DE4316993C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Zustands einer Fahrzeugbremsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Bestimmung des Zustands einer Fahrzeugbremsanlage, und zwar hinsichtlich der Restdicke der Bremsbeläge und/oder der Bremsscheibentemperatur.

Bei zahlreichen bekannten Bremsanlagen sind zur Bestimmung der Bremsbelagrestdicke Verschleißsensoren an den Bremsen selbst angeordnet, die die Restbelagdicke direkt messen, z. B. induk­ tiv, kapazitiv, resistiv oder optoelektronisch, wie dies in der DE 33 13 078 C2 offenbart ist. Zur Ermittlung der Bremsschei­ bentemperatur weisen manche bekannte Bremsanlagen ebenfalls direkt an der jeweiligen Bremse angeordnete Sensoren auf, z. B. Thermoelemente, wie in der DE 31 27 302 C2 offenbart.

Aus der Offenlegungsschrift DE 37 07 980 A1 ist eine Brems- und Überwachungsvorrichtung bekannt, durch welche der Abnutzungs­ grad einer Bremsanlage indirekt dadurch ermittelt wird, daß ab­ nutzungsrelevante Größen zur Dokumentierung der kompletten Bremsenvorgeschichte seit einem letzten Bremsenservice für je­ den Bremsvorgang erfaßt und abgespeichert werden, wo sie von einer Auswerteeinheit abgerufen werden können. Als derartige abnutzungsrelevante Größen sind dort die Häufigkeit der Brems­ betätigung, die Ausgangs- und Endgeschwindigkeit des Fahrzeugs bei jedem Bremsvorgang, die Dauer jedes Bremsvorgangs, die er­ reichte Verzögerung während der jeweiligen Bremsung, die Anzahl normaler Bremsungen und die Anzahl der mit beginnendem Rad­ schlupf verbundenen (ABS-)Bremsungen angegeben. Die Genauigkeit dieser Methode ist entsprechend beschränkt, z. B. hinsichtlich Bremsenabnutzung bei Dauerbremsung während einer Talfahrt, bei der sich die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht signifikant ändert. Analoges gilt für Bremsvorgänge, bei denen ein merklicher Rad­ schlupf vorliegt.

Eine weitere Vorrichtung zur indirekten Bestimmung des Zustands einer Fahrzeugbremsanlage ist aus der Offenlegungsschrift DE 34 07 716 A1 bekannt. Dabei werden als bremszustandsrelevante Größen für jeden Bremsvorgang die Betätigungszeit der Bremse, alternativ die Raddrehzahl oder die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der Bremsdruck erfaßt. Die erfaßten Werte werden in einem Auswertegerät, in dem ein Verschleißmodell vorab abgespeichert ist, verarbeitet und so näherungsweise auf die Bremsleistung, die Bremsenergie, die Bremsentemperatur, den Abrieb und den Verschleiß der Bremse geschlossen. Dabei wird zwangsweise ein Bremsdrucksensor benötigt und der Bremsenverschleiß aus einer Zeitintegration einer bremsdruck- und bremsbelagtemperaturab­ hängigen Funktion ermittelt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Bestimmung des durch die Restdicke der Bremsbeläge und/oder der Bremsscheibentempe­ raturen charakterisierten Zustands einer Fahrzeugbremsanlage zugrunde, bei denen ohne Restbelagdicke- und/oder Temperatur­ sensoren an den Radbremsen in effektiver Weise eine möglichst genaue Aussage über die Bremsbelagrestdicke und/oder die Brems­ scheibentemperatur möglich ist.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 2 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 3 gelöst.

