Titel

Verfahren zum Bestimmen des Bremsmoments einer Motorbremse, Verfahren zum Bestimmen eines Sollwerts eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse, Recheneinheit und Computerprogramm

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse in einem Fahrzeug, ein Verfahren zum Bestimmen eines Sollwerts eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zur Durchführung der Verfahren.

Hintergrund der Erfindung

Unterstützende Dauerbremsen können insbesondere im Nutzfahrzeugbereich zum Einsatz kommen, um als verschleißfreie Unterstützung der über das Bremspedal betätigten Betriebsbremse zu dienen. Die Funktionsweise der Motorbremse, welche ein Beispiel einer Dauerbremse ist, basiert darauf, dass im Verdichtungstakt geleistete Arbeit für den folgenden Takt ungenutzt gelassen wird, wodurch das Bremsmoment für die Brennkraftmaschine erhöht wird. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass am Ende des Verdichtungstaktes die Auslassventile einer oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine geöffnet werden, wodurch der Druck im Zylinder abgebaut wird (Dekompression). Das Öffnen der Auslassventile findet dabei statt, wenn der Kolben sich in der Nähe des oberen Totpunkts befindet, sodass die komprimierte Gasladung ausgestoßen wird. Sobald der Kolben den oberen Totpunkt passiert hat oder auch später, spätestens jedoch, bevor der nächste Verdichtungstakt startet, werden die Auslassventile wieder geschlossen und der Prozess wiederholt sich im nächsten Zyklus.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse, ein Verfahren zum Bestimmen eines Sollwerts eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu deren Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Die Erfindung stellt eine einfache Möglichkeit bereit, um das durch eine Motorbremse erzeugte Bremsmoment zu ermitteln und zu steuern, so dass insbesondere eine übergeordnete Bremskoordination von unterschiedlichen Bremssystemen sinnvoll durchgeführt werden kann.

Die Erfindung bedient sich dazu insbesondere eines Modells mit linearem Ansatz, insbesondere in beteiligten Druckgrößen, um das Motorbremsmoment beispielsweise in einem Motorsteuergerät anhand von vorhandenen Signalen der im Verbrennungsmotor verbauten Sensoren und ggf. Modellen, die auf einem Steuergerät laufen, zu bestimmen. Weiterhin kann ein gewünschtes Bremsmoment, welches durch die Motorbremse des Verbrennungsmotors erzeugt werden soll, über das Einstellen von in beteiligten Druckgrößen, insbesondere des Saugrohrdrucks eingestellt werden.

Vorteilhafterweise kann das anliegende Motorbremsmoment anhand eines linearen Modells anhand von üblicherweise ohnehin vorhandenen Steuergerätsignalen möglichst genau bestimmt werden. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein geeigneter physikalischer Zusammenhang mittels weniger bereits vorhandener Daten durch das Steuergerät abgebildet werden kann und nicht, wie bisher üblich, mittels Daten aus mehreren Kennfeldern bestimmt werden muss. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein linearer Zusammenhang in einfacher Weise invertierbar ist und so nicht nur das Motorbremsmoment berechnet werden kann, sondern auch für ein vorgegebenes Motorbremsmoment der notwendige Solldruck am Zylindereingang (sog. Sollwert eines Saugrohrdrucks) bestimmt werden kann. Dieser Sollwert des Saugrohrdrucks kann anschließend über vorhandene Ladedruckregler bzw. Saugrohrdruckregler eingeregelt werden, so dass der Bremsmomentwunsch des Fahrers schnell und exakt umgesetzt wird.

Die Erfindung umfasst in einem Aspekt ein Verfahren zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei, insbesondere in einem Steuergerät, ein Wert eines Saugrohrdrucks in einem Ansaugtrakt, beispielsweise in einem Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors oder am Zylindereingang erhalten wird und das Bremsmoment anhand zumindest des Werts des Saugrohrdrucks bestimmt wird.

Dabei kann der Saugrohrdruck in dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors durch einen Sensor gemessen werden. Es ist allerdings auch möglich, dass der Saugrohrdruck anhand anderer Parameter von dem Steuergerät beispielsweise durch Berechnung oder Vergleich mit zuvor gemessenen oder vorbestimmten Werten bzw. anhand eines Modells bestimmt wird.

