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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Betätigung eines Feststellbremssystems in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2004 006 338 A1 wird ein Feststellbremssystem in einem Fahrzeug beschrieben, das als Bremsaktuator ein hydraulisches Stellglied mit einer Pumpe zur Erzeugung des gewünschten Bremsdrucks umfasst Zur optimalen Ansteuerung ist eine Einrichtung zum Ermitteln der an der Feststellbremse wirkenden Bremskraft vorgesehen, wobei das hydraulische Stellglied von Stellsignalen eines Steuergeräts unter Berücksichtigung der ermittelten Bremskraft angesteuert wird. Auf diese Weise kann eine erforderliche Mindestbremskraft genau eingestellt werden, wodurch die Belastung der beteiligten Komponenten reduziert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ausreichend hohe Feststellbremskraft in einem Feststellbremssystem mit minimierter Bauteilbelastung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine Betätigung eines Feststellbremssystems in einem Fahrzeug, wobei das Feststellbremssystem zum einen einen elektrisch betätigbaren Bremsaktuator und zum anderen einen Hydraulikaktuator aufweist und sowohl über den elektrischen Bremsaktuator als auch über den Hydraulikaktuator jeweils eine Bremskraft zum Festsetzen des Fahrzeugs erzeugt werden kann. Der elektrische Bremsaktuator und der Hydraulikaktuator sind grundsätzlich unabhängig voneinander zur Erzeugung einer mechanischen bzw. hydraulischen Bremskraft ansteuerbar, so dass die jeweiligen Anteile von mechanischer und hydraulischer Bremskraft, die auf den elektrischen bzw. hydraulischen Aktuator zurückgehen, je nach aktueller Situation veränderlich eingestellt werden können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aktuell benötigte Bremskraft bevorzugt bzw. primär über den elektrisch betätigbaren Bremsaktuator eingestellt. Der Hydraulikaktuator wird nur für den Fall ergänzend betätigt, dass die benötigte Bremskraft über die Betätigung des elektrischen Bremsaktuators nicht allein aufgebracht werden kann.
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Zur Durchführung des Verfahrens wird zunächst die aktuell benötigte Bremskraft ermittelt, die von Umgebungsbedingungen abhängt, insbesondere von der Steigung der Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug aktuell befindet. In einem folgenden Schritt wird die aktuell benötigte Bremskraft mit der mechanischen Bremskraft verglichen, welche mit dem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator maximal erzielt werden kann. Sofern dieser Vergleich ergibt, dass die maximal erzielbare mechanische Bremskraft kleiner ist als die aktuell benötigte Bremskraft, so dass allein über eine Betätigung des elektrischen Bremsaktuators die erforderliche Bremskraft nicht bereitgestellt werden kann, wird ergänzend der Hydraulikaktuator betätigt, um die restliche Bremskraft, welcher der Differenz von aktuell benötigter Bremskraft und maximal möglicher mechanischer Bremskraft entspricht, als hydraulische Bremskraft bereitzustellen.
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Diese Vorgehensweise hat verschiedene Vorteile. Da der hydraulische Bremskraftaufbau lediglich unterstützend zur mechanischen Bremskraft erzeugt wird, genügt in einer Vielzahl von Fällen die Ansteuerung allein des elektrischen Bremsaktuators und die über den elektrischen Bremsaktuator bereitzustellende Bremskraft. Die Zuschaltung des hydraulischen Bremsaktuators erfolgt nur in einer geringeren Anzahl von Fällen, in denen die mechanische Bremskraft des elektrischen Bremsaktuators nicht ausreicht. Außerdem muss nur die Differenzbremskraft über den hydraulischen Bremsaktuator erzeugt werden, so dass dieser auch nur einen verhältnismäßig geringen hydraulischen Bremsdruck erzeugen muss.
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Aufgrund der reduzierten Tätigkeit weist der hydraulische Bremsaktuator eine höhere Lebensdauer auf. Des Weiteren ist über eine Betätigung des elektrischen Bremsaktuators ein schnellerer Bremskraftaufbau möglich, außerdem kann die Bremskraft mit höherer Genauigkeit eingestellt werden.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der geringeren Geräuschbelastung bei einer ausschließlichen Betätigung des elektrischen Bremsaktuators im Vergleich zu einer Betätigung des hydraulischen Bremsaktuators, was zu einer höheren Kundenakzeptanz führt.
