DE69326025T2 - Verfahren und steuerungssystem zur begrenzung des bremseffectes, welcher bei einer hydrodynamischen hilfsbremse eines kraftfahrzeuges benutzt werden kann - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art, als auch ein Steuersystem gemäß der im Oberbegriff des Anspruchs 5 angegebenen Art.
• Sie betrifft ein Begrenzen der maximalen nutzbaren Bremswirkung einer hydrodynamischen Hilfsbremse, einem sogenannten Retarder, in einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise in einem Lastkraftwagen oder einem Bus.
Stand der Technik
• Bei Motorfahrzeugen, insbesondere Schwerlastkraftwagen, ist es bekannt, daß sie mit einem sogenannten hydrodynamischen Retarder versehen sind, der eine hydrodynamische Bremse ist, die als Bremse verwendet werden kann, um die üblichen Fahrzeugbremsen beim Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit zu unterstützen. Der Retarder bietet dabei die Möglichkeit, die üblichen Bremsen während des Bremsens des Fahrzeugs in einem größeren oder kleineren Ausmaß zu schonen. Je mehr die erforderliche Bremsarbeit von dem Retarder verrichtet werden kann, um so weniger müssen die üblichen Fahrzeugbremsen verwendet werden, und ihre Beläge werden daher um so weniger abgenutzt.
• Der Retarder ist an einer geeigneten Stelle im Antriebsstrang zwischen dem Motor und Rädern des Fahrzeugs angeordnet und ist daher mit dem Lastschaltgetriebe des Fahrzeugs oder seinen Rädern mitnehmend verbunden. Die Bremswirkung in dem Retarder wird durch einen hydraulischen Fluidstrom hervorgerufen, der auf Teile wirkt, die mit dem Lastschaltgetriebe oder den Fahrzeugrädern mitnehmend verbunden sind.
• DE-C2-2 923 406 beschreibt einen am hinteren Ende eines Getriebes angebrachten Retarder, bei dem Reibungsbremsen mit dem hy draulischen Retarder zusammenwirken. Diese Fundstelle zeigt auch, wie der hydraulische Druck im Retarder abhängig von der Retarderdrehzahl gesteuert wird, die durch dessen Verbindung mit der Antriebswelle des Getriebes direkt der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht und nicht den Motordrehzahlen.
• Ein Hauptproblem bei hydraulischen Retardern ist, daß die im Retarder geleistete Bremsarbeit zu einem Aufheizen des Hydrauliköls im Retarder führt, wobei es folglich erforderlich ist, diese Wärme aus dem Hydrauliköl abzuführen. Dies wird erreicht, indem das Hydrauliköl mittels eines im üblichen Kühlsystem des Fahrzeugmotors enthaltenen Kühlmittels gekühlt wird. Der Kühlmittelstrom, d. h. die Wärmeabführkapazität, dieses Kühlsystems hängt von der Leistung der Kühlmittelpumpe ab, die von der Drehzahl abhängt, mit der die Pumpe läuft. Diese Drehzahl hängt ihrerseits von der Drehzahl des Fahrzeugmotors ab.
• Wenn der Fahrer das Fahrzeug bremsen möchte und das Bremspedal niederdrückt, läßt er naturgemäß das Gaspedal los, wodurch gleichzeitig mit dem aus dem Bremsen folgenden Verringern der Fahrzeuggeschwindigkeit die Motordrehzahl abnimmt, und falls der Fahrer dann auskuppelt, fällt die Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl ab. Eine solche geringe Motordrehzahl bringt eine entsprechend geringe Kühlmittelpumpendrehzahl mit folglich geringer Pumpenleistung mit sich, was zu einem minimalen Kühlmittelstrom und einer minimalen Wärmeabführkapazität in genau der Situation führt, die den größtmöglichen Kühlmittelfluß zum Erreichen einer möglichst großen Kühlwirkung und zum Ermöglichen von "Wegkühlen" der Wärme erfordert, die sich im Retarder entwickelt, wenn letztgenannter zum Bremsen verwendet wird. Aus diesem Grund ist es beim Bremsen mit einem Retarder üblich, ein besonderes Antriebsverfahren anzuwenden, das zuerst ein Herunterschalten in einen kleineren Gang umfaßt, um die Motordrehzahl zu erhöhen und folglich auch den Kühlmittelstrom im Kühlkreislauf des Kühlsystems zu erhöhen.
