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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verschleißes eines Bremssystems. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bremssystem.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung befindet sich im Umfeld der Bremssysteme in einem Kraftfahrzeug. Moderne Kraftfahrzeuge weisen in zunehmendem Maße eine elektrische Parkbremse (EPB, Electric Parking Brake), die auch als elektrische Feststellbremse bezeichnet wird, auf. Wenngleich die vorliegende Erfindung auf beliebige Bremssysteme erweiterbar ist, wird sie nachfolgend mit Bezug auf elektrische Parkbremsen am Beispiel eines Faustsattels mit elektrischer Parkbremse erläutert. Die Funktionsweise lässt sich auch auf andere Bremskonzepte, wie z. B. DUO-Servo Bremsen, Trommelbremsen, Festsattelbremsen, etc. übertragen.
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Der Aufbau und die Funktionsweise einer solchen elektrischen Parkbremse ist zum Beispiel aus der
DE 103 61 042 B3 beschrieben. Eine elektrische Parkbremse umfasst einen Bremskolben, der über eine Elektromotor-Getriebe-Einheit so gegen einen Bremsbelag wirkt, dass dieser je nach Betätigung des Bremspedals dosiert gegen eine Bremsscheibe angelegt wird. Auf diese Weise wird durch Reibung eine Bremskraft erzielt. Während des Bremsvorgangs reibt sich der Bremsbelag in zunehmendem Maße an der Bremsscheibe ab. Daher müssen die Bremsbeläge typischerweise mehrmals während der Nutzungsdauer eines Fahrzeuges ausgewechselt werden.
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Vor diesem Hintergrund besteht der Bedarf, den Verschleiß des Bremsbelages zu erkennen, um die Bremsbeläge rechtzeitig wechseln zu können und somit eine ordnungsgemäße Funktion des Bremssystems sicherzustellen. Es existiert eine Vielzahl verschiedener Möglichkeiten, den Verschleiß der Bremsbeläge anzuzeigen. Beispielsweise kann der elektrische Widerstand eines Bremsbelags ermittelt werden, nachdem der Widerstand eines elektrisch leitfähigen Bremsbelags umso höher ist, je dünner der Bremsbelag wird. Einfachere elektrische Verschleißsensoren verfügen über einen leitfähigen Draht, der in den letzten Millimetern des Bremsbelages eingelegt ist. Sobald der Bremsbelag so weit verschlissen ist, dass der Draht die Bremsscheibe berührt, entsteht ein elektrischer Kurzschluss. Bremsbeläge können auch eine akustische Verschleißwarnung aufweisen, die in Form eines schwachen gebogenen Metallplättchens an der Rückseite der Beläge angebracht sind und die bei abnehmender Belagstärke über die Reibung der Beläge zum Vibrieren gebracht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte, zuverlässige Verschleißerkennung von Bremssystemen zu ermöglichen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Bremssystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 12 gelöst.
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Demgemäß ist vorgesehen:
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- – Ein Verfahren zur Erkennung des Verschleißes eines Bremssystems, insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischer Parkbremse, mit den Schritten: Bereitstellen zumindest eines montierten Bremsbelags und einer Verstellmechanik zum Spannen der Bremsbeläge gegen einen Reibpartner; Bewegen des Bremsbelags gegen einen Fixpunkt und Ermitteln der Position des Fixpunktes; Bewegen des Bremsbelags gegen einen Messpunkt des zugeordneten Reibpartners, bei dem der Bremsbelag gerade am Reibpartner anliegt oder bei dem der Bremsbelag einen Endpunkt erreicht hat, und Ermitteln der Position des Messpunktes; Berechnen eines aktuellen Bremsbelagverschleißes, welcher aus den ermittelten Positionen des Fixpunktes und des Messpunktes abgeleitet wird.
