DE102007045378A1

DE102007045378A1 - Fahrzeugbremssystem

Info

Publication number: DE102007045378A1
Application number: DE102007045378A
Authority: DE
Inventors: Bastian Dr. Ing. Witte
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-09-22
Filing date: 2007-09-22
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-23
Also published as: DE102007045378B4

Abstract

Ein Fahrzeugbremssystem umfasst einen elektromechanischen Bremskraftverstärker, Mittel zur Fahrzeugstillstandserkennung und eine Steuereinrichtung zu Ansteuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers. Die Steuereinrichtung ist derart konfiguriert, dass bei Erkennung eines Fahrzeugstillstands der maximale Aussteuerdruck des elektromechanischen Bremskraftverstärkers über ein maximales Motormoment Mmax bzw. einen maximalen Motorstrom imax auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist als der maximal zulässige Aussteuerdruck bei fahrendem Fahrzeug. Die Begrenzung des Aussteuerdrucks führt dazu, dass der Fahrer das Bremspedal bei stehendem Fahrzeug weniger stark durchtreten kann, so dass sich für diesen das Gefühl eines kurzen Pedalwegs einstellt. Bei einer schnellen Betätigung des Bremspedals kann die Begrenzung des maximalen Motormoments Mmax bzw. des maximalen Motorstroms imax zurückgenommen werden, um eine hohe Dynamik zu gewährleisten und ein träges Pedalgefühl zu vermeiden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeugbremssystem mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker.
Elektromechanische Bremskraftverstärker sind beispielsweise aus der DE 103 27 553 A1 , der DE 103 38 046 A1 , der DE 10 2004 050 103 A1 und der DE 10 2005 024 577 A1 bekannt. Im Unterschied zu herkömmlichen Unterdruck-Bremskraftverstärkern wird bei elektromechanischen Bremskraftverstärkern eine Unterstützungskraft über einen Elektromotor bereitgestellt.
Bei Unterdruck-Bremskraftverstärkern ist der Aussteuerdruck durch die maximale Druckdifferenz in den Luftkammer konstruktiv vorgegeben. Eine darüber hinausgehende Erhöhung der Unterstützungskraft ist nicht möglich. Dem Aussteuerdruck entspricht ein zugehöriger Pedalweg bzw. Stellungswinkel am Bremspedal.
Mit elektromechanischen Bremskraftverstärkern lassen sich üblicherweise größere Unterstützungskräfte darstellen, so dass der Aussteuerdruck zu höheren Bremsdrücken hin verschoben ist. Mit höherem Bremsdrücken kann der Fahrer bei gleichartiger Konfiguration der Bremsanlage das Bremspedal insgesamt weiter durchtreten, als bei einem Unterdruck-Bremskraftverstärker.
Bei der Auslegung von Fahrzeugbremssystemen wird das Pedalgefühl zunächst bei stehendem Fahrzeug bewertet. Insbesondere Fahrzeugbremssysteme mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker weisen in einem solchen Fall einen verhältnismäßig langen Pedalweg auf, was bisweilen als unangenehm empfunden oder als unsicher fehlinterpretiert wird. Dem könnte durch konstruktive Maßnahmen auf Seiten der Bremsanlage begegnet werden, was jedoch mit einem verhältnismäßig hohen Aufwand verbunden wäre. So ließen sich beispielsweise durch eine bestmögliche Entlüftung der Bremsanlage Systemelastizitäten vermindern und dadurch die Pedalwege verkürzen. Derartigen Maßnahmen sind jedoch technische Grenzen gesetzt.
Wie oben ausgeführt, wird der längere Pedalweg bei einer quasi-stationären Betätigung des Bremspedals durch den höheren Aussteuerdruck des elektromechanischen Bremskraftverstärkers verursacht, da der Fahrer das Bremspedal mit moderaten Kräften erheblich weiter durchtreten kann, als bei einem herkömmlichen Unterdruck-Bremskraftverstärker. Dass mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker hiermit gleichzeitig ein höherer Bremsdruck aufgebaut wird, ist für den Fahrer bei stehendem Fahrzeug mangels Fahrzeugreaktion nicht zu erkennen. Würde das Bremspedal in gleicher Weise bei fahrendem Fahrzeug betätigt werden, würde sich dies durch die damit ausgelöste Verzögerung des Fahrzeugs schlagartig bemerkbar machen, so dass der Fahrer das Bremspedal instinktiv nicht so stark und weit betätigen würde.
Zur Verbesserung des Pedalgefühls bei stehendem Fahrzeug wird daher ein Fahrzeugbremssystem gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Dieses umfasst einen elektromechanischen Bremskraftverstärker mit einem Elektromotor, Mittel zur Fahrzeugstillstandserkennung und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Elektromotors. Dabei ist die Steuereinrichtung derart konfiguriert, dass bei Erkennung eines Fahrzeugstillstands der Aussteuerdruck des elektromechanischen Bremskraftverstärkers auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der Aussteuerdruck bei fahrendem Fahrzeug.
