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Die Erfindung betrifft eine elektrische Parkbremse für Kraftfahrzeuge und bezieht sich im Besonderen auf eine Steuerung der elektrischen Parkbremse unter Berücksichtigung der Funktionsfähigkeit des mechanischen Kraftübertragungssystems zwischen Antriebseinheit und Bremsenmechanik der elektrischen Parkbremse.
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Parkbremsen dienen dazu ein unkontrolliertes Rollen eines abgestellten Kraftfahrzeugs zu unterbinden, wenn die Betriebsbremse des Fahrzeugs nicht aktiviert ist. Bei einigen Fahrzeugen kann die elektrische Parkbremse in bestimmten Situationen automatisch festgestellt werden, beispielsweise beim Abstellen der Zündung. Die elektrische Parkbremse ist typischerweise als Feststellbremse ausgeführt, die über ein mechanisches Kraftübertragungssystem mit einer elektrisch bzw. elektronisch steuerbaren Antriebseinheit verbunden ist.
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Ein Steuerungsverfahren zum Lösen einer Parkbremse ist in
WO 2006/003 042 A1 beschrieben.
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Das mechanische Kraftübertragungssystem wird häufig von einem Seilzug wie z. B. einem Bowdenzug gebildet. Aber auch Gestänge eignen sich zur Kraftübertragung. Die zum automatischen Feststellen und Lösen der Parkbremse verwendete Antriebseinheit umfasst zumeist eine Motor-Getriebeeinheit, die über eine der Parkbremse zugeordnete elektronische Parkbremsensteuerung betrieben wird. Zum Anziehen wie auch zum Lösen der Parkbremse wird der Motor der Antriebseinheit in Drehung versetzt. Die Motordrehung wird über das Getriebe auf das mechanische Kraftübertragungssystem übertragen, das je nach Drehrichtung des Motors ein Anziehen oder Lösen der Bremsenmechanik bewirkt.
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Wird zur Kraftübertragung beispielsweise ein Seilzug verwendet, so zieht die Antriebseinheit beim Feststellen der elektrischen Parkbremse das Seil des Seilzugs entlang dessen Verlaufsrichtung des Seils wirkende Zuspannkraft der Bremsenmechanik zu sich hin. Beim Lösen der Parkbremse wird das Seil mit Unterstützung der entlang seiner Verlaufsrichtung wirkenden Zuspannkraft der Bremsenmechanik von der Antriebseinheit weggezogen.
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Die Bremsenmechanik der elektrischen Parkbremse umfasst zumindest einen Reibbelag, der zum Erzielen einer Bremswirkung gegen einen Bremskörper, beispielsweise eine Bremstrommel oder eine Bremsscheibe, gedrückt wird. Die Bremswirkung der Bremsenmechanik bestimmt sich durch die Position des Reibbelags relativ zum Bremskörper und die Normalkraft mit der der Reibbelag auf eine Oberfläche des Bremskörpers drückt. Letztere wird als Zuspannkraft bezeichnet. Der Weg, den der Reibbelag von seiner Grundstellung im gelösten Zustand der Parkbremse bis zum Erreichen einer bestimmten Zuspannkraft zurücklegt, wird Zuspannweg oder Zustellweg genannt. Bei ordnungsgemäßen Betrieb einer mit einem Seilzug als mechanischem Kraftübertragungssystem ausgestatten elektrischen Parkbremse erfolgt das Feststellen in zwei Schritten: zunächst wird der Reibbelag mittels der Antriebseinheit solange an den Bremskörper herangefahren, bis die Ausgabekraft der Antriebseinheit einen bestimmten Grenzwert erreicht hat; im Anschluss daran wird das Seil des Seilzugs noch um einen bestimmten Weg weiter zur Antriebseinheit hingezogen.
