DE29622787U1

DE29622787U1 - Elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug

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Publication number: DE29622787U1
Application number: DE29622787U
Authority: DE
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2006-07-10

Description

96-053-PDE.5

25.03.1997 Fg/pk Beschreibung

Elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen PKW, die u. a. über folgende Bestandteile verfügt:

- ein Bremspedal, an dem ein von einer Fußkraft abhängiges elektrisches Bremssignal erzeugbar ist eine Radbremse für jedes Rad des Kraftfahrzeuges, der jeweils ein Elektromotor mit einer Zuspannvorrichtung zugeordnet ist, die infolge eines Bremssignals durch Einsteuerung eines Motorstromes eine Zuspannkraft auf die jeweilige Radbremse ausübt, wodurch an dem Rad eine Bremskraft erzeugt wird.

In jüngster Vergangenheit sind für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, Bremsanlagen vom Brake-By-Wire Typ entwickelt worden. Bei derartigen Bremsanlagen wird der Bremswunsch des Fahrers durch Ausüben einer Fußkraft auf ein Bremspedal kundgetan und die Einwirkung der Fußkraft auf das Pedal wird von einem Sensor erfaßt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das Signal wird an sogenannte Bremsaktuatoren weitergeleitet, von denen jeweils einer einem Rad des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist und jeder Bremsaktuator übt u. a. mit Hilfe eines Elektromotors und einer Zuspannvorrichtung eine Bremskraft auf das Rad des Kraftfahrzeuges aus.

Selbstverständlich können sich Bremsanlagen vom Brake-By-Wire Typ in der Kraftfahrzeugindustrie und bei Kraftfahrzeugfahrern nur dann durchsetzen, wenn mit ihnen gleiche Bremsqualitäten erreicht werden können, wie mit herkömmlichen Bremsanlagen. Dies stellt u. a. an die Regelungsverfahren elektrischer Bremsanlagen hohe Anforderungen.

Eine Möglichkeit zur Regelung der Bremsanlage besteht darin, an jedem Rad des Kraftfahrzeuges eine Soll-Bremskraft einzuregeln, die dem Bremswunsch des Kraftfahrzeugfahrers entspricht. Die eingeregelte Soll-Bremskraft wird mit einer gemessenen Ist-Bremskraft verglichen und bei einer Abweichung der Soll-Bremskraft von der Ist-Bremskraft über ein vorgegebenes Maß hinaus wird die Ist-Bremskraft von einem Regelkreis der Soll-Bremskraft angepaßt. Diese Art der Regelung einer elektrischen Bremsanlage führt zu "qualitativ hochwertigen" Bremsvorgängen, da durch die Bremskraftmessung die Reibverhältnisse zwischen den Bremsbelägen und der Bremsscheibe erfaßt werden. Ist also beispielsweise eine Bremsscheibe ölverschmiert, was bei einer vorgegebenen Zuspannkraft des Bremsaktuators zu einer eingeschränkten Ist-Bremskraft führt, so wird dies durch die Bremskraftmessung erfaßt und ein entsprechender Angleich der Ist-Bremskraft an die Soll-Bremskraft kann geschehen. Andererseits ist festzustellen, daß die Regelung über die Bremskraft aufwendig ist, da beispielsweise Bremskraftmeßsensoren an jedem Rad bereitgestellt werden müssen, die eine hohe Meßdynamik aufweisen müssen, um entsprechend schnelle Regelvorgänge zu ermöglichen.

