DE102010029225A1

DE102010029225A1 - Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem und Verfahren zum Betreiben des Bremssystems

Info

Publication number: DE102010029225A1
Application number: DE102010029225A
Authority: DE
Inventors: Faouzi Attallah; Karsten Klein; Ulrich Auerswald
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2010-12-30
Anticipated expiration: 2030-05-22
Also published as: DE102010029225B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bremssystem, insbesondere ein Feststellbremssystem 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Feststellbremse 1 mit einem Aktuator 5, wobei der Aktuator 5 durch einen drehrichtungsumkehrbar betreibbaren Gleichstrommotor 28 angetrieben wird, der über ein selbsthemmendes Getriebe 24 mindestens einen Reibbelag 2, 3 an einen Reibpartner 4 anlegt oder entfernt, und wobei beim Zuspannen und/oder Lösen der Feststellbremse 1 eine Bewertung, insbesondere auf Grundlage einer Messung oder Ermittlung wenigstens einer an dem Gleichstrommotor 28 anliegenden elektrischen Größe vorgenommen wird.
Um insbesondere frühzeitig Gegenmaßnahmen einleiten zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, nach einem Einschalten des Gleichstrommotors 28 einen elektrischen Einschaltimpuls K in Hinblick auf dessen Amplitude und/oder Amplitudekurve (Istwert) mit einem oder mehreren Amplitudensollwerten und/oder einer Sollkurve (Sollwert) zu vergleichen, und dass eine Sonderregelung erfolgt, wenn eine Wesentliche Abweichung zwischen Istwert und Sollwert gegeben ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bremssystem mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine elektrisch betätigbare Bremse, insbesondere Feststellbremse ist beispielsweise aus der DE 102 61 969 A1 bekannt. Diese weist einen Elektromotor auf, der durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) anzusteuern ist. Die Fahrzeugbremse hat einen Bremskolben, der auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben den Reibbelag gegen ein mit dem Rad des Kraftfahrzeugs drehfest verbindbares Drehglied der Fahrzeugbremse anlegt. Der Bremskolben ist mittels eines auf den Bremskolben wirkenden Elements einer von dem Elektromotor angetriebenen Getriebeeinheit betätigbar. Der Bremskolben kann derart verschoben werden, dass die Reibbeläge gerade an dem als Bremsscheibe ausgestalteten Drehglied anliegen. Aus der Anzahl der Motorschritte bis in diese Stellung kann nach einem Vergleich mit einem Re ferenzwert der Verschleiß der Bremsbeläge ermittelt werden. Wenn ein kritischer Verschleiß der Bremsbeläge erreicht ist, wird der Fahrzeugführer gewarnt. Zudem fließt der gemessene Verschleiß der Bremsbeläge in den Verschiebeweg des auf den Bremskolben wirkenden Elements in die Ruhestellung ein.
Bei elektromechanischer Feststellbremsbetätigung, insbesondere jedoch ganz prinzipiell bei elektromechanischen brake-by-wire-Bremssystemen, besteht die Problematik, dass ein direkter hydraulischer Durchgriff unter Nutzung einer Fahrerenergie nicht immer gegeben ist. Unabhängig von einem Verschleiß der Reibbeläge sind daher Zustände denkbar, in denen die Feststellbremsfunktion nicht oder nicht vollständig verfügbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbesserung von elektromechanisch betätigbaren Bremssystemen, insbesondere von elektromechanischen Feststellbremssystemen zu ermöglichen. Insbesondere besteht die Aufgabe, die Funktionstüchtigkeit des Feststellbremssystems schnell sowie mit einfachen Mitteln gewissermaßen prädiktiv festzustellen.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale vom Patentanspruch 1 gelöst. Demnach wird wenigstens eine elektrische Größe als Eingangsgröße für ein Diagnoseverfahren zwecks Beurteilung einer elektrischen Versorgungsqualität des Gleichstrommotors (28) herangezogen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass unmittelbar nach Einschalten des Gleichstrommotors 28 ein elektrischer Einschaltimpuls (K) in Hinblick auf dessen tatsächli che Amplitude und/oder Amplitudenkurve (Istwert/Istkurve) mit einem oder mehreren Amplitudensollwerten und/oder einer Sollkurve (Sollwert/Normkurve) verglichen wird, und dass eine Sonderregelung der Feststellbremse 1 erfolgt, wenn eine Wesentliche Abweichung zwischen Istwert und Sollwert gegeben ist. