DE102011005842A1

DE102011005842A1 - Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011005842A1
Application number: DE102011005842A
Authority: DE
Inventors: Simon Hauber; Tobias Putzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2031-03-22
Also published as: DE102011005842B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft, die zumindest teilweise von einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem Bremsmotor erzeugt wird, wird die Hohe der Klemmkraft aus der vom Bremsmotor generierten Motorkraft und einem Kraftübertragungs-Wirkungsgrad bestimmt, der vom Stellweg des Bremsmotors abhängt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 103 61 042 B3 wird eine Feststell- bzw. Parkbremse in einem Fahrzeug beschrieben, über die eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugt werden kann. Die Feststellbremse ist elektromechanisch ausgeführt und umfasst einen elektrischen Bremsmotor, bei dessen Betätigung ein Bremskolben, der Träger eines Bremsbelages ist, gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Die Höhe der Klemmkraft wird bis zum Erreichen einer Zielkraft eingestellt, die von der Fahrbahnsteigung abhängen kann, auf der das Fahrzeug abgestellt ist. Zur Ermittlung der aktuell herrschenden Klemmkraft kann der Verlauf des Motorstroms des elektrischen Bremsmotors herangezogen werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Klemmkraft in einer Feststellbremse mit elektromechanischer Bremsvorrichtung mit hoher Genauigkeit einzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf elektromechanische Feststellbremsen in Fahrzeugen angewandt werden, die als Aktor einen elektrischen Bremsmotor aufweisen, über den eine Klemmkraft erzeugbar ist. Hierbei wird die Rotationsbewegung des Rotors des elektrischen Bremsmotors in eine axiale Stellbewegung eines Stellglieds übertragen, über das ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Höhe der tatsächlich erzeugten Klemmkraft aus einer vom elektrischen Bremsmotor generierten Motorkraft bzw. einer damit zusammenhängenden Größe und einem Kraftübertragungs-Wirkungsgrad berechnet, über den Wirkungsgradverluste in der Wirkkette zwischen Bremsmotor und Bremsscheibe berücksichtigt werden. Der Wirkungsgrad hängt vom Stellweg des Bremsmotors bzw. einer mit dem Stellweg korrelierenden Größe ab. Somit ist über den Verstellweg des Bremsmotors kein konstanter Wirkungsgrad gegeben, sondern ein veränderlicher Wirkungsgrad, der von der aktuellen Position der Rotorwelle des Bremsmotors bzw. eines Stellglieds abhängt, das vom Bremsmotor verstellt wird.
Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass bei Kenntnis der Motorkraft, welche unmittelbar aus dem vom Bremsmotor erzeugten Bremsmoment ermittelt werden kann, sowie bei Kenntnis des stellwegabhängigen Wirkungsgrades die Klemmkraft, welche tatsächlich wirksam ist, mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. Damit erübrigen sich Sicherheitszuschläge, die andernfalls beim Stellen der Klemmkraft gemacht werden müssen, um sicherzustellen, dass die geforderte Zielklemmkraft auch tatsächlich erreicht bzw. überschatten wird. Derartige Sicherheitszuschläge sind üblicherweise so bemessen, dass ein Überschuss an Klemmkraft besteht, was aber zu einer erhöhten Bauteilbelastung führt und außerdem mit zusätzlich zu stellender elektrischer Energie für den Bremsmotor verbunden ist. Beim erfindungsgemäßen Verfahren können dagegen derartige Zuschläge aufgrund der hohen Genauigkeit, mit der die tatsächliche Klemmkraft ermittelt wird, vermieden oder zumindest signifikant reduziert werden.
Der Kraftübertragungs-Wirkungsgrad ist der mechanische Wirkungsgrad in der Wirkkette zwischen Bremsmotor und Bremsscheibe. Zweckmäßigerweise wird die gesamte Wirkkette zwischen Bremsmotor und Bremsscheibe berücksichtigt, wobei grundsätzlich auch nur ein Teil dieser Wirkkette für die Bestimmung der tatsächlich wirkenden Klemmkraft herangezogen werden kann. Der Wirkungsgrad bezieht sich in diesem Fall auf den betrachteten Teil der Wirkkette. So kann beispielsweise die Wirkkette zwischen einer Spindelmutter, welche auf der mit der Rotorwelle verbundenen Spindel aufsitzt und axial verschoben wird, und der Bremsscheibe betrachtet werden. Sofern die gesamte Wirkkette in Betracht gezogen wird, betrifft dies den Übertragungsweg von der Spindel, welche mit der Rotorwelle umläuft, über eine auf der Spindel aufsitzenden Spindelmutter, die axial translatorisch verschoben wird und den Bremskolben axial beaufschlagt, bis zur Bremsscheibe, gegen die der vom Bremskolben getragene Bremsbelag gedrückt wird. Der mechanische Wirkungsgrad in der Wirkkette bestimmt sich im Wesentlichen nach den Reibungsverlusten, die im betrachteten Teil der Wirkkette auftreten.
