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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine automatische Feststellbremse,
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, die den Fahrer auf einen kritischen Fahrzustand
hinweist, sowie eine automatische Feststellbremse gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 8.
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Heutige
Fahrzeuge werden immer häufiger mit
elektrisch betätigten
Feststellbremsen ausgestattet, die auch als automatische Parkbremsen
(APB) bezeichnet werden. Derartige Feststellbremsen umfassen ein
Bedienelement, wie z.B. einen Taster, mit dem die Feststellbremse
im Stillstand des Fahrzeugs verriegelt oder gelöst werden kann. Bei einer Betätigung des
Bedienelements erkennt ein damit verbundenes Steuergerät den Feststellbremswunsch
und steuert entsprechend ein Stellglied, wie z.B. eine Hydraulikpumpe
oder einen Elektromotor an, um an den Rädern des Fahrzeugs Bremskraft
aufzubauen und somit das Fahrzeug zu halten, oder die Bremse zu
lösen.
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Bei
den bekannten Feststellbremsen kann grundsätzlich zwischen elektromechanischen
und elektrohydraulischen Systemen unterschieden werden. Elektromechanische
Systeme umfassen Elektromotoren (mit Getrieben), die sich entweder
direkt an der Radbremse (sog. „Motor
on Caliper") der
Hinterachse befinden und dort die Bremsen spannen bzw. lösen, oder
an anderer Stelle befinden und die Radbremsen über einen Seilzug betätigen (sog. „cable
puller"). Bei elektrohydraulischen
Systemen wird dagegen eine Hydraulikpumpe angetrieben, um die Feststellbremse
zu betätigen.
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Moderne
Feststellbrems-Systeme sind häufig
so ausgelegt, dass der Fahrer die Feststellbremse nicht nur im Stillstand
bedienen kann, sondern auch während
des normalen Fahrbetriebs eine Betriebsbremsung durchführen kann,
indem er das Bedienelement der Feststellbremse betätigt. Die
Betätigung des
Bedienelements wird in diesem Fall vom damit verbundenen Steuergerät als Bremswunsch
interpretiert und das Fahrzeug mittels des Aktuators der Feststellbremse
mit einer vorgegebenen Verzögerung,
z. B. 7m/s2 abgebremst. Die Verzögerung des Fahrzeugs
erfolgt dabei meist geregelt. Diese zusätzliche Funktion wird im Folgenden
als „Notbrems-Funktion" der Feststellbremse
bezeichnet.
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Bekannte
automatische Feststellbremsen mit einer Notbrems-Funktion haben
den Nachteil, dass der Fahrer – anders
als bei einer Betätigung
der Fußbremse – im Falle
einer Regelung (z. B. ABS), bei der ein Fahrzeugregler in den Fahrbetrieb
eingreift, keine Rückmeldung über das
Vorliegen einer kritischen Fahrsituation bekommt. Bei Betätigung der Fußbremse
erhält
der Fahrer bekanntlich eine Rückmeldung über das
Rattern der Bremse, insbesondere durch Pedalvibration.
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Darüber hinaus
bieten automatische Feststellbremsen mit einer Notbrems-Funktion dem Fahrer
auch die Möglichkeit,
das Fahrzeug nach Belieben mit der Feststellbremse abzubremsen und
somit in gewisser Weise zu missbrauchen. Automatische Feststellbremsen
mit einer Notbrems-Funktion sind aber eigentlich nur dafür gedacht,
dem Fahrer bei einem Ausfall der Betriebsbremse die Möglichkeit
zu geben, das Fahrzeug über
die Feststellbremse abzubremsen. Die Komponenten der Feststellbremse sind
aber nicht für
häufige
Notbremsungen ausgelegt und werden daher bei einer zu häufigen Bremsung überlastet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine automatische
Parkbremse zu schaffen, die den Fahrer im Falle einer kritischen
Fahrsituation, in der z. B. ein Fahrzeugregler in den Fahrbetrieb
eingreift, auf das Vorliegen einer solchen Situation hinweist. Darüber hinaus
soll durch die erfindungsgemäße Feststellbremse
die Gefahr eines Missbrauchs der Feststellbremse zum Zweck einer Betriebsbremsung
vermindert werden.
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Gelöst wird
diese Aufgabe gemäß der Erfindung
durch die im Patentanspruch 1 sowie im Patentanspruch 8 angegebenen
Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, eine automatische
Feststellbremse mit einem mechanischen Impulsgeber auszustatten,
der mit dem Bedienelement der Feststellbremse verkoppelt ist. Der
Impulsgeber erzeugt mechanische Impulse, die auf das Bedienelement übertragen
werden und vom Fahrer z.B. als Vibration haptisch erfasst werden
können.