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Bei einer Unterbrechung der Kraftübertragung zwischen Bremsenmechanik und Antriebseinheit wirkt die Zuspannkraft nicht über das mechanische Kraftübertragungssystem auf die Antriebseinheit zurück. In diesem Fall bleibt die Ausgabekraft der Antriebseinheit stets unterhalb des oben angegebenen Grenzwerts, so dass die Antriebseinheit nach einer gewissen Zeit in einen ihrer Endanschläge verfahren und dabei möglicherweise beschädigt wird.
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Um dies zu verhindern und um im Fahrzeug eine eventuelle Unterbrechung in der Kraftübertragung zwischen Bremsenmechanik und Antriebseinheit anzeigen zu können, wird in der Antriebseinheit üblicherweise ein Wegsensor zur Bestimmung des in das mechanische Kraftübertragungssystem eingeleiteten Ausgabewegs eingesetzt. Sobald der mit dem Wegsensor bestimmte Ausgabeweg einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird die Antriebseinheit der elektrischen Parkbremse abgeschaltet und die Parkbremsenfehlfunktion im Fahrzeug angezeigt.
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Da die Antriebseinheit ein bestimmtes Trägheitsmoment aufweist, läuft sie nach dem Abschalten noch etwas nach, wodurch sich der Ausgabeweg vergrößert. Bei intaktem mechanischen Kraftübertragungssystem wirkt die Zuspannkraft der Bremsenmechanik dem Trägheitsmoment der Antriebseinheit entgegen und bremst so deren Nachlauf ab. Bei einer Unterbrechung der mechanischen Kraftübertragung wird der Nachlauf nicht gebremst, wodurch die Verlängerung des Ausgabewegs im Nachlauf deutlich höher ausfällt. Der eine Störung charakterisierende Schwellwert für den Ausgabeweg muss daher hinreichend gering gewählt werden, um eine Beschädigung der Antriebseinheit durch Verfahren in einen Endschlag sicher auszuschließen. Dadurch wird der nutzbare Arbeitswegs der elektrischen Parkbremse jedoch merklich eingeschränkt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung der Antriebseinheit einer elektrischen Parkbremse anzugeben, die ein sicheres Abschalten der Antriebseinheit im Falle einer Unterbrechung der Kraftübertragung zur Bremsenmechanik der elektrischen Parkbremse bei gleichzeitig großem Arbeitsweg der Parkbremse ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung gelöst.
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Die Erfindung umfasst eine Steuerung für eine, eine Antriebseinheit aufweisende elektrische Parkbremse, wobei die Steuerung ausgebildet ist, Messsignale eines zur Messung des Ausgabewegs der Antriebseinheit geeigneten Wegsensors zu empfangen, Messsignale eines zur Messung der Ausgabekraft der Antriebseinheit geeigneten Kraftsensors zu empfangen, den Ausgabeweg der Antriebseinheit aus den Messsignalen des Wegsensors zu bestimmen, die von der Antriebseinheit aufgebrachte Ausgabekraft aus den Messsignalen des Kraftsensors zu bestimmen, und den Antrieb der Antriebseinheit anzuhalten, wenn der aus den Messsignalen des Wegsensors bestimmte Ausgabeweg der Antriebseinheit einen bestimmten Grenzwert erreicht oder überschritten hat. Die Steuerung ist dabei dazu ausgebildet, den Grenzwert des Ausgabewegs abhängig von der aus den Messsignalen des Kraftsensors bestimmten Ausgabekraft zu ermitteln.
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In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell eine nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen bezeichnen, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließen.
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Die Erfindung umfasst ferner eine elektrische Parkbremse mit einer Antriebseinheit, einer Bremsenmechanik, einem die Antriebseinheit mit der Bremsenmechanik verbindenden mechanischen Kraftübertragungssystem, einem zum Messen des Ausgabewegs der Antriebseinheit ausgebildeten Wegsensor, einem zum Messen der Ausgabekraft der Antriebseinheit ausgebildeten Kraftsensor und einer wie oben angegebenen Steuerung.
