DE10033344A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Auswertung eines Sensorsignals - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung eines Sensorsignals vorgeschlagen. Abhängig von diesem Signal im ungebremsten Zustand wird ein Maß für das Restbremsmoment der Bremse und/oder eine Erkennung einer Hemmung der Radbremse abgeleitet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Auswertung eines Sensorsignals.

Im Zusammenhang mit der Steuerung einer Radbremse ist es wichtig zu wissen, wann und/oder ob sich die Bremsbeläge von der Bremsscheibe oder -trommel abheben bzw. abgehoben haben. Diese Information ist Basis für die Einstellung eines defi­ nierten Lüftspiels an der Radbremse bzw. trägt zur Sicher­ heit und Verfügbarkeit der Radbremse bei. Für ein korrektes Lüften der Radbremse bei nicht betätigtem Bremspedal muß im Beispiel einer Scheibenbremse sowohl der Bremskolben als auch der Schwimmsattel die Bremsbeläge einige Zehntel Milli­ meter von der Bremsscheibe abheben. Dazu müssen sowohl die Kolbendichtringe, die das Zurückziehen des Bremskolbens ge­ währleisten, als auch die Führungen des Schwimmsattels voll funktionsfähig sein. Mit zunehmender Alterung und Verschmut­ zung sowie ggf. auch durch asymmetrische Massenverteilungen bei neuartigen Bremssystemen, wie beispielsweise einer Rad­ bremse mit elektromotorischer Zuspannung, neigt der Schwimm­ sattel jedoch zum Hemmen. Durch die Hemmung des Schwimmsat­ tels wirkt über den Belag an der Bremsenaußenseite eine Restkraft auf die Bremsscheibe, die durch die Führungsbol­ zens des Schwimmsattels abgestützt wird. Eine ständige ein­ seitige Erwärmung der Bremsscheibe und des Bremsbelags ist die Folge, so dass sich im Extremfall die Bremsscheibe bei der andauernden Belastung verziehen kann und die Fadingre­ serven bei einer nachfolgenden Bremsung durch die erhöhte Anfangstemperatur schnell erschöpft sein könnten. Desweite­ ren steigt der Verschleiß des Bremsbelags unverhältnismäßig stark an, so dass frühzeitig neue Beläge montiert werden müssen. Diese Restkraft bzw. das Restbremsmoment lässt sich nicht durch Ansteuerung vermindern. Eine entsprechende Pro­ blematik tritt auch bei anderen Bremsentypen auf, so dass auch bei diesen Bremsentypen ein Bedürfnis besteht, die obi­ gen Informationen zu kennen. Auf der anderen Seite zeigen die zur Messung des Bremsmoments verwendete Sensorik Drif­ terscheinungen, so dass anhand des Sensorsignals allein nicht definitiv feststellbar ist, ob und wann sich die Bremsbeläge von der Bremsscheibe oder -trommel abheben bzw. abgehoben haben.

Aus der DE-A 198 26 053 ist eine Vorgehensweise bekannt, mit deren Hilfe der Offset eines Bremsmomentensensors ermittelt wird. Es wird neben dem Bremsmoment ein Maß für den vom Bremsbelag zurückgelegten Wert ermittelt und die Änderung­ stendenz des Bremsmoments über dem Weg berechnet. Ändert sich das Moment über dem Weg nicht mehr wesentlich, so wird angenommen, dass die Beläge abgehoben haben. Ausgehend von diesem Nullpunkt wird die Lüftspieleinstellung vorgenommen. Ob und wann eine tatsächliche Lüftung der Radbremse stattge­ funden hat, wird nicht ermittelt.

Vorteile der Erfindung

Durch die Ermittlung eines Restbremsmoments wird eine Erhö­ hung der Verkehrssicherheit des Fahrzeugs erreicht, da Schä­ den, insbesondere eine Verformung der Bremsscheibe durch einseitige Erwärmung, wirksam verhindert und Fadingreserven erhalten bleiben. Der Fahrer wird frühzeitig über den Zu­ stand der Radbremse und über einen erhöhten Verschleiß eines Bremsbelages und der Bremsscheibe insbesondere bei Schwimm­ sattelscheibenbremsen informiert.

Besonders vorteilhaft ist, dass nicht nur eine Ermittlung eines Restbremsmomentes und eine Erkennung einer hemmenden Radbremse vorgenommen wird, sondern dass zum Abgleichen ei­ nes driftenden Sensor-Offsets der Offset des Sensorsignals ermittelt wird.