Noch wesentlicher aber ist, daß eine Regelung auf Basis der Bremskraft in bestimmten Fahrzeugsituationen zu Problemen führen kann. Steht beispielsweise das Kraftfahrzeug in der Ebene und betätigt der Kraftfahrzeugfahrer die Bremse, so

liegt an den einzelnen Rädern des Kraftfahrzeuges keine Bremskraft an und dementsprechend wird auch von den Bremskraftmeßsensoren keine Bremskraft gemessen. Dies hat zur Folge, daß die Ist-Bremskraft von der Soll-Bremskraft stark abweicht und eine Angleichung dadurch erfolgen soll, daß die Zuspannkräfte in den Bremsaktuatoren an den einzelnen Radbremsen erhöht werden. Die Erhöhung der Zuspannkräfte führt jedoch nicht zu einer Erhöhung der Bremskräfte an den Rädern des Kraftfahrzeuges, da die Bremskräfte bei einem in der Ebene stehenden Kraftfahrzeug immer verschwinden. Als Konsequenz wird die Zuspannkraft ständig erhöht; der Regelkreis wird instabil.

Auch beim Blockieren eines Kraftfahrzeugrades ist eine Regelung auf Basis der Bremskräfte nur schwierig möglich, da das Meßprinzip der Bremskraftmeßsensoren bei Überschreitung des verfügbaren Kraftschlußpotentials zwischen Reifen und Fahrbahn keinen Rückschluß auf die Zuspannkraft mehr erlaubt.

Selbstverständlich lassen sich die oben erläuterten Regelprobleme dadurch lösen, daß die genannten Fahrzeugsituationen von weiteren Sensoren exakt erfaßt werden und bei Erfassung entsprechender Fahrzeugsituationen auf eine andere "Regelphilosophie" umgeschaltet wird. Es ist unmittelbar einsichtig, daß die Regelung dadurch kompliziert und teuer wird. Es ist deshalb auch schon vorgeschlagen worden, eine Regelung der elektrischen Bremsanlage auf Basis der an den Bremsaktuatoren eingeregelten Zuspannkräfte vorzunehmen. In diesem Fall wird die eingeregelte Soll-Zuspannkraft mit einer gemessenen Ist-Zuspannkraft verglichen und bei einer Abweichung über ein vorgegebenes Maß hinaus wird durch eine Regelvorrichtung ein Angleich der Ist-Zuspannkraft an die Soll-Zuspannkraft veranlaßt. Eine derartige Regelung ist besonders einfach, da die Ist-Zuspannkraft zu jedem Zeitpunkt und insbesondere in jeder Fahrzeugsituation einfach meßbar

ist, und somit eine "Regelungsphilosophie" für alle Fahrzeugsituationen ausreichend ist. Eine Regelung auf Basis der Zuspannkraft führt jedoch zwangsläufig zu "qualitativ weniger hochwertigen" Bremsvorgängen, da eine solche Regelung die wahren Bremskräfte nicht erfaßt. So kann beispielsweise der Fall auftreten, daß eine Bremsscheibe ölverschmiert ist und aus diesem Grunde an dieser Bremsscheibe nur eine unzureichende Bremskraft erzeugt wird, obwohl die eingeregelte Soll-Zuspannkraft von der gemessenen Ist-Zuspannkraft nicht abweicht.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß eine Regelung auf Basis der Bremskräfte zu "hochwertigen" Bremsvorgängen führt, jedoch aufwendig und teuer ist, wohingegen eine Regelung auf Basis der Zuspannkräfte zu "qualitativ weniger hochwertigen" Bremsvorgängen führt, jedoch einfach und damit preiswert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bremsanlage zu schaffen, die auf einfache Art und Weise eine Bremsregelung ermöglicht, die zu qualitativ hochwertigen Bremsvorgängen führt. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Bremsanlage zu schaffen.