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Die Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zum Anhalten des Antriebs einer wie zuvor bezeichneten elektrischen Parkbremse mit Schritten zum Bestimmen des Ausgabewegs der den Antrieb umfassenden Antriebseinheit aus den Messsignalen des Wegsensors, zum Bestimmen der Ausgabekraft der Antriebseinheit aus den Messsignalen des Kraftsensors, zum Berechnen eines Grenzwerts für den Ausgabeweg in Abhängigkeit der aus den Messsignalen des Kraftsensors bestimmten Ausgabekraft, zum Vergleichen des aus den Messsignalen des Wegsensors bestimmten Ausgabewegs der Antriebseinheit mit dem berechneten Grenzwert für den Ausgabeweg, und zum Anhalten des Antriebs der Antriebseinheit, wenn der aus den Messsignalen des Wegsensors bestimmten Ausgabeweg größer oder gleich dem berechneten Grenzwert für den Ausgabeweg ist.
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Die Erfindung ermöglicht ein sicheres Anhalten des Antriebs einer elektrischen Parkbremse im Falle einer Unterbrechung der mechanischen Kraftübertragung von der Antriebseinheit zur Bremsenmechanik der Parkbremse ohne den Arbeitsweg der elektrischen Parkbremse einzuschränken.
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Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.
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Eine vorteilhaft unkomplizierte Steuerung zum Anhalten des Antriebs der Antriebseinheit wird erreicht, indem der Grenzwert des Ausgabewegs bis zu einer bestimmten Ausgabekraft der Antriebseinheit von einem konstanten ersten Wert gebildet wird und bei einer über diese bestimmte Ausgabekraft hinausgehenden Ausgabekraft der Antriebseinheit von einem konstanten zweiten Wert gebildet wird, der höher als der erste Wert ist.
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Eine vorzugsweise fließende Anpassung der Grenzwertsteuerung wird erreicht, indem der Grenzwert des Ausgabewegs als Summe eines konstanten ersten Werts und eines funktional mit der aus den Messsignalen des Kraftsensors bestimmten Ausgabekraft verknüpften zweiten Werts ermittelt wird. Zur einfachen Berechnung des Grenzwerts stellt der zweite Wert zweckmäßig eine linear mit der Ausgabekraft verknüpfte Funktion dar.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denen
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1 eine elektrische Parkbremse mit einer ausgabekraftabhängigen Steuerung der Ausgabewegbegrenzung der Antriebssteuerung zeigt, und
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Ausgabewegbegrenzungsverfahren zeigt, das von der Steuerung einer wie in 1 gezeigten Parkbremse ausgeführt wird.
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Die in der 1 schematisch dargestellte elektrische Parkbremse 1 weist eine elektronische Steuerung 2 auf, die die Antriebseinheit 3 der Parkbremse 1 ansteuert. In der Regel umfasst die Antriebseinheit 3 einen als Elektromotor ausgebildeten Antrieb und ein Getriebe, das mit dem Motor zu einer Einheit zusammengefügt ist. Zum Übersetzen der Drehbewegung des Motors in eine lineare Zugbewegung ist das Getriebe üblicherweise als Spindeltrieb ausgebildet. Andere Getriebe, wie beispielsweise eine an der Motorachse befestigte Rolle, können ebenfalls verwendet werden. Zur Übertragung der Zugbewegung auf die Bremsenmechanik 5 der Parkbremse 1 und dient das die Antriebseinheit 3 mit der Bremsenmechanik verbindende mechanische Kraftübertragungssystem 4.