Die Begrenzung des Aussteuerdrucks führt dazu, dass der Fahrer das Bremspedal bei stehendem Fahrzeug weniger stark durchtreten kann, so dass sich für diesen das Gefühl eines kurzen Pedalwegs einstellt. Selbstverständlich ist der Aussteuerdruck ausreichend hoch gewählt, dass das stehende Fahrzeug in jeder Situation sicher gehalten werden kann.
Die Begrenzung des Aussteuerdrucks erfolgt lediglich bei Erkennen eines Fahrzeugstillstands. Ein entsprechendes Signal ist auf dem Datenbus eines mit einem elektronischen Stabilitätsprogramm ausgestatteten Kraftfahrzeugs in der Regel vorhanden. Es kann beispielsweise aus den Drehzahlen der Fahrzeugräder gewonnen werden. Die Aktivierung der Begrenzung lediglich im Stillstand stellt sicher, dass bei fahrendem Fahrzeug stets der maximale Bremsdruck einstellbar ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Begrenzung des Aussteuerdrucks durch eine Begrenzung des maximalen Moments des Elektromotors erzielt werden, indem der maximale Motorstrom des Elektromotors auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom bei fahrendem Fahrzeug.
Wird das Bremspedal bei stehendem Fahrzeug sehr schnell niedergetreten, muss über den Elektromotor kurzfristig jedoch ein größeres Moment bereitgestellt werden, damit der Bremskraftverstärker der Bewegung folgen kann, um zu vermeiden, dass sich das Bremspedal träge anfühlt.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung ist daher vorgesehen, den maximalen Motorstrom des Elektromotors lediglich zu größeren Motorwinkeln, Bremsdrücken und/oder Bremspedalwegen hin auf ein Niveau zu begrenzen, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom bei fahrendem Fahrzeug, bei kleineren Motorwinkeln, Bremsdrücken und/oder Bremspedalwegen hingegen anfänglich keine Begrenzung unter das Niveau bei fahrendem Fahrzeug vorzugeben. Hierdurch wird bei einer schnellen Betätigung des Bremspedals im Fahrzeugstillstand eine hohe Dynamik gewährleistet, zu großen Bremsdrücken hin jedoch rechtzeitig ein so großer Widerstand aufgebaut, dass sich das Gefühl eines kurzen Pedalwegs einstellt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Motorstrombegrenzung lediglich in Richtung einer Erhöhung des Bremsdrucks wirksam, in entgegengesetzter Richtung hingegen unwirksam ist. Hierdurch wird bei Bremskraftverstärkern im Fahrzeugstillstand das gleiche Rückstellverhalten des Bremspedals erzielt, wie bei fahrendem Fahrzeug.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugbremssystems mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine weiteres Fahrzeugbremssystem mit einem abgewandelten elektromechanischen Bremskraftverstärker,
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Begrenzung des Aussteuerdrucks bei stehendem Fahrzeug, und in
4 ein Beispiel für eine Kennlinie des maximalen Motorsmoments in Abhängigkeit des Motorwinkels oder Pedalwegs sowie den zugehörigen Verlauf des Bremsdrucks.
Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt ein Fahrzeugbremssystem mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker 1 im Einbauzustand zwischen einem Bremspedal 2 und einem Hauptbremszylinder 3. Der elektromechanische Bremskraftverstärker 1 weist eine durchgängige Kolbenstange 4 zur direkten Verbindung des Bremspedals 2 mit einem Primärkolben 5 des Hauptbremszylinders 3 auf. Weiterhin weist der elektromechanische Bremskraftverstärker 1 einen Elektromotor 6 mit einem Stator 7 und einem Rotor 8 auf, die jeweils in der Art einer Hülse konzentrisch um die Kolbenstange 4 angeordnet sind, so dass sich ein geringer Außendurchmesser ergibt. Zur Übertragung der Antriebskraft des Motors auf die Kolbenstange dient ein Kugelgewindetrieb. Dieser umfasst eine drehfest gelagerte, jedoch axial bewegbare Spindelschraube 9, die über den Rotor 8 des Motors 6 angetrieben ist. Bei einer Aktivierung des Motors 6 zur Bremskraftverstärkung läuft die Spindelschraube 9 gegen einen Mitnehmer 10 an. Im Verstärkerbetrieb drückt die Spindelschraube 9 auf den an der Kolbenstange 4 vorgesehenen Mitnehmer 10 und damit die Kolbenstange 4 und das Bremspedal 2 in Richtung des Hauptbremszylinders 3. Dazu wird die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft z. B. mit einem Kraftsensor 11 an der Kolbenstange 4 gemessen. In Abhängigkeit der erfassten Kraft werden die Spulen des Stators 7 des Elektromotors 6 bestromt, wodurch der Rotor 8 in Drehung versetzt wird. Über die mit dem Rotor 8 fest verbundene oder auch einstückig ausgebildete Außenhülse 12 und die Kugeln 13 