Die Erfindung umfasst in einem anderen Aspekt weiterhin ein Verfahren zum Bestimmen eines Sollwerts eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse in einem Fahrzeug. Dazu wird zunächst ein Sollwert eines Saugrohrdrucks aus dem Sollbremsmoment bestimmt und anschließend der Verbrennungsmotor derart angesteuert, dass sich der Sollwert des Saugrohrdrucks einstellt. Diese Ansteuerung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass das Steuergerät einen vorhandenen Ladedruckregler bzw. Saugrohrdruckregler derart ansteuert, dass sich der bestimmte Sollwert des Saugrohrdrucks im Ansaugtrakt einstellt. Das Sollbremsmoment kann beispielsweise von einem Fahrer mittels eines Bedienelements wie einem Pedal oder Hebel (Lenkstockschalter) oder einem Assistenzsystem vorgegeben sein. Gemäß einer Ausführungsform wird zum Bestimmen des Bremsmoments oder des Sollwerts des Saugrohrdrucks weiterhin ein Wert eines Abgasgegendrucks eines Abgasturboladers des Verbrennungsmotors verwendet. Der Abgasgegendruck kann dabei durch einen Sensor gemessen werden. Alternativ kann der Abgasgegendruck anhand anderer Parameter durch Berechnung oder Vergleich mit zuvor gemessenen oder vorbestimmten Werten bzw. anhand eines Modells bestimmt werden. Durch Verwendung des Abgasgegendrucks kann die Bestimmung des Bremsmoments und/oder des Saugrohrdrucks vor allem im Betrieb mit starker Abhängigkeit von dem Abgasgegendruck verbessert werden. Ein solcher Betrieb findet beispielsweise im Bremsbetrieb mit Abgasklappe statt.

Beim Bestimmen des Bremsmoments wird dazu in einer Ausführungsform die Differenz zwischen dem Saugrohrdruck in dem Ansaugkrümmer und dem Abgasgegendruck des Abgasturboladers verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform wird zum Bestimmen des Bremsmoments oder des Sollwerts des Saugrohrdrucks zumindest ein weiterer Parameter verwendet, beispielsweise ausgewählt aus: Hubraum des Verbrennungsmotors, Brennverfahren, Reibungsmoment des Verbrennungsmotors und Stufenparameter der Motorbremse. Dabei sind der Hubraum des Verbrennungsmotors und das gewählte Brennverfahren (2-Takt oder 4-Takt) vorab bekannt und können beispielsweise im Steuergerät gespeichert werden.

Das Reibungsmoment des Verbrennungsmotors kann beispielsweise anhand einer Summe aus einem konstanten Reibungsmoment und einem von der aktuellen Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Reibungsmoment bestimmt werden. Üblicherweise sind geeignete Kennfelder in einem Steuergerät schon verfügbar, in der das Reibungsmoment des Motors in Abhängigkeit von der Öltemperatur und der Motordrehzahl eingetragen werden kann.

Für jede Stufe der Motorbremse wird ein entsprechender Stufenparameter bestimmt. Eine Stufe der Motorbremse entspricht dabei einer bestimmten festen Anzahl von bremsenden Zylindern oder der Abgasklappe. In einem 6-Zylinder- Motor können beispielsweise alle sechs Zylinder, aber auch weniger Zylinder für die Motorbremse verwendet werden. Abhängig davon ändert sich der Stufenparameter.

Die Verwendung eines oder mehrerer der weiteren Parameter führt dazu, dass das Bremsmoment bzw. der für ein gewünschtes Bremsmoment notwendige Sollwert des Saugrohrdrucks exakter bestimmt werden können und daher beispielsweise die Koordination verschiedener Bremsen (Felgenbremse, Retarder, Motorbremse, etc.) verbessert bzw. der Bremsmomentwunsch des Fahrers exakter über die Motorbremse eingestellt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform wird das Bremsmoment bzw. der Sollwert des Saugrohrdrucks anhand eines linearen Zusammenhangs bestimmt. Dies ist eine besonders einfache aber dennoch ausreichend genaue Möglichkeit der Bestimmung.

Der Zusammenhang für die Bestimmung des Bremsmoments unter Verwendung der zuvor genannten Parameter hat dabei insbesondere die folgende Form:

M _Brems ⁼ (Motorgeschwindigkeit, Stufen, Saugrohrdruck)

Dabei beschreibt der Faktor C _Reib das Reibungsmoment des Verbrennungsmotors, das als Summe aus einem konstanten Reibungsmoment und einem von der Motordrehzahl abhängigen Reibungsmoment dargestellt werden kann:

(-“Reib C _CO nst + /Reib ’ ^Motor

/■ _Re ib ist ein Reibungsfaktor und n _Motor die Drehzahl des Verbrennungsmotors.

Weiterhin ist der Faktor _konv ein Konvertierungsfaktor zur Umrechnung des Drucks in ein Drehmoment und wird wie folgt bestimmt:

1000 rNm Lbar. ^Hubraum ist der Hubraum des Verbrennungsmotors, i die Zahl der Umdrehungen des Verbrennungsmotors pro Arbeitshub (für einen 4-Takt Motor ist i = 2, für einen 2-Takt Motor ist i = 1) und n die Kreiszahl.

