DE102011004772A1

DE102011004772A1 - Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft

Info

Publication number: DE102011004772A1
Application number: DE201110004772
Authority: DE
Inventors: Karsten Bieltz; Simon Hauber; Tobias Putzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN102649425B; CN102649425A

Abstract

Bei einem Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft, die zumindest teilweise von einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, wird die vom Aktuator erzeugte mechanische Arbeit ermittelt und der Zuspannvorgang so lange durchgeführt, bis die erzeugte mechanische Arbeit einen Schwellenwert erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Bekannt sind Feststell- bzw. Parkbremsen in Fahrzeugen, die eingesetzt werden, um im Stillstand eine das Fahrzeug festsetzende Klemmkraft zu erzeugen. Die DE 103 61 042 B3 offenbart, eine elektromotorische Feststellbremse mit einem elektrischen Bremsmotor als Aktuator einzusetzen, bei dessen Betätigung ein Bremskolben, der Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe verstellt wird. Hierbei muss sichergestellt sein, dass ein gefordertes Nominalklemmkraftniveau erreicht wird.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen die erforderliche Klemmkraft in einer Feststellbremse eines Fahrzeugs mit ausreichender Genauigkeit einzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine elektromechanische Feststellbremse in einem Fahrzeug mit einem elektromechanischen Aktuator, über den eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist, wobei der Aktuator einen elektrischen Bremsmotor, ein Getriebe und eine Spindel aufweist, die einen Bremskolben axial verstellt, der Träger eines Bremsbelages ist, welcher gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Die Rotationsbewegung des Bremsmotors wird hierdurch in eine axiale Stellbewegung des Bremskolbens übertragen wird,
Zum Einstellen einer geforderten Nominal- bzw. Sollklemmkraft wird die vom elektromechanischen Aktuator während des Zuspannvorganges erzeugte Klemmarbeit, die die mechanische Arbeit darstellt, ermittelt und mit einem zugeordneten Schwellenwert verglichen. Erreicht die Klemmarbeit des Aktuators den Schwellenwert, so hat die tatsächlich erzeugte Klemmkraft das gewünschte Klemmkraftniveau erreicht, so dass der Zuspannvorgang beendet ist; der elektrische Bremsmotor kann abgeschaltet und das erreichte Klemmkraftniveau konserviert werden.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Erreichen des Nominal- bzw. Sollklemmkraftniveaus anhand der vom Bremsmotor aufgenommenen elektrischen Arbeit festgestellt wird. Zur Ermittlung der elektrischen Arbeit werden elektrische Kenngrößen herangezogen, insbesondere der Strom und die Spannung des elektrischen Bremsmotors, welche vorzugsweise direkt oder indirekt sensorisch ermittelt werden und als Messwerte vorliegen. Aus einem an sich bekannten Zusammenhang kann durch Multiplikation von Strom und Spannung und Integralbildung über den betrachteten Zeitraum sowie des Weiteren unter Berücksichtigung eines Gesamtwirkungsgrades die abgesetzte mechanische Arbeit des elektromechanischen Aktuators rechnerisch bestimmt werden. Dies erfolgt während des Zuspannvorganges der Feststellbremse fortlaufend, so dass permanent die Information über die aktuell abgesetzte mechanische Arbeit des Aktuators (MoC) vorliegt und mit dem zugeordneten Schwellenwert verglichen werden kann. Ist der Schwellenwert erreicht, so ist die gewünschte Klemmkraft eingestellt.
Vorteilhaft hierbei ist, dass zum Einstellen der gewünschten Klemmkraft keine Lageinformation über die aktuelle Position des verstellbaren Teils des elektrischen Bremsmotors bzw. des verstellbaren Bremskolbens erforderlich ist. Es kann somit auf zusätzliche Sensoren zur Positionsermittlung des Bremskolbens verzichtet werden. Üblicherweise werden im Stand der Technik Drehzahlsensoren eingesetzt, aus deren Signal auf die aktuelle Bremskolbenposition geschlossen werden kann. Auch bei einer momentenbasierten Einstellung der Klemmkraft wird im Stand der Technik ein Drehzahlsignal benötigt, um die Motorkonstante zu ermitteln, die gemeinsam mit der Stromstärke zur Berechnung des Motormoments gebraucht wird. Bei dem erfindungsgemäßen, energiebasierten Zuspannvorgang wird dagegen das Motormoment zum Einstellen der Klemmkraft nicht zwingend benötigt, so dass auch kein Drehzahlsignal erforderlich ist.