Der Stellweg, von dem der Wirkungsgrad abhängt und der von einem Bauteil der elektromechanischen Bremsvorrichtung zurückgelegt wird, hängt direkt oder indirekt von der Rotorwellenumdrehung ab. Somit kann als Stellweg die Rotorwellenumdrehung gewählt werden oder die Stellbewegung eines Bauteils, das von der Rotorwellenbewegung verstellt wird, beispielsweise die axiale Stellbewegung der Spindelmutter oder, gemäß einer bevorzugten Ausführung, des Bremskolbens. Die Bestimmung des aktuell zurückgelegten Stellwegs erfolgt sensorisch bzw. aus einem Modell. Beispielsweise kann die Motordrehzahl zur Bestimmung des Stellwegs herangezogen werden, wobei die Motordrehzahl entweder sensorisch ermittelt oder aus einem Modell berechnet wird. Gemäß einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, den Bremsbelagverschleiß für die Bestimmung des Stellwegs zu berücksichtigen, der beispielsweise aus einem Modell ermittelt wird.
Der Wirkungsgrad als Funktion des Stellwegs ist insbesondere in einem Speicher eines Regel- bzw. Steuergeräts abgespeichert, in welchem das Verfahren durchgeführt wird bzw. der elektrische Bremsmotor angesteuert wird. Die Wirkungsgradfunktion ist hierbei entweder als funktionaler Zusammenhang oder in Form von Tabellen abgespeichert. In jedem Fall ist es zweckmäßig, die Wirkungsgradfunktion als an sich bekannten Zusammenhang im Speicher abzulegen und während des laufenden Betriebs darauf zuzugreifen. Gemäß einer alternativen Ausführung ist es aber auch möglich, im laufenden Betrieb den aktuellen Wirkungsgrad als Funktion der Stellposition zu ermitteln.
Die Klemmkraft berechnet sich durch Multiplikation des stellwegabhängigen Wirkungsgrades mit der vom Bremsmotor erzeugten Motorkraft. Die Motorkraft hängt unmittelbar mit dem vom Bremsmotor gestellten Motormoment zusammen und kann beispielsweise aus dem Motorstrom des elektrischen Bremsmotors ermittelt werden.
Gegebenenfalls ist die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung versehen, um bedarfsweise und ergänzend zu der vom Bremsmotor erzeugten elektromechanischen Klemmkraft auch eine Zusatzklemmkraft bereitstellen zu können. Die Zusatzbremsvorrichtung ist insbesondere als hydraulische Fahrzeugbremse ausgeführt, bei der es sich vorzugsweise um die reguläre Fahrzeugbremse handelt. Der in der hydraulischen Fahrzeugbremse erzeugte Hydraulikdruck wirkt auf den Bremskolben, so dass der Bremskolben eine elektromechanische und eine hydraulische Stellkraft erfährt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil des Feststellbremssystems sein kann.
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 wegabhängigen Verlauf des Kraftübertragungs-Wirkungsgrads der Wirkkette zwischen Bremsmotor und Bremsscheibe.
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 als Spindelmutter ausgeführtes 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 werterer 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 elektromotorischen 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.