/stufe, x i ^st der Stufenparameter, der einen Kalibrierungsfaktor darstellt, um das Bremsmoment mit der Anzahl der für die Motorbremse verwendeten Zylinder in Bezug zu setzten.

Unter Einbeziehung des Abgasgegendrucks ändert sich der lineare Zusammenhang insbesondere zu folgender Gleichung:

M' _B rems ⁼ (Motorgeschwindigkeit, Stufe, Saugrohrdruck, Abgasgegendruck) (-“Reib /konv ’ [/stufe, x ’ PSaugrohr fAbgas (P Abgas PSaugrohr)] [Nm] (2)

/kbgas i ^st ein Kalibrierungsparameter und p _Abgas der Abgasgegendruck. Die restlichen Parameter sind dieselben wie zuvor.

Beide Zusammenhänge (ohne Berücksichtigung des Abgasgegendrucks und unter Berücksichtigung des Abgasgegendrucks) lassen sich dabei in einfacher Weise derart umstellen, dass bei gegebenem Bremsmoment (Sollbremsmoment, M _B rems,soii) der notwendige Saugrohrdruck (Sollwert des Saugrohrdrucks) berechnet werden kann. Für den Sollwert des Saugrohrdrucks (p _SaU grohr, soll) unter Berücksichtigung des Abgasgegendrucks ergibt sich dabei folgende Gleichung:

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN- Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor, wie er der Erfindung zugrunde liegen kann.

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse.

Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines Sollwerts eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 eines Fahrzeugs mit sechs Zylindern, ein Steuergerät 2 und einen Sensor 3, der derart am Verbrennungsmotor 1 angeordnet ist, dass er einen Saugrohrdruck an einem Zylindereingang misst und den gemessenen Wert des Saugrohrdrucks an das Steuergerät 2 überträgt. Weiterhin ist ein weiterer Sensor 4 gezeigt, der derart am Verbrennungsmotor 1 angeordnet ist, dass er einen Abgasgegendruck eines Abgasturboladers des Verbrennungsmotors 1 misst und den gemessenen Wert des Abgasgegendrucks an das Steuergerät 2 überträgt. Zusätzlich weist der Verbrennungsmotor noch einen Abgasrückführungskühler 6 sowie ein dazugehöriges Abgasrückführungsventil 7 auf, mittels derer ein Teil des Abgases in den Motor zurückgeführt werden kann. Anhand der gemessenen Werte, von im Steuergerät 2 gespeicherten Parametern, wie beispielsweise dem Hubraum des Verbrennungsmotors 1 und/oder dem Brennverfahren, und/oder vom Steuergerät 2 bestimmten Parametern, wie einem Stufenparameter und/oder dem Reibungsmoment des Verbrennungsmotors 1 , kann ein Bremsmoment des Verbrennungsmotors 1 schnell und exakt bestimmt werden. Dadurch wird die Koordination verschiedener Bremsvorgänge (Felgenbremse, Retarder, Motorbremse, etc.) verbessert, wodurch der Bremsvorgang optimiert wird und Verschleiß (bspw. der Bremsfelge) verringert werden kann. Weiterhin kann anhand eines durch einen Fahrer über ein Bremspedal angezeigten Bremsmoments der notwendige Sollwert des Saugrohrdrucks Psaugrohr, son vom Steuergerät 2 bestimmt werden und über einen Ladedruckregler bzw. Saugrohrdruckregler 5 eingestellt werden. Dadurch kann das gewünschte Bremsmoment des Fahrers schnell und exakt eingestellt werden.

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse. In einen Rechenblock 210 gehen eine oder mehrere der Eingangsgrößen 201 , 202, 203 ein. Der Rechenblock 210 verarbeitet diese Eingangsgrößen und gibt anschließend eine Ausgangsgröße 220 aus.

Vorzugsweise ist ein solcher Rechenblock 210 als Computerprogramm in einer Recheneinheit bzw. einem Steuergerät 2 implementiert.

