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Dokumentenidentifikation DE10309933A1 23.09.2004
Titel Verfahren zur Bestimmung eines Bremsenkennwerts und Verfahren zum Betreiben einer ESP-Anlage in einem Fahrzeug
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Reim, Nikolaus, 85276 Pfaffenhofen, DE
DE-Anmeldedatum 07.03.2003
DE-Aktenzeichen 10309933
Offenlegungstag 23.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.09.2004
IPC-Hauptklasse B60T 8/00
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bremsenkennwerts (B_kenn), das dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine Größe, die den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer ESP-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass für die Simulation der Bremskraft ein Bremsenkennwert (B_kenn) verwendet wird, der nach einem der Verfahren bestimmt wird, bei dem zumindest eine Größe, die den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsenkennwerts und ein Verfahren zum Betreiben einer Elektronischen-Stabilitätsprogramm-Anlage (ESP) eines Kraftfahrzeugs.

In modernen Fahrzeugen sind heutzutage Systeme vorgesehen, die der Stabilisierung des Fahrzeugverhaltens dienen sollen. Solche Systeme, die auch als Elektronische-Stabilitätsprogramm-Systeme (ESP) bezeichnet werden, beinhalten nach dem heutigen Stand der Technik insbesondere eine Fahrdynamikregelung zur Stabilisierung des Fahrzeugs, eine Antriebsschlupfregelung zur Reduzierung von Antriebsschlupf durch Beeinflussung des Motormoments, eine elektronische Differentialsperre zur Erhöhung der Traktion durch Bremseneingriff, ein Antiblockiersystem (ABS), eine elektronische Bremskraftverteilung (EBV) und eine Motorschleppmomentenregelung. Zusätzlich können weitere Unterfunktionen vorgesehen sein.

Der Aufbau einer ESP-Anlage und deren Funktion ist hinreichend bekannt und wird daher im Folgenden nur stark vereinfacht beschrieben.

Anhand der Auswertung der zur Verfügung stehenden Sensorsignale wird über den Zustand des Fahrzeugs bezüglich der Stabilität, der Traktion und des Bremsverhaltens entschieden. Gegebenenfalls wird bei Erkennung einer Gefahrensituation oder Abweichungen von Soll-Werten durch die ESP-Anlage eingegriffen. Ein solcher Eingriff kann über die Beeinflussung des Motormoments oder über die Bremsvorrichtungen an dem Fahrzeug erfolgen.

Die Beeinflussung über den Bremseneingriff, mit dem Ziel die Stabilität des Fahrzeugs wiederherzustellen, die Traktion zu erhöhen, oder als Eingriff des Anti-Blockiersystems (ABS) kann radindividuell, beispielsweise durch Anheben oder Absenken des Bremsdrucks erfolgen. Eine solche Beeinflussung kann beispielsweise über eine klassische ABS-Hydraulik mit selbstsaugender Pumpe erfolgen. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung einer Elektro-Hydraulischen-Bremse (EHB) mit Druckspeicher.

Zur Steigerung der Funktionsfähigkeit und des Komforts der ESP-Anlage wird in den Reglern der ESP-Anlage nicht nur unmittelbar das Fahrzeugverhalten geregelt. Vielmehr werden auch die am Fahrzeug wirkenden Kräfte und Momente berücksichtigt. Diese können beispielsweise Antriebskräfte, Bremskräfte und Giermomente beinhalten. Die Beträge dieser Kräfte und Momente liegen zum Teil vor, d.h. sind bekannt. So werden beispielsweise die Motormomente vom Motorsteuergerät ausgegeben. Kräfte und Momente, deren Beträge nicht vorliegen, müssen gemessen oder simuliert werden.

Da es bezüglich der Bremskräfte bisher noch kein Verfahren gibt, das zur wirtschaftlichen Messung von Bremskräften in einer Großserie des Automobilbaus geeignet ist, müssen die Bremskräfte simuliert werden. Als Grundlage dient hierfür in der Regel ein Bremsenkennwert, der im Fahrversuch ermittelt wird. Dieser Kennwert beschreibt das Verhältnis des Bremsmoments zu dem Bremsdruck. Der Bremsdruck kann im Fahrversuch gemessen werden oder beispielsweise durch ein Druckmodell simuliert werden, wobei anhand von Ventilschaltzeiten und Pumpenhüben der Ausgangsdruck und das Volumen pro Hub berücksichtigt werden. Dieser Simulation wird in dem Druckmodell in der Regel die Druck-Volumenkennlinie zugrunde gelegt.

