Stand der Technik

Aus der DE-Al 33 31 297 ist es bekannt, das Motormoment zu reduzieren, wenn festgestellt wird, daß die Temperatur einer Bremse einen vorgegebenen Tempera¬ turwert überschritten hat.

Vorteile der Erfindung

Bei der Erfindung wird die Bremsentemperatur nicht gemessen, sondern unter Be¬ rücksichtigung der verschiedenen Möglichkeiten und unter Nutzung von vorhandenen Signalen errechnet. Das im Anspruch 1 erwähnte Merkmal, den ASR-Betrieb zu be¬ rücksichtigen und die ASR gegebenenfalls abzuschalten, ist optional, d.h. bei Fahrzeugen ohne ASR gelten die Merkmale des Anspruch 1 ohne das Merkmal c). Die Funktionen, denen die Temperatur in den verschiedenen Phasen gehorcht, sind von Fahrzeugtyp zu Fahrzeugtyp unterschiedlich und müssen vorab für den Fahrzeugtyp ermittelt werden. Anspruch 3 enthält eine Alternative zur Lösung des Anspuchs 1.

Figurenbeschreibung

Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels

Fig. 2 ein Flußdiagramm für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1

2 -

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 den Hinterrädern zugeordnete und mit 3 und 4 den Vorderrädern zugeordnete Meßwertgeber für die Radgeschwindigkeiten bezeichnet. Diese liefern ihre Singale an eine Auswerteschaltung 5, die sowohl ein ABS als auch eine ASR beinhaltet. Im ABS-Fall steuert die Auswerteschaltung 5 Magnet¬ ventile 6, 7 und 8 zwecks Druckvariation an den Radbremsen. Diese Ventile 6 und 7 werden auch bei ASR zusammen mit einem Ventil 9 verwendet. Letzteres wird über die gesamte ASR-Phase angesteuert und stellt am Eingang der Ventile 6 und 7 Druck zur Verfügung.

In einem Block 10, der auch Teil der Äuswerteschaltung 5 sein könnte, wird die Bremstemperatur nachgebildet, wozu diesem Block 10 die Vorderradgeschwindig¬ keitssignale, das an einer Klemme 11 anstehende Bremslichtschaltersignal, die in der Äuswerteschaltung 5 gewonnene der Fahrzeuggeschwindigkeit angenäherte Referenzgeschwindigkeit (Ltg. 12), die bei ASR-Betrieb gebildeten Regelabwei¬ chungen für die beiden angetriebenen Räder (Ltg. 13 und 14) und das Ansteuer- signal des ASR-Ventils 9 zugeführt werden. In einem Vergleicher 15 werden die für die beiden angetriebenen Räder ermittelten Temperaturwerte mit einer Grenz¬ temperatur verglichen und bei Überschreiten der Grenztemperatur wird ein Signal erzeugt, das einer Warnlampe 16 und auch der Äuswerteschaltung 5 zur Abschaltung des ASR und einem Glied 17 zugeführt wird, das das Motormoment reduziert. Die Abschaltung der ASR und die Motormomentreduzierung wird man vorzugsweise alter¬ nativ anwenden.

Die Ermittlung der Bremsentemperatur im Block 10 wird nun anhand des Flußdia¬ gramms der Fig. 2 beschrieben.

In einem ersten Block 20 wird ermittelt, ob gebremst wird. Ist ein Bremslicht¬ schaltersignal vorhanden, so wird in einem Block 21 festgestellt, ob das Fahr¬ zeug in Bewegung ist, die Referenzgeschwindigkeit z.b. 2,5 Km/h ist. Ist dies der Fall, dann wird ein gebremstes Fahrzeug unterstellt. Die Zykluszeit des Rechners in Block 10 ist 10 msec. Eine Änderung des Temperaturwerts soll jeweils erst nach 100 msec vorgenommen werden. Deshalb wird in einem Block 22 in jedem Zyklus eine Größe n um 1 erhöht.