Insgesamt wird somit sowohl die Verkehrssicherheit und Ver­ fügbarkeit der Radbremse als auch die Genauigkeit des Sen­ sorsignals verbessert.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei eine elektrisch steuerbare Bremsanlage, bei wel­ cher die nachfolgend beschriebene Signalauswertung einge­ setzt wird. In Fig. 2 ist anhand eines Flußdiagramms eine bevorzugte Ausführungsform der Auswertung eines Bremsmomen­ tensensorsignals dargestellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanla­ ge mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaares. Dieses Radpaar könnte einer Achse oder einer Diagonalen des Fahrzeugs zugeordnet sein. Dabei ist mit 10 das Bremspedal des Fahrzeugs dargestellt. Der Bremswunsch des Fahrers wird über das Sensorsystem 12 durch Winkel-, Weg- und/oder Kraftmessung erfaßt und über die Lei­ tungen 14 einem elektronischen Steuerungssystem 16 zuge­ führt. Dieses Steuerungssystem ist in einer vorteilhaften Auslegung aus dezentral aufgeteilte Steuereinheiten aufge­ baut. Das elektronische Steuerungssystem betätigt über die Ausgangsleitungen 18 und 20 die Elektromotoren 23 und 24, beispielsweise mittels eines pulsweitenmodulierten Span­ nungssignals unter Verwendung einer H-Brückenendstufe. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden Kommutator- Gleichstrommotoren eingesetzt. Die Elektromotoren sind Teil von Bremsenstellern 26 und 28. Die rotatorischen Bewegungen dieser Motoren werden in den nachgeschalteten Getriebestufen 58 und 60 in translatorische Bewegungen umgeformt, die zu Verschiebungen der Bremsbeläge 30 und 32 führen. Die Brems­ beläge werden in den Bremssättel 34 und 36 geführt und wir­ ken auf die Bremsscheiben 38 und 40 der Räder 1 und 2. Dane­ ben ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedem Brem­ sensteller eine elektrisch betätigbare Federkraftbremse zu­ geordnet, mit deren Hilfe der Bremsensteller in der aktuel­ len Position verriegelt wird, so daß der Elektromotor strom­ los geschaltet werden kann. Die Position des Bremsenstellers wird dann ohne Energieaufwand gehalten.

An jedem Rad werden Kraft- oder Momentensensoren 42 und 44 eingesetzt, deren Signale über die Meßleitungen 46 und 48 dem elektronischen Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Mittels dieser Sensoren werden in einer Ausführungsvariante die axiale Abstützkräfte der Steller bei einem Bremsvorgang gemessen und bilden damit ein Maß für die auf die Brems­ scheiben wirkenden Normalkräfte. In einer anderen Ausfüh­ rungsvariante werden die tangentialen Abstützkräfte der Bremsbeläge gemessen und bilden damit ein Maß für die in den Bremsscheiben auftretenden Reibkräfte bzw. deren Reibmomen­ te. Die Bremsmomente werden in anderen Ausführungsbeispielen unter Verwendung eines Momentensensor direkt gemessen. Dies erfolgt in einer Ausführung auch direkt am Rad durch Reifen­ sensoren wie Sidewall-Sensoren oder Reifenlatschsensoren oder durch Sensoren, die in der Radnabe oder im Radlager in­ tegriert sind. Zudem werden über die Sensoren 50 und 52 die Radgeschwindigkeiten erfaßt und über die Eingangsleitungen 54 und 56 dem Steuerungssystem 16 übermittelt. Ferner sind Winkelsensoren 62 und 64 vorgesehen, deren Signale über die Leitungen 66 und 68 dem Steuerungssystem 16 zugeführt wer­ den. Diese Winkelsensoren sind in einem bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel Hallsensoren, welche z. B. die Umdrehung des Elektromotors des Bremsenstellers erfassen und pro Umdrehung mehrere Impulse liefern, deren Anzahl ein Maß für den zu­ rückgelegten Winkel und damit für den zurückgelegten Weg ist. In anderen Ausführungsbeispielen werden andere Sensoren (z. B. induktive Sensoren, Potis, etc.) zur Weg- oder Winkel­ messung eingesetzt.

