DE102005015726B4

DE102005015726B4 - Kfz-Festellbremse mit Positionssensor

Info

Publication number: DE102005015726B4
Application number: DE102005015726.2A
Authority: DE
Inventors: Frank Baehrle-Miller; Heiner Messner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: DE102005015726A1

Abstract

Feststellbremse (21) für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremssattelgehäuse (13), in dem ein Bremskolben (22) und eine Stellschraube (14) angeordnet sind, und mit einem Hilfskolben (18), der in einer Ausnehmung (11) des Bremssattelgehäuses (13) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (18) mechanisch in Richtung des Bremskolbens (22) vorgespannt und in der Ausnehmung (11) geringfügig vor- und zurückbewegbar ist und eine zentrale Gewindeöffnung (17) aufweist, durch die die axial verlagerbare Stellschraube (14) hindurchgeschraubt ist, wobei ein Hohlraum (19) zwischen Bremskolben (22) und Hilfskolben (18) zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit zur Betätigung des Bremskolbens (22) ausgebildet ist, und wobei ein Sensor (24) vorgesehen ist, der die Position des Hilfskolbens (18) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kfz-Feststellbremse, mit einem Bremssattelgehäuse, in dem ein Bremskolben und eine Stellschraube angeordnet sind, und mit einem Hilfskolben, der in einer Ausnehmung des Bremssattelgehäuses angeordnet ist, sowie eine Kfz-Bremsanlage.
Moderne Fahrzeuge werden immer häufiger mit elektrisch betätigten Feststellbremsen ausgestattet, die auch als automatische Parkbremsen (APB) bezeichnet werden. Derartige Feststellbremsen umfassen in der Regel ein Bedienelement, wie z.B. einen Druckknopf, mit dem die Feststellbremse verriegelt und/oder gelöst werden kann. Ein mit dem Bedienelement verbundenes Steuergerät erkennt den Feststellbremswunsch und steuert entsprechend ein Stellglied, wie z.B. eine Hydraulikpumpe, an, um Bremsdruck aufzubauen. Bei Erreichen des Verriegelungsdrucks wird die Feststellbremse mit Hilfe einer Verriegelungseinrichtung verriegelt.
Bekannte Feststellbremsen umfassen in der Regel eine mechanische Verriegelungseinrichtung mit einem Verriegelungselement, das die Bremszangen in der angezogenen Stellung verriegelt. Die Verriegelungseinrichtung wird üblicherweise durch hydraulischen Druck betätigt oder elektromotorisch angetrieben.
So ist aus der Offenlegungsschrift DE 198 35 550 A1 eine Bremsvorrichtung mit einem in einem Bremsgehäuse bewegbaren Bremskolben und einem Hilfskolben bekannt, wobei eine mechanische Betätigungseinrichtung den Bremskolben in Abhängigkeit eines durch einen Sensor ermittelten Bremsbelagverschleißes entsprechend nachführt. Dabei fixiert die mechanische Betätigungseinrichtung den Bremskolben, wenn von dem Sensor eine hydraulisch vorgenommene Feststellung einer zugehörigen Bremse des Bremskolbens detektiert wird. Eine weitere Bremsvorrichtung ist aus der Offenlegungsschrift DE 102 28 115 A1 bekannt, wonach eine auf einen Bremskolben wirkende Getriebeeinheit zum Betätigen des Bremskolbens von einem Elektromotor angetrieben wird. Die Offenlegungsschrift EP 1 169 581 B1 offenbart eine elektromechanisch betätigbare Teilbelagscheibenbremse.
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Bremsanlage mit Feststellbremse in schematischer Darstellung. Die Bremsanlage umfasst im wesentlichen ein Bedienelement 7 (Druckknopf), ein Steuergerät 8, eine Hydraulikpumpe 5 und eine Radbremse 6 mit Verriegelungseinrichtung 10, sowie verschiedene im Bremskreis angeordnete Ventile 3, 4. Die beiden Feststellbremsen 21 umfassen jeweils die eigentliche Radbremse 6 und eine Verriegelungseinrichtung 10.