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die maßgeblichen Werte ohne zusätzliche Sensorik unmittelbar in einer Steuereinheit ermittelbar sind, und dass diese Werte in der Steuereinheit verarbeitbar sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die beschriebene Aussage sehr frühzeitig vorliegt, so dass gewissermaßen vorausschauend beurteilt werden kann, ob beispielsweise die benötigte Spannkraft erzielbar ist, oder nicht. Falls die derart durchgeführte Vorausschau ergibt, dass die benötigte Spannkraft auf Grundlage der ermittelten elektrischen Umgebungsbedingungen nicht oder sehr unwahrscheinlich erreichbar ist, können mit Hilfe einer Sonderregelung geeignete Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise wird ein anderer Aktuator – insbesondere ein elektrohydraulisches Motor-Pumpen-Aggregat gestartet. Unabhängig davon oder zusätzlich ist es denkbar, eine Gewichtung aller elektrischen Verbrauche im Kraftfahrzeug vorzunehmen, wobei sicherheitskritische Verbraucher bevorzugt mit elektrischer Energie versorgt werden, während im Wesentlichen komfortorientierte Verbraucher lediglich nachrangig mit Strom versorgt, heruntergeregelt oder abgeschaltet werden können.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen im Zusammenhang mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt:
Es zeigen schematisch:
1 teilweise skizzenhaft ein Bremssystem umfassend Komponenten der Feststellbremse,
2 schematisches Diagramm zur Verdeutlichung der Ableitung des Motorstroms I nach der Zeit t (di/dt) über der Zeit t beim Zuspannen
3 Diagramm zur Verdeutlichung des Motorstromverlaufs I über der Zeit t beim Zuspannen,
4 Diagramm zur Verdeutlichung der Motorspannung U über der Zeit t beim Zuspannen,
5 Diagramm zur Verdeutlichung der elektrischen Motorleistung P über der Zeit t beim Zuspannen, und
6 Diagramm zur Verdeutlichung unterschiedlicher Kennlinienverläufe der elektrischen Motorleistung P über der Zeit t beim Zuspannen auf Grundlage von jeweils unterschiedlich hoch dimensionierter (Bordnetz-)Versorgungsspannung.
Das in 1 im Überblick gezeigte Feststellbremssystem 1 für ein Kraftfahrzeug weist zumindest für jedes Rad einer Achse einen Aktuator 5 auf, der über eine oder mehrere elektrische Leitungen 7, 16 jeweils mit einer Steuereinheit 10 verbunden ist. 1 zeigt ferner eine elektrische Verbindung der Steuereinheit 10 über eine (ggf. mehrfach redundant ausgebildete) elektrische Leitung 12 zum Betätigungsschalter 14 der Feststellbremse, mit dem das Zuspannen oder Lösen der Feststellbremse durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs initiiert werden kann. Die Steuereinheit 10 weist eine elektrische Spannungsversorgung 15 auf. Weiterhin kön nen die Aktuatoren 5 über zusätzliche Leitungen mit der Steuereinheit 10 verbunden sein, welche beispielsweise dazu dient, die von einem Temperatursensor am jeweiligen Aktuator 5 herrschende Temperatur, insbesondere die Motortemperatur, an die Steuereinheit 10 zu übermitteln.
Insbesondere zur Umgehung einer direkten Positionsmessung im Bereich der hochtemperaturbeaufschlagten Reibbeläge 2, 3 dient eine modellhafte, mittelbare Positionserkennung. Durch theoretische Betrachtungen ausgehend von der Erkenntnis, dass am Anlegepunkt zwischen den Reibpartnern (Reibbelag 2, 3, Bremsscheibe oder Bremstrommel 4) die Ableitung der Zuspannkraft nach dem Zuspannweg größer als Null wird, ergibt sich gemäß 2 als beispielhaftes Kriterium für die Bestimmung eines Anlegepunkts der Zusammenhang: didt > 0
Wie aus der 2 weiterhin zu erkennen ist, geht dem oben beschriebenen Nulldurchgang des Stromgradienten in der Stromkurve jedoch ein Einschaltimpuls K voraus, der eine entsprechend charakterischen Kurvenverlauf aufweist, der damit einhergeht, dass der Aktuator 5 vom Ruhezustand in den Bewegungszustand überführt werden muss (primär Träheits- und Reibungseinflüsse, Losbrechmomente).
Es ist ein Verdienst der vorliegenden Erfindung erkannt zu haben, dass der oben beschriebene Einschaltimpuls K eine wichtige Grundlage bildet, um eine prädiktive Aussage über die elektrische Versorgungsqualtiät von dem Gleichstrommo tor 28 zu treffen. Dabei beruht die Erfindung zusätzlich auf dem Grundgedanken, dass die Belastbarkeit beispielsweise einer Spannungsversorgung 15, wie insbesondere einer Fahrzeugbatterie, nur zuverlässig ermittelbar ist, wenn eine konkrete elektrische Last – vorliegend der Anlaufstrom des Gleichstrommotors 28 – aufgeprägt ist. Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit in der prädiktiven Aussage über die elektrische Versorgungsqualität erzielt.
