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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen der von einer Feststellbremse in einem Fahrzeug erzeugten Klemmkraft.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 103 61 042 B3 ist eine Feststellbremse für ein Fahrzeug bekannt, die einen elektrischen Bremsmotor aufweist, welcher einen Bremskolben mit einem Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe beaufschlagt. Auf diese Weise kann auf elektromechanischem Wege eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft generiert werden.
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Die Bremsscheibe kann ggf. auch von einer hydraulischen Fahrzeugbremse beaufschlagt werden, über die im normalen Fahrbetrieb eine das Fahrzeug verzögernde Bremskraft erzeugbar ist. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Bremsscheibe einer erhöhten Kraftbeanspruchung unterliegt, wenn nach dem Abstellen des Fahrzeugs der Fahrer das Bremspedal betätigt und zugleich die Feststellbremse aktiviert wird. In diesem Fall addiert sich die hydraulisch erzeugte Bremskraft zu der elektromechanisch gestellten Bremskraft, was zu Kraftspitzen in der Bremsscheibe führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen bei hoher Betriebssicherheit die ordnungsgemäße Funktion einer Feststellbremse in einem Fahrzeug, die mit einem elektrischen Bremsmotor und einer hydraulischen Bremseinrichtung ausgestattet ist, für einen langen Betriebszeitraum zu gewährleisten.
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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 Feststellbremsen in Fahrzeugen, über die eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugt werden kann. Die Feststellbremse umfasst eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor, über den auf elektromechanischem Wege eine Klemmkraft erzeugbar ist. Bei einer Rotationsbewegung des elektrischen Bremsmotors führt ein Stellglied eine Stellbewegung aus, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
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Die Bremsscheibe kann auch von dem hydraulischen Druck einer hydraulischen Bremseinrichtung beaufschlagt werden, bei der sich vorzugsweise um die hydraulische Fahrzeugbremse handelt, über die im regulären Fahrbetrieb eine das Fahrzeug abbremsende Bremskraft erzeugt wird. Über den hydraulischen Druck der Bremseinrichtung wird der Bremskolben mit dem Bremsbelag gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der hydraulische Druck der Bremseinrichtung kann auch im Stillstand des Fahrzeuges wirksam sein und bei Betätigung der Feststellbremse zu einer zusätzlichen, hydraulisch erzeugten Klemmkraft führen, die sich zu der elektromechanischen Klemmkraft des Bremsmotors addiert. Der hydraulische Druck entsteht beispielsweise dadurch, dass der Fahrer bei Betätigung der Feststellbremse das Bremspedal beaufschlagt oder über ein Fahrerassistenzsystem, beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) ein Hydraulikdruck generiert wird, der auch im Moment der Betätigung des elektrischen Bremsmotors der Feststellbremse wirksam ist.
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Die elektromechanische und die hydraulische Klemmkraft überlagern sich und setzen sich additiv zusammen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei jedem Zuspannvorgang der Feststellbremse, über den die Soll-Klemmkraft erzeugt werden soll, der elektrische Bremsmotor betätigt, also auf elektromechanischem Wege eine Klemmkraft generiert. Dadurch ist sichergestellt, dass auch für den Fall, dass ein hydraulischer Vordruck herrscht, welcher zu einer hydraulischen Klemmkraft führt, ein Spindelbauteil, welches von dem elektrischen Bremsmotor axial verstellt wird, sich in seiner vorgerückten Position befindet, in der das Spindelbauteil auf Kontakt zu dem zu beaufschlagenden Bremskolben liegt.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass bei der zu stellenden Soll-Klemmkraft auch der hydraulische Klemmkraftanteil berücksichtigt wird, welcher sich additiv der elektromechanischen Klemmkraft überlagert. Somit kann unter der Voraussetzung, dass ein hydraulischer Bremsdruck herrscht, der Anteil an elektromechanischer Klemmkraft verringert werden, so dass insgesamt die auf die Bremsscheibe wirkenden Kräfte reduziert sind.