- – Ein Bremssystem für ein Fahrzeug, insbesondere für ein mit einer elektrischen Parkbremse ausgestattetes Fahr-zeug, mit mindestens einem Bremsbelag und einem korrespondierenden Reibpartner; mit mindestens einer Verstellmechanik zum Spannen der Bremsbeläge gegen den Reibpartner; mit einer Steuervorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Verstellmechanik zu steuern und einen Verschleiß eines montierten Bremsbelags unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu erkennen.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt eine sehr verlässliche Möglichkeit zur Verschleißerkennung von Bremsbelägen, insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischen Parkbremsen. Bei solchen elektrischen Parkbremsen wird der Bremskolben, der auf den Bremsbelag einwirkt, durch eine im Bremssattel liegende Verstellmechanik verschoben. Um nun einen Bremsbelagverschleiß verlässlich erkennen zu können, wird der Abstand des jeweiligen Bremsbelages zu einem fixen, nicht veränderbaren Referenzpunkt ermittelt, indem eine Differenz zwischen diesem fixen Referenzpunkt und einem vordefinierten Anlegepunkt, bei dem der Bremsbelag beim Zuspannen gerade in Anlage an die Bremsscheibe gebracht wird, gemessen wird. Die Erkenntnis der vorliegenden Erfindung ist es nun, dass aus der Entfernung, also der Differenz dieser beiden ermittelten Punkte, also dem Fixpunkt und dem Anlegepunkt, eine Wegstrecke ermittelt wird, die ein Maß für den aktuellen Bremsbelagverschleiß ist.
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Kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Anlegepunkt nicht oder nicht mit ausreichend guter Genauigkeit ermittelt werden, kann auch der entsprechende Endpunkt am Ende des Zuspannvorganges als Messpunkt herangezogen werden, da ein fester Zusammenhang zwischen dem Anlegepunkt und dem Endpunkt existiert.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der aktuelle Bremsbelagverschleiß dadurch berechnet, indem eine Messstrecke aus der Differenz der ermittelten Position des Fixpunktes und der ermittelten Position des Messpunktes berechnet wird. Von dieser Differenz wird eine initiale Wegstrecke abgezogen, welche eine Information der ursprünglichen Dicke des Bremsbelags beinhaltet. Diese ursprüngliche Dicke des Bremsbelages bzw. die initiale Wegstrecke kann beispielsweise im Neuzustand unter analoger Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet werden, beispielsweise im Rahmen eines Initialisierungsvorganges.
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Typischerweise wird nach jedem Wechsel der Bremsbeläge bzw. Bremsscheibe und/oder bei einer erstmaligen Inbetriebnahme des Fahrzeugs eine Initialisierung vorgenommen. Bei dieser Initialisierung wird eine minimale Wegstrecke zwischen Fixpunkt und Messpunkt für einen neuen, also noch nicht verschlissenen Bremsbelag bzw. noch nicht verschlissenen Bremsscheibe ermittelt und beispielsweise zusammen mit einer Information der ursprünglichen Dicke der zugehörigen Bremsbeläge bzw. Bremsscheibe abgespeichert. Die Differenz aus der berechneten Wegstrecke und der initialen Wegstrecke eines Bremsbelages im Neuzustand ergibt dann direkt den Verschleiß des Bremssystems, also den Bremsbelagverschleiß und Bremsscheibenverschleiß, oder lässt sich zumindest daraus ableiten. Mittels dieses Verfahrens lässt sich mit hoher Genauigkeit ein jeweiliger Bremsbelagverschleiß bzw. Verschleiß der Bremsscheibe ermitteln. Typischerweise wird die Bremsscheibe nicht mit jedem Wechsel der Bremsbeläge gewechselt. Die Bremsscheibe wird in der Regel erst dann gewechselt, wenn eine vorgegebene Mindestdicke unterschritten ist und/oder der so genannte Einlaufrand zu groß wird. Ein Vergleich des Bremssystems im Neuzustand, also bei neuer Bremsscheibe und neuen Bremsbelägen, mit den folgenden Bremsbelagwechseln liefert auch eine Information über den jeweiligen Zustand sowie des Verschleißes der Bremsscheibe.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der berechnete Bremsbelagverschleiß mit einem vorgegebenen zulässigen Bremsbelagverschleiß verglichen. Dieser zulässige Bremsbelagverschleiß bezeichnet einen solchen Verschleißwert, ab dem ein Bremsbelag laut Empfehlung des Herstellers ausgetauscht werden sollte. Es versteht sich allerdings, dass auch bei Überschreiten dieses zulässigen Bremsbelagverschleißes die entsprechenden Bremsbeläge zunächst noch funktionsfähig bleiben und ihre vollständige Bremswirkung entfalten können. Dieser zulässige Bremsbelagverschleiß bezeichnet lediglich einen durch den Hersteller vorgegebenen Verschleißwert, bis zu dem die zugesicherte Bremswirkung sichergestellt ist. Sofern der ermittelte Bremsbelagverschleiß den zulässigen Bremsbelagverschleiß überschreitet, wird eine Mitteilung ausgegeben. Diese Mitteilung kann beispielsweise akustisch in Form eines Warnsignals oder einer Sprachmeldung, oder optisch, zum Beispiel in Form einer Warnlampe, als Meldung auf einem Display, als Information in einem Diagnosesystem und dergleichen, ausgegeben werden. Auf diese Weise wird der Fahrer bei entsprechender Erkennung eines vorgegebenen Bremsbelagverschleißes auf den Zustand seiner Bremsbeläge hingewiesen, so dass er diese zum Beispiel umgehend austauschen kann.