• Um sicherzustellen, daß dies unter keinen Umständen zu einem lokalen Kochen irgendwo im Kühlkreislauf führt, ist es unbedingt erforderlich, die maximale Bremswirkung zu begrenzen, die der Retarder erzeugen darf. Dieses Begrenzen zum Verhindern von Kochen bringt es mit sich, daß der maximale Bremswirkungswert, den der Retarder erreichen kann, auf ein Niveau festgelegt werden muß, das bezogen auf den Wert verhältnismäßig gering ist, der die maximale Bremswirkung wiedergibt, die der Retarder sonst erzeugen könnte.
• Bei langen Fahrten ist es daher nicht möglich, die gesamte Bremswirkung des Retarders zu nutzen (insbesondere nicht bei hohen Motordrehzahlen), ohne eine unnötig minderwertige oder ineffektive Retarderbremse zu haben, weil das Erfordernis der begrenzten Bremswirkung erreicht werden muß, um jegliches Risiko von lokalem Kochen im Kühlsystemkreislauf zuverlässig auszuschließen. Dieses Ergebnis steht natürlich in direktem Gegensatz zu einem ausdrücklichen Wunsch, die üblichen Fahrzeugbremsen durch maximal mögliches Verwenden des Retarders zum Erzeugen der gewünschten Bremswirkung zu schonen.
Aufgabe der Erfindung
• Aufgabe der Erfindung ist es, soweit möglich in der Lage zu sein, die oben genannte strenge Begrenzung der maximalen nutzbaren Bremswirkung des Retarders zu beseitigen, und dies ohne jegliches Risiko eines gleichzeitigen Kochens des Kühlmittels im Kühlsystem zu erreichen. Mit anderen Worten, das Ziel ist, ein automatisches Verhindern von Kochen zu erreichen und gleichzeitig eine wesentlich höhere maximale Grenze für die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders anwenden zu können, als dies bisher möglich war.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits durch ein Verfahren der im Oberbegriff angegebenen Art und gekennzeichnet durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen, sowie andererseits durch ein Steuersystem der im Oberbegriff angegebenen Art, das die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 angegebenen Merkmale aufweist.
• Die abhängigen Ansprüche 2, 3 und 4 geben Weiterentwicklungen des Verfahrens, und die Ansprüche 6 und 7 geben vorteilhafte Ausführungsformen des Steuersystems an.
• Man kann sagen, daß es die Idee ist, auf der die Erfindung basiert, daß die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders mittels wenigstens eines primären Betriebsparameters, nämlich der Motordrehzahl, gesteuert wird, möglicherweise auch in Kombination mit einer oder mehreren sekundären Betriebsparametern, wie beispielsweise der Kühlmitteltemperatur.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Die Erfindung wird nun anhand einer in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert und erklärt.
• Das einzige Blockdiagramm der Zeichnung stellt schematisch ein Steuersystem zum Begrenzen der maximalen nutzbaren Bremswirkung des Retarders (einer hydrodynamischen Hilfsbremse) in einem Kraftfahrzeug mittels der Motordrehzahl dar.