Bei einer Betätigung des Bedienelements 7 steuert das Steuergerät 8 die Hydraulikpumpe 5 an, bis ein vorgegebener Verriegelungsdruck erreicht ist. Der Verriegelungsdruck wird dabei über das Ventil 4 (Umschaltventil) und die Pumpenlaufzeit der Hydraulikpumpe 5 eingestellt. Bei Erreichen des Verriegelungsdrucks wird das Ventil 4 in Richtung des Hauptbremszylinders 2 überströmt. Der Pfad der Bremsflüssigkeit ist dabei durch Pfeile b gekennzeichnet.
Das Überströmen des Ventils 4 erzeugt ein Überströmgeräusch, das für den Fahrer störend wirken kann. Darüber hinaus muss die Pumpenlaufzeit wenigstens so lange bemessen sein, dass die Feststellbremse 21 in jedem Fall (auch bei kalten Temperaturen, etc.) ausreichend stark verriegelt wird. Dies führt meist zu unnötig langen Verriegelungszeiten und einer damit verbundenen höheren Belastung der Hydraulikpumpe.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Überströmgeräusch am Überströmventil zu verringern und die Pumpenlaufzeit zu verkürzen.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, den Bremsdruck mittels eines in der Feststellbremse angeordneten Sensors zu messen und die Hydraulikpumpe bzw. eine Druckerzeugungseinheit in Abhängigkeit vom gemessenen Bremsdruck zu betreiben. Dadurch kann die Betriebsdauer der Hydraulikpumpe minimiert werden. Außerdem muss zur Einstellung des Bremsdrucks kein Überströmventil verwendet werden bzw. kann die Überströmschwelle auf einen Wert eingestellt werden, der größer ist als der gewünschte Verriegelungsdruck, so dass kein Überströmgeräusch entsteht.
Da sich die Erfindung auch beispielsweise für ein pneumatisches Bremssystem anwenden lässt, kann anstelle einer Hydraulikpumpe auch ganz allgemein eine Druckerzeugungseinheit verwendet werden.
Die Erfindung wird im speziellen auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Feststellbremse mit Hilfskolben angewandt (2a, 2b). Der Hilfskolben ist mittels Federn in einer Ausnehmung des Bremssattelgehäuses vorgespannt und kann sich in der Ausnehmung geringfügig bewegen. Die Position des Hilfskolbens ist dabei abhängig vom aktuellen Bremsdruck. Somit kann der Bremsdruck (zumindest grob) indirekt über die Position des Hilfskolbens gemessen werden. Bei einem Verriegelungsvorgang wird die Hydraulikpumpe bzw. die Druckerzeugungseinheit nun solange betrieben, bis der Hilfskolben eine vorgegebene Position eingenommen hat. Dabei ist es nicht mehr notwendig, den Verriegelungsdruck über ein Überströmventil einzustellen.
Die Bremsanlage umfasst vorzugsweise eine Elektronik, wie z.B. ein Steuergerät, die das Ausgangssignal des Sensors auswertet. Wenn der Hilfskolben eine vorgegebene Position erreicht hat, wird dies von der Elektronik erkannt und die Hydraulikpumpe ausgeschaltet. Außerdem wird die Feststellbremse dann verriegelt.
Der Positionssensor der Feststellbremse ist vorzugsweise als Hall-Sensor realisiert. Dies ermöglicht eine berührungslose Positionsmessung.
Der Positionssensor ist vorzugsweise außer-dem ein linearer Sensor. Dies ermöglicht eine einfache Modell gestützte Überwachung des Sensorsignals und des Verriegelungsmechanismus .
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Kfz-Bremsanlage mit Feststellbremse;
2a eine aus dem Stand der Technik bekannte Feststellbremse in der entriegelten Position;
2b die Feststellbremse von 2a in der verriegelten Position;
3a den Bewegungsverlauf verschiedener Elemente der Feststellbremse bei einem Verriegelungsvorgang; und
3b den Verlauf des Bremsdrucks und des Motorstroms bei einem Verriegelungsvorgang.

Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
2a und 2b zeigen eine aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform einer Feststellbremse 21 mit einem Hilfskolben 18, wobei 2a die Feststellbremse 21 in der entriegelten Stellung (druckloser Zustand) und 2b die Feststellbremse 21 in der verriegelten Stellung zeigt. Die Feststellbremse 21 besteht im wesentlichen aus der eigentlichen Radbremse 6 und einer Verriegelungseinrichtung 10 und umfasst ein Bremssattelgehäuse 13, in dem ein Bremskolben 22 und ein Verriegelungselement 14 (Stellschraube) angeordnet sind. Das Bremssattelgehäuse 13 beinhaltet außerdem einen Hilfskolben 18, der in einer Ausnehmung 11 des Bremssattelgehäuses 13 angeordnet ist. Der Hilfskolben 18 ist mittels Federn 6 in Druckrichtung 23 vorgespannt und in der Ausnehmung 11 geringfügig vor- und zurück bewegbar. Er hat eine zentrale Gewindeöffnung 17, durch die die Stellschraube 14 hindurch geschraubt ist. Die Stellschraube 14 wird von einem Elektromotor 12 angetrieben und kann in Richtung des Pfeils 23 bzw. in Gegenrichtung vor und zurück bewegt werden, um die Feststellbremse 21 zu verriegeln bzw. zu lösen.
Bei einem Verriegelungsvorgang wird zunächst der Bremsdruck erhöht, wodurch das Bremsfluid in einen Hohlraum 19 fließt und den Bremskolben 22 in Druckrichtung 23 gegen eine Bremsscheibe (nicht gezeigt) drückt. Die Stellschraube 14 wird dann in Druckrichtung 23 nachgedreht, bis sie erneut am Bremskolben 22 ansteht. Danach wird der Bremsdruck weiter erhöht. Wenn der Bremsdruck einen vorgegebenen Druck-Schwellenwert überschreitet, wird der Hilfskolben 18 entgegen der Federkraft nach hinten bzw. oben (entgegen Pfeil 23) gedrückt (siehe 2b). Der Druck-Schwellenwert ist dabei abhängig von der Auslegung der Feststellbremse 21 und insbesondere der Federn 16. Durch Nachdrehen der Stellschraube 14 wird die Feststellbremse 21 schließlich verriegelt. Aufgrund der Vorspannung des Hilfskolbens 18 wird die Stellschraube 14 immer wenigstens mit der Federkraft der Federn 16 gegen den Bremskolben 22 gedrückt. Die Bremswirkung lässt somit auch nicht beim Abkühlen der Bremse nach.
Im Unterschied zu der an sich bekannten Feststellbremse 21 umfasst diese Feststellbremse 21 zusätzlich einen Positionssensor 24, der die Position des Hilfskolbens 18 erfasst. Der Positionssensor 24 ist hier stirnseitig am hinteren Ende des Hilfskolbens 18 im Bremssattelgehäuse 13 angeordnet und vorzugsweise als Hall-Sensor realisiert.
Die Feststellbremse 21 ist im vorliegenden Fall derart ausgelegt, dass der Hilfskolben 18 an einer hinteren Wand der Ausnehmung 11 ansteht, wenn der Verriegelungsdruck erreicht ist. Dies wird vom Positionssensor 24 erkannt. Der Positionssensor 24 ist mit der Elektronik 8, z.B. einem Steuergerät, verbunden, die das Ausgangssignal des Sensors 24 auswertet. Sobald der Verriegelungsdruck (z.B. 95 bar) erreicht ist, kann die Hydraulikpumpe abgeschaltet werden. Dadurch wird die Pumpenlaufzeit und die Belastung der Hydraulikpumpe 5 minimiert.
Im Folgenden wird ein Verriegelungsvorgang nochmals anhand der 3a und 3b näher erläutert. Dabei zeigen 3a den von verschiedenen Komponenten 14,18,22 der Feststellbremse 21 zurückgelegten Weg über der Zeit t und 3b den Verlauf des Motorstroms des Elektromotors 12 (Kennlinie 33) und des Bremsdrucks (Kennlinie 34).
Bei einem Verriegelungsvorgang wird zunächst die Stellschraube 14 aus der Ruhestellung (der Schraubenkopf 15 steht dabei an einer rückseitigen Wand des Bremssattelgehäuses 13 an) in Richtung des Pfeils 23 gegen den Bremskolben 22 geschraubt (siehe Kennlinie 30, 3a). Der Motorstrom 33 (siehe 3b) bewegt sich dabei nach einem kurzen Überschwinger (dem Anlaufstrom) auf einem mittleren Niveau und erhöht sich auf einen maximalen Blockierstrom, wenn die Feststellschraube 14 am Bremskolben 22 ansteht. Im Zeitpunkt t₀ wird der Bremsdruck 34 erhöht, wodurch der Bremskolben 22 weiter nach vorne gedrückt wird (siehe Kennlinie 32). Der Hilfskolben 18 und die Stellschraube 14 bleiben zunächst noch unverändert.
Wenn der Bremsdruck 34 den Gegendruck der Federn 16 übersteigt (Zeitpunkt t₁ ), beginnen sich der Hilfskolben 18 und die Feststellschraube 14 zurückzubewegen. Bei erreichen des Verriegelungsdrucks von z.B. 95 bar steht der Hilfskolben 18 oben bzw. hinten am Bremssattelgehäuse 13 an.
Im Zeitpunkt t₃ wird schließlich die Feststellschraube 14 gegen den Bremskolben 22 nachgedreht. Der in 3b dargestellte Motorstrom zeigt wieder den typischen Verlauf und erreicht den Blockierstrom, wenn die Feststellschraube 14 am Bremskolben 22 ansteht. Die Feststellbremse 21 ist damit verriegelt. Der Bremsdruck wird danach wieder reduziert.
Bezugszeichenliste

