DE10150803B4

DE10150803B4 - Hydraulische Fahrzeugbremse mit elektrisch betätigbarer Feststelleinrichtung

Info

Publication number: DE10150803B4
Application number: DE2001150803
Authority: DE
Inventors: Heinz-Anton Schneider; Ralf Erben
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2001-10-15
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2021-10-16
Also published as: DE10150803A1

Abstract

Hydraulische Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben (34), der auf wenigstens einen Reibbelag (14, 14') wirkt und mittels Hydraulikdruck, welcher in eine mit dem Bremskolben (34) zusammenwirkende Hydraulikkammer (32) einleitbar ist, aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (34) den Reibbelag (14, 14') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst, und mit einer von einem Elektromotor (20) angetriebenen, auf den Bremskolben (34) wirkenden Getriebeeinheit (26, 28) zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in der Betätigungsstellung, wobei der Elektromotor (20) durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) anzusteuern ist, die mit für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale erzeugenden Sensoren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, den Elektromotor (20) so anzusteuern, dass im Stillstand des Kraftfahrzeugs von dem Elektromotor (20) zur Optimierung der Belastung der Komponenten der Fahrzeugbremse eine im Vergleich zu einer maximalen Zuspannkraft reduzierte Zuspannkraft bereitgestellt wird,...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Fahrzeugbremse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 0 729 871 A1 ist eine derartige Fahrzeugbremse bekannt, bei der ein Reibbelag mittels eines Bremskolbens durch Hydraulikdruck gegen eine Bremsscheibe gepreßt werden kann, um deren Drehung abzubremsen. Hierzu wird in üblicher Weise Hydraulikfluid unter Druck in eine Hydraulikkammer eingeleitet, deren eine Begrenzungswand durch den Bremskolben gebildet ist. Der Druck in der Hydraulikkammer führt dann zur Verschiebung des Bremskolbens und damit des Reibbelags in Richtung auf die Bremsscheibe. Damit diese bekannte Fahrzeugbremse nicht nur als Betriebsbremse, sondern darüber hinaus als Feststellbremse – auch Parkbremse genannt – verwendet werden kann, weist sie eine Spindel/Mutter-Anordnung zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in einem Zustand auf, in dem der Reibbelag sich in Eingriff mit der Bremsscheibe befindet.

Zwischen der Betriebsbremsenfunktion und der Parkbremsenfunktion besteht die widersprüchliche Anforderung, dass eine Parkbremse selbsthemmend sein muss, während eine Betriebsbremse nicht selbsthemmend sein darf.

Bei einer derartigen Bremsenanordnung ist die Funktionsweise der Betriebsbremse nach wie vor hydraulisch realisiert, da das Problem, mit hoher Dynamik Auf- oder Zustellbewegungen auszuführen und dabei mit hohen Zustellkräften die Reibelemente relativ zu der Bremsscheibe oder der Bremstrommel (Drehglied der Fahrzeugbremse) zu bewegen, noch nicht mit der erforderlichen Betriebssicherheit serienreif gelöst ist.

Allerdings ist die Funktion der Feststell- oder Parkbremse während des Stillstandes des Landfahrzeuges bei dieser Art von Anordnung bereits elektrisch durch einen Elektromotor mit nachgeschalteter Getriebeanordnung gelöst, so dass der Bremskolben die Reibelemente gegen die Bremsscheibe oder die Bremstrommel presst. Damit wird verhindert, dass sich das Kraftfahrzeug am Hang selbsttätig – abwärts – in Bewegung setzt.

Um sicher zu stellen, dass auch unter extremen Bedingungen das Kraftfahrzeug durch die Parkbremse gehalten wird, stellt der Elektromotor üblicherweise den Bremskolben so weit zu, dass eine Haltekraft ausgeübt wird, die ausreichend wäre, ein voll beladenes Kraftfahrzeug an einem Hang mit 30% Steigung nicht abwärts rollen zu lassen.

Der übliche Ablauf ist jedoch der, dass ein Fahrer zum Beispiel beim Parken am Hang zunächst die Betriebsbremse (per Bremspedal) betätigt um das Kraftfahrzeug zum Stillstand zu bringen und anschließend die Parkbremse betätigt. Zuletzt entlastet der Fahrer das Bremspedal und verläßt das Kraftfahrzeug. Das bedeutet jedoch, dass bei Bremsenanordnungen der eingangs geschilderten Bauart der Bremskolben durch die hydraulische Betriebsbremsenfunktion mit einem Druck von wenigstens 30 bar belastet wird. Anschliessend wird der Bremskolben zusätzlich durch den Elektromotor der Parkbremsenfunktion weiter zugestellt. Auch wenn der Fahrer dann das Brems pedal entlastet, bleibt dennoch der Bremskolben durch die Selbsthemmung der Parkbremse in seiner momentanen Stellung. Hieraus resultiert jedoch eine erheblich höhere als – auch unter Sicherheitsaspekten – erforderliche Haltekraft. Dies stellt eine signifikante Belastung und damit im Dauereinsatz auch einen nennenswerten Verschleiss und damit ein Sicherheitsrisiko der Bremsenanordnung dar.

