DE102011121109A1

DE102011121109A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades

Info

Publication number: DE102011121109A1
Application number: DE102011121109A
Authority: DE
Inventors: Frank Stebner; Stefan Schröder; Andreas Konert; Frank Borchers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Also published as: EP2790982A1; CN103987594A; WO2013087481A1; CN103987594B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur Ermittlung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Einheit (2) zur Ermittlung eines Fahrerbremswunschmoments (Msoll), wobei dem Fahrerbremswunschmoment (Msoll) ein Soll-Radbremsmoment (MsollR) zugeordnet wird, eine Druckermittlungseinheit (4) zur Ermittlung und Aufbau eines Bremsdrucks zur Erzeugung des Soll-Radbremsmoments (MsollR) unter Berücksichtigung eines Reibwertes (Cp) der Reibbremse und einen Sensor (5) zur Erfassung des Ist-Bremsdrucks (pB-ist), wobei die Vorrichtung (1) ein Reibwertmodell (6) umfasst, dem mindestens der Ist-Bremsdruck (pB-ist) zugeführt wird, wobei in dem Reibwertmodell (6) mindestens in Abhängigkeit des Ist-Bremsdrucks (pB-ist) ein Reibwert (Cp) ermittelt und an die Druckermittlungseinheit (4) zurückgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades.
Aus der DE 103 09 933 A1 ist es bekannt, den Bremsenkennwert bzw. Reibwert einer Radbremse in einem Fahrzeug als Verhältnis von Radbremsmoment zu Radbremsdruck zu bestimmen. Um äußeren Einflüssen auf den Bremsenkennwert Rechnung zu tragen, wird gemäß dieser Druckschrift die Temperatur der Bremse berücksichtigt, die einen Einfluss auf den Reibbeiwert in der Bremse hat. Damit ist es möglich, auch während des laufenden Betriebs die Temperaturabhängigkeit des Bremsenkennwertes zu berücksichtigen und diesen fortlaufend zu aktualisieren.
Nachteilig hierbei ist allerdings, dass die Temperatur lediglich eine Einflussgröße auf den Bremsenkennwert darstellt, wohingegen sonstige Einflussgrößen wie beispielsweise Feuchtigkeit, Salznebel, Verschleiß oder Alterung des Bremsbelags nicht berücksichtigt werden. Diese Größen beeinflussen den Bremsenkennwert aber sowohl über längere Betriebszeiträume als auch aktuell während einer Fahrt in ganz erheblichem Maße. Die genaue Kenntnis des Bremsenkennwertes dient zum einen der Erkennung einer Fehlfunktion der Bremse und zum andern der Verbesserung der Gesamtbremswirkung durch eine radindividuelle Einstellung der Fahrzeugbremse.
Aus der WO 2009/106455 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Bremsenkennwerts in einer Radbremse eines Fahrzeugs bekannt, wobei der Bremsenkennwert von Radbremsmoment und Radbremsdruck abhängig und vorzugsweise als Verhältnis von Radbremsmoment zu Radbremsdruck definiert ist bzw. berechnet wird. Dabei ist vorgesehen, dass das Radbremsmoment über einen Radmomentensensor gemessen und der Berechnung des Bremsenkennwerts zu Grunde gelegt wird. Die Messung des Radbremsmoments mittels des zugeordneten Sensors wird im laufenden Betrieb kontinuierlich durchgeführt, so dass eine permanente Aktualisierung des Bremsenkennwertes erreicht wird und entsprechende Bremseneinstellungen bei einer Änderung des Bremsenkennwertes ebenfalls im laufenden Betrieb durchgeführt werden können. Damit ist es möglich, sowohl auf plötzlich eintretende Änderungen zu reagieren, beispielsweise einer plötzlichen Änderung des Bremsenkennwertes, was beispielsweise bei veränderten Fahrbahnbedingungen durch Nässe der Fall sein kann, als auch auf sich langsamer ändernde Bedingungen im Radbremssystem wie z. B. Alterung, Abnutzung oder Fading. Die permanente und kontinuierliche Überwachung und Bestimmung des Bremsenkennwertes bzw. Reibwertes wird insbesondere für jede einzelne Radbremse radindividuell durchgeführt, so dass auch entsprechend radindividuell auf sich ändernde Bedingungen reagiert werden kann. Nachteilig ist, dass die Messung des Radbremsmoments sehr aufwendig ist.