Ist sie gleich 10, so gibt ein Block 23 ein Signal auf seinem linken (Nein-) Ausgang ab (n < 10) und ein Block 24 erhöht die vorher ermittelte Temperatur ^T alt ^{u Δτ} l ^{zu neuen} Temperaturwert T _neu . Für ein spezielles Fahrzeug wurde die jeweilige Temperaturerhöhung nach folgender Beziehung ertmittelt

ΔT, = a • Δv + ^V r ^r e ^e f ^t = 5.6Δv + ^V r ^r e ^e f ^£ , b 250

Hierzu bedeuten: Δv die Geschwindigkeitsänderung seit der letzten Messung, V £ die Referenzgeschwindigkeit und a und b Konstante. Die obige Beziehung gilt auch für ABS-Bremsungen. Δ^ und T _neu und T _a ^ _t sind in °C angegeben. Nach der An¬ passung beginnt n wieder mit 1. Bis zur nächsten Änderung bietet ein Block 25 die im Block 24 ermittelte Temperatur als den gültigen Temperaturwert an.

Wird gebremst und steht das Fahrzeug (V _re < V _m ^ _n ) oder wird nicht gebremst und ASR ist nicht in Betrieb (BLS nicht vorhanden; Ventil 9 nicht angesteuert d.h. Ansteuerspannung USV nicht vorhanden = ÜSV) so ist der mittlere Zweig, der Äbkühlzweig wirksam. Hier soll nur jeweils nach einer Sekunde eine Korrektur durchgeführt werden. Blöcke 26 und 27 entsprechen den Blöcken 22 und 23 mit dem Unterschied, daß erst bei n = 100 in einem Block 28 ein neuer Temperatur¬ wert T ermittelt wird. Dieser wird bei dem gewählten Fahrzeugtyp wie folgt ermittelt:

^T neu = ^T alt ^{+ ΔT} 2 ^{und ΔT} 2 = ^c ' ^T alt ^{+ d * T} al _t ²

I» wobei c = 0,005 und d = 0,25 • 10 ^" sind. Zwischen zwei Temperaturermittlungen bietet der Block 29 die zuvor ermittelte Temperatur als gültigen Temperaturwert an.

In ASR-Phasen mit Bremseneingriff ist der linke Zweig wirksam. Während die bis¬ her behandelten Zweige für die Bremsen beider Fahrzeugseiten gültig waren, ist im ASR-Fall eine gestrennte Ermittlung der Temperatur für beide angetriebenen Räder notwendig. Der ASR-Zweig ist deshalb doppelt vorhanden; die Fahrzeugseiten werden durch x und y unterschieden.

Ist das Ventil 9 angesteuert (USV ist vorhanden, d.h. ÜSV ist nein), dann wird in Blöcken 30 geprüft, ob die Regelabweichung RA größer 0 ist. Dann wird durch die ASR das zugehörige Rad mit Druck beaufschlagt. In jedem Rechnerzyklus (alle 10 msec) wird hier in Blöcken 32 T _neu = T _fi - _j _ _t + ΔT ₃ gebildet, wobei für den ge¬ wählten Fahrzeugtyp eine Erhöhung um Δ ₃ = e, (e z.B. 0,1 «λ pro 10 msec) gewählt wurde. Dabei herrcht ein mittlerer Regeldruck von ca. 30 bar. Ist die Regelab¬ weichung 0, dann wird durch die Blöcke 31 der vorher ermittelte Temperaturwert beibehalten. Ein Schlußblock 33 übernimmt schließlich den gerade gültigen Tempe¬ raturwert bzw. das ihn darstellenden Signal und gibt dieses zum Vergleicher 15 weiter.

Über eine Klemme 18 wird dem Block 10 der Fig. 1 die Umgebungstemperatur zuge¬ führt, die bei Start des Fahrzeugs und kalter Bremse als Ausgangstemperatur T _aj _ _tl benutzt wird. Während der Fahrt wird jeweils die zuletzt ermittelte Tem¬ peratur als Ausgangsteraperaturwert T _a1 _ _tl benutzt.

Bei Abschalten der Zündung darf der ermittelte Bremsentemperaturwert nicht ver¬ loren gehen. Vielmehr muß die Temperatur auch in dieser Phase weiter gemäß dem mittleren Zweig der Fig. 2 ermittelt werden bis die Umgebungstemperatur erreicht ist. Erst nach Erreichen der Umgebungstemperatur kann der Block 10 abgeschaltet werden. Bei einem erneuten Anfahren bei noch nicht völlig abgekühlter Bremse muß von dem errechneten Temperaturwert ausgegangen werden.