Beschreibung der Ausführungsform
• Das betroffene Fahrzeug ist nur schematisch in Gestalt des Blocks 10 dargestellt, der durch eine gestrichelte Linie skizziert ist und in dem die Teile des Fahrzeugs erscheinen, die im vorliegenden Zusammenhang von Hauptinteresse sind, nämlich der Fahrzeugmotor 12, das daran angrenzende Getriebe 14 und ein hydrodynamischer Retarder 16, der in diesem Fall angrenzend an das Getriebe angebaut ist. Dieser Retarder bildet eine Hilfsbremse für das Fahrzeug, mit der Aufgabe, die üblichen Fahrzeugbremsen, wie beispielsweise Radbremsen, zu unterstützen, um das Fahrzeug zu bremsen. Der Retarder ist hier an das Getriebe angebaut dargestellt, und das Flügelrad des Retarders ist mit der Ausgangswelle des Getriebes über ein nicht dargestelltes Zahnrad mitnehmend verbunden. Das Retarderflügelrad ist ebenfalls permanent mit der Antriebswelle des Fahrzeugs mitnehmend verbunden, und seine Drehzahl ist proportional zu der der Antriebswelle. Der mit dem Flügelrad zusammenwirkende Statorabschnitt ist in dem Retardergehäuse befestigt. Der Retarder könnte selbstverständlich auch irgendwoanders im Antriebsstrang zwischen dem Motor/Getriebe und den angetriebenen Rädern 18 des Fahrzeugs angeordnet sein. Ein Teil dieses Antriebsstranges ist in dem Diagramm durch Bezugszeichen 20 bezeichnet.
• Wenn das Fahrzeug mit Hilfe des Retarders 16 gebremst wird, wird die erzeugte Bremswirkung in Erwärmen des hydraulischen Betriebsmediums des Retarders umgewandelt, gewöhnlich eine geeignete Art Hydrauliköl. Es ist daher erforderlich, ein Kühlen des Hydrauliköls zu erreichen, was im vorliegenden Fall mit Hilfe eines Kühlmittels, gewöhnlich Wasser, erfolgt, das enthalten ist in und durch das übliche Kühlsystem des Motors strömt, das in dem Diagramm durch einen mit dem Motor 12 und dem Retarder 16 verbundenen Kühler 22 dargestellt ist. Das im Diagramm linke Ende des Retarders 16 bildet den Ölkühler 24 des Retarders, in dem ein Wärmeaustausch zwischen dem Hydrauliköl des Retarders und dem Kühlmittel des Kühlsystems stattfindet, das dann in gewöhnlicher Weise in dem Kühler 22 gekühlt wird. Der Kühlmittelstrom durch das Kühlsystem wird in konventioneller Weise mit Hilfe einer nicht dargestellten Kühlmittelpumpe aufrechterhalten, die durch den Motor 12 angetrieben wird, und deren Drehzahl und Kühlwirkung daher mit der Motordrehzahl variieren.
• Nachfolgend betrachten wir die elektrische Steuerschaltung, die die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders 16 steuert und begrenzt. Diese Steuerschaltung weist eine elektrische Steuereinheit 26 auf, die mit dem Retarder 16 über die Signalleitung 28 verbunden ist. Diese Steuereinheit 26 ist durch Signalleitungen 30, 32 und 34 mit einem Motordrehzahlsensor 36, einem Antriebswellendrehzahlsensor 38 und einem Kühlwassertemperatursensor 40 verbunden. Die Steuereinheit 26 ist auch mit einer elektrischen Programmsteuerung 42 versehen oder verbunden, die auf der Grundlage der durch den Motordrehzahlsensor 36 sensierten Motordrehzahl das Ausgangssignal der Steuereinheit 26 zu dem Retarder 16 (über die Leitung 28) so einstellt, daß die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders mit der Motordrehzahl gemäß dem in dem Diagramm dargestellten und in dem Steuerblock 42 gespeicherten Graphen 44 variiert.
• Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Steuern der Bremswirkung des Retarders 16 indirekt durch ein Steuern seines Bremsdrehmoments. Damit die Steuereinheit das Bremsdrehmoment errechnen kann, das einer vorgegebenen Bremswirkung entspricht, benötigt sie auch Informationen über die Retarderdrehzahl zum jeweiligen Zeitpunkt. Wie oben beschrieben ist der Retarder permanent mit der Antriebswelle des Fahrzeugs mitnehmend verbunden, so daß die Retarderdrehzahl proportional zur Antriebsdrehzahl ist, die daher zum Darstellen der Retarderdrehzahl verwendet wird. Die Steuereinheit ist über die Leitung 32 mit dem Antriebswellendrehzahlsensor 38 so verbunden, daß die Steuereinheit 26 Signale von letzterer zum Errechnen des maximalen Bremsdrehmoments verwenden kann, das der Retarder erzeugen darf, um der maximalen Bremswirkung zu entsprechen, die vorhergehend für die relevante Motordrehzahl gemäß dem Graphen 44 in dem Steuerblock 42 errechnet worden ist. Das Steuern des Bremsdrehmoments des Retarders erfolgt in der Praxis mit Hilfe einer Ventilanordnung in dem Retarder, die den Öldruck in dem Retarder im Verhältnis zu der von der Steuereinheit 26 über die Signalleitung 28 zugeführten Spannung einstellt.
• Wie oben im allgemeinen Abschnitt der Beschreibung bereits diskutiert, ist das Grundprinzip der Erfindung, daß die Motordrehzahl als Steuerparamter zum Festlegen der maximalen Bremswirkung verwendet wird, die der Retarder 16 erzeugen darf. Es ist daher bei jedem Motordrehzahlwert möglich, eine optimale Retarderwirkung ohne jegliches Risiko anzuwenden, daß Kühlmittel in dem Kühlsystem irgendwo in dem Kühlmediumkreislauf den Siedepunkt erreicht. Die Erfindung stellt dadurch eine automatische Verhinderung von Kochen sicher.
• Das Verwenden der Motordrehzahl zum erfindungsgemäßen Erreichen einer Begrenzung der maximalen Bremswirkung ermöglicht es, bei hohen Motordrehzahlen und entsprechend hohen Kühlmediumströmen eine größere Retarderwirkung zu verwenden, als es in der Praxis bei früher bekannten Verfahren der Fall ist, bei denen die maximale nutzbare Retarderbremswirkung unvermeidbar auf einen vorbestimmten, verhältnismäßig sehr geringen Maximalwert begrenzt ist, der unabhängig von der Motordrehzahl ist und gewählt ist, um zuverlässig ein Kochen ohne Rücksicht auf die Motordrehzahl zu verhindern.
• Wir beziehen uns abschließend auf die Programmsteuerung 42 und insbesondere auf den Graph 44, der die maximal nutzbare Retarderbremswirkung p als eine Funktion der Motordrehzahl n darstellt.
• Unsere Betrachtung des Graphen oder der Bremswirkungskurve 44 wird von deren rechtem Ende im Diagramm zu deren linkem Ende fortschreiten, das einer fiktiven Nulldrehzahl des Fahrzeugmotors entspricht.
• Wie ersichtlich ist, hat das Steuersystem die Charakteristik, daß eine konstante maximale Bremswirkung p&sub1; immer dann erhältlich ist, wenn die Motordrehzahl n eine vorbestimmte erste Knickpunktdrehzahl n&sub1; übersteigt. Diese Bremswirkung p&sub1; entspricht dem Maximum, das der Retarder während normaler Be triebsbedingungen mit korrekter Kühlung seines Hydrauliköls liefern kann.
• Ein Verringern der Motordrehzahl n führt zu einer durch die verringerte Drehzahl der Kühlmittelpumpe entsprechend verringerten Kühlkapazität. An der Knickpunktdrehzahl n&sub1; wird die maximal erhältliche Bremswirkung derart gesteuert, daß sie linear mit der Motordrehzahl n auf einen minimalen Bremswirkungswert Pmin bei einer vorbestimmten zweiten Knickpunktdrehzahl n&sub2; abnimmt. Diese Drehzahl n&sub2; kann selbst auf Null eingestellt sein, was einem vollkommenen Motorstillstand entspricht. Bei diesem Beispiel ist die zweite Knickpunktdrehzahl n&sub2; jedoch auf eine sehr kleine Drehzahl eingestellt worden, z. B. 250 Umdrehungen pro Minute, was unter der Motorleerlaufdrehzahl liegt.