Hierbei wird die Rest­ belagdicke jedes Fahrzeugbremsbelags und/oder die Temperatur jeder Bremsscheibe indirekt rechnerisch ermittelt, wozu die für einen Bremsvorgang charakteristischen fahrzeugenergetischen Meßgrößen erfaßt werden, wie das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeug­ geschwindigkeit und daraus resultierend die Fahrzeugverzöge­ rung, die Radwinkelgeschwindigkeiten und daraus folgend deren Verzögerungen sowie die Fahrbahnneigung und daraus folgend Betrag und Richtung der Hangabtriebskraft. Aus diesen Meßgrößen läßt sich durch eine Energiebilanzbetrachtung die von den Belä­ gen verrichtete Reibungsarbeit und daraus die Abriebdicke der Beläge und/oder die Bremsscheibentemperaturen für den Brems­ vorgang indirekt und vergleichsweise genau ermitteln, ohne daß entsprechende Sensoren an den Bremsen angeordnet sein müssen. Dabei wirken sich insbesondere auch die Berücksichtigung der jeweiligen Fahrbahnneigung und damit der potentiellen Energie des Fahrzeugs sowie die getrennte Ermittlung der Fahrzeug­ geschwindigkeit einerseits und der Raddrehzahlen andererseits, durch die radschlupfbedingte Fehler vermieden werden und die kinetische Fahrzeugenergie sowie die Rotationsenergie der Räder explizit erfaßbar sind, genauigkeitssteigernd aus. Ein solches Vorgehen bietet sich insbesondere in Fahrzeugen an, die über Radschlupfregelsysteme verfügen, z. B. Antiblockier- und/oder Antriebsschlupfregelsysteme, da solche Systeme bereits wenig­ stens einen großen Teil der vorliegend benötigten Komponenten besitzen, so daß die Verwirklichung der vorliegenden Erfindung in diesen Fällen keinen nennenswerten Mehraufwand erfordert und eine echte Einsparung an Sensorelementen, nämlich derjenigen für die Restbelagdicken und Bremsscheibentemperaturen, mit sich bringt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zur Bestimmung der Restdicke der Bremsbeläge sowie der Bremsschei­ bentemperaturen einer Fahrzeugbremsanlage.

Zentrales Element der in der Figur dargestellten Vorrichtung ist eine Rechnereinheit (7), die vorzugsweise als Mikrocomputer realisiert ist und gleichzeitig für ein Antiblockiersystem ver­ wendet wird. Der Rechner (7) empfängt die elektrischen Aus­ gangssignale einer Sensoreinrichtung (1) für die Gierwinkel, einer Sensoreinrichtung (2) für die Fahrzeugbeschleunigung einer Sensoreinrichtung (3) für die Raddrehzahlen der Fahrzeug­ räder, einer Sensoreinrichtung (4) für den Fahrbahnneigungswin­ kel gegenüber der Horizontalen, einer Sensoreinrichtung (10) für den Bremsdruck und einer Motormomentsensorik (11) sowie in nicht näher gezeigter Weise von einer Motronik-Einheit eine Information über den Belastungszustand des Motors. Der Rechner des ABS-Steuergerätes (7) ermittelt aus diesen Sensorausgangs­ signalen die für die Lösung des Problems notwendigen Größen, wie Fahrzeugmasse, -geschwindigkeit und -beschleunigung bzw. -verzögerung, Radumfangsgeschwindigkeiten bzw. -verzögerungen, Fahrbahnneigungswinkel etc.

Aus diesen, gegebenenfalls auch für die Antiblockierregelung erhaltenen Werten ermittelt der Rechner (7) nunmehr unter Ver­ wendung zugehöriger, geläufiger mathematischer Beziehungen die Veränderungen der kinetischen und potentiellen Energie des Fahrzeugs und der Rotationsenergie der Räder während der Dauer eines Bremsvorgangs, dessen Vorliegen vom Rechner (7) zuvor ebenfalls durch die Auswertung der Sensorausgangssignale er­ kannt wird. Diese ermittelten Veränderungen der Energien stehen in direktem Zusammenhang mit der von den Bremsen verrichteten Reibungsarbeit, welche daher ebenfalls bestimmbar ist. Es läßt sich zudem der individuelle Anteil jeder Bremse an der verrich­ teten Reibungsarbeit feststellen, wozu eine dem Fachmann geläu­ fige Anordnung der Sensoreinrichtungen (1, 2, 3, 4, 10, 11) vorzusehen ist.