Der Fahrer wird somit darauf hingewiesen, dass eine Gefahrsituation
vorliegt, und kann entsprechend reagieren und das Fahrverhalten
anpassen. Außerdem
kann die Feststellbremse vor Missbrauch geschützt werden.
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Der
Impulsgeber wird vorzugsweise aktiviert, wenn ein Fahrzeugregler,
z. B. ein ABS- oder Fahrdynamikregler, in den Fahrbetrieb eingreift.
Der Impulsgeber kann aber auch aktiviert werden, wenn ein Fahrzeugsystem
eine missbräuchliche
Betätigung der
Feststellbremse feststellt. Eine missbräuchliche Betätigung der
Feststellbremse kann beispielsweise erkannt werden, wenn der Fahrer
die Feststellbremse innerhalb einer vorgegebenen Zeit mit einer
bestimmten Häufigkeit
betätigt.
Die Bedingungen für den
Zustand „Missbrauch" können aber
im Grunde beliebig festgelegt werden. Dabei kann beispielsweise
auch der Zustand bzw. die Funktionsfähigkeit des Betriebsbrems-Systems
berücksichtigt
werden. Hohe Fahrgeschwindigkeiten und eine normale Funktionsfähigkeit
der Betriebsbremse legen z. B. einen Missbrauch nahe. Wenn dagegen
ein Fehler im Betriebsbrems-System vorliegt, ist ein Missbrauch der
Feststellbremse eher unwahrscheinlich.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Impulsgeber einen Elektromagneten und
einen vom Elektromagneten betätigten Schalter,
der einen den Elektromagneten speisenden Stromkreis öffnet und
schließt.
Diese Anordnung wird in der Literatur auch als „Wagnerscher Hammer" bezeichnet.
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Eine
alternative Ausführungsform
eines mechanischen Impulsgebers kann beispielsweise auch einen Motor
mit einer Unwucht umfassen. Auf der Welle des Elektromotors kann
beispielsweise ein Nockenelement vorgesehen sein, das bei einer
Drehung ein korrespondierendes Element antreibt. Aus der Literatur
sind darüber
hinaus viele andere Impulsgeber bekannt, die gleichermaßen eingesetzt
werden könnten.
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Der
mechanische Impulsgeber ist vorzugsweise mit einem Steuergerät oder einer
anderen Elektronik verbunden und wird von dieser angesteuert, wenn
eine vorgegebene Auslösebedingung
vorliegt und das Bedienelement der Feststellbremse vom Fahrer betätigt wird.
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Die
Auslösebedingung
kann beispielsweise eine bestimmte Fahrbahneigenschaft, z. B. „Glatteis", eine Veränderung
der Fahrbahnoberfläche, wenn
z. B. der Reibwert der Fahrbahn plötzlich sinkt, oder das Erkennen
eines hohen Radschlupfes, der eine vorgegebene Schwelle übersteigt.
Die Auslösebedingung
kann im Prinzip frei gewählt
werden. Zum Erkennen einer bestimmten Fahrsituation ist eine geeignete
Sensorik, wie z. B. Radschlupf-Sensoren, ein Gierratensensor oder
eine Umfeldsensorik vorgesehen.
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Der
Impulsgeber kann z. B. auch angesteuert werden, wenn ein Fehler,
wie z.B. ein mechanischer oder elektrischer Fehler im automatischen Parkbremssystem
erkannt wird. Um solche Fehler zu erkennen, ist eine geeignete Sensorik
zu Diagnosezwecken vorzusehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines automatischen Feststellbremssystems;
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2a den
zeitlichen Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit;
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2b den
zeitlichen Verlauf des Reibwerts der Fahrbahn;
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2c den
zeitlichen Verlauf einer Taster-Betätigung;
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2d ein
Impulsgeber-Signal bei intakter Feststellbremse; und
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2e ein
Impulsgeber-Signal bei einem Fehler im Feststellbrems-System;
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3 einen
mechanischen Impulsgeber gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung; und
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4a,4b einen
mechanischen Impulsgeber gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
eine Blockdarstellung einer hydraulischen Bremsanlage mit einer
automatischen Feststellbremse 1-13, die mit einem
zusätzlichen
Impulsgeber 11 ausgestattet ist. Die Bremsanlage umfasst
in bekannter Weise ein Fuß-Bremspedal 5,
das mit einem Hauptbremszylinder und einem Bremskraftverstärker (zusammengefasst
in Block 7) zusammen wirkt. Der vom Fahrer erzeugte und
verstärkte
Bremsdruck wird über
eine Hydraulikeinheit 2 (Hydroaggregat), die z. B. zur
Durchführung
einer Bremsregelung ausgelegt sein kann, und Bremsleitungen 10 zu
den Radbremsen 3,8 geleitet. Die Radbremsen 3, 8 sind
hier als Scheibenbremsen realisiert und umfassen jeweils einen Bremssattel 3 und eine
Bremsscheibe 8.
