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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Stromaufnahme einer
elektromechanischen Bremse für
ein Fahrzeug, wobei die Bremse einen elektrischen Aktuator, der
auf eine Bremsanforderung hin eine Betätigungskraft erzeugt und auf
zumindest ein Reibglied wirkt, um dieses zum Hervorrufen einer Reibkraft
gegen ein abzubremsendes Bauteil der Bremse zu drücken, und
eine zwischen dem Reibglied und dem elektrischen Aktuator angeordnete
Selbstverstärkungseinrichtung
aufweist, die zur Selbstverstärkung
der vom elektrischen Aktuator erzeugten Betätigungskraft führt.
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Elektromechanischen
Bremsen mit einer Selbstverstärkungseinrichtung,
beispielsweise bekannt aus dem deutschen Patent
198 19 564 , liegt das Funktionsprinzip
zugrunde, mit einer relativ kleinen, von einem elektrischen Aktuator
erzeugten Betätigungskraft
ein Reibglied der Bremse in Kontakt mit dem abzubremsenden Bauteil
der Bremse zu bringen, das beispielsweise eine Bremsscheibe sein kann.
Die sich drehende Bremsscheibe übt
auf das Reibglied eine Mitnahmekraft aus, sobald das Reibglied in
Kontakt mit der Bremsscheibe gerät.
Häufig umfasst
die Selbstverstärkungseinrichtung
eine Keilanordnung mit einer oder mehreren Keilflächen. Solchermaßen ausgestaltete
Bremsen werden als elektromechanische Keilbremsen bezeichnet. Die
zuvor erwähnte
Mitnahmekraft bewegt bei einer solchen Bremse das Reibglied auf
der oder den Keilflächen der
Keilanordnung entlang, die unter einem Keilwinkel zur Bremsscheibe
angeordnet sind. Durch das Herauflaufen auf den Keilflächen wird
das Reibglied stärker
an die Bremsscheibe ge presst, so dass die auf das Reibglied wirkende
Zuspannkraft selbsttätig stark
erhöht
wird, d.h. ohne dass der elektrische Aktuator der Bremse eine höhere Betätigungskraft
aufbringen muss. In Abhängigkeit
von dem zwischen dem Reibglied und der Bremsscheibe jeweils herrschenden
Reibkoeffizient und vom gewählten
Keilwinkel können
bei einer solchen Bremse Zustände auftreten,
in denen das Reibglied selbst nach Wegfall der vom elektrischen
Aktuator erzeugten Betätigungskraft
immer stärker
an die Bremsscheibe gepresst wird, weil das Reibglied die Keilflächen) immer weiter
hinaufläuft.
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Probleme
können
bei selbstverstärkenden elektromechanischen
Bremsen in Betriebszuständen auftreten,
in denen die normalerweise hohe Selbstverstärkung gering ist oder überhaupt
nicht vorhanden ist. In solchen Betriebszuständen würde der elektrische Aktuator
der Bremse versuchen, durch Erhöhen
seiner Stromaufnahme eine angeforderte Bremskraft auch tatsächlich bereitzustellen.
Weil ihm in den genannten Betriebszuständen jedoch keine Selbstverstärkung behilflich
ist, kann seine Stromaufnahme dabei so groß werden, dass Teile des elektrischen
Aktuators Schaden nehmen, beispielsweise können elektrische Spulen überhitzen
oder sogar durchbrennen. Auch wird durch eine derart hohe Stromaufnahme
des elektrischen Aktuators das Bordnetz des Fahrzeuges stark belastet.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Stromaufnahme
einer elektromechanischen Bremse intelligent zu steuern und dabei
insbesondere zu verhindern, dass es unnötigerweise zu einer hohen Stromaufnahme
des elektrischen Aktuators der Bremse kommt, die das Fahrzeugbordnetz stark
belastet und den elektrischen Aktuator möglicherweise schädigt.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Vorgeschlagen
wird demnach, in einem Verfahrensschritt festzustellen, ob die Drehgeschwindigkeit
des abzubremsenden Bauteils im Wesentlichen Null ist, d.h. ob das
Fahrzeug sich beispielsweise im Stillstand befindet. In einem weiteren
Verfahrensschritt wird die aktuell wirkende Bremskraft bestimmt und
mit einer angeforderten Bremskraft verglichen, falls die Drehgeschwindigkeit
des abzubremsenden Bauteils im Wesentlichen Null ist. Sodann wird,
wenn die aktuell wirkende Bremskraft kleiner als die angeforderte
Bremskraft ist, die Stromaufnahme des Aktuators auf einen vorbestimmten
Wert begrenzt, der für den
Aktuator unschädlich
ist. Dieser vorbestimmte Wert entspricht vorzugsweise einer Stromaufnahme des
Aktuators, die das Fahrzeugbordnetz über einen langen Zeitraum bereitstellen
kann. Schließlich
wird die Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators aufgehoben,
wenn die aktuell wirkende Bremskraft größer als die angeforderte Bremskraft
ist.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ermittelt, ob ein Betriebszustand der Bremse vorliegt, in dem
keine oder jedenfalls nicht die volle Selbstverstärkung verfügbar ist.