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Die über das mechanische Kraftübertragungssystem 4 übertragene Zugbewegung kann mithilfe des Wegsensors 6 und des Kraftsensors 7 bestimmt werden. Der Wegsensor wandelt eine mit dem Ausgabeweg der Antriebseinheit verknüpfte Größe in ein Messsignal um, der Kraftsensor wandelt eine mit der Ausgabekraft der Antriebseinheit verknüpfte Größe in ein Messsignal um. Als Ausgabeweg und Ausgabekraft werden hierbei der Weg bzw. die Kraft verstanden, die von der Antriebseinheit auf das mechanische Kraftübertragungssystem übertragen werden. Ausgabeweg und Ausgabekraft charakterisieren somit die Zugbewegung am Übergang von der Antriebseinheit zum mechanischen Kraftübertragungssystem. Die Sensoren müssen nicht unmittelbar am Übergang zum mechanischen Kraftübertragungssystem angeordnet sein. Je nach Ausführungsform der Sensoren können diese all jenen Stellen der Antriebseinheit zugeordnet sein, an denen sich eine mit der Zugbewegung funktional verbundene Größe messen lässt. Diese in weiten Bereichen beliebige Zuordnung ist in der 1 durch die gestrichelten Linien 14 und 15 veranschaulicht.
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Als Wegsensor 6 kann beispielsweise ein an der Drehachse des Motors befestigter Magnet verwendet werden, der sich bei einer Rotation des Motors der Antriebseinheit an Hallsensoren vorbeibewegt und so ein die Umdrehung des Motors charakterisierendes Messsignal erzeugt. Da die Drehbewegung des Motors über das Getriebe in eine dazu proportionale Änderung des Ausgabewegs übersetzt wird, sind die Messsignale eines solchen Wegsensors zur Bestimmung des Ausgabewegs geeignet. Die Messung der Ausgabekraft kann entweder direkt mithilfe eines spezialisierten Kraftsensors 7 erfolgen, oder indirekt, z. B. über eine mit Dehnungsmessstreifen erfasste Längenänderung eines unter der Zugkraftwirkung elastisch verformbaren Bauteils der Antriebseinheit.
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Die Messsignale des Wegsensors 6 und des Kraftsensors 7 werden über die Signalleitungen 12 und 13 an die Steuerung 2 geleitet. Die Signalleitungen können als einfache elektrische Verbindungen oder als Datenbus ausgebildet sein.
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Die Messsignale der Sensoren 6 und 7 werden in der Steuerung ausgewertet und für die Steuerung der Antriebseinheit 3 verwendet. Die Steuerung der Antriebseinheit 3 erfolgt mithilfe von Motorsteuerungssignalen, die von der Steuerung 2 über die Signalleitung 11 an den Motor der Antriebseinheit 3 übertragen werden. Die Steuerung 2 ist üblicherweise zur digitalen Verarbeitung der Messsignale der Sensoren 6 und 7 sowie zum digitalen Erzeugen der Motorsteuerungssignale ausgebildet. Die Steuerung 2 weist hierzu eine Datenverarbeitungseinrichtung auf, die die Sensorsignale über eine Eingangsschnittstelle empfängt und die Motorsteuersignale über eine Ausgangsschnittstelle an die Antriebseinheit 3 ausgibt. Die Motorsteuerungssignale können dabei als Digitalsignale ausgebildet sein, die innerhalb der Antriebseinheit in die zum Betrieb des Motors erforderlichen elektrischen Betriebsgrößen umgesetzt werden. Die Steuerung 2 kann aber bereits eine Leistungsstufe enthalten, die die zur Ansteuerung des Motors erforderlichen elektrischen Betriebsgrößen selbst erzeugt.
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Um die Antriebseinheit bei einer Unterbrechung der Kraftübertragung von der Antriebseinheit 3 zur Bremsenmechanik 5 vor Erreichen eines Endanschlags sicher anzuhalten, ohne den Arbeitsweg der elektrischen Parkbremse einzuschränken, überwacht die Steuereinrichtung während eines Zustellens der Parkbremse, d. h. während des Verfahrens der Parkbremse in die Feststellposition, den jeweils aktuellen Ausgabeweg und die jeweils aktuelle Ausgabekraft.