Die DE 100 06 656 C1 betrifft eine Bremsenanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienelement zum Betätigen einer Feststellbremse, einer EPB-Steuereinheit zum Ansteuern von Bremsmitteln, die einer Feststellbremse zugeordnet sind und einer BAF-Steuereinheit zum Ansteuern von Bremsmitteln, die einer Betriebsbremse zugeordnet sind. Die Bremsmittel können als Scheibenbremsen oder Trommelbremsen ausgeführt sein. Bei einer hydraulischen Betriebsbremse ist ein von der BAF-Steuereinheit angesteuerter Betriebsbrems-Aktuators als Hydraulikaggregat ausgeführt, während ein von der EPB-Steuereinheit angesteuerter Feststellbrems-Aktuator als DC-Bürstenmotor mit selbsthemmendem Spindelgetriebe ausgebildet ist. Bei einer Betätigung des Bedienelements zur Aktivierung der Feststellbremse bei einer unterhalb einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit werden die der Feststellbremse zugeordneten Bremsmittel durch Ansteuerung des Feststellbrems-Aktuators durch die EPB-Steuereinheit zugespannt, wobei die maximale Zuspannkraft in Abhängigkeit der Hangneigung festgelegt werden kann. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über der vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit liegt, werden die der Betriebsbremse zugeordneten Bremsmittel durch Ansteuerung des Betriebsbrems-Aktuators durch die BAF-Steuereinheit für die Dauer der Betätigung zugespannt. Alternativ dazu können die der Feststellbremse zugeordneten Bremsmittel bei einer Betätigung des Bedienelements bei einer oberhalb der vorgegebenen Minimalgeschwindig keit aber unterhalb einer vorgegebenen Maximalgeschwindigkeit liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit sowohl durch die EPB- als auch durch die BAF-Steuereinheit aktiviert werden, wobei die von der BAF-Steuereinheit erzeugten Bremsdrücke oder Bremskräfte in Abhängigkeit der durch die EPB-Steuereinheit erreichten Bremswirkung erzeugt werden.

Die DE 198 38 886 A1 betrifft eine elektrisch betätigte Feststellbremse, die fahrsituationsabhängig betrieben werden kann, wobei zur Erfassung der aktuellen Fahrsituation das Blockieren eines Rades, die Neigung des Fahrzeugs oder der Abstand des Fahrzeugs zu einem Hindernis durch geeignete Sensoren erfasst wird.

Der Erfindung zugrundeliegendes Problem

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, die eingangs geschilderte Bremsenanordnung so weiter zu bilden, dass die hohe Ausfallsicherheit von herkömmlichen Hydraulikbremsen erreicht und der notwendige Anpreßdruck für die Bremsbeläge in allen Situationen an dem Drehglied der Bremse mit der erforderlichen Sicherheit für das Kraftfahrzeug bereitgestellt wird, ohne dass der vorstehend erläuterte Verschleiss auftritt.

Erfindungsgemäße Lösung

Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß eine hydraulische Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben, der auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und mittels Hydraulikdruck, welcher in eine mit dem Bremskolben zusammenwirkende Hydraulik kammer einleitbar ist, aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben das Reibglied gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied der Fahrzeugbremse preßt, und mit einer von einem Elektromotor angetriebenen, auf den Bremskolben wirkenden Getriebeeinheit zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in der Betätigungsstellung, wobei der Elektromotor durch eine elektronische Steuereinheit anzusteuern ist, die mit für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale liefernden Sensoren verbunden ist, dadurch weitergebildet, dass die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet ist, den Elektromotor so anzusteuern, dass im Stillstand des Kraftfahrzeugs von dem Elektromotor zur Optimierung der Belastung der Komponenten der Fahrzeugbremse eine im Vergleich zu einer maximalen Zuspannkraft reduzierte Zuspannkraft bereitgestellt wird, wenn entsprechende Sensorsignale eine Betätigung eines Betriebsbremspedals anzeigen.