Hierzu wird nicht nur bestimmt, ob die Drehgeschwindigkeit des abzubremsenden
Bauteils Null oder annähernd
Null ist, sondern es wird zusätzlich
auch noch festgestellt, ob die Selbstverstärkungseinrichtung sich in einem
Zustand befindet, der bei einer Drehung des abzubremsenden Bauteils
in eine vorgegebene Drehrichtung eine sofortige Selbstverstärkung ermöglicht.
Umfasst beispielsweise die Selbstverstärkungseinrichtung eine Keilanordnung
mit Keilen, die eine Selbstverstärkung in
Vorwärtsfahrt
und in Rückwärtsfahrt
ermöglichen, dann
wird erfindungsgemäß bestimmt,
ob die zur Drehrichtung des abzubremsen den Bauteils passenden Keilflächen miteinander
in Eingriff sind, d.h. diejenigen Keilflächen, die bei der gegebenen
Drehrichtung des abzubremsenden Bauteils eine Selbstverstärkung bewirken.
Dreht sich das abzubremsende Bauteil und befinden sich diejenigen
Keilflächen
der Selbstverstärkungseinrichtung
in Eingriff, mit denen bei der vorliegenden Drehrichtung keine Selbstverstärkung erzielt
werden kann, dann wird ebenfalls die Stromaufnahme des Aktuators
auf den vorbestimmten Wert begrenzt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
geht von der Erkenntnis aus, dass eine Selbstverstärkung bei einem
Fahrzeugstillstand oder nahe einem Fahrzeugstillstand oder in anderen
Situationen, in denen das abzubremsende Bauteil stillsteht, nicht
vorhanden oder jedenfalls sehr gering ist. In solchen Situationen
ist daher die Wahrscheinlichkeit groß, dass die eingangs erläuterten,
unerwünschten
Betriebszustände
auftreten. Zur Erkennung solcher Zustände wird deshalb im erfindungsgemäßen Verfahren
festgestellt, ob die Drehgeschwindigkeit des abzubremsenden Bauteils
im Wesentlichen Null ist. Trifft Letzteres zu, dann wird die aktuell
wirkende Bremskraft bestimmt und mit einer gegebenenfalls angeforderten
Bremskraft verglichen. Ist die angeforderte Bremskraft höher als
die aktuell wirkende Bremskraft, dann wird die Stromaufnahme des
Aktuators auf den vorbestimmten Wert begrenzt.
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Diesem
Verfahrensschritt liegt die Überlegung
zugrunde, dass ansonsten in einer Situation, in der die Selbstverstärkung nicht
oder nahezu nicht vorhanden ist, die Stromaufnahme des Aktuators dann
stark ansteigen muss (um der Bremsanforderung nachzukommen), wenn
die angeforderte Bremskraft deutlich größer als die aktuell wirkende Bremskraft
ist, und dass andererseits etwa bei einem Fahrzeugstillstand, wenn
die Selbstverstärkung
nicht oder nahezu nicht vorhanden ist, eine hohe Bremskraftanforderung
in der Regel objektiv unnötig
ist.