Wird das Motormoment reduziert, so kann dies so erfolgen, daß die Fahrzeugge¬ schwindigkeit auf einen Wert reduziert wird, bei der noch ein Abbremsen zum Stillstand möglich ist, ohne daß die Bremse überhitzt wird. Dieser Grenztempe¬ raturwert kann für jeden Fahrzeugtyp ermittelt werden.

Im folgenden wird eine Alternative zu der oben genannten Möglichkeit beschriebe Für die Wärmebilanz an der Bremsscheibe gilt näherungsweise der folgende Ansatz für die Leistungen N:

aufgenommene Leistung durch Druck im Radbremszylinder: Nauf K Rad Rad n Rad

abgegebene Leistung durch Konvektion: ^N Konv ~ ^κ Konv ^{* f} l^ ⁿ Rad, Δ

- abgegebene Leistung durch Strahlung: ^N Strahl ^{= K} Strahl ^{' T} ~ ^K Strahl (Δ + 273)

^' und für die in der Bremscheibe gespeicherte Wärmemenge A:

die zu folgender Bilanzgleichung zusammengeführt werden kann:

( N,auf ^N Konv ^{" N} Strahl t = Ä Seh (1)

mit: Zeitdauer ^r Rad Druck im Radbremszylinder ⁿ Rad Raddrehzahl T absolute Temperatur

Differenz-Temperatur zur Umgebungstemperatur

^K Rad' ^κ Konv ^K Strahl' ^K C Scheiben- und FZ-spezifische Größen f-, Scheiben- und FZ-spezifische Funktion, die ermittelt werden muß und im Steuergerät-ROM abgelegt werden kann.

Bei manchen ASR-Systemen wird der Druck für die ASR-Funktion durch eine selbst¬ ansaugenden Rückförderpumpe erzeugt, deren Maximaldruck durch ein Druckbegren¬ zungsventil begrenzt wird. Bei angelaufener ASR-Regelung kann somit von einen konstanten Vordruck für ASR ausgegangen werden.

6 -

Zur Sicherstellung der ASR-Funktion muß nun ein bestimmter Druck in der Brems¬ scheibe vorhanden sein, der durch Ansteuern der Regelventile erzeugt wird. Da nun die Druck-Volumen-Kennlinie des Bremskreises bekannt ist tind auch gemäß Vor¬ aussetzung der ASR-Vordruck konstant ist, kann nun jeder Druckaufbau- und Äbbauzeit t _au £, t _at) eine Volumenänderung, bzw. Drackänderung zugeordnet werden, die durch Integration, bzw. Summierung der Einzelbeträge eine näherungsweise An¬ gabe des Absolutendruckes an der Bremszange erlaubt. Durch Multiplikation die¬ ses Druckwertes mit der im Steuergerät bekannten Raddrehzahl und der Konstanten ^K Rad ^ern ^^ ^{t man} die aktuelle, in die Bremsscheibe eingebrachte Leistung.

Somit stellt die Gleichung (1) für jeden Zeitpunkt eine inplizierte Bestimmungs¬ gleichung für die Scheibentemperatur Δ dar, da alle anderen Größen bekannt und im Steuergerät abgelegt sind. Erreicht nun diese Scheibentemperatur Δ einen Grenzwert Δmax, so kann daraus eine Aktion hergeleitet werden.

Durch Lösung der Gleichung (1) für jeden Zeitintervall, z.B. Zykluszeit des μC, und Fortschreibung bzw. Speicherung des letzten Ergebnisses erhält man den Temperaturverlauf der Bremsscheibe an diskrete Zeitmarken. Die zur Lösung von Gleichung (1) erforderlichen Parameter müssen in verschiedenen Versuchsreihen gemessen, bzw. berechnet werden und im Steuergerät-ROM abgelegt sein.

Es besteht jedoch ein schon oben angesprochenes Problem: Mit Abschalten des Steuergeräts (z.B. nach "Abwürgen" des Motors) "vergißt" das Steuergerät die Vorgeschichte und beginnt bei t = 0, obwohl die Bremsscheiben schon aufgeheizt sind.

Da häufige ASR-Funktion mit zwischenzeitlichem Abziehen des Zündschlüssels oft auftreten kann (z.B. "Abwürgen" des Motors, Taxi-Betrieb in nördlichen Ländern etc.) und somit die Bremsscheiben erhebliche Übertemperatur aufweisen können, muß auch in den Phasen mit abgezogenem Zündschlüssel bzw. im Fahrbetrieb ohne ASR-Funktion die Temperatur weiter "beobachtet" werden.