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Denkbar wäre auch, dass der zulässige Bremsbelagverschleiß derart bemessen ist, dass die Bremsbeläge bei dessen Erreichen zumindest noch für eine vorgegebene Zeit und/oder für eine zurückgelegte Wegstrecke und/oder für eine vorgegebene Anzahl an Bremsvorgängen voll funktionsfähig bleiben. Der Fahrer könnte über eine Meldung auf diesen Umstand hingewiesen werden, wonach die Bremsbeläge noch für eine vorgegebene Zeitdauer, Wegstrecke, Anzahl an Bremsvorgängen, etc. funktionsfähig ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung bezeichnet der Fixpunkt den rückwärtigen Anschlag des Bremsbelages am Bremssattel, also dem der Bremsscheibe gegenüberliegenden Anschlag des Bremsbelages am Bremssattel, oder der Aktuatorik. Dieser rückwärtige Anschlag ist fix und bezeichnet somit einen feststehenden, sich nicht veränderlichen Referenzpunkt, der stets als Referenz für die Messung der Wegstrecke zum Anlegepunkt herangezogen werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise in periodischen Abständen wiederholt, um jeweils den aktuellen Bremsbelagverschleiß zu ermitteln. Beispielsweise wird das Verfahren nach einer vorgegebenen Zeitdauer, wie etwa nach einigen Tagen, nach einer vorgegebenen Gesamtfahrtstrecke, wie zum Beispiel nach einigen hundert Kilometern Fahrtstrecke, nach einer vorgegebenen Anzahl an Bremsvorgängen und/oder nach jeder neuen Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges wiederholt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein Bremsbelagverschleiß sicher erkannt wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die bei jeder Iteration ermittelten Werte des Bremsbelagverschleißes als Messwerte abgespeichert. Bei Vorhandensein einer vorgegebenen Anzahl an abgespeicherten Messwerten wird vorzugsweise eine Extrapolation des zukünftigen, zu erwartenden Bremsbelagverschleißes vorgenommen. Basierend auf dieser Extrapolation wird eine Mitteilung ausgegeben, wann der zulässige Bremsbelagverschleiß voraussichtlich erreicht sein wird. Auf diese Weise kann einem Fahrer des Kraftfahrzeuges bereits frühzeitig angezeigt oder mitgeteilt werden, wann dessen Bremsbeläge voraussichtlich die Verschleißgrenze erreicht haben werden. Der Fahrer kann so die zukünftigen Serviceintervalle beispielsweise nach Maßgabe des zu erwartenden Bremsbelagverschleißes gezielt vorausplanen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren im abgestellten Zustand des Fahrzeuges und bei nicht aktivierter, also gelöster Parkbremse eingesetzt. Eine gelöste Parkbremse bezeichnet den Fall, dass die Taste der elektrischen Parkbremse nicht betätigt wird und die Parkbremse somit nicht festgestellt ist. Der abgestellte Zustand des Fahrzeugs bezeichnet einen Parkzustand mit oder ohne abgestellten Motor, bei dem die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 0 km/h beträgt.