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Tritt
der Fahrer eines Kraftfahrzeugs beispielsweise bei einem auf einer
ebenen Fläche
stillstehenden Fahrzeug kräftig
auf das Bremspedal, so erzeugt er eine entsprechend hohe Bremskraftanforderung,
die objektiv nicht notwendig ist, um das Fahrzeug am Wegrollen zu
hindern. Eine Begrenzung der Stromaufnahme des elektrischen Aktuators
der Bremse in solchen Situationen ist daher sinnvoll und nicht störend.
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Ist
hingegen die aktuell wirkende Bremskraft größer als die angeforderte Bremskraft,
dann soll erfindungsgemäß keine
Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators eintreten bzw. eine solche
soll aufgehoben werden, wenn sie bestanden hat, um es dem elektrischen
Aktuator in jedem, Fall zu ermöglichen,
eine die aktuell wirkende Bremskraft vermindernde Position einzunehmen.
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Mit
anderen Worten, der elektrische Aktuator soll dann, wenn die angeforderte
Bremskraft kleiner als die aufgrund der Aktuatorposition aktuell
wirkende Bremskraft ist, nicht durch eine begrenzte Stromaufnahme
daran gehindert sein eine Position einzunehmen, die die aktuell
wirkende Bremskraft reduziert und der tatsächlich angeforderten Bremskraft entspricht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
stellt somit sicher, dass bei einem Fahrzeugstillstand der elektrische
Aktuator nicht überlastet
und das Fahrzeugbordnetz nicht unnötig belastet wird. Andererseits
wird mit der auf den vorbestimmten Wert begrenzten Stromaufnahme
des Aktuators auch sichergestellt, dass das Reibglied oder die Reibglieder
der Bremse in Kontakt mit dem abzubremsenden Bauteil der Bremse
gehalten werden, um bei einer plötzlich auftretenden
Fahrzeugbewegung den sich dann sofort einstellenden Selbstverstärkungseffekt
für eine gegebenenfalls
erforderliche Bremsung des Fahrzeugs ausnutzen zu können.
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Der
Schritt des Feststellens, ob die Drehgeschwindigkeit des abzubremsenden
Bauteils im Wesentlichen Null ist, kann beispielsweise durch Auswerten
der Signale eines Raddrehzahlsensors ausgeführt werden. Vorzugsweise wird
dann nicht nur die Drehbewegung des abzubremsenden Bauteils einer einzigen
Bremse ausgewertet, sondern man führt diesen Schritt bei mehreren
Bremsen des Fahrzeugs gleichzeitig durch, um beispielsweise Situationen
erkennen zu können,
in denen nur ein Fahrzeugrad blockiert, etwa weil es sich beim Bremsen
auf einem Untergrund mit sehr geringem Reibwert befindet. Alternativ
und/oder zusätzlich
können
zur Durchführung dieses
Schrittes auch Sensoren verwendet werden, die die Relativbewegung
des Fahrzeuges bezüglich der
Fahrbahn erfassen.
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Die
Bestimmung der aktuell wirkenden Bremskraft kann auf unterschiedliche
Art und Weise erfolgen. Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die aktuell wirkende Bremskraft auf der Basis der aktuell wirkenden
Normalkraft bestimmt, d.h. auf der Basis derjenigen Kraft, die das
Reibglied in einer Richtung normal zur Kontaktfläche des abzubremsenden Bauteils
der Bremse gegen dieses Bauteil drückt. Ist das abzubremsende
Bauteil eine Bremsscheibe, dann wirkt die Normalkraft senkrecht
auf die Bremsscheibenoberfläche.
Die in einer elektromechanischen Bremse jeweils wirkende Normalkraft
kann beispielsweise durch geeignete Sensoren wie etwa Dehnungsmessstreifen
einfach ermittelt werden.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die aktuell wirkende Bremskraft auf der Basis des aktuell wirkenden
Bremsmoments bestimmt. Gemäß einer
noch weiteren Alternative wird die aktuell wirkende Bremskraft auf
der Basis der aktuellen Aktuatorposition bestimmt. Man unterstellt
dabei, dass jeder Aktuatorposition eine bestimmte Bremskraft zugeordnet
ist, und dies ist in erster Näherung
auch der Fall. Abweichungen, die sich beispielsweise aus temperaturbedingten
Reibwertschwankungen ergeben, können
in dem erfindungsgemäßen Verfahren
durch Korrekturfaktoren berücksichtigt
werden.