Folgende Möglichkeiten bestehen hier:

a) Der Wärmekapazität der Bremsscheibe wird ein Kondensator (oder auch Akkumu¬ lator) zugeordnet, der mit zu N _au , N _Konγ und N _straj1 proportionalen Strömen geladen, bzw. entladen wird. Bei Erreichen einer zu _maχ proportionalen Spannung wird gewarnt und/oder die ASR-Funktion abgeschaltet. Bei Abziehen des Zündschlüssels wird auch das Steuergerät abgeschaltet. In diesem Zustand wird parallel zum Kondensator ein oder mehrere derartige Widerstände (evtl. nichtlinear als PTC, NTC, Varistor, Dioden, Transistoren oder Zusammen¬ schaltungen davon) geschaltet, daß das Entladungsverhalten des Kondensator-/ Widerstandssystems dem Abkühlungsmechanismus der Bremsscheibe bei stehenden Rädern entspricht. Bei Wiedereinschalten des Steuergeräts wird die "Beobach¬ tung" der Temperatur somit am richtigen Wert weiter fortgesetzt.

b) Der Wärmekapazität der Scheibe wird ein elektrischer Widerstand zugeordnet (evtl. Nichtlinear als NTC, PTC, Varistor, Dioden, Transistoren oder Zusam¬ menschaltungen davon), der thermisch so verpackt wird, daß dessen Abkühlkurve der Scheibenstillstandskalorik entspricht. Durch Speisen mit einem Strom, der der Leistungsbilanz N _au £ - N _Konv - N _stra ^ aus (1) entspricht, wird der Widerstand aufgeheizt und die Spannung ändert sich. Bei Erreichen einer zu ax äquivalente Spannung wird gewarnt und/oder die ASR- Funktion abge¬ schaltet. Bei abgeschaltetem Steuergerät und Wiedereinschalten verhält sich das System wie unter a) beschrieben.

c) Die Scheibenkalorik wird durch einen digitalen "Beobachter" im RAM/ROM des Steuergeräts nachgebildet. Nach Abziehen des Zündschlüssels bleibt nun über eine interne Steuerung das RAM und der μC solange eingeschaltet, bis der Beo¬ bachter ein Δ .:_ errechnet hat und dann das Steuergerät vollends abschaltet.

d) Im ASR-Steuergerät ist neben dem digitalen Beobachter eine Schaltzeit-Uhr tind ein batteriegepuffertes RAM für den Abschaltzeitpunkt vorhanden. Mit Ab¬ ziehen des Zündschlüssels wird das Steuergerät abgeschaltet, jedoch wird der Abschaltzeitpunkt im RAM gespeichert. Bei Wiedereinschalten des Steuergeräts wird die seit dem letzten Ausschalten verflossene Zeit berechnet und es wird dann mit der Abkühlungscharakteristik bei stehenden Rädern im nun wieder akti

- 8 -

ven Beobachter die bis zum Einschaltzeitpunkt erreichte Abkühlung

"nachberechnet". Somit wird bei Wiedereinsetzen der ASR-Funktion von der richtigen Scheibentemperatur ausgegangen.

e) wie d), nur statt der Einschaltzeit-Uhr im Steuergerät wird die Zeit der Fahrzeuguhr - die selbstverstänslich entsprechende Ausgänge aufweisen muß eingelesen und im RAM gespeichert. Sonstige "Temperatur" - Berechnung wie unter d).

Die unter a) bis e) skizzierten Fälle berücksichtigen nicht die Bremsscheibenerwärmting durch Brems-/ ABS-Betrieb. Da im Teilbremsbereich kei¬ ne Information über den Bremsbereich vorliegt, bzw. im ABS-Fall der HZ-Druck nicht bekannt ist, kann man nur näherungsweise Angaben machen. Voraussetzung: ausgekuppelt, Verzögerung nur durch Bremsen (BLS-Signal) .

f) Scheibenerwärmung durch Bremsen: "Beobachtung" durch FZ-Verzögerung.

fl) FZ mit Heckantrieb: Unter Zugrundelegung der Vollastkennlinie der Brems¬ kraftverteilung (oder der statistischen Kennlinie) kann aus der aktuellen FZ-Verzögerung a- (die von den Drehzahlfühlersignalen berechnet werden kann) die zugeordnete Hinterachs-Bremskraft Bg(ap) ermittelt werden, aus der sich die Wärmeleistung pro Scheibe errechnet zu:

1 ^N auf ⁼ ^*Rad " ^B H ^{* n} Rad ' ~ (1/2 wegen zwei Hinterrädern).

