DE19813194C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Regeln des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Bekannte Antiblockiersysteme (beispielsweise EP 0 644 836 B1) regeln den Bremsdruck der einzelnen Räder eines Kraftfahr­ zeugs derart, daß ein Blockieren der Räder beim Bremsen ver­ hindert und damit die Lenkfähigkeit des Kraftfahrzeugs erhal­ ten bleibt, indem sie den Radbremsdruck an die jeweilige Haf­ tung des Reifens auf der Fahrbahn anpassen. Dieses Anpassen erfolgt dadurch, daß mit Hilfe von Bremsdrucksteuerventilen beim Auftreten von unzulässig hohem Schlupf der auf die ein­ zelnen Räder wirkende Bremsdruck intermittierend - und somit diskontinuierlich - abgesenkt und wieder erhöht wird.

Neue Anforderungen an Bremsfunktionen, die die Sicherheit und den Komfort des Betriebs von Kraftfahrzeugen verbessern - wie z. B. Antiblockiersysteme, Fahrstabilitätssysteme, Traktions­ kontrollen, "intelligente" Fahrgeschwindigkeitsregler - haben zusammen mit der Forderung nach einer Verringerung der Monta­ ge- und Wartungskosten zu der Entwicklung neuer, elektrisch gesteuerter und betätigter Bremssysteme (DE 195 29 664 A1) geführt. Durch diese wird der erhebliche Aufwand für Haupt­ bremszylinder, Bremsdruckleitungen usw. herkömmlicher Brems­ systeme stark verringert oder ganz vermieden.

Bei einem solchen elektrischen Bremssystem ist der Fahrer kraftmäßig von der Bremse abgetrennt, d. h. die vom Fahrer ausgehende Bremsmomentenanforderung wird nicht mehr direkt als Kraft über ein hydraulisches System übertragen, sondern es wird nur noch ein elektrisches Signal über eine elektrische Leitung übertragen und damit ein elektrischer Bremsaktuator gesteuert. Dieser Bremsaktuator wird mit elektrischer Energie versorgt und erzeugt eine Reibkraft an den einzelnen Radbrem­ sen, durch die am jeweiligen Rad ein Bremsmoment aufgebaut wird.

Aus der DE 195 30 735 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Steuerung der Bremsanlage eines Fahrzeugs bekannt, wobei die Radaufstandskräfte abgeschätzt werden. Erfindungs­ wesentlich ist dabei, daß die Bestimmung der Radaufstands­ kräfte während einer Regelphase erfolgt, wenn an allen Rad­ bremsen der gleiche Kraftschlußbeiwert auftritt. Eine Rege­ lung auf gleichen Schlupf, Drehzahl oder Radgeschwindigkeit gewährleistet diese Betriebssituation. Hierzu wird eine Betä­ tigung des Bremspedals beispielsweise in einem Radschlupf- Sollwert umgesetzt. Dieser Sollwert wird mit einem gemessenen oder berechneten Radschlupf-Istwert verglichen und auf Basis der Differenz zwischen Soll- und Istwert die an der Bremse ausgeübte Bremskraft derart beeinflußt, daß sich der Istwert an den Sollwert annähert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine analoge Rege­ lung des Bremsvorgangs bei Kraftfahrzeugen mit elektrischen Bremsanlagen ermöglichen. Insbesondere soll dabei das Bloc­ kieren eines gebremsten Rades feinfühlig und wirksam verhin­ dert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Bremsanlage nach Anspruch 6 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen niedergelegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Bremsanlage;

Fig. 2 das Steuergerät der Bremsanlage nach Fig. 1 in einer das erfindungsgemäße Verfahren veranschaulichenden Blockdiagrammdarstellung, und

Fig. 3 eine in dem Steuergerät nach Fig. 2 verwendete Kenn­ linie.