Der Nachteil bei dieser Ermittlung des Bremsenkennwerts besteht darin, dass dieser Bremsenkennwert, der im Fahrversuch ermittelt wird, einen konstanten Wert darstellt. Hierdurch können Veränderungen über die Lebensdauer der Bremsen, über die Schädigung der Bremsen, beispielsweise durch Missbrauch, oder die Temperatur der Bremsen nicht berücksichtigt werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch das es ermöglicht wird, einen aktuellen Bremsenkennwert von Bremsen eines Fahrzeugs zu ermitteln.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe durch mittelbare oder unmittelbare Integration von Informationen bezüglich des Fahrzeugzustands in den Algorithmus zur Bestimmung des Bremsenkennwerts gelöst werden kann.

Gemäß einem Aspekt wird die Aufgabe erfindungsgemäß daher gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Bremsenkennwerts, wobei zumindest eine Größe, die den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt wird.

Als Bremsenkennwert B_kenn wird im Sinne dieser Erfindung der Wert bezeichnet, der das Verhältnis von Bremsmoment zu Bremsdruck beschreibt.

Die eine Größe, die bei der Bestimmung dieses Kennwerts berücksichtigt wird und den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, kann wahlweise unmittelbar in den Algorithmus zur Bestimmung des Bremsenkennwerts einbezogen werden. Alternativ können die Einflüsse der Größe durch Ermittlung von daraus resultierenden Werten berücksichtigt werden. Durch dieses Verfahren wird es möglich, den Bremsenkennwert genauer zu bestimmen. Insbesondere können tatsächliche Bedingungen der Bremsvorrichtung und deren Einfluss auf den Bremsenkennwert berücksichtigt werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens stellt die Größe die aktuelle Temperatur zumindest einer Bremse des Fahrzeugs dar. Die aktuelle Temperatur der Bremse kann durch Simulation oder durch Messung bestimmt werden. Die Simulation der Temperatur stellt dabei in ESP-Anlagen keinen gesonderten Aufwand dar, da diese beispielsweise in Schlupfregelsystemen bereits über einen Algorithmus integriert ist.

Einen wichtigen Einfluss besitzt die Temperatur der Bremse insbesondere auf deren Reibbeiwert. Dieser stellt eine Funktion der Temperatur dar. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher vorzugsweise aufgrund der aktuellen Temperatur der Bremse der Reibbeiwert der Bremse ermittelt. Dies kann durch Berechnung des Reibbeiwerts nach der Ermittlung der aktuellen Temperatur erfolgen. Vorzugsweise kann aber auch die Kennlinie des Verhältnisses von Temperatur auf Reibbeiwert in einer Speichereinheit abgelegt sein. Auf diese Speichereinheit kann dann zur Bestimmung des aktuellen Bremskennwerts zugegriffen werden und der zu der ermittelten Temperatur gehörende Reibbeiwert ausgelesen werden.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die zumindest eine Größe über Einzelachsabbremsung ermittelt. Dies bringt den Vorteil, dass das durch die tatsächliche Bremskraft bewirkte Fahrzeugverhalten als Grundlage für die Bestimmung des Bremsenkennwerts dienen kann und somit eine Vielzahl von Einflüssen berücksichtigt werden können.

Insbesondere kann die Größe, die mittelbar oder unmittelbar für die Bestimmung des Bremsenkennwerts verwendet wird, die Verzögerung des Fahrzeugs darstellen. Zusätzlich wird vorzugsweise die Masse des Fahrzeugs bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts berücksichtigt. Diese Größe kann entweder gemessen oder aber gemittelt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Betreiben einer ESP-Anlage, wobei für die Simulation der Bremskraft ein Bremsenkennwert verwendet wird, der nach einem der Verfahren bestimmt wird, bei dem zumindest eine Größe, die den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt wird. Durch diese Art des Betreibens der ESP-Anlage wird es möglich, Fehlansteuerungen oder Übersteuerungen zuverlässig zu vermeiden, die bei ESP-Anlagen auftreten können, bei denen für die Bestimmung der Bremskraft ein vorbestimmter konstanter Bremsenkennwert verwendet wird.

Wird als eine Größe zur Bestimmung des aktuellen Bremsenkennwerts die Temperatur der Bremse verwendet, so kann diese gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens über das Schlupfregelsystem ermittelt werden. Dies ist vorteilhaft, da in der Regel ein Algorithmus eines Wärmemodells Bestandteil des Schlupfregelsystems ist und daher keine zusätzlichen Berechnungsschritte durchgeführt werden müssen, wodurch die Reaktionszeit des ESP-Systems nicht verlängert wird.

Die Vorteile und Merkmale, die mit Bezug auf das Verfahren zur Bestimmung des Bremsenkennwerts, erwähnt sind, gelten soweit anwendbar auch für das Verfahren zum Betreiben der ESP-Anlage und umgekehrt.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, wobei:

1 ein Flussdiagramm darstellt, das den Verfahrensablauf einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung des Bremsenkennwerts darstellt; und

2a und b: beispielhafte Reibbeiwert-Temperaturkennlinien darstellen.