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Eine alternative Ausgestaltung sieht die Messung des Bremsbelagverschleißes im nicht abgestellten Zustand des Fahrzeuges vor, zum Beispiel wenn ein Fahrzeug stets mit gespannter Parkbremse abzustellen wird. In diesem Fall muss das erfindungsgemäße Verfahren zumindest teilweise im laufenden Betrieb des Kraftfahrzeuges erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt das Bewegen der Bremsbeläge gegen den Fixpunkt bei niedriger Geschwindigkeit des Fahrzeuges, beispielsweise bei einer Geschwindigkeit nahe 0 km/h, zum Beispiel bei Schrittgeschwindigkeit oder bei Geschwindigkeiten bis 25 km/h. Dieses Bewegen der Bremsbeläge ist unkritisch, da kein Eingriff in die Bremsfunktion erfolgt. Im Anschluss an das Anlaufen des Fixpunktes werden die Bremsbeläge in eine vorgegebene gelöste Position gefahren, beispielsweise in eine Position zwischen dem Messpunkt und dem Fixpunkt. Diese beiden Positionen werden abgespeichert und herangezogen, um daraus eine Wegstrecke zu ermitteln. Die Bremsbeläge werden erst dann gegen den Messpunkt bewegt, wenn das Fahrzeug bei betätigter Parkbremse wieder gesichert ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zumindest teilweise im Betrieb des Fahrzeuges erfolgt und, nachdem der Messpunkt erst bei gesichertem Fahrzeug ermittelt wird, die Funktion des Bremssystems stets gewährleistet ist. Aus den so ermittelten Positionen des Fixpunktes, der gelösten Position und des Messpunktes kann die gesamte Wegstrecke und somit der Bremsbelagverschleiß ermittelt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung erfolgt das Anfahren des Messpunktes nur dann, wenn das Bremspedal des Fahrzeuges nicht betätigt wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein eingesteuerter Bremsdruck, beispielsweise durch das Betätigen des Bremspedales, zu einer Verschiebung des Messpunktes führen würde, wodurch die Messung des Bremsbelagverschleißes insgesamt nicht mehr verlässlich wäre.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt die Ermittlung der Wegstrecke zumindest einseitig am Bremssattel bzw. am Bremsaktuator. Bei einem so genannten Festsattelkonzept bewegt sich der Bremssattel nicht, sodass die Wegmessung dann einseitig stattfindet. Vorzugsweise erfolgt dabei die Ermittlung der Wegstrecke an dem dem Aktuator zugewandten Bremsbelag. Denkbar und insbesondere besonders vorteilhaft wäre allerdings auch, wenn die Ermittlung der Wegstrecke an beiden Seiten des Bremssattels durchgeführt wird. Dadurch dass der Bremssattel beweglich auf Führungsbolzen gelagert ist, ergibt sich eine Wegmessung, die den Verschleiß auf beiden Seiten des Bremssattels bei einseitiger Messung berücksichtigt. Alternativ wäre auch denkbar, dass der Verschleiß der Bremsbeläge und Bremsscheibe über die Verschiebung des Bremssattels auf den Führungsbolzen gemessen wird. Ein zusätzlicher Sensor ist hier dazu vorgesehen, die entsprechende Wegmessung am Führungsbolzen vorzunehmen.