Aus der DE 100 11 270 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Kennwertes einer Radbremse bekannt, wobei der Kennwert den Zusammenhang zwischen Bremsmoment oder Bremskraft und der Steuergröße einer Radbremse, die die Zuspannung der Radbremse bewirkt, darstellt, wobei der Bremsenkennwert abhängig von Betriebsgrößen ermittelt wird, wobei die Ermittlung des Bremsenkennwertes radindividuell in Abhängigkeit radspezifischer Größen erfolgt. Vorzugsweise ist die Steuergröße der Bremsdruck oder eine Ansteuergröße einer elektromotorischen Radbremse. Vorzugsweise sind die radspezifischen Größen der Radschlupf, die Radaufstandskraft, der Radbremsdruck sowie der Radradius.
Aus der EP 1 625 044 B1 ist ein Verfahren für ein Bremssystem eines Kraftfahrzeugs bekannt, das eine elektrisch-regenerative Bremse, insbesondere einen Generator, und eine Anzahl von mindestens einem Bremsdruckerzeugungsmittel über ein Bremsmittel betätigte hydraulische Reibbremsen aufweist, dessen Gesamtverzögerung sich aus Verzögerungsanteilen der Reibbremsen und der elektrisch-regenerativen Bremse zusammensetzt, wobei das mindestens eine Bremsdruckerzeugungsmittel durch einen mit Hilfskraft betriebenen Hauptzylinder, insbesondere Tandemhauptzylinder, gebildet wird und wobei beim Bremsen mit einer elektrisch regenerativen Bremse Bremsmittel in einen Druckspeicher abgeleitet wird, wobei ein Bremsvorgang über eine elektronische Regeleinheit in eine Anzahl von zeitlichen Phasen aufgeteilt wird, wobei sich diese durch die Aufteilung des Bremsmomentes von Reibbremsen und elektrisch-regenerativen Bremsen unterscheiden, wobei während eines Bremsvorgangs über eine Regeleinheit ein erster Regelprozess durchgeführt wird, der Sollbremsdrücke an den Reibbremsen einregelt und ein zweiter Regelprozess durchgeführt wird, mit dem der Druck eines Bremsmittels, das auf ein Bremsdruckerzeugungsmittel zurückwirkt, zur Einstellung einer durch das Bremssystem vorgegebenen Kraft/Weg-Verzögerungslinie für ein Bremserzeugungsmittel eingestellt wird, wobei der Druck im Tandemhauptzylinder und damit der anliegende Druck am Bremspedal mit einem elektronischen Umschaltventil eingeregelt wird.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades zu schaffen, die einfach im Aufbau bzw. Ablauf sind sowie das Bremsmoment genau einstellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Das Verfahren bzw. die Vorrichtung zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades eines Kraftfahrzeugs umfasst eine Einheit zur Ermittlung eines Fahrerbremswunschmoments, wobei dem Fahrerbremswunschmoment ein Soll-Radbremsmoment zugeordnet wird. Bei Ausführungsformen, wo ausschließlich Reibbremsen vorhanden sind, ist das Fahrerbremswunschmoment gleich dem Soll-Radbremsmoment. Der Einheit zur Ermittlung eines Fahrerbremswunschmoments wird dabei vorzugsweise mindestens ein Pedalweg eines Bremspedals zugeführt, aus dem das Fahrerbremswunschmoment ermittelt wird. Zusätzlich kann dabei auch noch die Betätigungszeit berücksichtigt werden, um ein In-Stop bzw. Zuziehen der Bremse zu berücksichtigen. Unter In-Stop bzw. Zuziehen der Bremse wird verstanden, dass bei gleichem Pedalweg mit der Zeit das Bremsmoment einer Bremse ansteigt. Weiter weist die Vorrichtung eine Druckermittlungseinheit zur Ermittlung und Aufbau eines Bremsdrucks zur Erzeugung des Soll-Radbremsmoments unter Berücksichtigung eines Reibwertes der Reibbremse auf sowie einen Sensor zur Erfassung des Ist-Bremsdrucks. Die Vorrichtung umfasst nun zusätzlich ein Reibwertmodell, dem mindestens der Ist-Bremsdruck zugeführt wird, wobei in dem Reibwertmodell mindestens in Abhängigkeit des Ist-Bremsdrucks ein Reibwert ermittelt und an die Druckermittlungseinheit zurückgeführt wird. Dies ermöglicht eine iterative Annäherung an den realen Reibwert, der aufgrund innerer und äußerer Einflüsse permanenten