Eine Bremsanlage 1 (Fig. 1) für ein Kraftfahrzeug mit vier Rädern, das hier nicht weiter dargestellt ist, schließt vier Bremsen 2 ein, die je eine Bremsscheibe 3 und eine Betäti­ gungsvorrichtung in Gestalt eines Radbremsaktuators 4, im folgenden auch als Radbremsaktor oder nur Aktor bezeichnet, aufweisen. Die Radbremsaktuatoren sind in je einen zugehöri­ gen Bremssattel integriert, d. h. mit ihm zu einer Einheit zu­ sammengefaßt. Der Bremssattel ist als Schwimmsattel ausgebil­ det, über Bremsbeläge wird bei Betätigung des Radbremsaktua­ tors ein Bremsmoment auf die Bremsscheibe 3 ausgeübt. Die Bremsanlage 1 kann aber - ohne die Erfindung zu beeinträchti­ gen - in seinen Einzelbestandteilen auch anders ausgebildet sein.

Die Radbremsaktuatoren werden von einer Batterie 8 über Ver­ sorgungsleitung 9 mit elektrischer Leitung versorgt. Ein elektronisches Steuergerät (ECU) 10 wertet Signale von Rad­ drehzahlsensoren 12 ab, die an jedem Rad vorgesehen sind. Diese Signale gelangen über Signalleitungen 14 zu dem Steuer­ gerät 10.

Das Steuergerät 10 ist auch mit einem Bremswertgeber oder Pe­ dal(kraft)simulator 15 verbunden, der von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs über ein Pedal 16 betätigt wird. Der Pedalsi­ mulator 15 setzt die Bewegung des Bremspedals 16, d. h. die von dem Fahrer auf das Bremspedal wie gewohnt ausgeübte Kraft, und den dabei überstrichenen Pedalweg in elektrische Signale um. Die Pedalbetätigung wird durch mehrere Sensoren, z. B. einem oder zwei Wegsensoren 18 und einem oder zwei Drucksensoren 19, in elektrische Signale umgewandelt, die über Signalleitungen 20 zu dem Steuergerät 10 gelangen und dort ausgewertet werden.

Das Steuergerät 10 ermittelt aus den Sensorsignalen Sollwerte für die Bremsbetätigung und übermittelt sie über Steuerlei­ tungen 22 an die einzelnen Radbremsaktuatoren 4. Zum Berech­ nen der Sollwerte für die Radbremsaktuatoren werden von dem Steuergerät 10 weitere Sensorsignale ausgewertet, insbesonde­ re die Signale der Raddrehzahlsensoren 12. Darüber hinaus können auch die Signale von hier nicht dargestellten Querbe­ schleunigungs- oder Giergeschwindigkeitssensoren ausgewertet werden.

Die Radbremsaktuatoren können an jedem Rad oder auch nur an Gruppen von Rädern vorgesehen sein. Sie werden elektrisch kontinuierlich betätigt oder gestellt und sie erzeugen für jedes Rad oder für jede Radgruppe einen unabhängigen Brems­ druck.

Das Steuergerät 10 empfängt als Eingangssignale die Signale der Raddrehzahlsensoren 12 und die Signale der Weg- und Kraftsensoren 18, 19, die den von dem Fahrer gewünschten Bremssollwert darstellen und verarbeitet diese Signale mit einem Steuerrechner 24, der z. B. als Mikroprozessor ausgebil­ det und in der Zeichnung (Fig. 2) schematisch dargestellt ist. Aufgrund der noch zu beschreibenden Auswertung erzeugt das Steuergerät Ausgangssignale, die über eine Bremsensteuer­ stufe 25 die Bremsaktuatoren 24 an den einzelnen Radbremsen steuern.