Im elektronischen Steuerungssystem 16 werden aus dem erfaß­ ten Bremswunsch entsprechend vorprogrammierten Kennfeldern Sollwerte für die einzelnen Radbremsen oder Gruppen von Rad­ bremsen ermittelt. Diese Sollwerte entsprechen beispielswei­ se den an einem Rad oder einem Radpaar einzustellenden Bremsmomenten oder Bremskräften, deren Größen unter anderem von der Achslastverteilung des Fahrzeugs abhängen. Aus den ermittelten, gegebenenfalls radindividuellen Sollwerten wird durch Vergleich mit den in den Sensoren 42 und 44 gemessenen Istwerten der Bremskräfte bzw. Bremsmomente Regeldifferenzen ermittelt, die Regelalgoritmen, zum Beispiel in Form zeit­ diskreten PID-Reglern, zugeführt werden. Die Stellgröße die­ ser Regler wird zur Ansteuerung der Elektromotoren verwen­ det, wobei entsprechende Ansteuersignale über die Leitungen 18 und 20 ausgegeben werden. Am Ende eines Bremsvorgangs werden die Führungsgrößen für die einzustellenden Bremskräf­ te bzw. Bremsmomente jeweils Null.

Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise ist nicht nur bei elektromechanischen Bremsen einsetzbar, sondern auch bei anderen elektrisch steuerbaren Radbremsen, welche über hy­ draulische oder pneumatische Radbremsensteller verfügen.

Die Bremsmomentenerfassung erfolgt in einer Ausführung mess­ technisch, in anderen durch Berechnungen auf der Basis and­ rer Größen. Auch solche Berechnungen stellen im Rahmen der vorstehenden und nachfolgenden Beschreibung Sensoren dar.

Ist die Bremse nicht korrekt gelüftet, ergibt sich während der Fahrt ein Restmoment, welches durch den Sensor detek­ tiert wird. Ein solches Restmoment ergibt sich bei mechani­ schem Hemmen der Radbremse oder infolge eines driftenden Offsets des Sensors. In beiden Fällen lässt sich das Restmo­ ment nicht durch aktives Zurückziehen des Bremskolbens ver­ ringern. Eine Unterscheidung hinsichtlich der Ursache kann aus der Tatsache des bestehenden Restmoments nicht getroffen werden.

Eine solche Unterscheidung wird erst beim Übergang vom fah­ renden zum stehenden Fahrzeug möglich. Steht das Fahrzeug auf der Ebene, so wird kein Bremsmoment ins Fahrzeugrad ein­ geleitet, auch dann nicht, wenn die Bremse, insbesondere der Schwimmsattel, nicht korrekt gelüftet ist. Das Ausgangs­ signal des Sensors wird daher als neuer Offset angenommen und eingelesen. Wird das Rad vom stehenden in einen bewegten Zustand versetzt ohne Bremsbetätigung ergibt sich bei nicht korrekter gelüfteter Bremse eine Bremsmomentensignalände­ rung. Mittels dieser Signaländerung wird ermittelt, inwie­ weit die Radbremse, insbesondere die Schwimmsattelführung, einen Belag vom Lüften hemmt. Entsprechendes wird beim Über­ gang vom fahrenden zum stehenden Fahrzeug ermittelt, wenn das Fahrzeug oder Bremsbetätigung zum Stehen kommt. Somit kann dem Fahrzeuglenker die Funktionsstörung der Radbremse (Schwimmsattelbremse) mittels einer Warneinrichtung übermit­ telt werden.

