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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betätigen 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, mit der das Fahrzeug im Stillstand festgesetzt wird. Die Feststellbremse umfasst einen elektrischen Bremsmotor, der einen Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe beaufschlagt, wodurch die festsetzende Klemmkraft erzeugt wird.
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Der elektrische Bremsmotor wird so lange betätigt, bis eine vorgegebene Soll-Klemmkraft erreicht ist, woraufhin der Bremsmotor abgeschaltet und in seiner aktuellen Position arretiert wird. Während des Zuspannvorganges kann die aktuelle Klemmkraft als Funktion des Motorstroms ermittelt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für das Festsetzen eines Fahrzeuges erforderliche Klemmkraft, welche über einen elektrischen Bremsmotor bereitgestellt wird, auch im Falle von Schwankungen in der Stromversorgung des Bremsmotors sicherzustellen.
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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 elektromechanische Bremsvorrichtung, welche einen elektrischen Bremsmotor zum Erzeugen einer elektromechanischen Soll-Klemmkraft umfasst. Zum Bereitstellen der Klemmkraft wird die Rotationsbewegung des Rotors des Bremsmotors in eine Stellbewegung eines Stellglieds übertragen, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
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Es kann zweckmäßig sein, die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung auszustatten, um bedarfsweise zusätzlich zur elektromechanisch gestellten Klemmkraft auch eine Zusatzklemmkraft erzeugen zu können. Bei der Zusatzbremsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um die hydraulische Fahrzeugbremse des Fahrzeugs, deren Hydraulikdruck auf den Bremskolben wirkt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die aktuelle Klemmkraft während des Zuspannvorganges als Funktion des Motorstroms im elektrischen Bremsmotor ermittelt. Im Normalfall wird der Bremsmotor erst nach dem Erreichen der Soll-Klemmkraft abgeschaltet. Stellt sich jedoch während des Zuspannvorganges heraus, dass eine elektrische Kenn- bzw. Zustandsgröße oder eine elektromotorische Zustandsgröße sich um ein Mindestmaß ändert, so wird die Ermittlung der aktuellen Klemmkraft für eine definierte Zeitspanne ausgesetzt. Erst nach Ablauf der Zeitspanne wird die Ermittlung der Klemmkraft wieder aufgenommen und der Beurteilung zugrunde gelegt, ob die gewünschte Soll-Klemmkraft erreicht ist. Der Zuspannvorgang an sich muss während dieser Zeitspanne jedoch nicht unterbrochen werden.
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Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass Störungen insbesondere in der Spannungsversorgung bzw. Strombeaufschlagung des elektrischen Bremsmotors, welche eine Verfälschung bei der Ermittlung des aktuell wirksamen Klemmkraftniveaus hervorrufen können, ausgeblendet werden können. Derartige Störungen treten beispielsweise durch EMV-Einflüsse (elektromagnetische Verträglichkeit) auf, durch das Ein- bzw. Ausschalten von weiteren Verbrauchern, die an das Bordnetz des Fahrzeuges angeschlossen sind oder durch Wackelkontakte. Im Falle einer Spannungsunterbrechung versucht der elektrische Bremsmotor zunächst, seine Drehzahl den veränderten Randbedingungen anzupassen. Unmittelbar nach einem Spannungseinbruch wird auch der Motorstrom reduziert, wobei mit dem Rückkehren der Motorspannung auf einen höheren Wert, insbesondere den Ausgangswert, der Motorstrom als Reaktion auf eine veränderte Eingangsgröße einen Einschwingvorgang ausführen und erhöhte Werte erreichen kann. Da die Klemmkraftermittlung auf dem Motorstrom beruht, besteht grundsätzlich die Gefahr, dass aufgrund des durch die Störung hervorgerufenen, kurzzeitig erhöhten Motorstroms die berechnete Klemmkraft überschwingt und ein aktuelles Klemmkraftniveau ermittelt wird, welches dem Soll-Klemmkraftniveau entspricht bzw. dieses übersteigt, auch wenn dies tatsächlich nicht der Fall ist.
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Damit derartige Situationen, welche auf einer falschen Klemmkraftschätzung beruhen, nicht zu einem vorzeitigen Abschalten des elektrischen Bremsmotors führen, was ein zu niedriges Klemmkraftniveau zur Folge hätte, wird bei der Erfindung die Ermittlung der aktuellen Klemmkraft für eine definierte Zeitspanne ausgesetzt und erst nach Ablauf dieser Zeitspanne wieder aufgenommen. Dadurch ist sichergestellt, dass nach einer Unterbrechung in der Spannungsversorgung der Motorstrom sich nicht im Überschwingungsbereich befindet, so dass der Motorstrom für eine zuverlässige Ermittlung der aktuell wirksamen Klemmkraft herangezogen werden kann. Die Ansteuerung des elektrischen Bremsmotors über ein Regel- bzw. Steuergerät kann in korrekter Weise so lange erfolgen, bis die Soll-Klemmkraft erreicht ist. Daraufhin kann die Position der Motorwelle arretiert werden, um die erreichte Klemmkraft einzufrieren.