Bei der energiebasierten, erfindungsgemäßen Klemmkraftschätzung wird davon ausgegangen, dass die Bremszange der Bremsvorrichtung im Sinne einer Feder potenzielle Energie aufnehmen und speichern kann. Bei der Betätigung des elektrischen Bremsmotors während des Zuspannvorgangs der Feststellbremse wird die vom Bremsmotor aufgenommene elektrische Energie in potenzielle Energie der Bremszange umgewandelt, abzüglich eines Wärmeverlustes, der durch den Wirkungsgrad beschrieben ist. Der Wirkungsgrad kann empirisch ermittelt werden und bestimmt sich aus mechanischen und elektrischen Anteilen. Der Wirkungsgrad liegt entweder als feste, konstante, bremsenspezifische Größe vor oder wird als Funktion von Zustands- bzw. Kenngrößen der Feststellbremse bestimmt, beispielsweise als Funktion der Temperatur.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung wird die vom Bremsmotor aufgenommene elektrische Energie ab dem Zeitpunkt des Kraftanstiegs der Klemmkraft berücksichtigt. Während des Zuspannvorgangs durchläuft der elektrische Bremsmotor zunächst eine Leerlaufphase, bis der Bremskolben bzw. die Bremsscheibe, welche vom Bremsmotor verstellt werden, in Anlage an die Bremsscheibe gelangt und der Kraftanstieg der Klemmkraft beginnt. Ab diesem Zeitpunkt, der beispielsweise anhand des Stromverlaufs detektiert werden kann, wird zweckmäßigerweise die vom Bremsmotor abgegebene elektrische Arbeit berücksichtigt.
Die aktuell geleistete mechanische Arbeit des Aktuators (MoC = Motor an Caliper) wird fortlaufend mit dem zugeordneten Schwellenwert verglichen, wobei der Zuspannvorgang bzw. Klemmkraftanstieg beendet wird, sobald der Schwellenwert erreicht wird. Der Schwellenwert kann entweder als feste, konstante Größe vorgegeben werden oder, gemäß vorteilhafter Ausführung, als Funktion von Zustands- oder Kenngrößen des Bremssystems und/oder von Umfeldbedingungen eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit der Neigung der Straße, auf der das Fahrzeug steht.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung versehen, um bedarfsweise zusätzlich zur elektromechanischen Klemmkraft des Aktuators (MoC) auch einen Klemmkraftanteil bereitstellen zu können, der über die Zusatzbremsvorrichtung erzeugt wird. Bei der Zusatzbremsvorrichtung handelt es sich insbesondere um die hydraulische Fahrzeugbremse des Fahrzeugs, deren Hydraulikdruck unterstützend auf den Bremskolben wirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das insbesondere Bestandteil des Feststellbremssystems ist.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, bei der die Klemmkraft über einen elektrischen Bremsmotor erzeugt wird,
2 ein Schaubild mit dem zeitabhängigen Verlauf des Stroms, der Spannung und der Motordrehzahl beim Zuspannvorgang der Feststellbremse,
3 ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten zum energiebasierten Einstellen der Klemmkraft.
In 1 ist eine elektromechanische Feststellbremse 1 zum Festsetzen eines Fahrzeugs im Stillstand dargestellt. Die Feststellbremse 1 umfasst einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied weist die Feststellbremse 1 einen Elektromotor als Bremsmotor 3 auf, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 drehbar gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 4 wird das Spindelbauteil 5 axial verstellt. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelags 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 8, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
Innerhalb des Bremskolbens 6 kann sich das Spindelbauteil 5 bei einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe 10 zu bzw. bei einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 11 bewegen. Zum Erzeugen einer Klemmkraft beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, wodurch der axial verschieblich in der Feststellbremse 1 gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
Die Feststellbremse kann erforderlichenfalls von einer hydraulischen Fahrzeugbremse unterstützt werden, so dass sich die Klemmkraft aus einem elektromechanischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammensetzt. Bei der hydraulischen Unterstützung wird die dem Bremsmotor zugewandte Rückseite des Bremskolbens 6 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt.
In 2 ist ein Schaubild mit dem Stromverlauf I, der Spannung U und dem Drehzahlverlauf n des elektrischen Bremsmotors zeitabhängig für einen Zuspannvorgang dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Zuspannvorgang, indem eine elektrische Spannung aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt wird. Zum Zeitpunkt t2 haben die Spannung U und die Motordrehzahl n ihr Maximum erreicht. Die Phase zwischen t2 und t3 stellt die Leerlaufphase dar, in welcher der Strom I sich auf einem Minimumniveau bewegt. Daran schließt sich ab dem Zeitpunkt t3 die Kraftaufbauphase bis zum Zeitpunkt t4 an, in der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und mit zunehmender Klemmkraft F gegen die Bremsscheibe gedrückt werden. Zum Zeitpunkt t4 erfolgt das Abschalten des elektrischen Bremsmotors durch Öffnen des Stromkreises, so dass im weiteren Verlauf die Drehzahl n des Bremsmotors bis auf Null abfällt.