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Die Überprüfung des Ausgabewegs erfolgt anhand der vom Wegsensor erhaltenen Messsignale. Beispielsweise kann mit einem wie oben beschriebene Wegsensor die Anzahl der Umdrehungen und eventuell der Drehwinkel des Antriebsmotor gemessen werden. Da diese in direkter Relation zum Ausgabeweg der Antriebseinheit stehen, kann die Steuerung 2 somit aus diesen Messsignalen den Ausgabeweg der Antriebseinheit bestimmen. Unter Bestimmen des Ausgabewegs ist hierbei nicht eine genaue Längenbestimmung des Ausgabewegs zu verstehen, sondern die Ableitung einer den tatsächlichen Ausgabeweg widergebenden Größe aus den Messsignalen des Wegsensors. Die Überprüfung der Ausgabekraft erfolgt in analoger Weise so, dass eine die tatsächliche Ausgabekraft der Antriebseinheit widergebende Größe aus den Messsignalen des Kraftsensors bestimmt wird.
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Falls die Ausgabekraft auch mit zunehmendem Ausgabeweg sehr gering bleibt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Kraftübertragung zur Bremsenmechanik gestört bzw. unterbrochen ist. In diesem Fall wird die Antriebseinheit nach Abstellen deren Antriebsmotors nicht oder nur geringfügig gebremst, da das mechanische Kraftübertragungssystem keine oder kaum eine Gegenkraft aufbringt. Um zu Verhindern, dass die Antriebseinheit nach Abschalten des Motors in einen Endanschlag fährt, muss das Abschalten des Motors daher bereits frühzeitig nach Erreichen eines relativ kurzen Ausgabewegs erfolgen.
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Bei einer intakten Kraftübertragung und intakter Bremsenmechanik nimmt die Ausgabekraft mit zunehmendem Ausgabeweg deutlich zu. In diesem Fall wirkt die Zuspannung der Parkbremse über das mechanische Kraftübertragungssystem auf die Antriebseinheit zurück, wodurch die Antriebseinheit nach Abschalten des Antriebsmotor gebremst wird und entsprechend nur kurz nachläuft. Die Verlängerung des Ausgabewegs durch das Nachlaufen der Antriebseinheit ist in diesem Fall daher wesentlich geringer als bei unterbrochener Kraftübertragung, so dass die Ausgabewegbegrenzung, bei der der Motor angehalten werden muss, wesentlich größer sein kann als bei einer Unterbrechung der Kraftübertragung.
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In einer ersten Ausführungsform ist die Steuerung 2 daher dazu ausgebildet, den Antrieb der Antriebseinheit bei Erreichen eines ersten Grenzwerts für den Ausgabeweg abzustellen, wenn die aktuelle Ausgabekraft der Antriebseinheit bei Erreichen eines den ersten Grenzwert wiedergebenden Ausgabewegs kleiner oder gleich einer bestimmten Ausgabekraft ist. Ist die Ausgabekraft bei Erreichen des ersten Grenzwerts jedoch größer als diese bestimmte Ausgabekraft, so stellt die Steuerung 2 den Antrieb erst bei Erreichen eines, einem zweiten Grenzwert entsprechenden Ausgabewegs ab, der größer als der durch den ersten Grenzwert festgelegte Ausgabeweg ist. Die beiden Grenzwerte sind konstante Werte.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung 2 zum Ermitteln eines dynamischen Grenzwerts für die Begrenzung des Ausgabewegs ausgebildet. Da das Nachlaufen der Antriebseinheit mit zunehmender Antriebskraft stärker gebremst wird, kann der Grenzwert des Ausgabewegs, ab dem der Antrieb der Antriebseinheit abgestellt wird, mit zunehmender Ausgabekraft größer werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Grenzwert durch Addieren eines konstanten Terms und eines mit der Ausgabekraft zunehmenden Terms gebildet. Damit ist sichergestellt, dass auch bei einer sich zunächst nicht aufbauenden Ausgabekraft, beispielsweise bei einem sehr großem Luftspiel der Bremsenmechanik, zumindest eine durch den konstanten Term bestimmte minimale Zuspannung der Parkbremse erfolgt. Erst wenn sich nach Erreichen des durch den konstanten Term bestimmten Ausgabewegs noch keine Zuspannkraft an der Bremse und damit auch keine Ausgabekraft an der Antriebseinheit 3 aufgebaut hat, wird, da in diesem Fall eine Unterbrechung der Kraftübertragung zur Bremsenmechanik 5 angenommen werden muss, der Antrieb der Antriebseinheit abgestellt.