Ausgehend von einer elektrischen Bremsanlage der eingangs genannten Art wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bremsanlage ferner mindestens eine Steuervorrichtung enthält, in der für jede der der Steuervorrichtung zugeordneten Radbremsen eine Kennlinie gespeichert ist, die den Zusammenhang zwischen dem eingesteuerten Motorstrom und der bei diesem Motorstrom zu erwartenden Bremskraft wiedergibt und die Steuervorrichtung derartig ausgebildet ist, daß

durch Zugriff der Steuervorrichtung auf die Kennlinien von der durch das Bremssignal angeforderten Bremskraft auf den Motorstrom geschlossen wird, der an den Radbremsen einzusteuern ist, und das

jedem Rad des Kraftfahrzeuges mindestens ein Sensor zugeordnet ist, mit dem bei einem Bremsvorgang ein Wert meßbar ist, der der an dem Rad tatsächlich erzeugten Bremskraft entspricht bzw. aus dem die tatsächliche Bremskraft herleitbar ist und das

die gespeicherten Kennlinien abänderbar sind, so daß der gespeicherte Zusammenhang zwischen Motorstrom und Bremskraft an den tatsächlichen Zusammenhang zwischen Motorstrom und Bremskraft anpaßbar ist.

Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Regelung der Bremsanlage durch eine Kennfeldsteuerung ersetzt wird, wobei eine ständige Anpassung der gespeicherten Kennfelder an die "wahren Verhältnisse" stattfindet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß die elektrische Bremsanlage in jeder Fahrzeugsituation über die gespeicherten Kennfelder steuerbar ist, da bei jedem Bremsvorgang aus den gespeicherten Kennfeldern der zu einer gewünschten Bremskraft gehörende Motorstrom festgestellt und an den entsprechenden Bremsaktuatoren eingesteuert werden kann. Trotz dieser Einfachheit erlaubt die erfindungsgemäße elektrische Bremsanlage "qualitativ hochwertige" Bremsvorgänge, da die Steuerung auf Basis der Bremskräfte geschieht und die gespeicherten Kennfelder ständig an die aktuellen Verhältnisse angepaßt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die in der elektrischen Bremsanlage benötigten Sensoren einfach aufgebaut sein können. Insbesondere brauchen beispielsweise die Bremskraftmeßsensoren keine hohe Meß-

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dynamik aufweisen, da die von ihnen gemessenen Bremskräfte nur für eine Anpassung der Kennfelder und nicht für eine Regelung der Bremsanlage benötigt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, daß die von den Bremskraftmeßsensoren gemessenen Bremskräfte auch als Input für andere Systeme dienen können, beispielsweise für ein Antiblockiersystem oder eine Antischlupfregelung.

Gemäß einer Weiterbildung der elektrischen Bremsanlage nach Anspruch 2 handelt es sich bei den Sensoren um Bremsmomentbzw. Bremskraftsensoren, was den Vorteil hat, daß die Meßsignale dieser Sensoren die an den Radbremsen erzeugte Bremskraft direkt wiedergeben und sich somit eine Herleitung der Bremskräfte aus den Meßsignalen erübrigt. Vorzugsweise sind die Bremsmomentsensoren als Reifentorsionssensoren ausgebildet. Der Einsatz derartigen Sensoren in der erfindungsgemäßen elektrischen Bremsanlage ist deshalb besonders vorteilhaft, da sie einen besonders einfachen Aufbau aufweisen und trotz ihrer geringen Meßdynamik dennoch ausreichend geeignet sind, um mit ihrer Hilfe eine Anpassung der gespeicherten Kennfelder vornehmen zu können (im Zusammenhang mit Reifentorsionssensoren sei auch auf die deutsche Patentanmeldung P 4 435 160.7 hingewiesen).

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Figur einer elektrischen Bremsanlage,

Fig. 2 ein Diagramm

Fig. 3 ein Diagramm

Fig. 4 ein Diagramm.