Mit der Phase des Kraftaufbaus zum Zeitpunkt t3 fällt der Kraftanstiegspunkt zusammen. Der Kraftaufbau bzw. der Verlauf der Klemmkraft F kann beispielsweise anhand des Verlaufs des Strom I des Bremsmotors ermittelt werden, der grundsätzlich den gleichen Verlauf wie die elektromechanische Klemmkraft aufweist. Ausgehend von dem niedrigen Niveau während der Leerphase zwischen t2 und t3 steigt der Stromverlauf zu Beginn des Zeitpunktes t3 steil an. Dieser Anstieg des Stroms kann detektiert und zum Bestimmen des Kraftanstiegspunktes herangezogen werden. Grundsätzlich kann der Verlauf des Kraftaufbaus aber auch aus dem Spannungs- oder Drehzahlverlauf bzw. aus einer beliebigen Kombination der Signale Strom, Spannung und Drehzahl bestimmt werden.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm mit den einzelnen Verfahrensschritten zum energiebasierten Einstellen der Klemmkraft in der Feststellbremse dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 20 wird zunächst die Neigung der Straße, auf der das Fahrzeug abgestellt ist, bestimmt. Aus dem Neigungswert kann ein Energie-Schwellenwert E_lim ermittelt werden, der im Verfahrensschritt 22 dem Vergleich mit der vom Aktuator (MoC) geleisteten mechanischen Arbeit zugrunde gelegt wird. Der Energie-Schwellenwert E_lim ist neigungsabhängig, wobei mit zunehmender Neigung der Energie-Schwellenwert E_lim ansteigt.
Im folgenden Verfahrensschritt 21 wird der vom elektrischen Bremsmotor aufgenommene Strom I bzw. die Spannung U gemessen. Diese elektrischen Größen des Bremsmotors stellen die Grundlage für das energiebasierte Einstellen der Klemmkraft F_Kl dar. Im nächsten Verfahrensschritt 22 erfolgt eine Abfrage, ob die aktuell wirkende Klemmkraft F_Kl, welche vom elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, größer als Null ist. Dies kann anhand des Stromverlaufs I detektiert werden, indem, wie oben zu 2 ausgeführt, der Anstieg zu Beginn des Zeitpunktes t3 im Stromverlauf ermittelt wird. Der Beginn des Anstiegs im Klemmkraftverlauf F_Kl stellt den Startzeitpunkt t_Start für die Energiebetrachtung und die Ermittlung der vom Aktuator (MoC) geleisteten mechanischen Arbeit dar. Sofern im Verfahrensschritt 22 festgestellt wird, dass der Klemmkraftanstieg noch nicht erreicht worden ist, wird der Nein-Verzweigung („N”) folgend wieder zum Verfahrensschritt 21 zurückgekehrt und in regelmäßigen Abständen erneut Strom und Spannung im Bremsmotor gemessen sowie die Abfrage im Verfahrensschritt 22 durchlaufen, ob ein Klemmkraftanstieg vorliegt.
Sofern ein Klemmkraftanstieg im Verfahrensschritt 22 festgestellt wird, wird der Ja-Verzweigung („Y”) folgend zum nächsten Verfahrensschritt 23 fortgefahren, in welchem die mechanische Klemmarbeit E_Mot,Kl, welche vom Aktuator (MoC) erzeugt wird, auf Überschreiten eines zugeordneten Energie-Schwellenwertes E_lim überprüft wird. Die mechanische Klemmarbeit E_Mot,Kl wird gemäß der Beziehung E_Mot,kl = ∫(U·I·η_ges)dt durch Integration des Produktes aus Strom I und Spannung U ermittelt, wobei die untere Grenze des Integrals durch den Startzeitpunkt t_Start bestimmt ist, bei dem ein Klemmkraftanstieg festgestellt worden ist. Die obere Grenze des Integrals fällt mit dem aktuellen Zeitpunkt des Vergleichs mit dem Energie-Schwellenwert E_lim zusammen.
In die Ermittlung der mechanischen Klemmarbeit fließt außerdem der gesamte Wirkungsgrad η_ges des elektromechanischen Aktuators mit elektrischem BremsmMotor, einem Getriebe und einer Spindel ein, wobei über den Wirkungsgrad η_ges Wärmeverluste im Bremsmotor und der Mechanik (Getriebe und Spindel) berücksichtigt werden können. Der Wirkungsgrad η_ges stellt entweder eine empirisch zu ermittelnde, konstante Größe dar oder eine von Kenngrößen des Umfelds bzw. der Feststellbremse abhängige Größe, beispielsweise eine temperaturabhängige Größe.
Ergibt die Abfrage im Verfahrensschritt 23, dass die mechanische Klemmarbeit E_Mot,Kl, die vom Aktuator zur Erzeugung der Klemmkraft F_Kl verrichtet wird, den zugeordneten Energie-Schwellenwert E_lim überschreitet, wird der Ja-Verzweigung folgend zum Verfahrensschritt 24 fortgefahren und das Zuspannen des Elektromotors abgebrochen. Andernfalls wird der Nein-Verzweigung folgend wieder zum Beginn des Verfahrensschrittes 21 zurückgekehrt und der gesamte Ablauf einschließlich der Messung von Strom und Spannung erneut durchlaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10361042 B3 [0002]

