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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug.
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Stand der Technik
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In der
DE 103 61 042 B3 wird eine Feststell- bzw. Parkbremse in einem Fahrzeug beschrieben, über die das Fahrzeug im Stillstand festgesetzt wird. In der Feststellbremse wird eine elektromechanische Klemmkraft erzeugt, indem ein elektrischer Bremsmotor einen Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe beaufschlagt.
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Bekannt ist es darüber hinaus, zur Klemmkraftunterstützung ergänzend die hydraulische Fahrzeugbremse einzusetzen. Hierbei wirkt der Hydraulikdruck der Fahrzeugbremse auf den Bremskolben und beaufschlagt diesen in Richtung auf die Bremsscheibe. Die Klemmkraft setzt sich in diesem Fall aus einem elektromotorischen und einen hydraulischen Anteil zusammen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in effizienter und bauteilschonender Weise die geforderte Klemmkraft in einer Feststellbremse in einem Fahrzeug 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 Feststellbremse in einem Fahrzeug, die eine elektromotorische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor umfasst, bei dessen Betätigung eine Klemmkraft erzeugbar ist Die Rotationsbewegung des Rotors des Bremsmotors wird in eine axiale Stellbewegung eines Bremskolbens umgesetzt, der Träger eines Bremsbelages ist, welcher gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
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Die Feststellbremse ist mit einer Zusatzbremsvorrichtung ausgestattet, über die zusätzlich zur elektromotorischen Bremsvorrichtung eine Zusatzklemmkraft erzeugbar ist. Die Zusatzbremsvorrichtung ist separat und unabhängig von der elektromechanischen Bremsvorrichtung ansteuerbar und wird bedarfsweise und ergänzend zu der elektromotorischen Bremsvorrichtung zugeschaltet. Mit Betätigen der Feststellbremse wird die elektromotorische Bremsvorrichtung angesteuert, wobei die Zusatzbremsvorrichtung nur in definierten Fällen zugeschaltet wird. Bei der Zusatzbremsvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine hydraulische Bremsvorrichtung, vorzugsweise die reguläre Fahrzeugbremse im Fahrzeug, wobei der Hydraulikdruck auf den Bremskolben wirkt, der somit bei gleichzeitiger Betätigung der elektromechanischen Bremsvorrichtung und der hydraulischen Bremsvorrichtung von beiden Bremsvorrichtungen beaufschlagt wird.
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Erfindungsgemäß wird die Zusatzbremsvorrichtung für den Fall zugeschaltet, dass eine Motorgröße des elektrischen Bremsmotors außerhalb eines zulässigen Wertebereichs liegt. Hiermit steht ein Kriterium für die bedarfsgerechte Zuschaltung der Zusatzbremsvorrichtung zur Verfügung. Die Zuschaltung erfolgt situationsabhängig als Funktion der betrachteten Motorgröße des elektrischen Bremsmotors. Es ist dagegen nicht erforderlich, die Zusatzbremsvorrichtung in jedem Fall zuzuschalten, beispielsweise bei Überschreiten eines Schwellenwertes für die Steigung der Straße, auf der das Fahrzeug abgestellt ist Der Bedarf an Klemmkraftunterstützung über die Zusatzbremsvorrichtung wird vielmehr situationsabhängig über die aktuellen Werte der betrachteten Motorgröße ermittelt. Dadurch reduziert sich die Anzahl bzw. die Zeitdauer der Zuschaltung der Zusatzbremsvorrichtung, wodurch die Komponentenbelastung der Zusatzbremsvorrichtung reduziert ist. Da bei der Betätigung der Zusatzbremsvorrichtung Energie verbraucht wird, ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch der Energieverbrauch insgesamt reduziert Gleiches gilt für die Belastung des elektrischen Bordnetzes, da auch im Falle einer hydraulischen Bremsvorrichtung als Zusatzbremsvorrichtung die Pumpe zur Bereitstellung des Hydraulikdrucks elektrisch betätigt wird. Schließlich ist auch die Geräuschentwicklung aufgrund der geringeren Anzahl bzw. kürzeren Zeitdauer der Zuschaltung der Zusatzbremsvorrichtung reduziert.
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Grundsätzlich möglich ist es, die Zusatzbremsvorrichtung auch in sonstigen Fällen zuzuschalten, sofern ein weiteres Kriterium erfüllt ist, beispielsweise die Straßenneigung einen Grenzwert übersteigt. Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführung ist dagegen vorgesehen, dass grundsätzlich die Klemmkraft ausschließlich über die elektromechanische Bremsvorrichtung durch Betätigen des elektrischen Bremsmotors bereitgestellt und die Zusatzbremsvorrichtung nur in den Fällen zugeschaltet wird, in denen die betrachtete Motorgröße des elektrischen Bremsmotors außerhalb des zulässigen Wertebereiches liegt. In der letztgenannten Ausführung ist die Anzahl an Zuschaltungen der Zusatzbremsvorrichtung auf ein Minimum reduziert.