Die Erfindung beruht weiterhin auf dem Grundgedanken einer umfassenden, gewissermaßen prädiktiven Auswertung eines Einschaltimpulses K in Hinblick auf maximale Amplitude Kmax, minimaler Amplitude Kmin, dem Amplitudenverhältnis Kmax/Kmin und/oder dem konkreten Kennlinienverlauf. Mit anderen Worten wird beispielsweise eine überhöhte Amplituden ins Verhältnis zu einer minimalen Amplitude gesetzt. Auf dieser Grundlage soll eine sehr frühzeitige Aussage darüber gewonnen werden, ob beispielsweise die gewünschte oder gesetzlich vorgeschriebene Zuspannkraft für die Feststellbremsfunktion auf Grundlage der herrschenden elektrischen Versorgung erreicht werden kann oder nicht. Bei einer negativen Beurteilung wird folglich sehr frühzeitig, nämlich unmittelbar nach Einschaltung des Gleichstrommotors 28, dazu Gelegenheit geschaffen, eine alternative Vorgehensweise zu beschreiten. Beispielsweise ist es denkbar, ein Sonderregelverfahren zu starten, um beispielsweise eine gesonderten Aktuator wie insbesondere ein elektro-hydraulisches Motor-Pumpen-Aggregat MPA zu aktivieren.
Es versteht sich dass als elektrische Kenngröße bei der Überwachung des Startimpulses K sowohl der am elektrischen Gleichstrommotor 28 anliegende elektrische Strom I (3) und dessen Kurvenverlauf über der Zeit t, die elektrische Spannung U und deren Kurvenverlauf über der Zeit t und/oder die elektrische Leistung P und deren Kurvenverlauf über der Zeit t gewählt werden kann.
Die Beurteilung und Bewertung wird vorzugsweise innerhalb der Steuereinheit 10 anhand von abgespeicherten Sollwerten, Sollkennlinien oder ähnlichem mehr durchgeführt, welche jeweils in der Steuereinheit 10 abgelegt sind.
Anhand von 6 sind die Auswirkungen einer, im Niveau unterschiedlich dimensioniert ausgebildeten, elektrischen Spannungsversorgung 15 des Gleichstrommotors 28 dargestellt. Erfindungsgemäß ist es durch die Auswertung eines Einschaltimpulses K der gewählten elektrischen Kenngröße möglich, ein voraussichtliches Spannkraftdefizit sehr frühzeitig vorherzusehen, und insbesondere durch eine Sonderregelung sinnvolle Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Gegenmaßnahmen können beispielsweise darin bestehen, einen anderen Aktuator, insbesondere das MPA assistierend hinzuzuziehen/zu aktivieren oder ausschließlich für die weitere Parkbremsfunktion zu betreiben. Alternativ oder begleitend ist ein Energiesparmodus denkbar, indem es frühzeitig ermöglicht wird, durch eine Prioritätenbildung und Bewertung vorzugsweise sämtlicher elektrischer Verbraucher im Fahrzeug beispielsweise eine Leistungsreduzierung oder Abschaltung von den verzichtbaren, komfortbetonten, elektrischen Verbrauchern vorzusehen, und für eine vorrangige Versorgung der unverzichtbaren, sicherheitsbetonten elektrischen Verbraucher zu sorgen. Demzufolge ist es beispielsweise denkbar, eine elektrische Versorgung von einer Scheibenheizung, von einer Sitzheizung, vom Infotainmentsystem oder von ähnlichen Systemen zumindest temporär nachrangig zu behandeln, intelligent zu drosseln, oder zu unterbrechen.
Eine andere temporäre Gegenmaßnahme kann darin bestehen, einen gesonderten Energiespeicher eines elektrischen Fahrzeugantriebssystems für die Versorgung von dem elektromechanischen Bremssystem heranzuziehen. Zu diesem Zweck kann zwischen dem gesonderten Energiespeicher und dem elektromechanischen Bremssystem eine elektrisch oder elektronisch schaltbare Verbindung mit einem elektrischen Schalter vorgesehen sein, der durch die elektronische Steuereinheit 10 elektrisch betätigbar ausgebildet ist. Zur weiteren Adaption kann ein Spannungswandler oder Spannungsregler vorgesehen sein, um beispielsweise eine erhöhte Spannung in dem gesonderten Energiespeicher auf eine Spannung herabzusetzen, welche von dem Aktuator 5 verwertet werden kann.
Es versteht sich, dass der elektrische Strom I vorzugsweise als Kenngröße betrachtet wird, wobei es ohne weiteres denkbar ist, die elektrische Spannung U und/oder die elektrische Leistung P für die Auswertung heranzuziehen, ohne die Erfindung zu verlassen.
Es versteht sich weiterhin, dass sich die Erfindung sowohl auf Trommelbremsausführungen oder Scheibenbremsausführungen sowie insbesondere auf hydraulisch und elektromechanisch betätigbare, kombinierte Bremssättel beziehen kann. Ganz grundsätzlich ist die Erfindung jedoch für das Energiema nagment bei jeder elektromechanisch betätigbaren Fahrzeugbremse geeignet.