Schwankungen unterworfen ist. Da der Ist-Bremsdruck im Verhältnis zum Bremsmoment sehr einfach gemessen werden kann, ist der Aufbau sensorisch sehr einfach, wobei der zusätzliche Aufwand sich auf die Erstellung des Reibwertmodells beschränkt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Einheit zur Momentenaufteilung, in der das Fahrerbremswunschmoment in ein generatorisches Bremsmoment einer Elektromaschine und ein Radbremsmoment aufgeteilt wird. Die Elektromaschine ist dabei beispielsweise ein elektrischer Antriebsmotor eines Elektrofahrzeuges oder Hybridfahrzeuges. Dabei kann es sich um eine einzige Elektromaschine handeln oder um mehrere, die beispielsweise als Radnabenmotoren ausgebildet sind. Die Aufteilung erfolgt dabei vorzugsweise unterenergetischen Gesichtspunkten, d. h. es wird angestrebt, möglichst große Anteile des Fahrerbremswunschmoments durch generatorische Bremsmomente aufzubringen. Im Extremfall wird das Fahrerbremswunschmoment vollständig generatorisch aufgebracht. Übersteigt jedoch das Fahrerbremswunschmoment das maximal aufbringbare generatorische Bremsmoment, so muss über die Reibbremse zusätzlich gebremst werden. Die Ansteuerung kann dabei beispielsweise hydraulisch oder elektrisch sein.
In einer weiteren Ausführungsform wird dem Reibwertmodell mindestens eine der nachfolgenden Größen Radgeschwindigkeit, Bremsentemperatur, Betätigungszeit oder Bremsenhäufigkeit zugeführt, wobei der Reibwert zusätzlich zum Ist-Bremsdruck von den zugeführten Größen ermittelt wird. Die Bremsenhäufigkeit ist dabei beispielsweise ein Zählerstand, der den Einschleifzustand der Reibbremse widerspiegelt. Die Betätigungszeit spiegelt das In-Stop-Verhalten der Reibbremse wider. Es versteht sich, dass die Aufzählung nicht abschließend ist, sondern auch noch weitere Parameter berücksichtigt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform sind für die einzelnen Größen Kennlinien abgelegt, die einen Zusammenhang des Reibwertes von der jeweiligen Größe widerspiegeln, wobei in einer Fusionseinheit die einzelnen Werte für den Reibwert zu einem gemeinsamen Reibwert zusammengefasst werden. Da die Abhängigkeiten stark vom verwendeten Material der Reibbremse variieren, werden die Kennlinien vorzugsweise vorab empirisch ermittelt und abgelegt.
In einer weiteren Ausführungsform mit mehreren Reibbremsen wird ein Reibwert für jede Radbremse oder achsweise für die Reibbremsen ermittelt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades.
Die Vorrichtung 1 zur Einstellung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse umfasst eine Einheit 2 zur Ermittlung eines Fahrerbremswunschmoments M_soll, eine Einheit 3 zur Momentenaufteilung, eine Druckermittlungseinheit 4 zur Ermittlung und Aufbau eines Bremsdruckes zur Erzeugung eines Soll-Radbremsmoments M_sollR, einen Sensor 5 zur Erfassung eines Ist-Bremsdrucks p_B-ist und ein Reibwertmodell 6.
Der Einheit 2 wird dabei ein Pedalweg s und eine Betätigungszeit t des Pedals zugeführt und aus diesen Eingangsgrößen ein Fahrerbremswunschmoment M_soll ermittelt. Dabei wird dem Pedalweg s ein Moment zugeordnet, wobei das Moment M eine Funktion des Bremsdrucks und eines idealen Reibwertes C_p ist, der als konstant angenommen wird. Da der Druck p abhängig vom Volumen ist, das wiederum eine Funktion vom Pedalweg s ist, wird die Momentenkennlinie durch eine p-V-Kennlinie korrigiert, so dass kein linearer Zusammenhang zwischen M und s vorliegt. Diesem vom Pedalweg s abhängigen Moment M wird noch ein Zusatzmoment M_Z aufaddiert, dass das Zuziehen der Bremse berücksichtigt, d. h. mit steigender Zeit erhöht sich das reale Bremsmoment an einer Reibbremse. Dieses Verhalten erwartet der Fahrer auch, wenn zusätzlich oder ausschließlich generatorisch gebremst wird. Die Summe der beiden Momentenanteile ist dann das Fahrerbremswunschmoment M_soll.