Fig. 1 zeigt schematisch eine elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, wobei nur die für die nachfolgenden Erläuterungen notwendigen Bestandteile dargestellt sind. Auf das Bremspedal 2 kann eine dem Bremswunsch des Kraftfahrzeugfahrers entsprechende Fußkraft aufgebracht werden, durch die das Bremspedal 2 bewegt wird. Die Bewegung des Bremspedals 2 wird mittels eines Sensor 4 in ein elektrisches Signal umgewandelt, das der von dem Kraftfahrzeugfahrer angeforderten Bremskraft entspricht. Das elektrische Signal wird über die elektrischen Leitungen 6a und 6b an die Steuervorrichtungen 8a und 8b weitergeleitet. Dort werden durch Zugriff auf gespeicherte Kennlinien aus der angeforderten Bremskraft Steuersignale für Motorströme ermittelt, die über die elektrischen Leitungen 10a bzw. 10b zu den den Steuervorrichtungen 8a bzw. 8b zugeordneten Radbremsen 12a bzw. 12b weitergeleitet werden. Die Elektromotoren der Radbremsen 12a bzw. 12b werden entsprechend den vorgegebenen Strömen aktiviert, was im Ergebnis dazu führt, daß die in den Radbremsen 12a bzw. 12b enthaltenen Zuspannvorrichtungen die · Bremsbeläge der Radbremsen gegen die Bremsscheiben 14a bzw. 14b anpressen, wodurch an den Bremsscheiben 14a bzw. 14b und damit an den Rädern 16a bzw. 16b eine Bremskraft eingesteuert wird. Mit Hilfe der Bremskraftsensoren 18a bzw. 18b wird die tatsächlich an den Rädern 16a bzw. 16b erzeugte Bremskraft gemessen und das Ergebnis der Messung wird an die Elektronikeinheiten 8a bzw. 8b übermittelt. In den Elektronikeinheiten 8a bzw. 8b wird überprüft, ob die eingesteuerten Bremskräfte mit den gemessenen Bremskräften übereinstimmen.

Ist dies der Fall, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß die in den Elektronikeinheiten 8a bzw. 8b gespeicherten Kennfelder noch "auf dem aktuellen Stand" sind. Weichen die eingesteuerten Bremskräfte hingegen über ein vorgegebenes Maß

von den gemessenen Bremskräften ab (z. B. aufgrund von Abnutzungserscheinungen an den Bremsbelägen etc.)/ ^so werden die gespeicherten Kennfelder geändert.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm einer Bremskraft (F) - Motorstrom (F)-Kennlinie 20. Eine derartige Kennlinie ist in der Elektronikeinheit 8a für jede der beiden Radbremsen der Vorderachse und in der Elektronikeinheit 8b für jede der beiden Radbremsen der Hinterachse gespeichert. Bei einem Bremsvorgang wird durch Betätigung des Bremspedals 2 von dem Kraftfahrzeugfahrer eine bestimmte Bremskraft, beispielsweise die Bremskraft Fi angefordert. Durch Zugriff der Steuervorrichtung auf die Kennlinie 20 wird festgestellt, welcher Motorstrom an den jeweiligen Radbremsen einzusteuern ist, um an den Radbremsen die gewünschte Bremskraft zu erzeugen. Dem in der Figur 2 gezeigten Diagramm ist zu entnehmen, daß zur Erzeugung der Bremskraft F]_ gemäß der Kennlinie 20 der Motorstrom I^ an dem Elektromotor der entsprechenden Radbremse einzusteuern ist. Es sei darauf hingewiesen, daß für jede Radbremse eine separate Kennlinie 20 zu speichern ist, da sich aufgrund von Fertigungstoleranzen etc. die Kennlinien 20 für die einzelnen Radbremsen unterscheiden können, so daß selbst für den Fall, daß für alle Radbremsen die gleiche Bremskraft vorgegeben wird, unterschiedliche Motorströme an den Radbremsen einzusteuern sind. Darüber hinaus ist es möglicherweise notwendig, an jeder Radbremse aufgrund der Fahrzeugsituation und des Fahrbahnuntergrundes etc. unterschiedliche Bremskräfte einzusteuern.