Aus der errechneten Reibungsarbeit und damit der Reibungslei­ stung bestimmt der Rechner (7) zum einen die zugehörige Brems­ scheibentemperatur für jede Bremse und gibt diese auf einer Bremsscheibentemperaturanzeige (9) aus. Dabei wird im allgemei­ nen der Energieverlust über die Erwärmung der Reifen vernach­ lässigbar sein, andernfalls wäre auch er zu berücksichtigen. Dies läßt den momentanen Belastungszustand der Bremsanlage er­ kennen. Dadurch läßt sich beispielsweise auch beurteilen, ob bei einer bestimmten Bremsfolge ein Beharrungszustand erzielbar ist, also eine Bremsintervallfolge, bei der die Bremsscheiben­ temperaturen zwischen einem vorwählbaren höheren Wert am Ende einer Bremsung und einem vorwählbaren niederen Wert vor Beginn der nächsten Bremsung variieren, wozu die passenden Brems- und Abkühlintervallzeiten unter der Annahme eines expotentiellen zeitlichen Abkühlverhaltens vom Rechner ermittelt werden. Des weiteren bestimmt der Rechner (7) die durch die verrichtete Reibungsarbeit verursachte Abriebdicke des Bremsbelags jeder Bremse. Dies geschieht dadurch, daß der Rechner (7) die Werte eines zugehörigen Abriebdicke-/Reibungsarbeit-Kennlinienspei­ chers (5) liest und die zu dem ermittelten Wert der Reibungs­ arbeit gehörige Abriebdicke feststellt. Die in diesem Kennli­ nien-Speicher (5) abgespeicherten Werte wurden zuvor für die verwendete Bremsanlage empirisch, d. h. experimentiell, ermit­ telt und dann dort abgespeichert. Der jeweilige genaue Verlauf einer solchen Kennlinie hängt insbesondere von der Verschleiß­ intensität ab, die wiederum wesentlich von den Materialien der Bremsbeläge und der Bremsscheibe sowie der Bremsengeometrie, der Temperatur und auch dem Verschmutzungsgrad abhängt.

Hat der Rechner (7) die Abriebdicke für den erfolgten Bremsvor­ gang ermittelt, so subtrahiert er den erhaltenen Wert von der vor dem Bremsvorgang vorhandenen Restdicke für jeden Bremsbe­ lag, wobei er die letzteren Werte aus einem Restdicken-Speicher (6) ausliest, in dem diese abgespeichert sind. Daraufhin spei­ chert er die neuen Restdickenwerte erneut im Restdicken-Spei­ cher (6) ab. Gleichzeitig gibt der Rechner (7) die Werte über die verbleibende Restdicke der Bremsbeläge über eine Restdickenanzeige (8) zur Kenntnisnahme aus.

An der Restdickenanzeige (8) läßt sich folglich die noch vor­ handenen Restdicke aller Bremsbeläge ablesen, wobei selbstver­ ständlich vorausgesetzt ist, daß beim Einsetzen neuer Bremsbe­ läge jeweils der Neuwert der Dicke eines solchen Bremsbelags im Restdicken-Speicher (6) abgelegt wird.

Die vorliegende Erfindung macht es mithin möglich, die Brems­ scheibentemperaturen und die Restdicken der Fahrzeugbremsbeläge indirekt ohne entsprechende Sensoren zu bestimmen. Dies ist - wie bereits oben ausgeführt - besonders vorteilhaft, wenn die entsprechenden Sensoreinrichtungen (1, 2, 3, 4, 10, 11) sowie der Rechner (7) bereits zur Erfüllung anderer Zwecke fahrzeug­ seitig vorhanden sind, z. B. als Teile einer Antiblockier- und/ oder Antriebsschlupfregelung.

Die im Einzelfall erzielbare Genauigkeit hängt naturgemäß vor allem von der Genauigkeit der Sensoreinrichtungen (1, 2, 3, 4, 10, 11), der empirisch ermittelten Abriebdicke-/Reibungsarbeit- Kennlinien sowie dem rechentechnischen Aufwand ab. Diese ein­ zelnen Maßnahmen lassen sich vom Fachmann in geeigneter Weise auf den jeweils vorliegenden Anwendungsfall und die gewünschten Anforderungen abstimmen. Insbesondere ist es ihm gegebenenfalls möglich, zur Verbesserung der Genauigkeit der Restbelagdicken-/ und/oder Scheibentemperaturbestimmung die der Rechnereinheit zugeführten Signale weiterer Sensoreinrichtungen auszunutzen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung des Zustands einer Fahrzeugbrems­ anlage, bei dem zur Bremsbelagrestdickenbestimmung