In der Einheit 3 erfolgt dann die Aufteilung des Fahrerbremswunschmoments M_soll auf ein generatorisches Bremsmoment M_sollg und ein Soll-Radbremsmoment M_sollR. Hierzu übermittelt ein Motorsteuergerät 7 einer Elektromaschine 8 ein generatorisches Ist-Bremsmoment M_istg und ein verfügbares Bremsmoment M_gReserve, d. h. wie viel Bremsmoment die Elektromaschine 8 noch aufbringen könnte. Kann die Elektromaschine das gesamte Fahrerbremswunschmoment M_soll aufbringen, so wird vorzugsweise nur generatorisch gebremst, wobei das Bremsverhalten aufgrund der Berücksichtigung von M_Z wie bei einem Fahrzeug ist, dass nur Reibbremsen hat.
Reicht hingegen das verfügbare Bremsmoment M_gReserve der Elektromaschine 8 nicht aus, so muss die Differenz durch die mindestens eine Reibbremse bzw. bei mehreren Reibbremsen durch mehrere Reibbremsen aufgebracht werden. Bei mehreren Reibbremsen kann dann die Aufteilung der Bremsmomente auf die verschiedenen Reibbremsen ebenfalls durch die Einheit 3 erfolgen.
Das Soll-Radbremsmoment M_sollR wird dann der Druckermittlungseinheit 4 zugeführt, die einen Bremsdruck p berechnet, um bei einem idealen Reibwert Cp das gewünschte Soll-Radbremsmoment M_sollR zu erzeugen. Der erzeugte Ist-Bremsdruck p_B-ist wird dann durch den Sensor 5 gemessen und dem Reibwertmodell 6 zugeführt. Mittels einer Kennlinie wird dem gemessenen Ist-Bremsdruck p_B-ist ein Reibwert Cp zugeordnet und einer Fusionseinheit 9 zugeführt. Des Weiteren werden dem Reibwertmodell 6 noch eine Radgeschwindigkeit V, eine Bremsentemperatur T, eine Betätigungszeit t und eine Bremsenhäufigkeit n zugeführt, wobei zu jeder Größe eine Kennlinie existiert, die einen Zusammenhang zwischen der jeweiligen Größe und dem Reibwert Cp widerspiegelt. Die jeweils aus den Kennlinien abgeleiteten Reibwerte Cp werden der Fusionseinheit 9 zugeführt, die dann einen gemeinsamen Reibwert Cp ermittelt, der dann der Druckermittlungseinheit 4 zugeführt wird, die dann diesen korrigierten Reibwert Cp für die Druckermittlung verwendet. Dadurch wird der Reibwert Cp permanent nachgeführt, so dass immer genauer M_sollR durch die Druckermittlungseinheit 4 aufgebaut wird. Als Ergebnis stellt sich dann das Fahrerbremswunschmoment M_soll als Summe von M_sollg und M_sollR dar. Dabei sei angemerkt, dass in der Fusionseinheit 9 die verschiedenen Reibwerte Cp unterschiedlich stark gewichtet werden können, wobei vorzugsweise der Anteil von Ist-Bremsdruck am größten ist.