Claims

Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse (1) ausgeübten Klemmkraft, die zumindest teilweise von einer elektromotorischen Bremsvorrichtung mit einem elektromechanischen Aktuator erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Aktuator erzeugte mechanische Klemmarbeit (E_Mot,kl) ermittelt und der Zuspannvorgang zum Erzeugen der Klemmkraft (F_kl) soweit durchgeführt wird, bis die erzeugte mechanische Klemmarbeit (E_Mot,kl) einen Schwellenwert (E_lim) erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Klemmarbeit (E_Mot) unter Berücksichtigung von Strom und Spannung eines elektrischen Bremsmotors (3) des Aktuators bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Strom (I) und Spannung (U) des elektrischen Bremsmotors (3) gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Klemmarbeit (E_Mot,kl) unter Berücksichtigung von Strom (I) und Spannung (U) aus dem Integral (E_Mot,kl) = ∫(U·I·η_ges)dt bestimmt wird, wobei η_ges den Gesamtwirkungsgrad des elektromechanischen Aktuators bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Aktuator erzeugte mechanische Klemmarbeit (E_Mot,kl) ab dem Zeitpunkt des Kraftanstiegs der Klemmkraft (F_kl) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (E_lim) als Funktion der Straßenneigung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft (F_kl) ergänzend von einer Zusatzbremsvorrichtung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzbremsvorrichtung eine hydraulische Fahrzeugbremse eingesetzt wird.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Feststellbremse in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 9.