In dem Verfahren zum Bestimmen eines Bremsmoments einer Motorbremse in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1 erhält der Rechenblock 210 als erste Eingangsgröße 201 einen Wert eines Saugrohrdrucks in einem Ansaugtrakt, beispielsweise Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors 1. Dieser kann beispielsweise durch den Sensor 3 gemessen werden oder anhand anderer Parameter, beispielsweise durch Berechnung oder Vergleich mit zuvor gemessenen oder vorbestimmten Werten bzw. anhand eines Modells, bestimmt werden. Weiterhin kann der Rechenblock den Abgasgegendruck des Abgasturboladers als die zweite Eingangsgrößen 202 erhalten. Diese wird beispielsweise durch den Sensor 4 gemessen oder kann anhand eines Modells berechnet. Zusätzlich erhält der Rechenblock 201 die dritten Eingangsgrößen 203. Die dritten Eingangsgrößen 203 sind beispielsweise der Hubraum des Verbrennungsmotors 1 , das Brennverfahren, das Reibungsmoment des Verbrennungsmotors 1 oder der Stufenparameter des Verbrennungsmotors 1. Die dritte Eingangsgrößen 203 sind in dem Steuergerät 2, in dem der Rechenblock 210 als Computerprogramm implementiert ist, gespeichert oder können aus im Steuergerät 2 gespeicherten Werten und/oder anderen Messwerten bestimmt werden. Als Ausgangsgröße 220 bestimmt der Rechenblock 210 das Bremsmoment der Motorbremse, insbesondere anhand Gleichung 1 , wenn durch den Rechenblock 210 keine Werte aus der zweiten Eingangsgröße 202 erhalten werden. Erhält der Rechenblock 210 Werte aus der zweiten Eingangsgröße 202, unabhängig davon, ob diese durch den Sensor 4 bestimmt wurden oder durch ein Modell berechnet wurden, wird zum Bestimmen der Ausgangsgröße 220 insbesondere Gleichung 3 verwendet. Das auf diesem Weg bestimmte Bremsmoment (Ausgangsgröße 220) kann anschließend beispielsweise dazu verwendet werden, ein von unterschiedlichen Bremssystemen erzeugtes Summenbremsmoment zu koordinieren. Dadurch kann beispielsweise der Verschleiß einer anderen Bremse reduziert werden, indem von dieser ein reduziertes Bremsmoment erzeugt werden muss.

Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen eines Sollwerts 320 eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse. In einem Rechenblock 310 gehen eine oder mehrere der Eingangsgrößen 202, 203 und 301 ein. Der Rechenblock 310 verarbeitet diese Einheitsgrößen und gibt anschließend eine Ausgangsgröße 320 aus.

Vorzugsweise ist ein solcher Rechenblock 310 als Computerprogramm in einer Recheneinheit bzw. einem Steuergerät 2 implementiert. In dem Verfahren zum Bestimmen des Sollwerts 320 eines Saugrohrdrucks zum Erhalten eines Sollbremsmoments durch eine Motorbremse in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 1 erhält der Rechenblock 310 eine vierte Eingangsgröße 301 , ein gewünschtes Sollbremsmoment. Dieses Sollbremsmoment ist z.B. ein von einem Fahrer oder Fahrassistenzsystem gewünschtes Bremsmoment, das beispielsweise durch Betätigung des Bremspedals oder einen Tempomat usw. vorgegeben wird. Weiterhin kann der Rechenblock 310 die zweite Eingangsgrößen 202, den Abgasgegendruck des Abgasturboladers, erhalten. Diese kann durch den Sensor 4 gemessen oder anhand eines Modells oder aus dem Vergleich mit zuvor gemessenen oder vorbestimmten Werten bestimmt werden. Zusätzlich erhält der Rechenblock 310 dritte Eingangsgrößen 203. Die dritten Eingangsgrößen 203 sind beispielsweise der Hubraum des Verbrennungsmotors 1 , das Brennverfahren, das Reibungsmoment des Verbrennungsmotors 1 oder der Stufenparameter des Verbrennungsmotors 1. Diese dritten Eingangsgrößen 203 sind in dem Steuergerät 2, in dem der Rechenblock 310 als Computerprogramm implementiert ist, gespeichert oder können aus im Steuergerät 2 gespeicherten Werten und/oder anderen Messwerten bestimmt werden. Als Ausgangsgröße 320 bestimmt der Rechenblock 310 einen Sollwert eines Saugrohrdrucks insbesondere anhand Gleichung 3, wenn durch den Rechenblock 310 Werte aus der zweiten Eingangsgröße 202 erhalten werden, unabhängig davon, ob diese durch den Sensor 4 bestimmt wurden oder durch ein Modell berechnet wurden. Der Rechenblock 310 kann die Ausgangsgröße allerdings auch ohne die zweite Eingangsgröße 202, also ohne Ansaugdruck des Abgasturboladers bestimmen. Der auf diesem Weg bestimmte Sollwert des Saugrohrdrucks (Ausgangsgröße 320) kann anschließend durch einen Ladedruckregler bzw. Saugrohrdruckregler 5 an den Zylindereingängen der für die Motorbremse verwendeten Zylinder eingestellt. Dadurch kann beispielsweise der Verschleiß einer Reibungsbremse reduziert werden, indem das gewünschte Bremsmoment durch die Motorbremse bereitgestellt wird und die Reibungsbremse daher nicht eingreifen muss.