des Kugelgewindetriebs bewegt sich die Spindelschraube 9 in einer Translationsbewegung in Richtung auf den Hauptbremszylinder 3 zu. Die Spindelschraube 9 ist dazu rotationsfest, jedoch translationsfrei gegenüber dem Aufbau gelagert. Sobald die Spindelschraube 9 den innerhalb der Außenhülse 12 auf der Kolbenstange 4 angeordneten Mitnehmer 10 berührt, drückt sie diesen zusammen mit der Fußkraft der Kolbenstange 4 in Richtung des Primärzylinders 5. Ein Schwimmkolben 14 überträgt in bekannter Weise den Druck vom Primärkreis in den Sekundärkreis des Bremssystems. An die zugehörigen Ausgänge 15 und 16 des Hauptbremszylinders 3 ist eine an sich bekannte ESP-Hydraulikeinheit 17 angeschlossen. Die ESP-Hydraulikeinheit 17 umfasst einen Drucksensor 18, mit dem der an ihrem Einlass anliegende Vordruck erfasst wird.
Anstelle einer ESP-Hydraulikeinheit 17 kann auch eine ABS-Hydraulikeinheit zum Einsatz kommen, die ohne den Drucksensor 18 auskommt.
Weiterhin umfasst das Fahrzeugbremssystem ein Steuergerät 19 zur Ansteuerung des Elektromotors 6, an das unter anderem ein Signal des Pedalkraftsensors 11 oder ein entsprechendes Pedalwegsignal, ein Motorwinkelsignal φ und/oder der Vordruck der ESP-Hydraulikeinheit 17 übermittelt werden.
In Abwandlung von 1 können der Mitnehmer 10 und die Spindelschraube 9 zu einer starren Einheit 9' zusammengefasst sein, wie dies in 2 für einen alternativen Bremskraftverstärker 1' dargestellt ist. Dieser entspricht im Übrigen dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass für gleichartige Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Überdies kann zur Einkopplung der Motorkraft anstelle des Kugelgewindetriebs auch ein anderes Rot-Trans-Getriebe zum Einsatz kommen, wie beispielsweise eine Kombination aus einem Ritzel und einer Zahnstange.
Ferner sind in 1 und 2 nicht näher dargestellte Mittel zur Fahrzeugstilistandserkennung vorgesehen. Eine entsprechende Information steht am Fahrzeug über einen Datenbus zur Verfügung und kann über ein ESP oder Antiblockiersystem bezogen werden und/oder beispielsweise durch Auswertung von Raddrehzahlsensoren bereitgestellt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, bei Erkennung eines Fahrzeugstillstands den maximalen Aussteuerdruck des elektromechanischen Bremskraftverstärkers auf ein Niveau zu begrenzen, das kleiner ist, als der Aussteuerdruck bei fahrendem Fahrzeug. Hierdurch kann der Fahrer das Bremspedal bei stehendem Fahrzeug und einer quasi-stationären Betätigung nicht so weit durchtreten, wie bei fahrendem Fahrzeug, wodurch sich der Pedalweg verkürzt.
Zur Begrenzung des Aussteuerdrucks bei stehendem Fahrzeug ist die Steuereinrichtung 19 wie in 3 dargestellt konfiguriert. Bei einer Bremspedalbetätigung wird aus dem Signal des Pedalkraftsensors 11 ein Sollmoment M_soll ermittelt, das über den Elektromotor 6 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 1 zugestellt werden soll. Hierzu wird ein entsprechender Motorstrom i eingestellt. Liegt gleichzeitig ein Fahrzeugstillstandsignal an, erfolgt eine Begrenzung des maximalen Motormoments M_max über den Motorstrom i. Dazu wird der maximale Motorstrom i_max des Elektromotors 6 zu größeren Motorwinkeln bzw. Bremsdrücken bzw. Bremspedalwegen hin auf ein Niveau begrenzt, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom i_max bei fahrendem Fahrzeug.
4 zeigt den Kennlinienverlauf des maximalen Motorsmoments M_max in Abhängigkeit des Motorwinkels φ. Mit zunehmendem Motorwinkel φ steigt der Bremsdruck p an. Gleichzeitig nimmt der Bremspedalweg in Richtung der Fahrzeugspritzwand zu. Man könnte daher ebenso gut das maximale Motormoment M_max bzw. einen korrespondierenden Motorstrom i_max über den Bremsdruck p oder den Bremspedalweg vorgegeben.
Wie 4 zeigt, ist zu großen Motorwinkeln φ hin das maximale Motormoment M_max bei stehendem Fahrzeug gegenüber einem fahrenden Fahrzeug reduziert. Prinzipiell ist es möglich, das Niveau bei stehendem Fahrzeug über den gesamten Motorwinkelbereich abzusenken. Zur Vermeidung eines trägen Pedalgefühls bei einer schnellen Bremspedalbetätigung im Fahrzeugstillstand wird die Begrenzung des maximalen Motorsmoments M_max auf große Motorwinkel φ beschränkt. Bei kleinen Motorwinkeln φ erfolgt anfänglich keine Begrenzung unter das Niveau bei fahrendem Fahrzeug oder lediglich eine weniger starke Beschränkung als bei großen Motorwinkeln φ.
Die in 4 dargestellte Begrenzung ist lediglich in Richtung bei einer Erhöhung des Bremsdrucks wirksam. Bei einer Absenkung des Bremsdrucks oder Rückstellung des Bremspedals ist die Begrenzung hingegen unwirksam.