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Bei der betrachteten Motorgröße handelt es sich insbesondere um eine motorische Zustandsgröße des elektrischen Bremsmotors, die im laufenden Betrieb dynamische Änderungen erfährt. Als Motorgröße wird insbesondere der Motorstrom des elektrischen Bremsmotors betrachtet, wobei die Zusatzbremsvorrichtung zugeschaltet wird, falls der Motorstrom einen zugeordneten Schwellenwert überschreitet. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Motordrehzahl des elektrischen Bremsmotors betrachtet werden, wobei die Zusatzbremsvorrichtung zugeschaltet wird, falls die Motordrehzahl einen zugeordneten Schwellenwert unterschreitet. Vorteilhafterweise werden, soweit mehrere Motorgrößen betrachtet werden, sämtliche dieser Motorgrößen auf Über- bzw. Unterschreiten des zugeordneten Schwellenwertes überprüft, wobei die Zuschaltung der Zusatzbremsvorrichtung bereits erfolgt, falls nur eine der Motorgrößen außerhalb des zulässigen Wertebereichs liegt.
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Die Wertebereichsgrenze für die betrachtete Motorgröße wird zweckmäßigerweise aus einem kritischen Wert bestimmt, der von der Motorgröße nicht unter- bzw. überschritten werden darf. Zu diesem kritischen Wert wird zweckmäßigerweise ein Sicherheitsabstand addiert, beispielsweise von 20%, um einen ausreichenden Abstand zum kritischen Wert zu gewährleisten. Der kritische Wert für den Motorstrom wird hierbei von dem maximal zulässigen Steuergerätestrom bestimmt, bei dessen Überschreitung eine Leistungsendstufe im Regel- bzw. Steuergerät geschädigt werden kann.
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Der kritische Wert der Motordrehzahl ist in der Regel die kleinste zuverlässig messbare Motordrehzahl, bei deren Unterschreitung Motordrehzahlinformation unstetig wird und die darauf basierende Klemmkraftschätzung mit hoher Unsicherheit behaftet ist. Die kritischen Werte liegen üblicherweise als feste Werte vor und sind im Regel- bzw. Steuergerät abgespeichert Gegebenenfalls können die kritischen Werte auch im laufenden Betrieb ermittelt werden.
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Bei der Betätigung des elektrischen Bremsmotors zum Generieren einer Klemmkraft wird über den Bremsmotor zweckmäßigerweise das maximal mögliche Motorabgabemoment generiert und zum Zuspannen der Feststellbremse verwendet. Auf dem maximal möglichen Motorabgabemoment aufbauend wird bedarfsweise ergänzend die Zusatzbremsvorrichtung zugeschaltet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil des Feststellbremssystems sein kann.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den werteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, bei der die Klemmkraft über einen elektrischen Bremsmotor erzeugt wird,
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2 ein Schaubild mit dem zeitabhängigen Verlauf des Stroms, der Spannung und der Motordrehzahl beim Zuspannvorgang der Feststellbremse.
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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 weiterer Bremsbelag 8, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
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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.
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Die Feststellbremse kann bedarfsweise ergänzend 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.
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In 2 ist ein Schaubild mit dem Stromverlauf I, der Spannung U und dem Drehzahlverlauf n des elektrischen Bremsmotors zeitabhängig für einen Zuspannvorgang dargestellt Des Weiteren ist in 2 die elektromechanische Klemmkraft F eingetragen, die vom elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, sowie der vom Bremsmotor bzw. einem vom Bremsmotor beaufschlagten Stellglied zurückgelegte Weg s während des Zuspannvorgangs. Auch der Hydraulikdruck p der hydraulischen Fahrzeugbremse ist eingetragen.
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Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Zuspannvorgang, indem eine elektrische Spannung aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt wird. Die Startphase (Phase I) dauert vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2. Zum Zeitpunkt t2 haben die Spannung U und die Motordrehzahl n ihr Maximum erreicht Die Phase zwischen t2 und t3 stellt die Leerlaufphase dar (Phase II), in welcher der Strom I sich auf einem Minimumniveau bewegt. Daran schließt sich ab dem Zeitpunkt t3 die Kraftaufbauphase (Phase III) bis zum Zeitpunkt t4 an, in der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und mit zunehmender Klemmkraft F gegen die Bremsscheibe gedrüdkt werden.