Vorteile und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung

Durch diese Anordnung wird erreicht, dass die Zuspannkraft der Fahrzeugbremse auf das unter den gegebenen (äusseren und inneren) Umständen für das Kraftfahrzeug auf das die Sicherheitsvorschriften erfüllende Maß reduziert werden kann, so dass die Belastung der Komponenten, der Lager etc. der Fahrzeugbremse insbesondere im betätigten Zustand der Parkbremse optimiert ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die hydraulische Fahrzeugbremse einen Bremssattel sowie eine an dem Bremssattel angeordnete Betätigungseinheit, die eine Hydraulikzylinder/Kolbenanordung und eine Elektromotor/Getriebeeinheit aufweist, zwei mit je einer Seitenfläche einer Bremsscheibe zusammenwirkende und in dem Bremssattel begrenzt verschiebbar angeordnete Reibbelägen, wobei einer der Reibbeläge durch den Kolben der Hydraulikzylinder/Kolbenanordung direkt und der andere Reibbelag durch die Wirkung einer vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe in Reibungseingriff bringbar ist.

Erfindungsgemäß kann die Getriebeeinheit als Spindel-/Mutteranordnung oder als Spindel-/Kugelumlaufbüchsenanordnung ausgestaltet sein.

Die die für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale erzeugenden weiteren Sensoren können die Fahrzeugneigung in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges, und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit, und/oder den Beladungsgrad des Kraftfahrzeuges, und/oder die Stellung des Kraftfahrzeug-Getriebes, und/oder das vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges abgegebene Drehmoment, oder dergl. erfassen und der elektronischen Steuereinheit für die Erzeugung der Ansteuersignale des Elektromotors zuführen.

Da bei modernen Kraftfahrzeugen diese Betriebszustände für die unterschiedlichsten anderen Zwecke ohnehin erfaßt und ausgewertet werden, entsteht insoweit kein weiterer Aufwand an Komponenten, Verschaltung etc.

Dies gilt umsomehr, als in modernen Kraftfahrzeugen derartige Signale im sog. CAN-Bus bereitgestellt sind, so dass die aus dem geringeren Verschleiß der Komponenten resultierende erhöhte Sicherheit bei geringstem zusätzlichem Aufwand bereitgestellt werden kann.

Sofern zum Beispiel eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer Null erkannt wird, wird aus Sicherheitsgründen beim Betätigen der Parkbremse in jedem Fall die maximale Zuspannkraft durch den Elektromotor bereitzustellen sein, da die Möglichkeit besteht, dass der Fahrer mit der Parkbremse eine Zielbremsung ausführt.

Weitere Einzelheiten und Abwandlungen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachstehend erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer hydraulischen Fahrzeugbremse mit elektrisch betätigbarer Feststelleinrichtung in Form einer Kraftfahrzeug-Scheibenbremse gemäß der Erfindung im Längsschnitt.
Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine hydraulische Kraftfahrzeug-Scheibenbremse mit elektrisch betätigbarer Feststelleinrichtung, die einen im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Bremssattel 10 sowie eine am Bremssattel 10 angeordnete hydraulisch/elektrische Betätigungseinheit 12 aufweist. In dem Bremssattel 10 sind an dessen beiden Schenkeln 10', 10'' zwei (in nicht weiter veranschaulichten Führungen aufgenommene) Reibbeläge 14, 14' angeordnet. Die beiden Reibbeläge 14, 14' sind zu beiden Seiten einer durch den Bremssattel 10 übergriffenen Bremsscheibe 16 angeordnet und wirken mit jeweils einer Seitenfläche 16', 16'' der Bremsscheibe 16 zusammen, die drehfest mit einem lediglich teilweise gezeigten Achsstummel 18 verbunden ist. Die Reibbeläge 14, 14' sind im Bremssattel 10 auf die Bremsscheibe 16 hin bzw. von ihr weg verschiebbar angeordnet. Dabei handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um eine Schwimmsattelanordnung, bei der einer der Reibbeläge 14 durch die Betätigungseinheit 12 direkt und der andere Reibbelag 14' durch die Wirkung einer vom Bremssattel 10 aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe 16 in Reibungseingriff bringbar ist.
Die Betätigungseinheit 12 ist seitlich an dem Bremssattel 10 angesetzt und weist einen Elektromotor 20 und eine daran anschließende Hydraulik-Zylinder/Kolbenanordnung 30 auf. Die Hydraulik-Zylinder/Kolbenanordnung 30 hat eine Hydraulikkammer 32, in der ein Bremskolben 34 durch unter Druck stehendes Hydraulikfluid axial verschiebbar angeordnet ist. Der Bremskolben 34 ragt aus der Hydraulikkammer 32 heraus und durch den Elektromotor 20 hindurch bis zu dem Reibbelag 14. Der Elektromotor 20 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Innenläufermotor mit einem am Gehäuse fest angeordneten Stator 22 und einem darin umlaufenden Rotor 24. Im Innern des Rotors 24 ist eine Innenverzahnung 26 angeordnet, die eine Drehung des Rotors 24 auf einen Kranz 28 mit einer Außenverzahnung übertragen kann, der drehfest aber axial verschiebbar auf dem Bremskolben 34 angeordnet ist. Dieses nach Art einer Mutter/Spindelanordung arbeitende Getriebe hat eine relativ hohe Untersetzung und ist selbsthemmend. Gleichzeitig ist dennoch eine axiale Beweglichkeit des Bremskolbens 34 – hervorgerufen durch eine Volumenänderung der Hydraulikkammer 32 – gewährleistet. Dieses Getriebe 26, 28 dient dazu, die Drehbewegung des Elektromotors 20 in eine Längsbewegung des Bremskolbens 34 für die Reibbeläge 14, 14' umzusetzen.
Der Elektromotor 20 ist über entsprechende Leitungen mit einer elektronischen Steuereinheit ECU für die Erzeugung der Ansteuersignale des Elektromotors 20 verbunden. Aus ebenfalls im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensoren S1 ... Sn werden für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale an die elektronische Steuereinheit ECU geschickt. Dabei erfassen die Sensoren die Fahrzeugneigung in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Betätigung des Betriebsbremspedals (also zum Beispiel den Betätigungszustand des Bremslichtschalters), den Beladungsgrad des Kraftfahrzeuges, die Stellung des Kraftfahrzeug-Getriebes, das vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges abgegebene Drehmoment, oder dergl. Diese Signale werden in der elektronischen Steuereinheit ECU zur Erzeugung der Ansteuersignale des Elektromotors 20 ausgewertet.
Dabei wird, wenn zum Beispiel der Bremslichtschalter des Betriebsbremspedals des Kraftfahrzeuges betätigt ist, der vorgegebene Wert für die Ansteuerung des Elektromotors um einen wert reduziert, der einer Betriebsbremsenbetätigung mit einem Hydraulikdruck von etwa 30 bar entspricht. In ähnlicher Weise kann der vorgegebene Wert für die Ansteuerung des Elektromotors in Abhängigkeit von einem Neigungssensor-Signal und dem Beladungssensor-Signal des Kraftfahrzeuges um einen entsprechenden Wert verringert oder erhöht werden.