• Der Grund hierfür ist der folgende. Sollte der Drehzahlsensor 36 oder seine Verbindungsleitung 30 aufhören zu funktionieren, würde dies zu einer angezeigten Motordrehzahl von Null führen. Dies würde seinerseits bedeuten, daß die maximale Bremswirkung des Retarders auf einen unerheblichen oder geringen Wert verringert würde, selbst wenn der Motor tatsächlich bei einer wesentlich höheren Drehzahl laufen würde. Um in einer solchen Situation eine gewisse Bremswirkung sicherzustellen, wird der Retarder auf Erzeugen einer gewissen theoretischen Bremswirkung PnO eingestellt, wenn die angezeigte Motordrehzahl Null ist (n&sub0; = 0), was einem Unterbrechen der Betriebsparametersteuerung mit Hilfe der Motordrehzahl entspricht.
• Um die Bremswirkungsveränderung zwischen der Knickpunktdrehzahl n&sub2; und der Nulldrehzahl n&sub0; kontinuierlich zu gestalten, wird die maximale Bremswirkung p des Retarders so eingestellt, daß sie mit abnehmender Drehzahl n zwischen diesen Drehzahlen auf den Bremswirkungsgrenzwert pno linear zunimmt.
• Bei modifizierten Ausführungsformen der Erfindung kann eine präzisere Steuerung der Bremswirkungseinstellung des Retarders durch Sensieren und Anwenden weiterer Betriebsparameter er reicht werden. Ein solcher Betriebsparameter kann die Motorwassertemperatur sein, die mit Hilfe eines an die Steuereinheit über die Leitung 34 angeschlossenen Wassertemperatursensors 40 sensiert wird. Eine angezeigte hohe Wassertemperatur bedeutet eine herabgesetzte Kochgefahrengrenze und kann angewendet werden, um die gesamte oder Teile der Steuerkurve 44 nach unten zu verlagern. Eine geringe Wassertemperatur kann entsprechend angewendet werden, um die Kurve 44 nach oben zu verlagern, um so eine höhere maximale Bremswirkung zu erreichen.
• Die beschriebene Ausführungsform betrifft vorrangig den Betrieb des Retarders, wenn eine maximale Bremswirkung verwendet wird. Der Retarder kann selbstverständlich auch zum Bremsen des Fahrzeugs mit geringeren Wirkungen in einer im wesentlichen üblichen Weise verwendet werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Begrenzen der maximalen nutzbaren Bremswirkung eines hydraulischen Retarders (16) in einem motorgetriebenen Fahrzeug (10), bei dem der Retarder (16) eine hydrodynamische Bremse ist, deren Bremsen Wärme erzeugt, die durch Kühlmittel des gewöhnlichen Kühlsystems des Fahrzeugmotors abgeführt wird, wobei ein elektrisches Steuergerät (26) zum Steuern der nutzbaren Bremswirkung des Retarders (16) verwendet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (26) von einem Drehzahlsensor (36) abgeleitete, die Drehzahl des Fahrzeugmotors darstellende Signale erhält, und daß die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders (16) als eine Funktion wenigstens der Drehzahl des Fahrzeugmotors gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (26) auch von einem Temperatursensor (40) abgeleitete Signale erhält, die die Kühlmitteltemperatur darstellen, und daß die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders (16) als eine Funktion der Drehzahl des Fahrzeugmotors und der Kühlmitteltemperatur gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale nutzbare Bremswirkung (44) des Retarders (16) als eine Funktion der Motordrehzahl (n) so programmgesteuert wird, daß über einer vorbestimmten ersten Knickpunktdrehzahl (n&sub1;) eine konstante maximale Bremswirkung (p&sub1;) immer verfügbar ist, daß unter dieser Knickpunktdrehzahl die maximale verfügbare Bremswirkung linear mit abnehmender Motordrehzahl auf einen minimalen Bremswirkungswert (pmin) bei einer vorbestimmten zweiten Knickpunktdrehzahl (n&sub2;) abnimmt, und daß unter dieser letzten Drehzahl die maximale verfügbare Bremswirkung linear mit abnehmender Motordrehzahl auf einen theoretischen Bremswirkungsgrenzwert (pnO) bei der theoretischen Null-Drehzahl des Fahrzeugmotors zunimmt, die einer Unterbrechung des Betreibens der Parametersteuerung durch die Motordrehzahl entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders (16) indirekt durch sein Bremsdrehmoment gesteuert wird, und daß die Drehzahl des Retarders (16) darstellende Signale zum Berechnen des maximalen Drehmoments verwendet werden, das einer bestimmten maximalen Bremswirkung entspricht.