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Als elektrischer Bremsaktuator kommen alle elektrisch einstellbaren Stellglieder bzw. Aktuatoren in Betracht, insbesondere Elektromotoren, aber auch elektromagnetische Stellglieder sowie sonstige Aktuatoren, die beim Anlegen einer elektrischen Spannung eine mechanische Stellbewegung ausführen, die zum Erzeugen einer Bremskraft herangezogen werden kann.
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Gemäß vorteilhafter Ausführung ist vorgesehen, dass die aktuell erzielbare, mechanische Bremskraft, die über den elektrisch betätigbaren Bremsaktuator einstellbar ist, als Funktion des maximal zur Verfügung stehenden Stroms in der Stromversorgung des elektrischen Bremsaktuators ermittelt wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass Restriktionen sowohl hinsichtlich der maximal zur Verfügung stehenden Spannung als auch hinsichtlich der maximalen Bestromung weiterer Bauteile der Feststellbremse berücksichtigt werden können. Der maximal zur Verfügung stehende Strom berechnet sich hierbei insbesondere zum einen aus dem Verhältnis von Batteriespannung zu Ohmschem Widerstand des elektrischen Bremsaktuators, vorzugsweise einschließlich der Zuleitungen. Zum andern kann ein Komponentenschutz verschiedener Bauteile in dem Feststellbremssystem berücksichtigt werden, der nur eine Bestromung bis zu einem Maximum zulässt, um Schädigungen der jeweiligen Komponente, beispielsweise eines Relais zu vermeiden. Der maximal für die Bestromung des elektrischen Bremsaktuators zur Verfügung stehende Strom berechnet sich aus dem Minimum der beiden vorgenannten Stromwerte. Auf diese Weise kann sowohl der Begrenzung über die maximal zur Verfügung stehende, von der Batterie stammende Spannung als auch dem Komponentenschutz Rechnung getragen werden.
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Der maximal zur Verfügung stehende Strom fließt in die Berechnung der erzielbaren mechanischen Bremskraft des elektrischen Bremsaktuators ein. Über den Vergleich der erzielbaren mechanischen Bremskraft mit der tatsächlich benötigten Bremskraft kann die Entscheidung gefällt werden, ob die Betätigung des elektrischen Bremsaktuators ausreicht oder ob zusätzlich der Hydraulikaktuator betätigt werden muss.
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Es kann zweckmäßig sein, zusätzlich einen unteren Steigungs-Schwellenwert und gegebenenfalls auch einen oberen Steigungs-Schwellenwert für die Fahrbahnsteigung zu berücksichtigen und in Abhängigkeit der Steigungs-Schwellenwerte den elektrischen bzw. zusätzlich den Hydraulikaktuator zu betätigen. Beispielsweise wird für den Fall, dass der tatsächliche Steigungswert unterhalb des unteren Steigungs-Schwellenwertes liegt, ausschließlich der elektrische Bremsaktuator betätigt. Liegt dagegen die tatsächliche Steigung oberhalb des unteren Steigungs-Schwellenwerts, so erfolgt eine Abfrage, ob die erzielbare mechanische Bremskraft kleiner ist als zum Halten des Fahrzeugs bei einem oberen, darüber liegenden Steigungs-Schwellenwert erforderlich. Falls dies zutrifft, wird der Hydraulikaktuator ergänzend betätigt; andernfalls liegt die mechanische Bremskraft auf einem Niveau, das dem Halten des Fahrzeugs bei dem oberen Steigungs-Schwellenwert entspricht, so dass auf die ergänzende Betätigung des Hydraulikaktuators verzichtet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil des Feststellbremssystems ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine Bremseinrichtung in einem Fahrzeug, mit einem Elektromotor zur Beaufschlagung eines Bremskolbens, der zusätzlich mit Hydraulikdruck beaufschlagbar ist,
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2 eine Prinzipdarstellung eines Bremssystems in einem Fahrzeug mit jeweils einer Bremseinrichtung an jedem Rad, wobei die Bremseinrichtungen an den Hinterrädern sowohl elektromotorisch als auch über Hydraulikdruck betätigbar sind,
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3 ein Ablaufschema zur Betätigung eines Feststellbremssystems in einem Fahrzeug,
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4 ein weiteres Ablaufschema zur Betätigung eines Feststellbremssystems in einer Ausführungsvariante.
