DE102011078900A1

DE102011078900A1 - Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011078900A1
Application number: DE201110078900
Authority: DE
Inventors: Ullrich Sussek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10
Also published as: CN103635366B; CN103635366A; KR20140036297A; KR101958503B1; WO2013007414A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse, die eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor zum Erzeugen einer Klemmkraft umfasst, wird zum Bestimmen der Klemmkraft die Motorkonstante des Bremsmotors als Funktion des Motorwiderstands und aus gemessenen Stromwerten ermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 10 2006 052 810 A1 wird ein Verfahren zur Abschätzung der von einem elektrischen Bremsmotor erzeugten Klemmkraft in einer Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Der elektrische Bremsmotor beaufschlagt einen Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe. Zur Bestimmung der Klemmkraft werden der Strom, die Versorgungsspannung des Bremsmotors sowie die Motordrehzahl gemessen, anschließend wird die Klemmkraft unter Berücksichtigung der Messgrößen aus einem Differenzialgleichungssystem abgeschätzt, welches das elektrische und mechanische Verhalten des Elektromotors beschreibt. Zur Messung der Motordrehzahl, die in die Bestimmung der Motorkonstante eingeht, welche für die Klemmkraftermittlung erforderlich ist, kann beispielsweise ein Hall-Sensor verwendet werden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen ohne Verwendung eines Drehzahlsensors eine motorische Kenngröße in einem elektrischen Bremsmotor einer elektromechanischen Bremsvorrichtung zu bestimmen, wobei von der motorischen Kenngröße die elektromechanische Klemmkraft abhängt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei elektromechanischen Feststellbremsen in Fahrzeugen eingesetzt werden, welche einen elektrischen Bremsmotor aufweisen, über den eine Klemmkraft zum Festsetzen des Fahrzeuges erzeugbar ist. Hierbei wird die Rotationsbewegung des Rotors des elektrischen Bremsmotors in eine axiale Stellbewegung einer Spindel übertragen, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe kraftbeaufschlagt wird.
Gegebenenfalls ist die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung ausgestattet, um bedarfsweise und zusätzlich zur elektromechanischen Klemmkraft auch eine Zusatzklemmkraft bereitstellen zu können. Beispielsweise handelt es sich bei der Zusatzbremsvorrichtung um die hydraulische Fahrzeugbremse des Fahrzeugs, deren Hydraulikdruck auf den Bremskolben wirkt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Motorkonstante des elektrischen Bremsmotors, die zum Bestimmen der aktuellen Bremskraft erforderlich ist, als Funktion des Motorwiderstandes und aus gemessenen Stromwerten ermittelt. Bei Kenntnis der Motorkonstanten, deren Wert temperaturabhängig ist sowie innerhalb einer Motorbaureihe relativ stark schwanken kann, kann mit dem aktuellen Motorstrom das Motorlastmoment und daraus unter Zugrundelegung einer Getriebeuntersetzung sowie eines Wirkungsgrades die Klemmkraft errechnet werden. Somit ist es möglich, die aktuell wirkende Klemmkraft auch ohne einen Drehzahlsensor zu ermitteln. Als Messgrößen müssen lediglich der Strom und die Spannung im elektrischen Bremsmotor bestimmt werden.
Die Motorkonstante hängt vom Motorwiderstand ab, der, gemäß vorteilhafter Ausführung, aus dem Verhältnis einer angelegten Betriebsspannung zu einem Maximalstrom bestimmt wird, welcher bei Motorstillstand herrscht. Der Maximalstrom bei Motorstillstand wird seinerseits als Funktion gemessener erster und zweiter Stromwerte ermittelt, wobei zweckmäßigerweise ein Leerlaufstrom zusätzlich berücksichtigt wird. Hierbei ist es vorteilhaft, dass der Zeitpunkt des zweiten Strommesswertes doppelt so groß wie der Zeitpunkt des ersten Strommesswertes liegt, wobei sich die Zeitpunkte der Strommessungen auf den Beginn des Stromflusses beziehen. Die Verdopplung der Zeitspanne zwischen erstem Strommesspunkt und zweitem Strommesspunkt für die Ermittlung des Maximalstroms bei Motorstillstands hat den Vorteil, dass eine verhältnismäßig einfache Beziehung zur Ermittlung des Maximalstroms gegeben ist. Grundsätzlich können aber auch Messzeitpunkte für den Strom gewählt werden, welche, bezogen auf den Beginn des Stromflusses, in einem anderen Verhältnis zueinander als Faktor 2 stehen.