Die Radgeschwindigkeit V wird dem Reibwertmodell 6 vorzugsweise über ein Bussystem, beispielsweise ein CAN-Bussystem, zur Verfügung gestellt. Die Bremsentemperatur T kann sensorisch erfasst werden oder aber aus einem Temperaturmodell abgeleitet werden, in dem beispielsweise die Bremstemperatur aus anderen Parametern abgeleitet bzw. geschätzt wird. Die Betätigungszeit t entspricht der Zeit t, die auch in die Einheit 2 geht, so dass dieses vom Pedal selbst zugeführt werden kann. Die Bremsenhäufigkeit n ist ein Zählerstand, wie häufig die Bremse seit dem Einbau betätigt wurde.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10309933 A1 [0002]
WO 2009/106455 A1 [0004]
DE 10011270 A1 [0005]
EP 1625044 B1 [0006]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades eines Kraftfahrzeugs, wobei mittels einer Einheit (2) ein Fahrerbremswunschmoment (M_soll) ermittelt wird, wobei in der Druckermittlungseinheit (4) ein Bremsdruck zur Erzeugung des Soll-Radbremsmoments (M_sollR) unter Berücksichtigung eines Reibwertes (Cp) der Reibbremse ermittelt und aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Bremsdruck (p_B-ist) erfasst wird und einem Reibwertmodell (6) zugeführt wird, wobei in dem Reibwertmodell (6) mindestens in Abhängigkeit des Ist-Bremsdrucks (p_B-ist) ein Reibwert (Cp) ermittelt und an die Druckermittlungseinheit (4) zurückgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Elektromaschine (8) ein generatorisches Bremsmoment (M_sollg) generierbar ist, wobei in einer Einheit (3) zur Momentenaufteilung das Fahrerbremswunschmoment (M_soll) in ein generatorisches Bremsmoment (M_sollg) und ein Soll-Radbremsmoment (M_sollR) aufgeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reibwertmodell (6) mindestens eine der nachfolgenden Größen Radgeschwindigkeit (V), Bremsentemperatur (T), Betätigungszeit (t) oder Bremsenhäufigkeit (n) zugeführt wird, wobei der Reibwert (Cp) zusätzlich zum Ist-Bremsdruck (P_B-ist) von den zugeführten Größen abhängig ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzelnen Größen Kennlinien abgelegt sind, die einen Zusammenhang des Reibwertes (Cp) von der jeweiligen Größe widerspiegeln, wobei in einer Fusionseinheit (9) die einzelnen Werte für den Reibwert (Cp) zu einem gemeinsamen Reibwert (Cp) zusammengefasst werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibwert (Cp) für jede Radbremse oder achsweise für die Reibbremsen ermittelt wird.
Vorrichtung (1) zur Ermittlung eines Bremsmoments mindestens einer Reibbremse eines Rades eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Einheit (2) zur Ermittlung eines Fahrerbremswunschmoments (M_soll), wobei dem Fahrerbremswunschmoment (M_soll) ein Soll-Radbremsmoment (M_sollR) zugeordnet wird, eine Druckermittlungseinheit (4) zur Ermittlung und Aufbau eines Bremsdrucks zur Erzeugung des Soll-Radbremsmoments (M_sollR) unter Berücksichtigung eines Reibwertes (Cp) der Reibbremse und einen Sensor (5) zur Erfassung des Ist-Bremsdrucks (P_B-ist), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Reibwertmodell (6) umfasst, dem mindestens der Ist-Bremsdruck (p_B-ist) zugeführt wird, wobei in dem Reibwertmodell (6) mindestens in Abhängigkeit des Ist-Bremsdrucks (p_B-ist) ein Reibwert (Cp) ermittelt und an die Druckermittlungseinheit (4) zurückgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Einheit (3) zur Momentenaufteilung umfasst, in der das Fahrerbremswunschmoment (M_soll) in ein generatorisches Bremsmoment (M_sollg) einer Elektromaschine (8) und ein Radbremsmoment (M_sollR) aufgeteilt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reibwertmodell (6) mindestens eine der nachfolgenden Größen Radgeschwindigkeit (V), Bremsentemperatur (T), Betätigungszeit (t) oder Bremsenhäufigkeit (n) zugeführt wird, wobei der Reibwert (Cp) zusätzlich zum Ist-Bremsdruck (p_B-ist) von den zugeführten Größen ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für die einzelnen Größen Kennlinien abgelegt sind, die einen Zusammenhang des Reibwertes (Cp) von der jeweiligen Größe widerspiegeln, wobei in einer Fusionseinheit (9) die einzelnen Werte für den Reibwert (Cp) zu einem gemeinsamen Reibwert zusammengefasst werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibwert (Cp) für jede Radbremse oder achsweise für die Reibbremsen ermittelt wird.