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Aus Sicherheitsgründen wird der Hydraulikdruck der hydraulischen Bremseinrichtung jedoch nur für den Fall berücksichtigt, dass der Hydraulikdruck zumindest annähernd konstant ist. Im Falle dynamischer Druckschwankungen, welche beispielsweise bei hydraulischen Fahrzeugbremsen, die mit eine elektronischen Stabilitätsprogramm (ESP) versehen sind, durch Druckmodulationen bzw. Öffnungs- und Schließvorgänge von Ventilen im Bremskreis entstehen können, bleibt dagegen der Hydraulikdruck unberücksichtigt, so dass die zu erzielende Soll-Klemmkraft ausschließlich auf elektromechanischem Wege durch Betätigung des elektrischen Bremsmotors gestellt wird. Damit wird vermieden, dass sich dynamische Schwankungen im Hydraulikdruck auf die Klemmkraft auswirken und unter Umständen die Klemmkraft zumindest phasenweise unter das Niveau der Soll-Klemmkraft abfällt. Liegt dagegen der hydraulische Bremsdruck auf zumindest annähernd konstantem Niveau, kann der hydraulische Klemmkraftanteil berücksichtigt und der elektromechanische Klemmkraftanteil entsprechend berücksichtigt werden.
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Es können grundsätzlich auch zumindest geringfügige Schwankungen des Hydraulikdrucks akzeptiert werden. Zweckmäßigerweise wird ein Toleranzband vorgegeben, innerhalb dem sich der Hydraulikdruck bewegen muss, damit der hydraulische Klemmkraftanteil berücksichtigt werden kann.
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Es können weitere Kriterien berücksichtigt werden, die erfüllt sein müssen, damit der hydraulische Klemmkraftanteil berücksichtigt werden kann und entsprechend der elektromechanische Klemmkraftanteil reduziert werden kann. So ist es insbesondere zweckmäßig, dass die hydraulische Klemmkraft nur für den Fall berücksichtigt wird, dass keine Ventile im Bremskreis der hydraulischen Bremseinrichtung betätigt werden. Des Weiteren muss ein Drucksensor im hydraulischen Bremskreis fehlerfrei arbeiten; liefert der Drucksensor ein Fehlersignal, bleibt der hydraulische Klemmkraftanteil unberücksichtigt.
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Aus Sicherheitsgründen ist es des Weiteren zweckmäßig, dass von dem Drucksignal, das von dem Drucksensor stammt, Toleranzen abgezogen werden, so dass der verwendete Druckwert dem Drucksignal abzüglich des Toleranzbereiches entspricht. Um das Toleranzband möglichst klein zu halten und einen hinreichend genauen Wert für das Drucksignal zu erhalten, kann ggf. auch die Information ausgewertet werden, ob das Sensorsignal des Drucksensors kalibriert ist. Bei einem Ausfall des Drucksensors wird ebenfalls die Soll-Klemmkraft über den elektrischen Bremsmotor gestellt und bleibt der hydraulische Anteil unberücksichtigt.
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Das Verfahren kann insbesondere in Fahrzeugen eingesetzt werden, deren Hydraulikdruck in der Fahrzeugbremse mittels eines elektronischen Stabilitätsprogrammes (ESP) moduliert werden kann. Der hydraulische Klemmkraftanteil wird in diesem Fall nur dann berücksichtigt, wenn über das elektronische Stabilitätsprogramm keine Druckmodulation stattfindet. Dies kann unmittelbar über das Steuergerät bzw. die Sensorik im ESP-System festgestellt werden.
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Das Drucksignal gibt üblicherweise den Vordruck im Bremskreis der hydraulischen Bremseinrichtung wieder, der nicht identisch ist mit dem Hydraulikdruck, welcher der hydraulischen Klemmkraft zu Grunde liegt. Der Hydraulikdruck kann jedoch aus dem Vordruck auf rechnerischem Wege ermittelt werden.
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1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, mit einem elektrischen Bremsmotor zur Erzeugung einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft,
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2 zwei Schaubilder mit dem zeitlichen Verlauf von Klemmkräften (oberes Schaubild) und Druckgrößen (unteres Schaubild) mit Superposition von elektromechanischer und hydraulischer Klemmkraft,
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3 zwei Schaubilder entsprechend 2 für eine Variante mit hoher hydraulischer Klemmkraft,
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4 zwei weitere Schaubilder entsprechend 2 bzw. 3 für eine Variante ohne hydraulische Klemmkraft.