Der Steuerrechner 24 des Steuergeräts 10 wertet in einem Block 26 die Signale der Raddrehzahlsensoren 12 aus und führt eine Schlupfberechnung durch. Die Schlupfberechnung für sich ist bekannt und in der Fachliteratur beschrieben (z. B. Man­ fred Burckhardt, Fahrwerktechnik: Radschlupf-Regelsysteme, Vogel Verlag, 1993, Seiten 16 bis 20). Aus den Raddrehzahlen wird der Radschlupf λ bestimmt, indem zum Beispiel eine Fahr­ zeugreferenzgeschwindigkeit aus dem am schnellsten nicht an­ getriebenen Rad ermittelt und der Schlupf eines Rades als Verhältnis zwischen der gemessenen Raddrehzahl und der Fahr­ zeugreferenzgeschwindigkeit berechnet wird. Für jedes Rad liegt außerdem ein Sollbremsdruck oder eine Sollbremskraft vor, die als Fahrerbremswunsch von den Sensoren 18, 19 oder auch von einem elektronischen Zusatzbremssytem, z. B. einer Fahrdynamikregelung, erzeugt wird. Im Rahmen der vorliegenden Beschreibungen sind die Ausdrücke Bremsdruck und Bremskraft gleichbedeutend, da sie sich nur durch einen festen Faktor, der die wirksame Bremsfläche wiedergibt, unterscheiden.

Überschreitet der Sollbremsdruck (oder -kraft) einen von der Fahrbahnoberfläche abhängigen Wert, so würde das betreffende Rad blockieren. Dieses Blockieren ist aus den eingangs ge­ nannten Gründen unerwünscht und wird durch die vorliegende Bremsregelung verhindert, die den Sollbremsdruck soweit redu­ ziert, daß das Rad nicht mehr blockiert.

Der Sollbremsdruck wird dadurch reduziert, daß er mit einem aus dem Radschlupf λ ermittelten Korrekturwert oder Korrek­ turfaktor k beaufschlagt wird. Die Berechnung des Korrektur­ werts k durch den Steuerrechner 24 erfolgt in einem Block 28. Das Beaufschlagen besteht in einer einfachen mathematischen Operation, z. B. in einer Addition (oder einer Subtraktion) oder auch in einer Multiplikation des Korrekturwerts zu dem bzw. mit dem Sollbremsdruck, die in einem Block 29 ausgeführt wird. Der Korrekturwert k bewirkt in jedem Fall, daß der Sollbremsdruck verkleinert wird, und zwar in Abhängigkeit von dem berechneten Radschlupf.

Wird der Korrekturwert k als Multiplikationswert für den Sollbremsdruck verwendet, so hat er einen Betrag zwischen dem Wert 0 und dem Wert 1. Der Korrekturwert k ist ein kontinu­ ierlich sich ändernder Wert, der am einfachsten mit einer Kennlinie ermittelt wird, die ihn in Abhängigkeit von dem Radschlupf festlegt. Dabei ist k = 1 für einen Schlupf λ = 0, d. h. bei nicht vorhandenen Schlupf wird der Bremssolldruck nicht korrigiert. Für einen Schlupfwert λ = 1 ist der Korrek­ turwert k = 0, d. h. es wird kein Bremsdruck ausgeübt. Die Korrekturwert-Kennlinie kann durch einfache Versuche für den jeweiligen Kraftfahrzeugtyp festgelegt werden. Es wird beim Bremsen ein Radschlupf von einigen Prozent zugelassen, ohne den Sollbremsdruck zu verringern, und beim Erreichen eines möglichen Grenzschlupfwertes wird der Korrekturwert schnell verkleinert.

Sobald der Radschlupf seinen maximalen Betrag erreicht hat und wieder abnimmt, steigt auch der Korrekturwert wieder an, und der von den Bremsaktuatoren aufzubringende Bremsdruck nä­ hert sich wieder dem Solldruck. Dabei ist dafür zu sorgen, daß die Annäherung nicht zu schnell erfolgt. Deshalb muß die Anstiegsgeschwindigkeit des Korrekturfaktors begrenzt sein. Dies kann zweckmäßigerweise in Anlehnung an die Form einer Exponentialkurve geschehen, die zu Beginn einen schnellen An­ stieg erlaubt und mit zunehmendem Anstieg abflacht.