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Grundsätzlich können verschiedene elektromotorische Zustandsgrößen bzw. elektrische Kenn- oder Zustandsgrößen untersucht werden, um eine Störung in der Spannungs- bzw. Stromversorgung festzustellen. In Betracht kommen grundsätzlich alle Größen, welche mit der Spannungsversorgung korrelieren. Zweckmäßigerweise wird jedoch der Verlauf der an sich bekannten Motorspannung untersucht und für die Entscheidung herangezogen, ob die Ermittlung der aktuellen KIemmkraft für die definierte Zeitspanne ausgesetzt wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Motorspannung mit einem Mindestgradienten und vorteilhafterweise auch mit einem Mindestbetrag ansteigt. Derartige Fälle treten beispielsweise im Falle einer Spannungsunterbrechung und dem anschließenden Wiederherstellen der Motorspannung auf, wobei auch der Motorstrom abfällt, anschließend wieder stark ansteigt und das vorbeschriebene Überschwingverhalten zeigt.
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Um sicherzustellen, dass das Überschwingverhalten abgeklungen ist, wenn die Ermittlung der Klemmkraft auf der Basis des Motorstromes wieder aufgenommen wird, wird die Zeitspanne, während der die Klemmkraftermittlung ausgesetzt wird, zweckmäßigerweise so gelegt, dass nach der Wiederaufnahme der Klemmkraftermittlung der Motorstrom mit ausreichend hoher Sicherheit für die Klemmkraftermittlung herangezogen werden kann. Zweckmäßigerweise ist die Zeitspanne für die Aussetzung der Klemmkraftermittlung mindestens so groß wie die mechanische Zeitkonstante des elektrischen Bremsmotors, wobei bevorzugt die Zeitspanne doppelt so groß ist oder noch größer als die mechanische Zeitkonstante, um mit hinreichender Sicherheit das Abklingen des Überschwingverhaltens gewährleisten zu können. Während der Aussetzung der Klemmkraftermittlung wird der Wert der Klemmkraft auf den letzten gültigen Schätzwert eingefroren.
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Um Messfehler in der Stromversorgung von tatsächlichen Stromänderungen mit ausreichender Sicherheit unterscheiden zu können, kann es zweckmäßig sein, dass die Klemmkraftermittlung nur für den Fall ausgesetzt wird, dass der Motorstrom sich nicht proportional zum Kehrwert der Motorwinkelgeschwindigkeit ändert. Die proportionale Änderung zum Kehrwert der Winkelgeschwindigkeit ist kennzeichnend für eine tatsächliche Stromänderung. In derartigen Fällen soll die Klemmkraftermittlung weitergehen und nicht für einen bestimmten Zeitraum ausgesetzt werden.
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Da im Falle eines plötzlichen Stromanstiegs über einen Vorwiderstand, welcher dem elektrischen Bremsmotor zugeordnet ist, mehr Spannung abfällt, muss mit dem Stromanstieg zum gleichen Zeitpunkt die Spannung zumindest geringfügig einbrechen. Auch dies entspricht dem regulären Verhalten und geht nicht auf eine irreguläre Strom- bzw. Spannungsunterbrechung zurück. Zweckmäßigerweise wird daher die Klemmkraftermittlung für den Fall nicht ausgesetzt, dass die Motorspannung um einen Mindestbetrag abfällt und zugleich der Motorstrom um einen Mindestbetrag ansteigt.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird die elektrische Kenn- bzw. Zustandsgröße bzw. die elektromotorische Zustandsgröße, welche für die Entscheidung untersucht wird, ob die Klemmkraftermittlung ausgesetzt wird, einer Tiefpassfilterung unterzogen. Dadurch ist gewährleistet, dass lediglich geringe Impulse, welche keine signifikante Auswirkung auf das Bremssystem haben, geglättet werden. Zweckmäßigerweise ist die Zeitkonstante des Tiefpassfilters zumindest annähernd so groß wie die mechanische Zeitkonstante des elektrischen Bremsmotors.
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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 weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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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 ein Schaubild mit dem Spannungs- und Stromverlauf im Falle eines Spannungseinbruches.