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Das
Feststellbremssystem umfasst ein Bedienelement 6 (Taster)
zum Aktivieren bzw. Deaktivieren der Feststellbremse, ein mit dem
Taster 6 verbundenes Steuergerät 1, in dem ein Feststellbrems-Algorithmus 12 hinterlegt
ist, das Hydroaggregat 2, die Radbremsen 3, 8,
an denen jeweils ein Feststellbrems-Aktuator 4 angeordnet ist,
der hier als Elektromotor realisiert ist, und den Impulsgeber 11.
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Um
das Fahrzeug im geparkten Zustand zu sichern, betätigt der
Fahrer kurz den Taster 6. Das Steuergerät 1 erkennt diesen
Feststellbremswunsch und steuert daraufhin die an den Bremssätteln 3 befindlichen
Elektromotoren 4 an, um Bremskraft aufzubauen und die Bremsbacken
zu verriegeln. Wenn sich die Elektromotoren 4 in der verriegelten
Stellung befinden, werden die Bremskolben daran gehindert, zurück in die
Ausgangsposition zu gelangen, so dass die Bremsen weiterhin zugespannt
bleiben.
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Die
einzelnen Komponenten der Bremsanlage werden von einer Batterie 9 mit
elektrischer Energie versorgt. Der Verriegelungsvorgang wird von
einem Software-Algorithmus 12 gesteuert,
der im Steuergerät 1 hinterlegt
ist.
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Das
hier dargestellte Feststellbremssystem hat außerdem eine Notbremsfunktion,
mit der das Fahrzeug aus der Fahrt heraus abgebremst werden kann.
Wenn der Fahrer den Taster 6 während der Fahrt betätigt, wird
dies vom Steuergerät 1 als Bremswunsch
interpretiert. Das Steuergerät 1 steuert
daraufhin die Aktuatoren 4 derart an, dass das Fahrzeug
mit einer vorgegebenen Verzögerung
abgebremst wird. Die Verzögerung
des Fahrzeugs kann auf einen vorgegebenen Sollwert geregelt werden.
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Wenn
das Fahrzeug während
einer solchen Notbremsung in einen kritischen Fahrzustand gerät, weil
das Fahrzeug z. B. stark über-
bzw. untersteuert bzw. einzelne Räder der Hinterachse einen erhöhten Längs- und/oder
Seitenschlupf aufweisen, wird dies vom Algorithmus 12 erkannt
und ein Steuersignal für den
Impulsgenerator 11 erzeugt. Der Impulsgenerator 11 wird
dann über
eine Steuerleitung 14 vom Steuergerät aktiviert und erzeugt dadurch
mechanische Impulse, wie z.B. Vibrationen, die auf den Taster 6 der
Feststellbremse übertragen
werden. Der Fahrer erhält
dadurch eine Rückmeldung
des Systems, dass sich das Fahrzeug in einer kritischen Fahrsituation
befindet. Der Fahrer kann somit sein Fahrverhalten entsprechend
an die Situation anpassen.
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Als
Bedingung für
das Aktivieren des Impulsgenerators 11 kann im Grunde jede
beliebige Bedingung definiert werden. Der Impulsgenerator 11 wird jedoch
vorzugsweise aktiv, wenn ein Fahrzeugregler, wie z.B. ein ABS-Regler,
in den Fahrbetrieb eingreift oder der Radschlupf eines Rades eine
vorgegebene Schwelle überschreitet.
Der Impulsgeber 11 wird vorzugsweise auch aktiviert, wenn
ein Fehler, wie z.B. ein mechanischer oder elektrischer Fehler,
im Betriebsbrems-System diagnostiziert wurde oder die Feststellbremse
missbräuchlich
betätigt
wird.
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Die 2a-2e zeigen
typische Signalverläufe
verschiedener Größen während eines Bremsvorgangs,
der durch Betätigung
des Tasters 6 eingeleitet wurde. Dabei zeigt 2a den
Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit, 2b den
Verlauf des Reibwerts der Fahrbahn und 2c die
Betätigung des
Tasters 6 der Feststellbremse.