Anhand von 1 wird nun eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.

Die Abhängigkeit des Reibbeiwerts &mgr;_Belag von der Temperatur T der Bremse wird berechnet oder durch Versuche an einem Prüfstand ermittelt und in einer Kennlinie zusammengefasst, die die Beziehung &mgr;_Belag = f(T) wiedergibt. Dies kann vor dem Starten des Fahrzeugs, insbesondere vor der Aktivierung des ESP-Systems, erfolgen. Alternativ kann der Zusammenhang zwischen dem Reibbeiwert &mgr;_Belag und der Temperatur T in dem Algorithmus zur Berechnung des aktuellen Bremsenkennwerts B_kenn abgelegt sein, der während des Betreibens der ESP-Anlage bzw. des Fahrzeugs durchlaufen wird. Als Speicher für die Kennlinie und/oder den Algorithmus kann der Rechner, insbesondere der Rechner des Steuergeräts der ESP-Anlage verwendet werden. Um den Aufwand bezüglich der Rechenzeit und/oder des Speicherplatzes zu minimieren, können wenige Temperaturbereiche mit den dazugehörigen Reibbeiwerten &mgr;_Belag im Speicher des Rechners abgelegt sein. Diese Speicherung kann auch genutzt werden, wenn die Kennlinien einfach sind und/oder, wenn geringe Anforderungen an die Genauigkeit der Berechnung des Bremskennwerts B_kenn gestellt werden.

Wird die Abhängigkeit des Reibbeiwerts &mgr;_Belag vorab, d.h. vor dem Betreiben des Fahrzeugs berechnet und abgelegt, so kann anschließend die aktuelle Temperatur des Bremssystems, insbesondere des Bremsbelags bzw. der Bremsbeläge, berechnet oder simuliert werden.

Anhand der so ermittelten Temperatur der Bremse wird der zu dieser Temperatur gehörige Reibbeiwert &mgr;_Belag ermittelt, indem dieser entweder aus einer im Speicher abgelegten Kennlinie oder Tabelle ausgelesen wird, oder über den in dem Berechnungsmodell integrierten Algorithmus berechnet wird.

Der so präzise, d.h. für die aktuelle Temperatur der Bremse, insbesondere der Bremsbeläge und der Bremsscheibe, zutreffend bestimmte Reibbeiwert &mgr;_Belag kann somit bei der Ermittlung des Bremsenkennwerts B_kenn verwendet werden, wodurch die aktuellen Zustände und damit die aktuell zu Verfügung stehende Reibwirkung der Bremse berücksichtigt werden kann.

Je nach den Anforderungen an die Genauigkeit des bestimmten Bremskennwerts B_kenn kann die in dem Berechnungsmodell integrierte oder im Speicher abgelegte Kennlinie für die Temperaturabhängigkeit des Reibbeiwerts &mgr;_Belag jeder Temperatur (T) einen eigenen individuellen Reibbeiwert &mgr;_Belag zuordnen, oder aber einem ganzen Temperaturbereich einen einzelnen Reibbeiwert &mgr;_Belag zuordnen. In 2a ist eine Kennlinie dargestellt, bei der die Reibbeiwerte &mgr;_Belag jeweils einer Temperatur zugeordnet sind, wohingegen in 2b eine Kennlinie dargestellt ist, in der ein Reibbeiwert &mgr;_Belag jeweils einem Temperaturbereich zugeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich zu dieser Art der Bestimmung des Bremsenkennwerts B_kenn kann der Bremsenkennwert B_kenn während der Fahrt durch Einzelachsabbremsung bestimmt werden. Voraussetzung hierfür ist ein Bremssystem, das während normaler Betriebsbremsungen die vom Fahrer gewünschte Fahrzeugverzögerung durch eine sporadische Abbremsung einer Achse einstellen kann. Der vom Fahrer eingeleitete Bremsvorgang muss dabei in jeder Phase, d.h. auch während der Phase der Einzelachsabbremsung für die Insassen als normaler Bremsvorgang wahrnehmbar sein.

Definitionsgemäß kann daher vorzugsweise eine Elektro-Hydraulische-Bremsanlage (EHB) verwendet werden. Das Verfahren der Einzelachsabbremsung ist in der Bremsen- bzw. Fahrzeugentwicklung bekannt. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren in vorteilhafter Weise genutzt, um automatisch den aktuellen Bremskennwert zu bestimmen. Hierzu wird das Verfahren der Einzelachsabbremsung in den Algorithmus eines Bremsregelsystems oder eines Schlupfregelsystems eingebunden.