Figur 3 zeigt wiederum ein Diagramm, eine Bremskraft (F) Motorstrom (I)-Kennlinie 20. Dem Diagramm ist zu entnehmen, daß zur Erzeugung einer vom Kraftfahrzeugfahrer gewünschten Bremskraft F^ der Motorstrom !]_, zur Erzeugung der

gewünschten Bremskraft F2 der Motorstrom 12 und zur Erzeugung der erwünschten Bremskraft F3 der Motorstrom I3 an der entsprechenden Radbremse einzusteuern ist. Werden die entsprechenden Bremsvorgänge durchgeführt, so wird während des Bremsvorganges von dem Bremskraftsensoren 18a bzw. 18b (s. Fig. 1) die tatsächlich an den Rädern erzeugte Bremskraft gemessen und die gemessenen Bremskräfte werden mit den gewünschten Bremskräften verglichen (in der Figur 3 sind die gemessenen Bremskräfte als Kreise 22, 24 und 26 dargestellt).

Weichen die gemessenen Bremskräfte über ein vorgegebenes Maß hinaus von den gewünschten Bremskräften ab, so wie dies in dem gezeigten Beispiel für die gemessenen Bremskräfte 22 und 26 der Fall ist, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß die Kennlinie 20 nicht mehr auf dem "aktuellen Stand" ist, sondern sich der Zusammenhang zwischen der erzeugten Bremskraft F und dem Motorstrom I aufgrund von Abnutzungserscheinungen an der Radbremse bzw. Änderungen der Reibungswerte zwischen Bremsbelägen und Bremsscheibe etc. verändert hat. Dementsprechend wird die gespeicherte Kennlinie 20 durch die neue Kennlinie 28 ersetzt, so daß bei künftigen Bremsvorgängen auf die Kennlinie 28 zugegriffen wird. Wird also bei einem zukünftigen Bremsvorgang beispielsweise die Bremskraft F^ angefordert, so wird gemäß der neuen Kennlinie 28 an der entsprechenden Radbremse der Motorstrom I^« eingesteuert. Entsprechendes gilt für alle anderen gewünschten Bremskräfte, beispielsweise wird bei einer gewünschten Bremskraft von F3 gemäß der Kennlinie 28 der Motorstrom I31 an der entsprechenden Radbremse eingesteuert.

Sollte sich bei zukünftigen Bremsvorgängen zeigen, daß die tatsächlich an den Radbremsen anliegende Bremskraft sich wiederum von den gewünschten Bremskräften unterscheidet, so

wird selbstverständlich die gespeicherte Kennlinie 28 wiederum durch eine aktuelle Kennlinie ersetzt.

Figur 4 zeigt wiederum ein Diagramm einer Bremskraft (F)-Motorstrom (F)-Kennlinie 20. Es sei angenommen, daß das Kraftfahrzeug in der Ebene stillsteht, der Kraftfahrzeugfahrer jedoch trotzdem das Bremspedal betätigt, und dadurch eine Bremskraft F^ anfordert. An jedem Bremsaktuator wird entsprechend der Bremskraft F^ ein Motorstrom I\ eingesteuert, um gemäß den gespeicherten Kennlinien die gewünschte Bremskraft F^ zu erzeugen. Gleichzeitig wird mit den Bremskraftsensoren 18a bzw. 18b die erzeugte Bremskraft gemessen, die im vorliegendem Fall verschwindet, da bei einem in der Ebene stehenden Kraftfahrzeug keine Bremskräfte erzeugt werden können (die gemessene Bremskraft ist in dem Diagramm als Kreis 24 angedeutet). Auch wenn durch Schwankungen der ausgeübten Fußkraft die angeforderte Bremskraft F variiert und die entsprechenden Motorströme an den Bremsaktuatoren eingesteuert werden, bleibt die durch die Bremskraftsensoren 18a und 18b gemessene Bremskraft immer Null, so daß ständig eine starke Abweichung zwischen der gemessenen Bremskraft und der Bremskraft gemäß der Kennlinie vorliegt. Offensichtlich wäre aber eine Änderung der Motorstrombremskraftkennlinie in dieser Situation unsinnig, da dies zu einer neuen Kennlinie führen würde, bei der die Bremskraft unabhängig von dem Motorstrom immer verschwindet.