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1 zeigt eine Radbremseinrichtung 1 mit einem Bremssattel 2, einem Bremskolben 3 sowie einem elektrischen Bremsaktuator 4, der den Bremskolben 3 beaufschlagt und in Richtung auf eine Zange 8 des Bremssattels 2 verstellt. Beim Bremsen drückt die freie Stirnseite 9 mit einer Bremskraft auf eine Bremsscheibe, die von dem Bremssattel 2 übergriffen wird.
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Der Bremskolben 3 wird axial mithilfe eines elektrischen Bremsaktuators 4 verstellt, der insbesondere als Elektromotor ausgeführt ist und über ein zwischengeschaltetes Getriebe eine Spindel 5 antreibt, deren Drehbewegung über ein Übertragungselement 6 in eine axiale Stellbewegung umgesetzt wird, welche den Bremskolben 3 in die Bremsposition verstellt. Das Übertragungselement 6, das mit einem Innengewinde versehen ist und auf dem Außengewinde der Spindel 5 aufsitzt, befindet sich im Innern des hohlzylindrischen Bremskolbens 3 und ist mit dem Bremskolben 3 verbunden.
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Zusätzlich bzw. alternativ zu der Beaufschlagung des Bremskolbens 3 über den elektrischen Bremsaktuator 4 kann der Bremskolben auch über einen hydraulischen Bremsdruck in die Bremsposition beaufschlagt werden, wobei der hydraulische Bremsdruck an der dem elektrischen Bremsaktuator 4 zugewandten Stirnseite 7 des Bremskolbens 3 wirkt.
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In 2 ist ein Bremssystem 10 in einem Fahrzeug mit Radbremseinrichtungen 1 an den Rädern der Hinterachse und Radbremseinrichtungen 11 an den Rädern der Vorderachse dargestellt. Zum Festsetzen des Fahrzeugs im Stillstand kann das Bremssystem 1 als Feststellbremssystem eingesetzt werden. Die Radbremseinrichtungen 1 an der Hinterachse sind wie in 1 beschrieben ausgeführt und weisen jeweils einen als Elektromotor ausgebildeten elektrischen Bremsaktuator 4 auf, der den jeweiligen Bremskolben beaufschlagt. Zusätzlich sind die Radbremseinrichtungen 11 an der Hinterachse über einen Hydraulikaktuator 12, der eine Hydraulikpumpe umfasst, und Hydraulikleitungen 13 und 14 mit hydraulischem Bremsdruck zu beaufschlagen.
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Die Radbremseinrichtungen 11 an der Vorderachse des Fahrzeugs sind jeweils nur über den Hydraulikaktuator 12 sowie Hydraulikleitungen 15 und 16 mit hydraulischem Bremsdruck zu betätigen. Die vorderen Radbremseinrichtungen 11 weisen keinen elektrischen Bremsaktuator auf.
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Zur Ansteuerung der Radbremseinrichtungen 1 und 11 an der Hinter- bzw. Vorderachse des Fahrzeugs ist ein Regel- bzw. Steuergerät 17 vorgesehen, über das der Hydraulikaktuator 12 mit Stellsignalen zum Aufbau eines gewünschten Bremsdrucks angesteuert wird. Das Regel- bzw. Steuergerät 17 kann Bestandteil eines elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) sein.
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Die Radbremseinrichtungen 1 an der Hinterachse des Fahrzeugs sind darüber hinaus über die elektrischen Bremsaktuatoren 4 einzustellen, welche mit Stellsignalen eines weiteren Regel- bzw. Steuergerätes 18 beaufschlagt werden, das zweckmäßigerweise Bestandteil des Feststellbremssystems ist. Die Regel- bzw. Steuergeräte 17 und 18 kommunizieren miteinander, sie können gegebenenfalls auch zu einem gemeinsamen Regel- bzw. Steuergerät zusammengefasst sein.