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In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung ist eine Ausgabeeinrichtung (optisch und/oder akustisch) vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, ein Warnsignal und/oder eine Mitteilung auszugeben, sofern der berechnete aktuelle Bremsbelagverschleiß den zulässigen Bremsbelagverschleiß überschreitet.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist eine Messvorrichtung vorgesehen, welche dazu ausgebildet ist, die Position des Fixpunktes und/oder des Messpunktes zu ermitteln. Die Ermittlung der Wegstrecke kann auf vielerlei Art und Weise ermittelt werden, beispielsweise durch direkte und indirekte Messung. Beispielsweise kann eine Wegmessung basierend auf einer Veränderung der elektrischen Parameter des der Verstellmechanik zugeordneten elektrischen Motors vorgenommen werden. Hierbei kann auch eine durch ein Motormodell gestützte Wegmessung verwendet werden. Dieser Wegmessung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Anfahren des Fixpunktes oder des Messpunktes sich das Erreichen dieser jeweiligen Punkte durch eine Veränderung des Motorstromes bemerkbar macht. Beispielsweise erhöht sich bei Erreichen des Fixpunktes bzw. des Messpunktes der aufgenommene Motorstrom des elektrischen Motors. Aus diesen Zeitpunkten und damit aus der Differenz der Zeitpunkte, welche für das Erreichen des Fixpunktes und des Messpunktes maßgeblich sind, kann ein Rückschluss auf die zurückgelegte Wegstrecke gemacht werden. Alternativ kann auch eine direkte Wegmessung mittels Wegesensoren vorgenommen wer-den. Zudem ist eine indirekte Wegmessung unter Verwendung von kapazitiven und/oder magnetischen Sensoren denkbar. Beispielsweise ändert sich bekanntlich die Kapazität in Abhängigkeit des Abstandes, aus der dann Rückschlüsse auf die entsprechende Entfernung gemacht werden kann. Schließlich ist auch eine indirekte Wegmessung durch Erfassung einer Volumenänderung möglich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steuereinrichtung einen Speicher auf, in welchem die ermittelten Werte des Bremsbelagverschleißes als Messwerte abspeicherbar sind und bei Bedarf wieder ausgelesen werden können.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
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INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
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1 eine schematische Längsschnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Bremssystems mit einer elektrisch betätigbaren Parkbremse;
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1A einen Ausschnitt der elektrischen Parkbremse aus 1 bei angelaufenem Fixpunkt;
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1B einen Ausschnitt der elektrischen Parkbremse aus 1 bei angelaufenem Messpunkt;
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2 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erkennung des Verschleißes eines Bremsbelages;
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3A ein schematisches Weg-Zeit-Diagramm zur Auswertung des Fixpunktes und Anlegepunktes für ein erfindungsgemäßes Verfahren;
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3B ein schematisches Strom-Zeit-Diagramm zur Auswertung des Fixpunktes und Anlegepunktes für ein er-findungsgemäßes Verfahren;
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3C ein schematisches Strom-Zeit-Diagramme zur Auswertung des Fixpunktes und Anlegepunktes für ein alternatives erfindungsgemäßes Verfahren.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten – sofern nichts Anderes ausführt ist – jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung eines mit Bezugszeichen 10 bezeichneten erfindungsgemäßen Bremssystems. Dieses Bremssystem 10 umfasst eine elektromechanisch betätigbare Fahrzeugbremse 11, deren Funktion über eine elektronische Steuereinrichtung 12 (ECU, Engine Control Unit) gesteuert wird. Diese Steuereinrichtung 12 ist über eine elektrische Verbindungsleitung 13, beispielsweise einen Steuerbus 13, mit der Kraftfahrzeugbremse 11 gekoppelt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Fahrzeugbremse 11 als elektrische Parkbremse 11 ausgebildet. Die elektrische Parkbremse 11 umfasst einen im Längsschnitt im Wesentlichen U-förmigen Bremssattel 14 sowie eine an dem Bremssattel 14 angeordnete Verstellmechanik 15, die einen Aktuator 15 bildet. An beiden Schenkeln 14', 14'' des Bremssattels 14 sind jeweils ein Bremsbelag 16, 17 in hier nicht weiter veranschaulichten Führungen angeordnet. Diese Bremsbeläge 16, 17 sind an beiden Seiten einer von der U-Form des Bremssattels 14 übergriffenen Bremsscheibe 18 angeordnet. In einer Betätigungsstellung, bei der die Bremsbeläge 16, 17 an die jeweils ihnen zugeordneten Seitenflächen 18', 18'' der Bremsscheibe 18 in Anlage gebracht werden, wirken diese als Reibbeläge, wodurch die Bremswirkung erzielt wird. Die Bremsscheibe 18 ist drehfest mit einem hier nur teilweise gezeigten Achsstummel 19 des Kraftfahrzeuges verbunden. Die Bremsbeläge 16, 17 sind innerhalb der U-Form des Bremssattels 14 auf die Bremsscheibe 18 hin bzw. wieder von ihr weg verschiebbar angeordnet.