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1 zeigt eine elektromechanische Feststellbremse 1 in einem Fahrzeug, wobei über die Feststellbremse eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist. Die Feststellbremse 1 weist einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9 auf, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied der Feststellbremse 1 fungiert ein als Elektromotor ausgeführter Bremsmotor 3, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 drehbar gelagert ist. Das Spindelbauteil 5 wird axial verstellt, wenn die Spindel 4 rotiert. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelages 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 ist ein weiterer Bremsbelag 8 angeordnet, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
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Das Spindelbauteil 5 kann sich innerhalb des Bremskolbens 6 im Falle einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe zu bzw. bei einer entgegengesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 11 bewegen. Um eine gewünschte Soll-Klemmkraft zu erzeugen, beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, so dass der axial in der Feststellbremse 1 verschieblich gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
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Auf den Bremskolben wirkt außerdem der hydraulische Druck der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse, mit der das Fahrzeug während der Fahrt abgebremst wird. Der hydraulische Druck kann aber auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der Feststellbremse unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Klemmkraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt.
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In den 2 bis 4 sind jeweils zwei Schaubilder mit dem zeitlichen Verlauf der Klemmkräfte (oberes Schaubild) und der Druckgrößen (unteres Schaubild) dargestellt. Gemäß 2 wird die zu erreichende Soll-Klemmkraft FKl,soll durch Addition von der elektromechanischen, über den elektrischen Bremsmotor gestellten Klemmkraft Fmot und der hydraulischen, von der hydraulischen Fahrzeugbremse gestellten Klemmkraft Fhyd erzeugt. Die elektromechanische und die hydraulische Klemmkraft addieren sich und liegen in der Summe über der Soll-Klemmkraft FKl,soll. Die Superposition von hydraulischer und elektromechanischer Klemmkraft erfolgt für den Fall, dass der hydraulische Vordruck, welcher im hydraulischen Bremskreis herrscht, zumindest annähernd konstant ist. Aus dem hydraulischen Vordruck, der sensorisch ermittelt werden kann, wird mithilfe eines Berechnungsmodells ein Druck pmodel ermittelt, von dem eine Toleranz abgezogen wird, wodurch man den Hydraulikdruck phyd erhält, dem die hydraulische Klemmkraft Fhyd zugeordnet ist. Dieser Anteil an hydraulischer Klemmkraft wird für das Stellen der Gesamtklemmkraft berücksichtigt, der elektromechanische Anteil Fmot kann entsprechend reduziert werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele sind in den 3 und 4 dargestellt. Gemäß 3 herrscht ein hoher Hydraulikdruck im hydraulischen Bremssystem, welcher für sich genommen bereits ausreichen würde, um eine hydraulische Klemmkraft Fhyd zu stellen, die höher oder zumindest gleich hoch ist wie die geforderte Soll-Klemmkraft FKl,soll. Dennoch wird auch in diesen Fällen eine Mindest-Klemmkraft Fmot über den elektrischen Bremsmotor erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, dass das von dem elektrischen Stellmotor verstellte Spindelbauteil in Kontakt zu dem Bremskolben liegt.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist kein hydraulischer Vordruck vorhanden, dementsprechend ist auch der hydraulische Modelldruck pmodel sowie der Hydraulikdruck phyd und die daraus resultierende hydraulische Klemmkraft Fhyd gleich null. Die Soll-Klemmkraft wird ausschließlich von dem elektrischen Bremsmotor gestellt, so dass die elektromechanische Klemmkraft Fmot auf dem Niveau der Soll-Klemmkraft FKl,soll liegt.
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Die Vorgehensweise gemäß 4, die Soll-Klemmkraft ausschließlich über den elektrischen Bremsmotor zu stellen, wird auch für Fälle durchgeführt, in denen zwar ein hydraulischer Bremsdruck vorhanden ist, jedoch entweder die Informationen über die Höhe des Bremsdruckes zu ungenau bzw. zu unsicher sind oder der Bremsdruck dynamischen Schwankungen unterliegt.
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Beispielsweise kann bei einem defekten Drucksensor keine Druckinformation verarbeitet werden, auch wenn tatsächlich ein hydraulischer Bremsdruck vorliegt. Auch bei dynamischen Vorgängen, beispielsweise einer Ventilbetätigung im Bremskreis, können Druckunterschiede im Verlauf des Hydraulikdruckes so groß werden, dass die Berücksichtigung beim Stellen der Klemmkraft nicht mehr zulässig ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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