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Phase IV zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 beginnt mit Erreichen der Zielklemmkraft. In dieser Phase sind beide Bremssysteme aktiv und der elektrische Bremsmotor wird bedarfsweise von der hydraulischen Fahrzeugbremse unterstützt, über die der Hydraulikdruck p bereitgestellt wird, welcher auf den Bremskolben wirkt. Die Gesamt-Klemmkraft F setzt sich in Phase IV aus einem Anteil des elektrischen Bremsmotors und einem Anteil der hydraulischen Fahrzeugbremse zusammen. Der Strom I des elektrischen Bremsmotors wird in Phase IV auf einen im Wesentlichen konstanten Wert geregelt. Der hydraulische Druck p steigt solange an, bis eine vorgegebene Gesamt-Klemmkraft erreicht ist. Danach werden der elektrische Bremsmotor und der Pumpenmotor der hydraulischen Fahrzeugbremse abgeschaltet. Demzufolge fallen der hydraulische Druck p, der Strom I, die Spannung U und die Drehzahl n des Bremsmotors zum Zeitpunkt t5 auf Null. Die Gesamt-Klemmkraft F wird dabei gehalten.
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Die Zuschaltung der hydraulischen Fahrzeugbremse als Zusatzbremsvorrichtung erfolgt bedarfsweise und ergänzend in den Fallen, dass eine Motorgröße des elektrischen Bremsmotors außerhalb eines zulässigen Wertebereichs liegt Betrachtet wird als Motorgröße zum einen der Motorstrom I des elektrischen Bremsmotors 3, zum andern die Motordrehzahl n des elektrischen Bremsmotors. Der Motorstrom I liegt als Messwert vor und wird mit einem zugeordneten Schwellenwert ILim verglichen, wobei die Zuschaltung der hydraulischen Fahrzeugbremse erfolgt, falls der aktuelle Motorstrom I den Schwellenwert ILim überschreitet. Der Schwellenwert ILim des Stroms wird aus einem maximal zulässigen Steuergerätestrom bestimmt, welcher den kritischen Wert darstellt und nicht überschritten werden darf, um eine Schädigung einer Leistungsendstufe im Regel- bzw. Steuergerät zu vermeiden. Sicherheitshalber wird vom maximal zulässigen Steuergerätestrom ein Sicherheitsabstand von beispielsweise 20% berücksichtigt, so dass der Strom-Schwellenwert ILim, nur 80% des maximal zulässigen Steuergerätestroms beträgt.
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Auch bei der Motordrehzahl n kann ein Sicherheitsabstand des zugeordneten Schwellenwertes von einem kritischen Wert berücksichtigt werden. Die kritische Motordrehzahl ist die kleinste, noch zuverlässig messbare Motordrehzahl, die nicht unterschritten werden sollte. Der Sicherheitsabstand wird beispielsweise zu 20% gewählt, so dass der Drehzahl-Schwellenwert 20% über der kritischen Motordrehzahl liegt.
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Die Motordrehzahl n kann gemessen wenden, beispielsweise mithilfe eines Hall-Elements, oder modellgestützt ermittelt werden. Hierzu wird zweckmäßigerweise die elektrische Differenzialgleichung des elektrischen Bremsmotors für den stationären Fall betrachtet, woraus gemäß
die modellgestützte Motordrehzahl n ermittelt werden kann, wobei R
M den Motorwiderstand und K
M die Motorkonstante bezeichnen.
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Der gemessene Strom I kann vor der Berechnung der modellgestützten Motordrehzahl n einem Tiefpass erster Ordnung gefiltert wenden, um eine Zeitkonstante des elektromechanischen Bremssystems nachzubilden, welche die Trägheit des Bremssystems berücksichtigt. Dadurch können mögliche Störungen im gemessenen Stromsignal herausgefiltert werden. Der Tiefpass erster Ordnung kann in der Laplace-Transformation mit
angegeben werden, wobei G(s) die Übertragungsfunktion des Tiefpassfilters und T
APB die Zeitkonstante bezeichnet. Die Zeitkonstante T
APB wird durch die Gleichung
bestimmt, wobei J
ges das rotatorische Gesamtmassenträgheitsmoment mit Motoranker und Getriebe, bezogen auf die Motorachse, und R
ges den elektrischen Gesamtwiderstand bezeichnet.
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Da die einzelnen Größen toleranzbehaftet sind, fällt die Gesamttoleranz der modellermittelten Drehzahl unterschiedlich, insbesondere größer aus als die der gemessenen Drehzahl. Für eine Abschätzung der Berechnungsgenauigkeit muss der größte positive Fehler berücksichtigt werden. In diesem Fall wird angenommen, dass der Motor sich schneller dreht als dies in Wirklichkeit der Fall ist. Ein typischer Wert für den Schwellenwert der Motordrehzahl ist im Falle der modellbasierten Ermittlung der tatsächlichen Motordrehzahl der dreifache Wert der kritischen Drehzahl. Durch dieses Anheben der Auslösedrehzahlschwelle wird der Fehler im geschätzten Drehzahlsignal kompensiert. Es wird ein Unterschreiten der kritischen Drehzahl sicher verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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bestimmt, wobei Jges das rotatorische Gesamtmassenträgheitsmoment mit Motoranker und Getriebe, bezogen auf die Motorachse, und Rges den elektrischen Gesamtwiderstand bezeichnet.