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Hat sich aber vor Erreichen des durch den konstanten Term bestimmten Ausgabewegs eine Ausgabekraft aufgebaut, so verlängert sich nun der Grenzwert des Ausgabewegs um einen über den funktionalen Zusammenhang des zweiten Terms zur Ausgabekraft bestimmten Wert. Im einfachsten Fall stellt der zweite Term eine zur Ausgabekraft lineare Funktion dar. Die Proportionalitätskonstante ist dabei an die zu erreichende Zuspannkraft der Bremsenmechanik 5 und die Elastizitäten des mechanischen Kraftübertragungssystems angepasst. Bei Seilzügen nimmt die Dehnung des Seils nichtlinear mit der Zugspannung des Seils zu. Bei Verwendung eines Seilzugs für die Kraftübertragung von der Antriebseinheit 3 zur Bremsenmechanik 5 kann daher ein an die Dehnungscharakteristik des Seilzugs angepasster funktionaler Zusammenhang des zweiten Terms zur Ausgabekraft verwendet werden.
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Im Flussdiagramm der 2 sind die wesentlichen Verfahrensschritte dargestellt, die von der oben erläuterten Steuerung 2 ausgeführt werden, um den Antrieb der Antriebseinheit 3 bei Erreichen oder Überschreiten eines von der Ausgabekraft der Antriebseinheit 3 abhängigen Grenzwerts für den Ausgabeweg abzustellen.
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Das Verfahren wird in Schritt S0 mit dem Beginn des Verfahrens der elektrischen Parkbremse 1 in die Feststellposition eingeleitet. Im nachfolgenden Schritt S1 empfängt die Steuerung 2 die Messsignale des Wegsensors 6 und des Kraftsensors 7. Aus diesen Messwerten bestimmt die Steuerung 2 in Schritt S2 den aktuellen Ausgabeweg und in Schritt S3 die aktuelle Ausgabekraft der Antriebseinheit 3. Schritt S2 und Schritt S3 können auch in umgekehrter Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden. Aus dem in Schritt S3 bestimmten aktuellen Wert der Ausgabekraft berechnet die Steuerung 2 in Schritt S4 einen Grenzwert für den Ausgabeweg. Die Berechnung erfolgt wie oben angegeben entweder so, dass der Grenzwert bei einer Ausgabekraft unterhalb eines bestimmten Kraftwerts kleiner ist, als bei einer Ausgabekraft, die größer oder gleich diesem Kraftwert ist, oder so, dass ein bestimmter Mindestwert für den Ausgabeweg mit zunehmender Ausgabekraft verlängert wird. In Schritt S5 vergleicht die Steuerung 2 den aktuellen Ausgabeweg mit dem in Schritt S4 berechneten Grenzwert. Ist der aktuelle Ausgabeweg kleiner als der Grenzwert, so wird das Verfahren in Schritt S2 fortgeführt, andernfalls hält die Steuerung 2 den Antrieb der Antriebseinheit 3 in Schritt S6 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Parkbremse
- 2
- elektronische Steuerung
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- mechanisches Kraftübertragungssystem
- 5
- Bremsenmechanik
- 6
- Wegsensors
- 7
- Kraftsensor
- 11
- Signalleitung Steuerung/Motor
- 12
- Signalleitung Wegsensor/Steuerung
- 13
- Signalleitung Kraftsensor/Steuerung
- 14
- Wirkverbindung Wegsensor/Antriebseinheit
- 15
- Wirkverbindung Kraftsensor/Antriebseinheit
- S0–S6
- Verfahrensschritte