Aus diesem Grunde wird dafür Sorge getragen, daß die gespeicherten Kennlinien in der erläuterten Situation nicht abgeändert werden.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß eine Änderung der gespeicherten Kennlinien nur dann erfolgt, wenn das

Kraftfahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit übersteigt, bzw. wenn die Räder des Kraftfahrzeuges eine bestimmte Umdrehungsgeschwindigkeit überschreiten oder aber daß eine Änderung der gespeicherten Kennlinien nur dann vorgenommen wird, wenn die gemessenen Bremskräfte deutlich von Null abweichen, beispielsweise die 100 N-Grenze überschreiten. Alle genannten Bedingungen können einfach überprüft werden, da es nicht auf die exakte Einhaltung der Bedingungen ankommt, vielmehr kann man die Bedingung so grob vorgeben, daß nur sicher einer unlogischen Abänderung der gespeicherten Kennlinien vorgebeugt ist.

96-053-PDE.5 25.03.1997 Fg/pk

Bezugszeichenliste

2 Bremspedal

4 Sensor

6a,b elektrische Leitungen

8a ,b Steuervorrichtungen

10a,b elektrische Leitungen

12a,b Radbremse

14a,b Bremsscheibe

16a,b Räder

18a,b Bremskraftsensoren

20 Kennlinie 22, 24, 26 Kreise für gemessene Bremskräfte

Claims

96-053-PDE.5 25.03.1997 Fg/pk Ansprüche

1. Elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen, die u. a. über folgende Bestandteile verfügt:

ein Bremspedal (2), an dem ein von einer Fußkraft abhängiges elektrisches Bremssignal erzeugbar ist eine Radbremse (12a, 12b) für jedes Rad (16a, 16b) des Kraftfahrzeuges, der jeweils ein Elektromotor mit einer Zuspannvorrichtung zugeordnet ist, die infolge eines Bremssignals durch Einsteuerung eines Motorstromes eine Zuspannkraft auf die jeweilige Radbremse (12a, 12b) ausübt, wodurch an dem Rad eine Bremskraft erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsanlage ferner mindestens eine Steuervorrichtung (8a, 8b) enthält, in der für jede der der Steuervorrichtung (8a, 8b) zugeordneten Radbremsen (12a, 12b) eine Kennlinie (20) gespeichert ist, die den Zusammenhang zwischen dem eingesteuerten Motorstrom und der bei diesem Motorstrom zu erwartenden Bremskraft wiedergibt und die Steuervorrichtung (8a, 8b) derartig ausgebildet ist, daß durch Zugriff der Steuervorrichtung (8a, 8b) auf die Kennlinie (20) von der durch das Bremssignal angeforderten Bremskraft auf den Motorstrom geschlossen wird, der an den Radbremsen (12a, 12b) einzusteuern ist

jedem Rad (16a, 16b) des Kraftfahrzeuges mindestens ein Sensor (4) zugeordnet ist, mit dem bei einem Bremsvorgang ein Wert meßbar ist, der der an dem Rad (16a, 16b) tatsächlich erzeugten Bremskraft entspricht bzw. aus dem die tatsächliche Bremskraft herleitbar ist und daß

die gespeicherten Kennlinien (20) abänderbar sind, so daß der gespeicherte Zusammenhang zwischen Motorstrom und Bremskraft an den tatsächlichen Zusammenhang zwischen Motorstrom und Bremskraft anpaßbar ist.

2. Elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Sensoren um Bremsmoment- bzw. Bremskraftsensoren handelt.

3. Elektrische Bremsanlage für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Bremsmomentsensoren um Reifentorsionssensoren handelt.