Durch diese Einbindung kann zu einem gegebenen Zeitpunkt während des Betriebs des Fahrzeugs, d.h. während der Fahrt, der Bremsenkennwert bestimmt werden, wobei die tatsächlichen Verhältnisse des Fahrzeugs berücksichtigt werden und der Bremsenkennwert daher im Vergleich zu Bremsenkennwerten, die im Fahrversuch ermittelt wurden, genauer ist. Dieser Wert kann dann zu der Regelung der einzelnen Komponenten, die durch ein ESP-System angesteuert werden, verwendet werden und der Komfort sowie die Leistungsfähigkeit dieses Systems werden daher erhöht.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Aktivierung der Einzelachsabbremsung in Abhängigkeit von der Bremsentemperatur. Wird eine gewisse Temperatur erreicht, die beispielsweise über die Schlupfregelsysteme bestimmt wird oder gemessen wird, so wird eine Einzelachsabbremsung durchgeführt. Weiterhin ist es möglich, die Bestimmung in Abhängigkeit von der Fahrweise, beispielsweise aufgrund der Häufigkeit der Betätigung der Bremse oder in Abhängigkeit vom Kilometerstand, beispielsweise alle 100km, zu aktivieren.

Bei der Einzelachsabbremsung wird die Verzögerung des Fahrzeugs gemessen und die Raddrücke und die Fahrzeugmasse bestimmt und die Ergebnisse des dynamischen Radialmessers erfasst. Alternativ zur Messung der Verzögerung können die Werte ausgewertet werden, die in einem ABS oder einem ESP ohnehin vorliegen. Aus diesen Ergebnissen kann nun der aktuelle Bremsenkennwert ermittelt werden. Hierbei wird die Beziehung berücksichtigt, dass die Bremskraft dem Produkt aus Fahrzeugmasse und Fahrzeugverzögerung entspricht.

Für diese Bestimmung kann als Fahrzeugmasse die aktuelle Fahrzeugmasse, d.h. einschließlich Fahrgästen und mitgeführten Objekten, verwendet werden. Diese kann beispielsweise bei Fahrzeugen mit Luftfederung an Hand der aktuellen Federbalgdrücke und Querschnitte ermittelt werden. Ist eine solche Masse des Fahrzeugs nicht bekannt, d.h. kann diese nicht ermittelt werden, so kann für die Bestimmung des Bremsenkennwerts die Fahrzeugmasse aus dem Leergewicht des Fahrzeugs und dem zulässigen Gesamtgewicht des Fahrzeugs gemittelt werden.

Mit dieser Bestimmungsart des Bremsenkennwerts ist es möglich, den maximalen Fehler bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts und damit auch der Bremskraft auf plus/minus 15% zu begrenzen. Diese hohe Genauigkeit des bestimmten Bremsenkennwerts kann zu einer verbesserten Funktionsweise und einer höheren Zuverlässigkeit eines ESP-Systems führen.

Durch die Bestimmung des Bremsenkennwerts mittels Einbeziehung der Einzelachsabbremsung in die Brems- oder Schlupfregelsysteme ist es nämlich möglich, dem aktuellen Zustand des Fahrzeugs, insbesondere der Bremsen, Rechnung zu tragen. Ein Verschleiß der Bremsen wird ebenso berücksichtigt, wie eine Beschädigung der Bremsen oder deren Temperatur.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch die Methode der Einzelachsabbremsung und die Methode der Berücksichtigung der Temperatur bei der Bestimmung des Bremsenkennwerts kombiniert werden. Hierbei können beispielsweise die aufgrund dieser beiden Varianten ermittelten Bremsenkennwerte gemittelt werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Bestimmen eines Bremsenkennwerts (B_kenn), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Größe, die den aktuellen Fahrzeugzustand zumindest teilweise wiedergibt, berücksichtigt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe die aktuelle Temperatur (T) zumindest einer Bremse des Fahrzeugs ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der aktuellen Temperatur (T) der Bremse der Reibbeiwert (&mgr;-Belag) der Bremse ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Größe über Einzelachsabbremsung ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Größe die Verzögerung des Fahrzeugs darstellt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Größe die Masse des Fahrzeugs darstellt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Bremsenkennwerts (B_kenn) in Abhängigkeit der Fahrweise, des Kilometerstands des Fahrzeugs und/oder der Temperatur der Bremsen initiert wird.
  8. Verfahren zum Betreiben einer ESP-Anlage, dadurch gekennzeichnet, dass für die Simulation der Bremskraft ein Bremsenkennwert (B_kenn) verwendet wird, der nach einem der Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7 bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) der Bremse über das Schlupfregelsystem ermittelt wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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