Die Motorkonstante wird als Funktion des Motorwiderstandes ermittelt, wobei zusätzlich das Massenträgheitsmoment des Rotors bzw. Ankers des Bremsmotors, der Leerlaufstrom, der bereits ermittelte erste Strommesswert sowie ein zusätzlicher, dritter Strommesswert berücksichtigt werden. Der dritte Strommesswert wird zu einem Zeitpunkt abgegriffen, der in einer festen Zeitspanne auf den Zeitpunkt des ersten Strommesswertes folgt. Diese feste Zeitspanne ist zweckmäßigerweise kleiner als die elektrische Zeitkonstante des Bremsmotors und liegt insbesondere kurz nach dem ersten Messzeitpunkt. Gegebenenfalls liegt der Messzeitpunkt für den dritten Strommesswert noch vor dem Messzeitpunkt des zweiten Strommesswertes, welcher zur Ermittlung des Maximalstroms bei Motorstillstand zur Berechnung des Motorwiderstandes erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das zweckmäßigerweise 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.
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.
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.
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_Kl eingetragen, die vom elektrischen Bremsmotor erzeugt wird, sowie der vom Bremsmotor bzw. einem vom Bremsmotor beaufschlagten Stellglied zurückgelegte Weg s während des Zuspannvorgangs.
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_Kl 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_Kl 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.
Zur Bestimmung der Klemmkraft F_Kl ohne Verwendung eines Drehzahlsensors werden als motorische Kenngrößen die Motorkonstante K_M sowie der Motorwiderstand R_M benötigt, die aus dem Verlauf von Spannung und Strom des elektrischen Bremsmotors bestimmt werden. Der Strom steigt beim Einschalten des Bremsmotors nur durch die Ankerinduktivität gebremst stark an und fällt anschließend auf Grund der beginnenden Rotation signifikant langsamer wieder ab. Im abfallenden Ast wird der Stromverlauf im Wesentlichen von der mechanischen Zeitkonstante des Motors bestimmt, die von der Massenträgheit des Ankers J, der Motorkonstanten K_M und dem Motorwiderstand R_M beeinflusst wird.
Zur Bestimmung des Motorwiderstandes R_M werden Stromwerte des Bremsmotors im Stillstand – bei blockiertem Anker – zu einem Zeitpunkt gemessen, in welchem der Strom seinen eingeschwungenen Zustand zumindest annähernd erreicht hat. Hierzu wird im abfallenden Ast nach Überschreiten der Einschaltstromspitze der Strom zu zwei Zeitpunkten t_1,m und t_2,m gemessen und hieraus der theoretische Maximalstrom I_max berechnet, der bei stehendem Bremsmotor fließen würde. Unter Berücksichtigung des Leerlaufstroms I_L, welcher in der Phase nach dem Einschaltstromstoß bestimmt wird, in der die Drehzahl konstant ist und Leerlaufstrom nur von der Last bzw. von der Reibung des Motors bestimmt wird, wird der Maximalstrom I_max gemäß der Beziehung
berechnet, wobei I₁, I₂ die zu den Zeitpunkten t_1,m bzw. t_2,m gemessenen Stromwerte bezeichnen.
Die Zeitpunkte t_1,m und t_2,m beziehen sich auf den Beginn des Stromflusses. Der Zeitpunkt t₂ liegt doppelt so weit nach Beginn des Stromflusses wie der Zeitpunkt t_1,m.