Wird das Fahrzeug an einer gefällbehafteten Strecke abge­ stellt, so dass die Bremsen unbetätigt sind, das Fahrzeug jedoch von den nicht korrekt gelüfteten Bremsen am Hang ge­ halten wird, so wird ein falscher Offset eingelesen. Die Mo­ mentensensoren detektieren in diesem Betriebszustand nämlich eine Anregung, obwohl durch die stillstehenden Räder und die nicht betätigte Bremse auf eine vollkommen gelüftete Bremse geschlossen wird. Eine Mittelwertbildung zwischen mehreren Stillständen ergibt den gewünschten Offset, wenn man davon ausgeht, dass das Fahrzeug genauso oft bei positivem wie bei negativem Gefälle ohne Bremsbetätigung abgestellt wird. Die­ ses Verfahren setzt jedoch voraus, dass die Zeitdauer der einzelnen Betriebszustände klein ist gegenüber der Dynamik des Offset-Drifts. Da dies in der Realität oft nicht der Fall ist, wird das Restbremsmoment durch die gehemmte Rad­ bremse ermittelt, indem die Differenz der gemessenen Bremsmomente bei ungebremster vorwärtiger und rückwärtiger Fahrt berechnet werden. Das Ergebnis beschreibt das doppelte Restbremsmoment. Soll der korrekte Offset ermittelt werden, so wird dieser aus dem Sensorsignal und dem geschätzten Restbremsmoment bestimmt, solange das Fahrzeug fährt und die Bedingungen für einen Offset-Abgleich vorliegen. Letztere liegen vor, wenn sich keine Änderung des gemessenen Bremsmo­ ments über den von einem beweglichen Teil der Radbremse zu­ rückgelegten Weg, z. B. Bremskolben- oder Bremsbelagweg, er­ gibt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die beschriebene Vorgehensweise als Programm eines Rechners der Steuereinheit 16 ausgeführt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist an­ hand des Flußdiagramms der Fig. 2 dargestellt.

Das beschriebene Programm wird während eingeschalteter Ver­ sorgungsspannung in vorbestimmten Zeitintervallen durchlau­ fen. Nach Start des Programms wird in einem ersten Schritt 102 das an der Radbremse oder dem Rad oder aufgrund von Be­ rechnungen ermittelte Bremsmoment eingelesen. Im darauffol­ genden Schritt 104 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit VFzg eingelesen, die entweder gemessen oder auf der Basis wenig­ stens einer Radgeschwindigkeit abgeschätzt ist. Daraufhin wird im Abfrageschritt 106 überprüft, ob die Offsetabgleich­ bedingungen erfüllt sind. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm mit Schritt 102 wiederholt. Die Offsetabgleichbe­ dingungen sind, wie auch im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben, dass keine Änderung des gemessenen Bremsmomentenistwertes gegenüber einem gemessenen Verstell­ weg der Radbremse stattfindet. Ist diese Bedingung erfüllt, wird im Schritt 108 überprüft, ob die Fahrzeuggeschwindig­ keit kleiner Null ist, d. h. ob das Fahrzeug sich rückwärts bewegt. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 110 als Offsetwert der aktuelle Bremsmomentenistwert plus dem wie nachfolgend erklärt bestimmten Restbremsmomentenwert MREST ermittelt. Im darauffolgenden Schritt 112 wird ein sogenann­ ter negativer Bremsmomentenwert MNEG auf den Wert des ermit­ telten Bremsmomentenistwertes gesetzt. Daraufhin wird im Schritt 114 das Restbremsmoment MREST ermittelt als die Hälfte der Differenz zwischen einem positiven MPOS und dem negativen Bremsmoment MNEG. Das positive Bremsmoment MPOS wird dabei wie nachfolgend beschrieben ermittelt. Im darauf­ folgenden Schritt 116 wird überprüft, ob der ermittelte Restmomentenwert MREST größer als ein vorgegebener Grenzwert MGRENZ ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Programm mit Schritt 102 wiederholt, ansonsten wird gemäß Schritt 118 der Fahrer über den hemmenden Schwimmsattel informiert. Nach Schritt 118 wird das Programm mit Schritt 102 wiederholt.

Hat Schritt 108 ergeben, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht kleiner Null ist, wird im Schritt 120 überprüft, ob die Geschwindigkeit größer Null ist. Ist dies nicht der Fall, d. h. ist die Geschwindigkeit Null, so wird gemäß Schritt 122 der aktuelle Momentenistwert als Offset-Wert ab­ gespeichert. Nach Schritt 122 wird das Programm mit Schritt 102 wiederholt.

Hat Schritt 120 ergeben, dass die Geschwindigkeit größer Null ist, d. h. das Fahrzeug eine Vorwärtsbewegung ausführt, so wird gemäß Schritt 124 der Offset-Wert als die Differenz zwischen gemessenem Istmomentenwert und dem wie oben be­ schrieben ermittelten Restbremsmomentenwert MREST bestimmt. Im darauffolgenden Schritt 126 wird dann das zur Bestimmung des Restbremsmomentenwerts verwendete positive Bremsmomen­ tenwert MPOS auf den aktuellen Wert des Momentenistwertes gesetzt. Nach Schritt 126 folgt Schritt 114.