• - die Werte von die Bremsbelagrestdicke beeinflussenden Größen während der Dauer eines jeden Bremsvorgangs er­ mittelt und
• - die bei jedem Bremsvorgang von jedem Bremsbelag jeweils zu verrichtende Reibungsarbeit und Reibungsleistung unter Verwendung dieser ermittelten Werte berechnet und zur Er­ mittlung der Bremsbelagrestdicke herangezogen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die anfänglichen Dickenwerte der Bremsbeläge abgespeichert werden,
• - als die Bremsbelagrestdicke beeinflussende Größen wenig­ stens das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeugbewegung, die Ro­ tationsbewegung der Räder und die Fahrbahnneigung als die Energiebilanz des Fahrzeugs bestimmende Meßgrößen heran­ gezogen werden,
• - die beim jeweiligen Bremsvorgang verrichtete Reibungs­ arbeit unter Verwendung der Meßwerte für die die Energie­ bilanz des Fahrzeugs bestimmenden Meßgrößen durch eine Energiebilanzbetrachtung berechnet wird,
• - unter Verwendung der berechneten Reibungsarbeit, der er­ mittelten Meßwerte sowie einer zugehörigen, abgespeicher­ ten Abriebdicke-/Reibungsarbeit-Kennlinie die dem jewei­ ligen Bremsvorgang zugeordneten Abriebdickenwerte der Bremsbeläge ermittelt werden und
• - die für den jeweiligen Bremsvorgang ermittelten Abrieb­ dickenwerte der Bremsbeläge von den vor diesem Bremsvor­ gang vorliegenden Restdickenwerten subtrahiert und die neu bestimmten Restdickenwerte abgespeichert werden.

2. Verfahren zur Bestimmung des Zustands einer Fahrzeugbrems­ anlage, bei dem zur Bremsscheibentemperaturbestimmung

• - die Werte von die Bremsscheibentemperatur beeinflussenden Größen während der Dauer eines Bremsvorgangs ermittelt und
• - die bei dem Bremsvorgang von jedem Bremsbelag jeweils zu verrichtende Reibungsarbeit und Reibungsleistung unter Verwendung dieser ermittelten Werte berechnet und zur Ermittlung der zugehörigen Bremsscheibentemperatur jedes Bremsbelags herangezogen werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - als die Bremsscheibentemperatur beeinflussende Größen wenigstens das Fahrzeuggewicht, die Fahrzeugbewegung, die Rotationsbewegung der Räder und die Fahrbahnneigung als die Energiebilanz des Fahrzeug bestimmende Meßgrößen herangezogen werden,
• - die bei dem Bremsvorgang verrichtete Reibungsarbeit und -leistung unter Verwendung der Meßwerte für die die Ener­ giebilanz des Fahrzeugs bestimmenden Meßgrößen durch eine Energiebilanzbetrachtung berechnet werden und
• - die Bremsscheibentemperatur aus der berechneten Reibungs­ arbeit und Reibungsleistung, der aktiven Bremsscheiben­ masse sowie der spezifischen Wärmekapazität des Brems­ scheibenmaterials ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Elemente:

• - Sensoreinrichtungen (1; 2; 3; 4; 10; 11) zur Erfassung des momentanen Fahrzustandes sowie zur Erzeugung entsprechen­ der elektrischer Ausgangssignale,
• - eine elektronische Speichereinrichtung (5), in der die Ab­ riebdicke-/Reibungsarbeit-Kennlinien abgespeichert sind,
• - eine elektronische, löschbare Speichereinrichtung (6), in der die Dickenwerte für die Bremsbeläge abgespeichert sind und
• - eine Rechnereinheit (7), die die Sensorausgangssignale empfängt, daraus einen Bremsvorgang erkennt und die zuge­ hörige Reibungsarbeit für jeden Bremsbelag berechnet, unter Zugriff auf die Kennlinien-Speichereinrichtung (5) die Abriebdicken der Bremsbeläge für den Bremsvorgang ermittelt, die in der Restdicken-Speichereinrichtung (6) gespeicherten Restdickenwerte der Bremsbeläge aus liest und hiervon die ermittelten Abriebdickenwerte für jeden Bremsbelag subtrahiert und die so bestimmten neuen Restdickenwerte in die Restdicken-Speichereinrichtung (6) einschreibt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (8) zur Anzeige der jeweils noch vorhandenen Restdicke der Fahrzeugbeläge.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (7) die rechnerische Bestimmung der Tem­ peraturen der Bremsscheiben für den Bremsvorgang durchführt.