Für die Ermittlung der tatsächlich wirkenden Klemmkraft F_kl an der Bremsscheibe 10 wird zum einen die Motorkraft F_APB ermittelt, welche unmittelbar mit dem Motormoment des elektrischen Bremsmotors zusammenhängt, und zum andern der mechanische Kraftübertragungs-Wirkungsgrad η, der als Funktion des Stellwegs s eines Stellglieds im mechanischen System zwischen der Rotorwelle des Bremsmotors und der Bremsscheibe 10 darstellbar ist. Je nach aktueller Position bzw. zurückgelegtem Stellweg s des betreffenden Stellglieds erhält man einen Wirkungsgrad η, der gemäß des Zusammenhangs F_kl = η(s)·F_APB mit der Motorkraft F_APB multipliziert wird, um die aktuell auf die Bremsscheibe wirkende Klemmkraft F_kl zu erhalten. Als Stellweg s kann entweder der zurückgelegte Weg der Spindelmutter 5, der zurückgelegte Weg des Bremskolbens 6 oder ein sonstiger Stellweg eines von dem elektrischen Bremsmotor beaufschlagten Bauteils gewählt werden. Gegebenenfalls kommt auch die Umdrehung der Rotorwelle des Bremsmotors in Betracht.
In 2 ist der Verlauf des Kraftübertragungs-Wirkungsgrades η als Funktion des Stellwegs s dargestellt. Zu erkennen ist, dass der Wirkungsgrad η nicht konstant ist, sondern eine veränderliche, vom Stellweg s abhängende Funktion ist, die zunächst absinkt, etwa auf einem konstanten Niveau verharrt und schließlich wieder ansteigt. Der Grund für diesen nicht-konstanten Zusammenhang liegt in Verspannungen in dem elektromechanischen Bremssystem und in quer zur Achse der Rotorwelle wirkenden Kräften.
Die Wirkungsgradkurve ist im Regel- bzw. Steuergerät der Feststellbremse hinterlegt. Der Stellweg s wird beispielsweise aus der Motordrehzahl n des elektrischen Bremsmotors bestimmt, so dass mit Kenntnis des zurückgelegten Stellwegs auch der Wirkungsgrad η von s bekannt ist. Die Motorkraft F_APB kann aus dem vom Bremsmotor aufgenommenen Motorstrom I bestimmt werden. Durch Multiplikation des Wirkungsgrades mit der Motorkraft gemäß oben aufgeführtem Zusammenhang wird die aktuell wirkende Klemmkraft F_kl bestimmt, wobei der Bremsmotor so weit betätigt wird, bis die Klemmkraft F_kl die vorgegebene Ziel- bzw. Sollklemmkraft erreicht hat. Gegebenenfalls wird die Zusatzbremsvorrichtung zugeschaltet, also über die hydraulische Fahrzeugbremse ein hydraulischer Druck auf den Bremskolben aufgebracht, so dass sich die Klemmkraft aus einem elektromechanischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammensetzt.
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 10361042 B3 [0002]

Claims

Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse (1) ausgeübten Klemmkraft (F_kl), die zumindest teilweise von einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor (3) erzeugt wird, welcher einen Bremskolben (6) gegen eine Bremsscheibe (10) beaufschlagt, wobei die Klemmkraft (F_kl) auf einen Sollwert eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der erzeugten Klemmkraft (F_kl) aus der vom elektrischen Bremsmotor (3) generierten Motorkraft (F_APB) und einem Kraftübertragungs-Wirkungsgrad (η) der Wirkkette zwischen Bremsmotor (3) und Bremsscheibe (10) berechnet wird, wobei der Wirkungsgrad (η) vom Stellweg (s) des Bremsmotors (3) bzw. einer mit dem Stellweg (s) des Bremsmotors (3) korrelierenden Größe abhängt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkungsgradfunktion (η(s)) als bekannte Funktion in einem Regel- bzw. Steuergerät abgespeichert ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkraft (F_APB) des elektrischen Bremsmotors (3) aus dem Motorstrom (I) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als mit dem Stellweg (s) des Bremsmotors (3) korrelierende Größe der Bremskolbenstellweg herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg (s) des Bremsmotors (3) bzw. die mit dem Stellweg (s) des Bremsmotors (3) korrelierende Größe aus der Motordrehzahl (n) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellweg (s) des Bremsmotors (3) bzw. die mit dem Stellweg (s) des Bremsmotors (3) korrelierende Größe aus dem Bremsbelagverschleiß bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bedarfsweise ergänzend zu der vom Bremsmotors (3) erzeugten Klemmkraft (F_kl) eine Zusatzklemmkraft in einer Zusatzbremsvorrichtung generiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzbremsvorrichtung als hydraulische Bremsvorrichtung ausgebildet ist.
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.