1: Feststellbremssystem
2, 3: Reibbelag
4: Reibpartner (Bremsscheibe/Bremstrommel)
5: Aktuator
7: elektrische Leitung
10: Steuereinheit
12: elektrische Leitung
13: Hydraulikleitung
14: Betätigungsschalter
15: Spannungsversorgung
16: elektrische Leitung
23: Bremssattel
24: Getriebe
28: Gleichstrommotor
MPA: Motor Pumpen Aggregat
K: Einschaltimpuls
I: Strom
U: Spannung
P: Leistung
T: Zeit

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 10261969 A1 [0002]

Claims

Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, mit einem Aktuator (5), wobei der Aktuator (5) durch einen drehrichtungsumkehrbar betreibbaren Gleichstrommotor (28) angetrieben wird, der insbesondere über ein selbsthemmendes Getriebe (24) des Aktuators (5) mindestens einen Reibbelag (2, 3) zum Zuspannen oder Lösen an einen Reibpartner (4) anlegt, oder entfernt, wobei eine Steuereinheit (10) für die Steuerung oder Regelung der Bewegung des Gleichstrommotors (28) vorgesehen ist, und wobei beim Zuspannen und/oder Lösen des Aktuators (5) eine Bewertung, insbesondere auf Grundlage einer Messung oder Ermittlung wenigstens einer, an dem Gleichstrommotor (28) anliegenden elektrischen Größe, vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine elektrische Größe als Eingangsgröße für ein Diagnoseverfahren zwecks Beurteilung einer elektrischen Versorgungsqualität des Gleichstrommotors (28) herangezogen wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach Einschalten des Gleichstrommotors (28) ein elektrischer Einschaltimpuls (K) in Hinblick auf dessen tatsächliche Amplitude und/oder Amplitudenkurve (Istwert/Istkurve) mit einem oder mehreren Amplitudensollwerten und/oder einer Sollkurve (Sollwert/Normkurve) verglichen wird, und dass eine Sonderregelung erfolgt, wenn eine Wesentliche Abweichung zwischen Istwert und Sollwert gegeben ist.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Vergleich eine ansteigende und/oder eine abfallende Flanke der Amplitude oder Amplitudenkurve vom elektrischen Einschaltimpuls (K) herangezogen wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine, am Gleichstrommotor (28) anliegende, elektrische Spannung (U) als elektrische Größe herangezogen wird, und dass die Sonderregelung erfolgt, wenn eine Mindestspannung unterschritten wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Gleichstrommotor (28) anliegender elektrischer Strom (I) als elektrische Größe herangezogen wird, und dass die Sonderregelung erfolgt, wenn ein Mindeststrom unterschritten wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem Gleichstrommotor (28) aufgenommene elektrische Leis tung (P) als elektrisch Größe herangezogen wird, und dass die Sonderregelung erfolgt, wenn eine Mindestleistung unterschritten wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Amplitudenverhältnis zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert der betrachten elektrischen Größe als dimensionslose Kenngröße herangezogen wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonderregelung zusätzlich zu dem Aktuator (5) oder ausschließlich einen gesonderten Aktuator zur Betätigung des Bremssystems aktiviert.
Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremssystems nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrohydraulisches Motor-Pumpenaggregat (MPA) als gesonderter Aktuator für das elektromechanische Bremssystem vorgesehen ist.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2 oder Anspruch 8–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonderregelung einen Energiesparmodus derart aufweist, dass elektrische Verbraucher bewertet werden, und dass verzichtbare, nicht sicherheitskritische Verbraucher im Energiesparmodus abgeschaltet oder mit verringerter elektrischer Leistung reduziert betrieben werden.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach wenigstens einem der Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass der gesonderte Aktuator, wie insbesondere das Motor-Pumpenaggregat (MPA), während der Sonderregelung als unverzichtbarer elektrischer Verbraucher bewertet wird, und dass der gesonderte Aktuator mit Vorrang elektrisch versorgt wird.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonderregelung wenigstens eine schaltbare elektrische Verbindung zu einem zusätzlichen elektrischen Energiespeicher vorsieht.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche elektrische Energiespeicher einem elektrischen Fahrzeugantriebssystem zugeordnet ist.
Elektromechanisches Bremssystem, insbesondere Feststellbremssystem (1), und Betriebsverfahren dazu, nach einem der Ansprüche 12–13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zusätzlichen elektrischen Energiespeicher und dem elektromechanischen Bremssystem zumindest ein, durch die Steuereinheit (10) elektrisch betätigbarer Schalter und ein Spannungsregler angeordnet ist.