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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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Erforderlichenfalls kann die Feststellbremse von der hydraulischen Fahrzeugbremse unterstützt werden. In diesem Fall setzt sich die Klemmkraft aus einem elektromotorischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammen. 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 Verlauf des Motorstroms I und der Motorspannung U während eines Zuspannvorganges dargestellt, bei dem der elektrische Bremsmotor zum Erzeugen einer gewünschten Klemmkraft betätigt wird. Zu Beginn des Zuspannvorganges wird eine elektrische Spannung U aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt. Die Spannung bleibt zunächst auf einem konstanten Niveau, wohingegen der Motorstrom I nach einem anfänglichen Überschwingungsvorgang auf ein niedriges Niveau absinkt und von dem niedrigen Niveau ausgehend ansteigt, sobald die Kraftaufbauphase beginnt, während der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und eine zunehmende Klemmkraft erzeugt wird.
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Zum Zeitpunkt t1 tritt im Ausführungsbeispiel eine Störung in Form einer Spannungsunterbrechung auf, bei der die Spannung auf null absinkt. Zum Zeitpunkt t2 hat die Motorspannung U wieder ihr Ausgangsniveau erreicht. Der Motorstrom I erfährt mit dem schlagartigen Absinken der Motorspannung U ebenfalls einen Einbruch und steigt zum Zeitpunkt t2 wieder an, allerdings weist der Motorstrom I ein Überschwingverhalten auf, wobei der Strompeak zumindest das Niveau des anfänglichen Überschwingverhaltens zu Beginn des Zuspannvorganges erreicht.
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Da die Klemmkraft auf der Grundlage der Beziehung FKl(t) = ü·km·(I(t) – (I(t) – Iidle) geschätzt wird, wobei mit ü die Gesamtübersetzung, km die Motorkonstante, I (t) der Motorstrom und Iidle der Leerlaufstrom bezeichnet ist, führt das Überschwingverhalten des Motorstroms I zum Zeitpunkt t2 zu einer falschen Klemmkraftschätzung. Um derartige Verfälschungen auszuschließen, wird im Falle eines Einbruches zum Zeitpunkt t1 die Klemmkraftschätzung für eine definierte Zeitspanne ausgesetzt. Die Aussetzung erfolgt zweckmäßigerweise für eine Zeitspanne, die mindestens so groß, beispielsweise doppelt so groß ist wie die mechanische Zeitkonstante des elektrischen Bremsmotors. Dadurch ist sichergestellt, dass das Überschwingverhalten des Motorstroms I abgeklungen ist und der Motorstrom I für die Klemmkraftschätzung wieder in verlässlicher Weise herangezogen werden kann.
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Um den Spannungseinbruch mit hinreichender Genauigkeit zu detektieren und als Störung identifizieren zu können, wird nach dem Spannungseinbruch überprüft, ob die Motorspannung I wieder mit einem Mindestgradienten ansteigt und außerdem ein Mindestniveau erreicht. Dies stellt ein typisches Verhalten im Spannungsverlauf beispielsweise im Fall einer Spannungsunterbrechung als Folge des Zuschaltens eines weiteren Verbrauchers im Bordnetz des Fahrzeuges dar. Sofern die Motorspannung mit dem vorgegebenen Mindestgradienten wieder ansteigt und das vorgegebene Mindestniveau erreicht, kann von einer Störung ausgegangen werden, woraufhin die Klemmkraftermittlung für die definierte Zeitspanne ausgesetzt wird. Nach Ablauf der Zeitspanne wird die Klemmkraftermittlung wieder aufgenommen.
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Zweckmäßig ist des Weiteren, dass die Motorspannung einer Tiefpassfilterung unterzogen wird, wobei die Zeitkonstante des Tiefpassfilters zweckmäßigerweise zumindest annähernd so groß ist wie die mechanische Zeitkonstante des elektrischen Bremsmotors. Hierdurch werden höherfrequente Impulse und Störungen, welche sich in nicht-signifikanter Weise auf den Zuspannvorgang auswirken, ausgefiltert; derartige Störungen führen nicht zu einer Aussetzung der Klemmkraftermittlung.
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Des Weiteren wird die Klemmkraftermittlung auch nicht für den Fall ausgesetzt, dass die Motorspannung U um einen Mindestbetrag abfällt und zugleich der Motorstrom um einen Mindestbetrag ansteigt. Auch dieses Verhalten ist nicht auf eine Störung wie beispielsweise den Einbruch der Motorspannung zurückzuführen und hat daher keine Aussetzung der Klemmkraftermittlung zur Folge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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