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Das Feststellbremssystem wird manuell vom Fahrer über einen Schalter 19 betätigt, der ein entsprechendes Stellsignal an das Regel- bzw. Steuergerät 18 zur Betätigung der elektrischen Bremsaktuatoren 4 bzw. an das Regel- bzw. Steuergerät 17 zur Betätigung des hydraulischen Bremsaktuators 12 liefert. Mit dem Einschalten des Feststellbremssystems wird eine Anzeigeeinheit 20 betätigt, die beispielsweise als optische Anzeigeeinheit ausgeführt ist und über die der Fahrer auf die Aktivierung des Feststellbremssystems hingewiesen wird.
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Zur Stromversorgung der elektrischen Bremsaktuatoren 4 in den Radbremseinrichtungen 1 an der Hinterachse ist eine Batterie 21 vorgesehen.
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Wie dem Ablaufdiagramm nach 3 zu entnehmen, wird in einem ersten Verfahrensschritt 30 zunächst festgestellt, ob eine Feststellanforderung vom Fahrer vorliegt. Sofern dies der Fall ist, wird im nächsten Verfahrensschritt 31 zunächst anhand der aktuellen Steigung der Fahrbahn, auf der sich das Fahrzeug befindet, die erforderliche Klemmkraft ermittelt, mit der die Radbremseinrichtungen beaufschlagt werden müssen, damit das Fahrzeug sicher stillsteht.
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Um festzustellen, ob die aktuell erforderliche Bremskraft Fbr,act ausschließlich über den elektrischen Bremsaktuator bereitgestellt werden kann oder ob zusätzlich der Hydraulikaktuator betätigt werden muss, wird zunächst die erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e ermittelt, welche maximal unter den aktuellen Umständen über den elektrisch betätigbaren Bremsaktuator eingestellt werden kann. Hierzu werden im nächsten Verfahrensschritt 32 zunächst Motorparameter des als elektrischer Bremsmotor ausgeführten Bremsaktuators ermittelt, insbesondere die Motorkonstante keng, der Motorwiderstand einschließlich des Widerstands der Zuleitungen Rmot sowie der Leerlaufstrom bzw. das Leerlaufmoment MR0. Diese Parameter werden im Verfahrensschritt 32 ermittelt.
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Im nächsten Verfahrensschritt
33 wird die über den elektrischen Bremsaktuator erzielbare Klemmkraft unter vorliegenden Bedingungen bestimmt. Die erzielbare Bremskraft F
br,e. die über den elektrischen Bremsaktuator eingestellt werden kann, wird aus dem Formelzusammenhang
ermittelt. Hierin bedeuten r
res der resultierende Radius des elektrischen Bremsaktuators, η
mech der mechanische Wirkungsgrad des elektrischen Bremsaktuators, k
eng die Motorkonstante und M
R0 das Leerlaufmoment.
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Die erzielbare mechanische Bremskraft F
br,e wird gemäß des vorgenannten Zusammenhangs aus dem maximal zur Verfügung stehenden Strom I
max ermittelt, der gemäß
aus dem Minimum der maximal zulässigen Strombelastung I
max,dev der Bauteile im Feststellbremssystem sowie dem Verhältnis der Batteriespannung U
bat und Widerstand R
mot des elektrischen Bremsaktuators ermittelt wird, wobei über den Widerstand R
mot zusätzlich der Widerstand der Zuleitungen berücksichtigt werden kann. Über die maximal zulässige Strombelastung I
max,dev wird ein Bauteilschutz der im Feststellbremssystem vorhandenen elektronischen Komponenten erreicht, beispielsweise von Relais, die nur mit einem bestimmten, bauteilspezifischen Maximalstrom beaufschlagt werden dürfen. Um sicherzugehen, dass dieser Maximalstrom nicht überschritten wird, wird der elektrische Bremsaktuator im Feststellbremssystem mit dem in der vorgenannten Weise begrenzten Maximalstrom I
max beaufschlagt.