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Wie
bereits eingangs ausgeführt,
besteht die Selbstverstärkungseinrichtung
häufig
aus einer Keilanordnung. Dann wird vorzugsweise die aktuell wirkende
Bremskraft auf der Basis der Stellung eines Keils der Keilanordnung
bestimmt. Auch hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die aktuelle
Keilstellung mit der aktuell wirkenden Bremskraft korreliert. Temperaturbedingte
Reibwertschwankungen können durch
Korrekturfaktoren berücksichtigt
werden. Die Bestimmung der aktuell wirkenden Bremskraft auf der
Grundlage der aktuellen Keilstellung kann auch zusätzlich zu
einer der vorgenannten anderen Bestimmungsarten durchgeführt werden,
um die Zuverlässigkeit
der Bestimmung der aktuell wirkenden Bremskraft zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die
Stromaufnahme des Aktuators unter bestimmten Bedingungen auf einen
vorbestimmten Wert begrenzt. Dieser vorbestimmte Wert braucht nicht
unveränderlich
zu sein, sondern kann von bestimmten Parametern abhängig sein.
Gemäß einer
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der vorbestimmte Wert, auf den die Stromaufnahme des Aktuators
begrenzt wird, abhängig
von der Neigung des Untergrundes, auf dem sich ein die elektromechanische
Bremse enthaltendes Fahrzeug befindet. Gemeint ist hier die Neigung
des Untergrundes in Richtung der Fahrzeuglängsachse. Berücksichtigt
werden soll damit ein unter Umständen
erhöhter
Bremskraftbedarf eines an einer Steigung zum Stillstand gelangenden Fahrzeuges.
Zu berücksichtigen
ist dabei allerdings auch, dass eine selbstverstärkende elektromechanische Bremse
in einem Fahrzeug, das an einer Steigung steht, bereits durch eine
kleine Fahrzeugbewegung wieder in einen selbstverstärkenden
Betriebszustand gerät.
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Der
vorbestimmte Wert, auf den die Stromaufnahme des Aktuators erfindungsgemäß begrenzt wird,
kann auch abhängig
vom Beladungszustand des Fahrzeuges sein, welches die elektromechanische
Bremse enthält.
Um ein unbeladenes Fahrzeug auf einer ebenen Fläche am Wegrollen zu hindern, reicht
eine geringere Bremskraft aus, als wenn das gleiche Fahrzeug beladen
ist. Entsprechend kann bei unbeladenem Fahrzeug der vorbestimmte
Wert kleiner gewählt
werden als bei beladenem Fahrzeug.
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Ferner
kann der vorbestimmte Wert, auf den die Stromaufnahme des Aktuators
begrenzt wird, abhängig
vom aktuellen Reibwert zwischen dem Reibglied und dem abzubremsenden
Bauteil der Bremse sein. Wird beispielsweise ein Fahrzeug mit heißgefahrenen
Bremsen abgestellt, ist der aktuelle Reibwert zwischen den Reibgliedern
und den abzubremsenden Bauteilen der Bremse geringer, so dass eine höhere Bremskraft
zum Halten des Fahrzeuges in seiner Position erforderlich ist. Der
vorbestimmte Wert, auf den die Stromaufnahme des Aktuators begrenzt
wird, wird daher mit abnehmendem Reibwert ansteigen.
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Schließlich kann
der vorbestimmte Wert, auf den die Stromaufnahme des Aktuators begrenzt
wird, abhängig
von der angeforderten Bremskraft sein. Beispielsweise kann die Stromaufnahme
des Aktuators so begrenzt werden, dass immer mindestens 50% der
angeforderten Bremskraft erzeugt werden kann. Statt des Wertes von
50% kann selbstverständlich
ein anderer als geeignet erscheinender Prozentwert der angeforderten
Bremskraft als untere Grenze gewählt
werden, die von dem elektrischen Aktuator durch eine entsprechende
Stromaufnahme noch erreicht werden können muss.