1, 1': elektromechanischer Bremskraftverstärker
2: Bremspedal
3: Hauptbremszylinder
4: Kolbenstange
5: Primärkolben
6: Motor
7: Stator
8: Rotor
9, 9': Spindelmutter
10: Mitnehmer
11: Kraftsensor
12: Außenhülse
13: Kugel
14: Sekundärkolben
15: Ausgang des ersten Bremskreises
16: Ausgang des zweiten Bremskreises
17: ESP-Hydraulikeinheit
18: Vordrucksensor
19: Steuereinrichtung
F: Pedalkraft
i: Motorstrom
M: Motormoment
M_max: maximales Motormoment
M_soll: Sollmoment
p: Bremsdruck Motorwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10327553 A1 [0002]
- DE 10338046 A1 [0002]
- DE 102004050103 A1 [0002]
- DE 102005024577 A1 [0002]

Claims

Fahrzeugbremssystem, umfassend: – einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (1; 1'), – Mittel zur Fahrzeugstillstanderkennung, und – eine Steuereinrichtung (19) zur Ansteuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (1), die derart konfiguriert ist, dass bei Erkennung eines Fahrzeugstillstands der maximale Aussteuerdruck des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (1) auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der maximal zulässige Aussteuerdruck bei fahrendem Fahrzeug.
Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussteuerdruck bei stehendem Fahrzeug begrenzt wird, indem der maximale Motorstrom (i_max) eines Elektromotors (6) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers (1) auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom bei fahrendem Fahrzeug.
Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Motorstrom (i_max) des Elektromotors (6) zu größeren Motorwinkeln (φ), Bremsdrücken und/oder Bremspedalwegen hin auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom bei fahrendem Fahrzeug.
Fahrzeugbremssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Motorstrom (i_max) lediglich bei großen Motorwinkeln (φ), Bremsdrücken und/oder Bremspedalwinkeln auf ein Niveau begrenzt wird, das kleiner ist, als der maximal zulässige Motorstrom bei fahrendem Fahrzeug.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Motorstrom (i_max) in Abhängigkeit des Bremsdrucks bzw. einer korrespondierenden Größe wie dem Motorwinkel (φ) und/oder dem Bremspedalwinkel vorgegeben ist.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei kleinen Motorwinkeln (φ), Bremsdrücken und/oder Bremspedalwinkeln anfänglich keine Begrenzung unter das Niveau bei fahrendem Fahrzeug vorgesehen wird.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Motorstrom (i_max) als Kennlinie vorgegeben ist.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorstrombegrenzung lediglich in Richtung einer Erhöhung des Bremsdrucks wirksam ist, in entgegengesetzter Richtung hingegen unwirksam ist.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeugstillstand durch Auswertung von Raddrehzahlsensorsignalen erkannt wird.
Fahrzeugbremssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrzeugstillstandssignal aus einem elektronischen Stabilitätsprogramm oder Antiblockiersystem bezogen wird.