dem in Fig. 3 dargestellten Kraftverlauf (Kraft in Prozentangaben ./. Zeit in Sekunden) - mit und ohne Korrektur - erkennt man, dass die Kraftdifferenzen aufgrund der Durchführung der Korrektur wesentlich kleiner bleiben und auch schneller verschwinden.

Bezugszeichenliste

2

a,

2

b,

2

c,

2

d Bremsaktuator mit Ansteuerelektronik

4

a,

4

b,

4

c,

4

d Rad

6

Bordnetz

8

Spannungswandler

10

Batterie

12

,

14

Bremskreis

16

mit Sensor ausgestattetes Bremspedal

18

Zentralelektronik, Zentraleinheit

20

Busverbindung (CAN/TTP)

22

Ansteuerelektronik links

24

Ansteuerelektronik rechts

26

Spannkraftregler

28

Spannkraftdifferenzregler

30

Baustein "Regelsättigung"

Claims (2)

1. Verfahren zur dynamischen Korrektur des Schiefziehens einer elektromechanischen Bremsanlage an einem zweispurigen Fahrzeug,
mit einer Zentraleinheit (18) zur Kommunikation mit an allen vier Rädern (4a; 4b; 4c; 4d) angeordneten Bremsaktuatoren (2a; 2b; 2c; 2d) über eine Busverbindung (20), mit folgenden Verfahrensschritten:

• 1. Erfassung des Bremswunsches über die Busverbindung (20);
• 2. Messung der jeweiligen aktuellen Zuspannkraft an jedem Bremsaktuator (2a; 2b; 2c; 2d) jeweils mittels eines Kraftsensors;
• 3. Weitergabe der als Meßwert vorliegenden, aktuellen, an einer Fahrzeugseite gemessenen Zuspannkraft als Information an die gegenüberliegende Seite über die Busverbindung (20);
• 4. Berechnung eines Stromsollwertes für jeden Bremsaktuator (2a; 2b; 2c; 2d) von einem Zuspannkraftregler (26);
• 5. Im Hinblick auf eine Zuspannkraftdifferenz gegenüber dem gegenüberliegenden Bremsaktuator (2b; 2a; 2d; 2c): Berechnung eines Stromsollwertes für jeden Bremsaktuator (2a; 2b; 2c; 2d) von einem Zuspannkraft-Differenzregler (28);
• 6. Vorzeichenrichtige Summation beider Stromsollwerte zu einem resultierenden Stromsollwert;
• 7. Ausgabe des resultierenden Stromsollwertes an den Regler des Elektromotors des jeweiligen Bremsaktuators (2a; 2b; 2c bzw. 2d).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Links/rechts-Kopplung über den Zuspannkraft-Differenzregler in folgenden Fällen aufgehoben wird:

• 1. Unterschiedliche Sollwertvorgaben rechts/links (ABS/ASC/ESP-Eingriff);
• 2. Busfehler;
• 3. Vom gegenüberliegenden Aktuator gemeldeter Fehler;
• 4. Ansprechen der Kraftregelungsüberwachung (falls eine vorgegebene Zeitdauer zur Errichtung der Sollwerte überschritten wird).