5. Steuersystem zum Begrenzen der maximalen nutzbaren Bremswirkung eines Retarders (16), der für ein motorgetriebenes Fahrzeug (10) eine hydrodynamische Hilfsbremse bildet und mit dem Antriebsstrang oder den Rädern des Fahrzeugs wirksam verbunden ist, wobei ein Kühlen des beim Retarderbremsen erwärmten Hydraulikfluids durch Kühlmittel des gewöhnlichen Kühlsystems des Fahrzeugmotors erfolgt,

gekennzeichnet durch eine elektrische Steuerschaltung, die zum Steuern der maximalen nutzbaren Bremswirkung des Retarders (16) verwendet wird und ein Steuergerät (26) aufweist, das an den Retarder angeschlossen ist, und einen Drehzahlsensor (36), der an das Steuergerät angeschlossen ist und zum Sensieren der Drehzahl des Fahrzeugmotors (12) eingerichtet ist und zum Abgeben (über 30) eines von der Motordrehzahl abhängigen Ausgangssignals an das Steuergerät (26), das seinerseits über seine (über 28) an den Retarder (16) übertragenen Ausgangssignale eingerichtet ist, den maximalen Hydraulikdruck im Retarder als eine Funktion der Drehzahl des Fahrzeugmotors zu steuern.

6. Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung auch einen Drehzahlsensor (38) aufweist, der an das Steuergerät angeschlossen und eingerichtet ist, die Drehzahl der Antriebswelle des Fahrzeugs zu sensieren, und einen Temperatursensor (40), der eingerichtet ist, die Kühlmitteltemperatur zu sensieren, und der an das Steuergerät angeschlossen und eingerichtet ist, (über 34) ein von der Kühlmitteltemperatur abhängiges Ausgangs signal an das Steuergerät (26) abzugeben, das seinerseits eingerichtet ist, über sein (über 28) an den Retarder (16) übertragenes Ausgangssignal den maximalen Hydraulikdruck im Retarder als eine Funktion der Drehzahl des Fahrzeugmotors und der Kühlmitteltemperatur zu steuern.

7. Steuersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (26) ein Steuerprogramm (42) aufweist, das die maximale nutzbare Bremswirkung des Retarders (16) als eine Funktion der vom Motordrehzahlsensor (36) sensierten Motordrehzahl so festlegt, daß die maximale Bremswirkung über einer ersten Knickpunktdrehzahl (n&sub1;) einen konstanten Wert (p&sub1;) hat, daß unter dieser Drehzahl (n&sub1;) die maximale Bremswirkung linear mit abnehmender Drehzahl auf einen minimalen Bremswirkungswert (pmin) bei einer zweiten Knickpunktdrehzahl (n&sub2;) abnimmt, und daß von der letzten Drehzahl (n&sub2;) hinunter auf die Null-Drehzahl (n&sub0;) des Fahrzeugmotors die maximale Bremswirkung vom oben genannten minimalen Bremswirkungswert (pmin) linear mit abnehmender Motordrehzahl auf einen theoretischen Bremswirkungsgrenzwert (pnO) zunimmt.