Temperatur-Beobachtung dann weiter wie unter a) - e)) beschrieben.

f2) FZ mit Frontantrieb: Es wird wie unter fl) verfahren, nur ist hier zur Berec nung der Vorderachsbremskraft B _v (a _F ) von der Leerkennlinie des Bremkraft- verteilungsdiagrarams auszugehen:

1 ^N auf = ^K "Rad ^{• B} V ^{* n} Rad ^' ~

^κ 'Rad' ^K "Rad ^s ^- ⁿ ^ FZ-spezifische Parameter,

B _μ (a _F ), By(a _F ) sind verzögerungs- und FZ-Spezifische Parameter, die im

Versuch gemessen, bzw. berechnet werden müssen und im ROM abgelegt sind.

Da bei fl), f2) die tatsächliche Bremskraftverteilung nicht bekannt ist, muß vom worst case ausgegangen werden, d.h. im anschließenden ASR-Fall wird in der Regel bei zu "kleiner" Scheibentemperatur gewarnt, bzw. abgeschaltet.

g) Bremsen mit elektronischer Bremskraftverteilung, "Beobachtung" durch FZ-Verzögerung:

gl), g2): Es wird wie in fl), f2) vorgegangen, nur ist hier von der tatsächlich vorhandenen Bremskraftverteilung auszugehen, die bei EBKV-Algorithmen bekannt sind. Somit kann die aktuelle Scheibentemperatur genauer ermittelt werden.

Bei Paßabfahrten kann es nun zu einer Scheibenerwärmung kommen, obwohl keine oder nur eine geringe FZ-Verzögerung, bzw. sogar geringe FZ-Beschleunigung vor¬ liegt. Hier kann mit einen weiteren Hilfssignal die Temperatur beobachtet werden:

h) FZ-Verzögerungssensor (a _F ~Sensor). Das a _p - Signal ist auch bei Bergabfahrt unabhängig davon, ob das FZ verzögert oder mit konstanter Geschwindigkeit fähr wenn ausgekuppelt (worst case) ein Maß für die FZ-Verzögerung durch Bremsen¬ eingriff, d.h. die unter f) und g) beschriebene Methode sind entsprechend verwendbar, wenn eingekuppelt ist.

Vorteil der Erfindung ist, daß bei ASR-Systemen die Bremsscheibentemperatur, vor allem der Antriebsräder, "beobachtet" werden kann und somit neben der vor¬ gegebenen Sperrdifferentialwirkung auch eine vollwertige Antriebsschlupf¬ regelung mit Bremseneingriff möglich ist, d.h. Anfahren aus dem Stand oei hohem Motorüberschußmoment. Bei Erreichen einer maximalen Scheibentemperatur wird die ASR-Funktion abgeschaltet. Nach Ablauf einer "mitgerechnete" Ab¬ kühlzeit und Unterschreiten einer Mindesttemperatur wird die ASR-Funktion wieder zugelassen. Mit Ausnahme des Falles h) gelingt die "Beobachtung" der Scheibentemperaturen nur durch Soft-, bzw. Hardware-Maßnahmen im Steuergerät und nicht durch zusätzliche Sensoren im FZ. Selbstverständlich kann die "Beobachtung" der Bremsscheibentemperatur durch Verwendung weiterer Sensoren, vorzugsweise von Drucksensoren an den Antriebsrädern, verbessert werden, da hierdurch eine bessere Aussage zur Reibkraft an der Bremscheibe und damit der eingebrachten Leistung gemeldet werden kann und zwar unabhängig davon, ob

10

ein- oder ausgekuppelt ist oder Berg- oder Talfahrt vorliegt. Es werden die Konvektions- und Strahlungsanteil sowie die Wärmespeicherung in der Brems¬ scheibe wie angegeben berücksichtigt. Weiterhin können diese Zusatzparameter auch vorteilhaft für Bremsbetrieb, ABS, ASR und EBKV mit verwendet werden.