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Gemäß einer
Abwandlung diese Vorgehensweise kann der die untere Grenze darstellende
Prozentwert auch in Abhängigkeit
bestimmter Parameter variieren, z.B. Neigung des Untergrundes, Temperatur
der Bremse, Fahrzeugbeladung etc.. Sofern eine Begrenzung der Stromaufnahme
des Aktuators bereits aktiv ist, kann diese bei einem Anstieg der
angeforderten Bremskraft teilweise aufgehoben werden, d.h., die
Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators wird so gesteuert, dass
immer mindestens der gewählte,
als untere Grenze dienende Prozentwert der angeforderten Bremskraft
erreicht werden kann. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass
trotz der Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators eine den herrschenden
Umständen
angepasste Bremskraft bereitgestellt werden kann.
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Es
wurde bereits erläutert,
dass eine Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators unter bestimmten
Umständen
nicht eintritt bzw. aufgehoben wird, wenn sie eingetreten war. In
erster Linie soll dadurch sichergestellt werden, dass eine Verringerung der
aktuell wirkenden Bremskraft immer möglich sein muss und nicht durch
eine begrenzte Stromaufnahme des elektrischen Aktuators behindert
wird. Beispielsweise muss es immer möglich sein, den Keil bzw. die
Keile der Keilanordnung einer Selbstverstärkungseinrichtung zurückzuziehen,
um die aktuell wirkende Bremskraft zu vermindern.
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Gemäß einer
Aus- gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Begrenzung
der Stromaufnahme des Aktuators auch dann aufgehoben, wenn der Aktuator
sich nahe seiner Null-Stellung befindet, d.h. nahe derjenigen Stellung,
die er im unbetätigten
Zustand der Bremse einnimmt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass
ein Keil der Keilanordnung der Selbstverstärkungseinrichtung sich in einer
unerwünschten
Richtung bewegt.
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Die
Begrenzung der Stromaufnahme des Aktuators wird bei bevorzugten
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gleitend aufgehoben.
Auf diese Weise lassen sich die Übergänge in andere
Regelungsmodi der elektromechanischen Bremse besser gestalten, beispielsweise
der Übergang
in den normalen Bremsbetrieb bei sich bewegendem Fahrzeug.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
löst auf elegante
Weise ein insbesondere bei elektromechanischen Bremsen mit hohem
Selbstverstärkungsfaktor
auftretendes Problem, ohne dass es zu Nachteilen im normalen Betrieb
der Bremse kommt.
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Anhand
der beigefügten
einzigen Figur, die ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt, soll ein Ausführungsbeispiel
dieses Verfahrens näher
erläutert
werden.
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In
einem ersten Verfahrensschritt 10 wird festgestellt, ob
das abzubremsende Bauteil einer Bremse, hier eine Bremsscheibe,
sich dreht oder nicht. Dies kann einfach durch das Auswerten der
Signale eines bei heutigen Radbremsen ohnehin zumeist vorhandenen
Raddrehzahlsensors erfolgen. Hat dieser Verfahrensschritt zum Ergebnis,
dass die Bremsscheibe sich dreht, schreitet das Verfahren zum Verfahrensschritt 20 fort,
in dem überprüft wird, ob
ein Keil einer Selbstverstärkungseinrichtung
sich in Drehrichtung der Bremsscheibe in Eingriff befindet, d.h.
ob diejenigen Keilflächen
der Selbstverstärkungseinrichtung
aktiv sind, die bei der gegebenen Drehung der Bremsscheibe eine
Selbstverstärkung bewirken.
Ist dies der Fall, kommt keine Strombegrenzung des Aktuators zum
Tra gen und die Steuerung der Bremse geht in ihren normalen Bremskraftregelungsmodus über.
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Wird
hingegen im Verfahrensschritt 20 festgestellt, dass sich
die Keilflächen
in Eingriff befinden, die für
eine Selbstverstärkung
in einer der sensierten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung
der Bremsscheibe zuständig
sind, dann führt
das Verfahren den Schritt 30 aus, in dem bestimmt wird,
ob die aktuell wirkende Bremskraft kleiner als die angeforderte
Bremskraft ist. Falls ja, wird die Stromaufnahme des elektrischen
Aktuators der Bremse begrenzt. Falls nein, findet keine Begrenzung
der Stromaufnahme des Aktuators statt.
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Zum
Verfahrensschritt 30 springt das Verfahren auch, wenn im
ersten Verfahrensschritt 10 festgestellt wird, dass die
Bremsscheibe sich nicht dreht.