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Nachdem die erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e in Verfahrensschritt 33 bestimmt worden ist, wird im folgenden Verfahrensschritt 34 abgefragt, ob die erzielbare Klemmkraft Fbr,e für das aktuelle Steigungsniveau der Fahrbahn zum Festsetzen des Fahrzeugs ausreichend ist, was anhand eines Vergleichs der erzielbaren Klemmkraft Fbr,e mit der aktuelle benötigten Bremskraft Fbr,act durchgeführt wird. Sofern die erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e ausreichend ist, wird der Ja-Verzweigung („Y”) folgend zum nächsten Verfahrensschritt 35 fortgefahren, in welchem der elektrische Bremsaktuator zur Einstellung der mechanischen Bremskraft beaufschlagt wird. Eine hydraulische Bremskraftbetätigung unterbleibt in diesem Fall.
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Sofern die Abfrage im Verfahrensschritt 34 ergibt, dass allein über die Betätigung des elektrischen Bremsaktuators keine ausreichend hohe Bremskraft eingestellt werden kann, wird der Nein-Verzweigung („N”) folgend zum Verfahrensschritt 36 fortgefahren, in welchem sowohl der elektrische Bremsaktuator als auch der Hydraulikaktuator angesteuert werden. Dies erfolgt bevorzugt in der Weise, dass die maximal erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e über den elektrischen Bremsaktuator aufgebracht und der hydraulische Bremsdruck ergänzend bis zum Erreichen der aktuell benötigten Bremskraft eingestellt wird.
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In 4 ist eine Ausführungsvariante bei der Ansteuerung des elektrisch betätigbaren Bremsaktuators und des Hydraulikaktuators im Falle des Festsetzens des Fahrzeugs im Stillstand dargestellt. Zunächst wird im Verfahrensschritt 40 bestimmt, ob eine Feststellanforderung durch den Fahrer vorliegt. Sofern dies der Fall ist, wird im nächsten Verfahrensschritt 41 abgefragt, ob die aktuelle Fahrbahnsteigung einen unteren Steigungs-Schwellenwert überschreitet, beispielsweise einen Steigungs-Schwellenwert von 20%. Sofern dies nicht der Fall ist, wird der Nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 42 fortgefahren, in welchem die Feststellbremskraft ausschließlich über den elektrischen Bremsaktuator eingestellt wird, und zwar auf einem festen Bremskraftniveau, der dem unteren Steigungs-Schwellenwert entspricht.
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Sofern die aktuelle Fahrbahnsteigung den unteren Steigungs-Schwellenwert von beispielsweise 20% übersteigt, wird der Ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 43 fortgefahren, in welchem Motorparameter des elektrischen Bremsaktuators ermittelt werden, insbesondere die Motorkonstante, der Motorwiderstand und der Leerlaufstrom sowie daraus abgeleitete Größen. Im Verfahrensschritt 44 wird die unter den aktuellen Bedingungen über die Betätigung des elektrischen Bremsaktuators erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e analog zu der in 3 beschriebenen Vorgehensweise bestimmt. In Verfahrensschritt 45 erfolgt eine weitere Abfrage, ob die erzielbare mechanische Bremskraft Fbr,e ausreichend ist für ein Steigungsniveau, das einem oberen Steigungs-Schwellenwert entspricht, beispielsweise einem Steigungs-Schwellenwert von 30%. Ist dies der Fall, wird der Ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 46 fortgefahren und über den elektrischen Bremsaktuator eine Bremskraft eingestellt, die einem 30%-Kraftniveau entspricht, also ausreichend ist, um das Fahrzeug auf einer Fahrbahn mit 30% Steigung festzusetzen. Eine zusätzliche Betätigung des Hydraulikaktuators kann entfallen.
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Sofern die Abfrage in Verfahrensschritt 45 ergibt, dass die aktuell erzielbare Klemmkraft Fbr,e des elektrischen Bremsaktuators nicht für ein Steigungsniveau von 30% ausreicht, wird der Nein-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 47 fortgefahren, in welchem sowohl der elektrische Bremsaktuator als auch der Hydraulikaktuator angesteuert werden. Über den elektrischen Bremsaktuator wird die maximal erzielbare Bremskraft Fbr,e eingestellt, die Differenz bis zum 30%-Bremskraftniveau wird ergänzend über den Hydraulikaktuator eingestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004006338 A1 [0002]