Claims

Hydraulische Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben (34), der auf wenigstens einen Reibbelag (14, 14') wirkt und mittels Hydraulikdruck, welcher in eine mit dem Bremskolben (34) zusammenwirkende Hydraulikkammer (32) einleitbar ist, aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (34) den Reibbelag (14, 14') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst, und mit einer von einem Elektromotor (20) angetriebenen, auf den Bremskolben (34) wirkenden Getriebeeinheit (26, 28) zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in der Betätigungsstellung, wobei der Elektromotor (20) durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) anzusteuern ist, die mit für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale erzeugenden Sensoren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet ist, den Elektromotor (20) so anzusteuern, dass im Stillstand des Kraftfahrzeugs von dem Elektromotor (20) zur Optimierung der Belastung der Komponenten der Fahrzeugbremse eine im Vergleich zu einer maximalen Zuspannkraft reduzierte Zuspannkraft bereitgestellt wird, wenn entsprechende Sensorsignale eine Betätigung eines Betriebsbremspedals anzeigen.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, mit – einem Bremssattel (10) sowie – einer am Bremssattel (10) angeordneten Betätigungseinheit (12), die eine Hydraulikzylinder/Kolbenanordung und eine Elektromotor/Getriebeeinheit aufweist, – zwei mit je einer Seitenfläche (16', 16'') einer Bremsscheibe (16) zusammenwirkenden und in dem Bremssattel (10) begrenzt verschiebbar angeordneten Reibbelägen (14, 14'), wobei einer der Reibbeläge (14) durch den Kolben (34) der Hydraulikzylinder/Kolbenanordung (30) direkt und der andere Reibbelag (14') durch die Wirkung einer vom Bremssattel (10) aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe (16) in Reibungseingriff bringbar ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, wobei – die Getriebeeinheit als Spindel-/Mutteranordnung oder als Spindel-/Kugelumlaufbüchsenanordnung ausgestaltet ist.
Hydraulische Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, wobei weitere die für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale erzeugende Sensoren dazu eingerichtet sind, die – Fahrzeugneigung in Längsrichtung des Kraftfahrzeuges, und/oder – die Fahrzeuggeschwindigkeit, und/oder – den Beladungsgrad des Kraftfahrzeuges, und/oder – die Stellung des Kraftfahrzeug-Getriebes, und/oder – das vom Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges abgegebene Drehmoment, oder dergl. zu erfassen und der elektronischen Steuereinheit (ECU) für die Erzeugung der Ansteuersignale des Elektromotors (20) zuzuführen.