Unter Berücksichtigung der zusätzlich gemessenen Motor- bzw. Betriebsspannung U_B kann gemäß
der Motorwiderstand R_M aus dem Verhältnis der Motor- bzw. Betriebsspannung U_B und dem theoretischen Maximalstrom I_max berechnet werden.
Nach Ermittlung des Motorwiderstandes R_M lässt sich die Motorkonstante K_M unter Berücksichtigung des Messwertes I₁ zum Messzeitpunkt t_1,M und eines weiteren, dritten Strommesswertes I₃ zum Messzeitpunkt t_3,M bestimmen:
wobei für die Motorkonstante K_M neben dem Motorwiderstand R_M zusätzlich das Massenträgheitsmoment J des Ankers des Bremsmotors berücksichtigt wird.
Der Messzeitpunkt t_3,m liegt um die Zeitspanne Δt versetzt nach dem ersten Messzeitpunkt t_1,m. Die Zeitspanne Δt ist zweckmäßigerweise klein, sie ist insbesondere kleiner als die elektrische Zeitkonstante τ des Bremsmotors. Gegebenenfalls liegt der Messzeitpunkt t_3,M noch vor dem Messzeitpunkt t_2,M, zu welchem der zweite Strommesswert bestimmt wird, welcher für die Ermittlung des theoretischen Maximalstroms bei Motorstillstand erforderlich ist. Grundsätzlich kann die Zeitspanne Δt aber auch so groß sein, dass der Messzeitpunkt t_3,M nach dem Messzeitpunkt t_2,M liegt.
Mit dem vorbeschriebenen Verfahren kann die Motorkonstante vor jedem Zuspannvorgang der elektromechanischen Feststellbremse aktuell bestimmt werden. Ein Drehzahlsensor ist nicht erforderlich. Damit liegt der Wert der Motorkonstanten K_M, die produktionsbedingt sowie über das Betriebsalter des Bremsmotors und die Temperatur stark streut, mit hinreichender Genauigkeit fest. Unter Berücksichtigung der Motorkonstanten K_M kann das aktuell wirkende Motorlastmoment im elektrischen Bremsmotor bei Kenntnis des aktuell wirkenden Stromes ermittelt werden. Aus dem Motorlastmoment kann die Klemmkraft F_Kl bestimmt werden.
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 102006052810 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse (1), die eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor (3) zum Erzeugen einer elektromechanischen Klemmkraft (F_Kl) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Klemmkraft (F_Kl) die Motorkonstante (K_M) des elektrischen Bremsmotors (3) als Funktion des Motorwiderstands (R_M) und aus gemessenen Stromwerten (I₁, I₂, I₃) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorwiderstand (R_M) aus dem Verhältnis von angelegter Betriebsspannung (U_B) und einem Maximalstrom (I_max) bei Motorstillstand bestimmt wird:
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalstrom (I_max) bei Motorstillstand als Funktion gemessener Stromwerte (I₁, I₂) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalstrom (I_max) bei Motorstillstand aus dem Zusammenhang
ermittelt wird, wobei I_L den Leerlaufstrom I₁, I₂ gemessene Stromwerte zu Zeitpunkten t_1,m bzw. t_2,m bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitpunkte t_1,m bzw. t_2,m sich auf den Beginn des Stromflusses beziehen und der Zeitpunkt t_2,m doppelt so weit nach Beginn des Stromflusses liegt wie der Zeitpunkt t_1,m.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkonstante (K_M) aus dem Zusammenhang
ermittelt wird, wobei J das Massenträgheitsmoment des Ankers des Bremsmotors I₃ einen gemessenen Stromwert zum Zeitpunkt t_3,m = t_1,m + Δt Δt eine auf t_1,m folgende Zeitspanne bezeichnen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne Δt kleiner ist als die elektrische Zeitkonstante (τ) des Bremsmotors ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt t_3,m vor dem Zeitpunkt t_2,m liegt.
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.