Der Korrekturwert k kann auch mit einer vorgegebenen mathema­ tischen Beziehung ermittelt werden, bei der auch weitere Pa­ rameter, z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit, mit berücksichtigt werden.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der konti­ nuierlichen Anpassung des Bremsdrucksollwerts an die jeweilig vorliegenden Schlupfverhältnisse, wobei diese kontinuierliche Anpassung sich günstig auf die elektrischen Bremsaktuatoren auswirkt. Es werden Fehlauslösungen in einfacher Weise ver­ mieden. Durch eine geeignete Wahl der Kennlinie oder der Be­ rechnungsformel für den Korrekturwert kann darüber hinaus ein flacher Verlauf der Regelschwingungen erreicht werden, was zu einem ausgesprochen komfortablen Regelverhalten führt. Wich­ tig ist dabei eine genaue Berechnung des Radschlupfes und des Reibwerts zwischen dem Reifen und der Fahrbahn, wie sie in der älteren Anmeldung DE 197 47 093.9 beschrieben ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Regeln des Bremsvorgangs bei einem Kraft­ fahrzeug, indem

• 1. Betätigungen des Bremspedals in Sollwerte des Rad­ bremsdrucks umgesetzt werden,
• 2. die Raddrehzahlen mindestens eines Teils der Räder gemessen und an ein Steuergerät übermittelt werden,
• 3. durch das Steuergerät aus den Raddrehzahlen der Radschlupf berechnet wird,
• 4. aus dem Radschlupf ein Korrekturwert für den Sollwert des Radbremsdrucks ermittelt wird, und
• 5. mit dem ermittelten Korrekturwert der Sollwert des Rad­ bremsdrucks abhängig von dem Radschlupf kontinuierlich ver­ ändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert einer Kennlinie entnommen wird, die ihn in Ab­ hängigkeit von dem Radschlupf festlegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert als Faktor mit dem Sollwert des Rad­ bremsdrucks multipliziert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert einen Wert zwischen null im Falle keiner Bremsenbetätigung und eins bei unverän­ dertem Bremsdruck annimmt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungsgeschwindigkeit des sich bei abnehmendem Radschlupf ansteigendem Korrekturwert begrenzt wird.

6. Bremsanlage (1) mit Regelung des Bremsvorgangs bei einem Kraftfahrzeug,

• 1. mit Raddrehzahlsensoren (12), durch die die Raddrehzahlen mindestens eines Teils der Räder gemessen werden, und
• 2. mit einem Steuergerät (10),
  • 1. von dem eine Betätigung des Bremspedals in einen Soll­ wert des Radbremsdrucks umgesetzt wird und
  • 2. von dem anhand der gemessenen Raddrehzahlen der Rad­ schlupf (λ) berechnet und in Abhängigkeit von dem Rad­ schlupf der Sollwert des Radbremsdrucks verändert wird, dadurch gekennzeichnet,
• 3. daß jedem Rad ein kontinuierlich den Bremsdruck stellender, elektrisch betätigter Radbremsaktuator (4) zugeordnet, durch den für jede aus mindestens einem Rad gebildete Radgruppe der Bremsdruck individuell eingestellt wird;
• 4. daß das Steuergerät (10) eine Rechenschaltung (24) enthält, durch die aus dem Radschlupf (λ) ein kontinuierlicher Korrek­ turwert (k) für den Sollwert des Bremsdrucks ermittelt wird, und
  daß von dem Steuergerät (10) durch Verknüpfung mit dem Kor­ rekturwert (k) Steuersignale für die Radbremsaktuatoren (4) erzeugt werden, durch die der Bremsdruck entsprechend verän­ dert wird.

7. Bremsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturwert (k) in Abhängigkeit von dem Radschlupf (λ) in dem Steuergerät (10) als Kennlinie gespeichert ist.