Somit wird gemäß der oben dargestellten Vorgehensweise ein Restbremsmoment ermittelt in Abhängigkeit der Ausgangssigna­ le des Bremsmomentensensors bei ungebremster Fahrt und wech­ selnder Fahrtrichtung, insbesondere auf der Basis der Abwei­ chung zwischen den beiden Werten. Ferner wird abhängig vom ermittelten Restbremsmomentenwert eine hemmende Radbremse insbesondere ein hemmender Schwimmsattel einer Schwimmsat­ telscheibenbremse ermittelt. Eine andere Möglichkeit, eine hemmende Bremse zu ermitteln, besteht darin, den Verlauf des Bremsmomentensignals zu überprüfen. Ändert sich das Sensor­ signal im ungebremsten Zustand bei Erreichen des Fahrzeug­ stillstandes oder bei Aufnahme der Fahrt vom Stillstand aus sprunghaft, so liegt eine derartige Hemmung vor. Diese Lö­ sung ist unabhängig von der zuvor dargestellten und kann auch anstelle dieser eingesetzt werden.

Ferner wird zum Abgleich eines driftenden Bremsmomentensen­ sors der Offset-Wert des Signals bei erfüllten Offset- Abgleichbedingungen ermittelt. Dazu wird gegebenenfalls das abgeschätzte Restbremsmoment MREST vom gemessenen Bremsmo­ ment bei erfüllten Abgleichbedingungen abgezogen, so dass eine genaue Offsetbestimmung auch bei vorhandenem Restmoment ermöglicht ist.

Anstelle eines Bremsmomentenwerts wird in anderen Ausführun­ gen in entsprechender Weise Signale ausgewertet, welche die momentane Bremsleistung oder Bremsarbeit repräsentieren. Un­ ter dem Begriff Bremsmoment werden daher vorstehend und nachstehend auch diese physikalische Größen verstanden.

In einem Ausführungsbeispiel wird nur die Offsetermittlung, in einem anderen nur die Erkennung der Hemmung, in einem an­ deren die Kombination dieser Maßnahmen eingesetzt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Auswertung eines Sensorsignals, welches ein an wenigstens einem Rad ausgeübtes Bremsmoment repräsen­ tiert, in dessen Abhängigkeit eine Steuerung der dem Rad zugeordneten Radbremse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Basis des Sensorsignals ein Restbremsmoment während ungebremster Fahrt ermittelt und/oder eine mecha­ nische Hemmung im Bereich der Radbremse erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Restbremsmoment auf der Basis des erfaßten Bremsmo­ ments bei ungebremster Fahrt und bei wechselnder Fahrt­ richtung ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Restbremsmoment auf der Basis der Abweichung oder Differenz der Bremsmomentenwerte bei ungebremster Fahrt mit wechselnder Fahrtrichtung ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Grenzrestbremsmomentenwert vorgegeben wird, bei dessen Überschreiten durch das Rest­ bremsmoment eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird, welche auf eine hemmende Radbremse hinweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass bei stehendem Fahrzeug der ge­ messene Momentenwert als Sensor-Offset-Wert gesetzt wird, bei fahrendem Fahrzeug der Offset-Wert aus dem gemessenen Momentenwert und dem ermittelten Restmomentenwert bei un­ gebremster Fahrt abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Offset-Ermittlung nur dann stattfindet, wenn keine Änderung des Bremsmomentes über dem Weg der Bremse ermit­ telt wurde.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Offset-Wert bei fahrendem Fahrzeug nach Maßgabe des gemessenen Bremsmomentenwertes und des berechneten Restmomentenwertes ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass eine Hemmung der Radbremse an­ hand einer sprungförmigen Änderung des Bremsmomentenwerts beim ungebremsten Übergang in der stehenden oder in den fahrenden Zustand erkannt wird.

9. Vorrichtung zur Auswertung eines Sensorsignals, mit einer Steuereinheit (16), welche ein das Bremsmoment an wenig­ stens einem Rad repräsentierendes Signal ermittelt, wel­ che ein Ausgangssignal zur Steuerung wenigstens einer Radbremse abhängig von dem Bremsmomentensignal ausgibt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die abhängig von dem Signal das Restbremsmoment bei ungebrem­ ster Fahrt und/oder eine Fehlfunktion der Radbremse, ins­ besondere eine Hemmung feststellen.