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Die
Bremsung beginnt in einer Situation, in der sich das Fahrzeug mit
einer vorgegebenen konstanten Geschwindigkeit auf hohem Reibwert μ bewegt.
Der Fahrer betätigt
zum Zeitpunkt t0 den Taster 6 der
Feststellbremse (siehe 2c) und hält diesen bis zum Zeitpunkt
t2 dauerhaft gedrückt. Nach Betätigen des
Tasters zum Zeitpunkt t0 wird das Fahrzeug zunächst mit
einer vorgegebenen hohen Verzögerung
abgebremst (die Fahrzeuggeschwindigkeit in 2a, nimmt
schnell ab).
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Zum
Zeitpunkt t1 sinkt der Reibwert μ der Fahrbahnoberfläche auf
einen niedrigeren Wert, der nicht mehr ausreichend hoch ist, um
das Fahrzeug mit der vorgegebenen Sollverzögerung zu bremsen. Zum Zeitpunkt
t1 greift daher ein ABS-Regler in den Fahrbetrieb
ein. In Reaktion darauf erzeugt das Steuergerät 1 ein Steuersignal
für den
Impulsgeber 11, der dadurch aktiviert wird.
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2d zeigt
das Oszillieren des Impulsgebers 11 ab dem Zeitpunkt t1. Diese Vibration wird auf den Taster 6 übertragen
und gibt dem Fahrer daher eine Rückmeldung
darüber,
dass sich das Fahrzeug in einem kritischen Fahrzustand befindet.
Die geringere Verzögerung
des Fahrzeugs ist in 2a zu erkennen. Der Impulsgeber 11 wird
wieder deaktiviert, wenn der Fahrer den Taster 6 zum Zeitpunkt
t2 loslässt.
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2e zeigt
das Vibrationssignal des Impulsgebers 11 bei Vorliegen
eines mechanischen oder elektrischen Fehlers im Betriebs- oder Feststellbrems-System,
wie z.B. einer Schaltkreisunterbrechung an einem der Elektromotoren 4.
Um solche Fehler zu erkennen kann z.B. das Steuergerät 1 einen
entsprechenden Diagnosealgorithmus umfassen, der das Feststellbrems-System überwacht. Wenn
ein Fehler erkannt wurde und der Fahrer durch Betätigung des
Tasters 6 eine Bremsung einleitet, wird der Impulsgeber 11 unmittelbar
aktiviert. Dadurch wird der Fahrer darauf hingewiesen, dass ein Fehlerzustand
vorliegt. Zusätzlich
kann der Fahrer z.B. auch mittels einer optischen oder akustischen Anzeigeeinrichtung
gewarnt werden.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines mechanischen Impulsgebers 11,
der in diesem Ausführungsbeispiel
als so genannter „Wagnersche Hammer" realisiert ist.
Der Impulsgeber 11 umfasst im Wesentlichen einen Elektromagneten,
bestehend aus einem Eisenkern 15 und einer Spule 16,
der mit einem metallischen Element 17 zusammenwirkt. Das Metallelement 17 ist
auf einem Schwingarm 21 befestigt und wird bei Stromfluss
vom Elektromagneten 15, 16 angezogen. Der Impulsgeber
umfasst außerdem
einen Anschlag 20, der gleichzeitig einen elektrischen
Kontakt bildet. Die Schwingung wird von einer Feder 18 gedämpft, die
am Schwingarm 21 befestigt ist.
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Der
Impulsgeber wird von einer Batterie 23 mit Energie versorgt
und kann mittels eines Schalters 22 ein- bzw. ausgeschaltet
werden. Im aktivierten Zustand wird das Metallelement 17 vom
Elektromagneten 15, 16 angezogen, wodurch sich
der Schwingarm 21 vom Anschlag 20 weg bewegt.
Wenn der Stromkreis unterbrochen ist, schwingt der Schwingarm 21 zunächst noch
etwas weiter in Richtung des Eisenkerns 15 und dann zurück in Richtung
des Anschlags 20, wodurch der Stromkreis kurzfristig wieder
geschlossen wird. Dadurch entsteht eine Vibration, die z. B. auf
den Taster 6 übertragen
werden kann.
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4a und 4b zeigen
eine alternative Ausführungsform
eines Impulsgebers 11 mit einem Elektromotor 24,
an dessen Welle 25 eine Nockenscheibe 26 montiert
ist. Bei Rotation der Nockenscheibe 26 überträgt sich die Unwucht über eine
Gehäuseanbindung 27 z.
B. auf den Taster 6, so dass eine Vibration für den Fahrer
spürbar
ist.