1: Fuß-Bremspedal
2: Bremskraftverstärker
3: Hochdruck-Schaltventil
4: Umschaltventil
5: Hydraulikpumpe
6: Radbremse
7: Bedienelement
8: Elektronik
9: Hauptbremsleitung
10: Verriegelungseinrichtung
11: Ausnehmung
12: Elektromotor
13: Bremssattelgehäuse
14: Feststellschraube
15: Schraubenkopf
16: Federn
17: Gewinde
18: Hilfskolben
19: Hohlraum
20: Belagverschleißkompensation
21: Feststellbremse
22: Bremskolben
23: Druckrichtung
24: Positionssensor
30: Schraubenweg
31: Hilfskolbenweg
32: Bremskolbenweg
33: Motorstrom
34: Bremsdruck
t_i: Zeitpunkte

Claims

Feststellbremse (21) für Kraftfahrzeuge, mit einem Bremssattelgehäuse (13), in dem ein Bremskolben (22) und eine Stellschraube (14) angeordnet sind, und mit einem Hilfskolben (18), der in einer Ausnehmung (11) des Bremssattelgehäuses (13) angeordnet ist, wobei der Hilfskolben (18) mechanisch in Richtung des Bremskolbens (22) vorgespannt und in der Ausnehmung (11) geringfügig vor- und zurückbewegbar ist und eine zentrale Gewindeöffnung (17) aufweist, durch die die axial verlagerbare Stellschraube (14) hindurchgeschraubt ist, wobei ein Hohlraum (19) zwischen Bremskolben (22) und Hilfskolben (18) zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit zur Betätigung des Bremskolbens (22) ausgebildet ist, und wobei ein Sensor (24) vorgesehen ist, der die Position des Hilfskolbens (18) erfasst.
Bremsanlage für Kraftfahrzeuge mit einer Feststellbremse (21), die ein Bremssattelgehäuse (13) aufweist, in dem ein Bremskolben (22), eine Stellschraube (14) und ein Hilfskolben (18) angeordnet sind, wobei der Hilfskolben (18) in einer Ausnehmung (11) des Bremssattelgehäuses (13) in Richtung des Bremskolbens (22) mechanisch vorgespannt geringfügig vor- und zurückbewegbar ist, und mit einer Druckerzeugungseinheit (5) zum Aufbauen von Bremsdruck an der Feststellbremse (21), wobei ein Hohlraum (19) zwischen Bremskolben (22) und Hilfskolben (18) zur Aufnahme von Bremsflüssigkeit zur Betätigung des Bremskolbens (22) ausgebildet ist und wobei die Feststellbremse (21) einen Sensor (24) umfasst, der die Position des Hilfskolbens (18) erfasst, und dass eine Elektronikeinheit (8) vorgesehen ist, die das Ausgangssignal (out) des Sensors (24) auswertet und die Druckerzeugungseinheit (5) in Abhängigkeit von der Position des Hilfskolbens (18) ansteuert.
Bremsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinheit (5) eine Hydraulikpumpe ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein Hall-Sensor ist.
Bremsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (24) ein linearer Sensor ist.