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Die Verstellmechanik 15 ist seitlich an einem Schenkel 14' des Bremssattels 14 angesetzt. Die Verstellmechanik 15 um-fasst einen Elektromotor 20, der über ein hier nicht näher dargestelltes Getriebe und einen Gewindetrieb mit einem Bremskolben 21 zusammenwirkt. Das Getriebe ist hier als selbstsperrendes Getriebe ausgebildet. Der Bremskolben 21 wirkt direkt auf den Bremsbelag 16, wodurch dieser zu der Bremsscheibe 18 hin und von dieser wieder weg bewegbar ist. Das Getriebe dient hier dazu, die Drehbewegung des Elektromotors 20 in eine Längsbewegung des Bremskolbens 21 zur Betätigung der beiden Bremsbeläge 16, 17 umzusetzen.
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Die in 1 dargestellte Fahrzeugbremse 10 lässt sich sowohl in einem Bremsbetriebsmodus als auch als Feststellbremse verwenden.
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Die Steuereinrichtung 12 weist ferner eine Ausgabeeinrichtung 22, eine Messeinrichtung 23 sowie einen Speicher 24 auf.
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Nachfolgend wird die Funktion des Bremssystems 10 in 1 näher beschrieben:
Typischerweise wird beim Abstellen des Fahrzeugs oder beim Anfahren auf einer geneigten Fahrbahnoberfläche von der Feststellfunktionalität des Bremssystems 10 Gebrauch gemacht. Beim Betätigen einer entsprechenden Taste wird der Elektromotor 20 von der Steuereinrichtung 12 angesteuert, um die Bremsbeläge 16, 17 in Anlage an die Bremsscheibe 18 zu bringen. Mit zunehmender Zuspannkraft steigt dabei die Stromaufnahme des Elektromotors 20 an. Es wird herkömmlicherweise und insbesondere bei kraftsensorlosen Fahrzeugbremsen davon ausgegangen, dass eine vorbestimmte Zuspannkraft erreicht ist, wenn die Stromaufnahme des Elektromotors 20 einen vorbestimmten Stromwert, den Abschaltstrom, erreicht hat. In diesem Zu-stand kann der Elektromotor 20 abgeschaltet werden. Bei Erreichen des Abschaltstroms unterbindet die Steuereinrichtung den Stromfluss des Elektromotors 20 und schaltet diesen damit ab. Aufgrund der selbstsperrenden Eigenschaften des Getriebes wird die erzeugte Zuspannkraft aufrechterhalten. Um nun die Parkbremse wieder zu lösen, ist es daher erforderlich, die Zuspannkraft abzubauen, indem der Elektromotor in einer zur Zuspanndrehrichtung umgekehrten Drehrichtung betrieben wird, indem der Elektromotor mit einem Strom mit umgekehrtem Vorzeichen bestromt wird.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung des Verschleißes des Bremsbelages.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt im Schritt S1. Es sei angenommen, dass zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bremsbeläge montiert sind und eine Initialisierung vorgenommen wurde. Bei dieser Initialisierung wurde zunächst eine initiale Wegstrecke ermittelt, die sich aus der Position des Fixpunktes und einem initialen Messpunkt für einen neuen Bremsbelag ergibt.
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Im nachfolgenden Schritt S2 wird überprüft, ob das Fahrzeug gesichert ist und die Parkbremse gespannt ist. Abhängig davon wird jeweils eine unterschiedliche Verfahrensabfolge durchgeführt.
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Sofern in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Fahrzeug gesichert und die Parkbremse gespannt sind, wird im Schritt S3 der Fixpunkt angefahren, indem zumindest einer der Bremsbeläge gegen den Fixpunkt bewegt wird. Die Position dieses Fixpunktes wird ermittelt und abgespeichert. Vorzugsweise bezeichnet dieser Fixpunkt den rückwärtigen Anschlag 25 des Bremsbelages 16 am Bremssattel 14. 1A zeigt einen Ausschnitt des Bremssystems 10 aus 1, bei dem die Aktuatorik des linken Bremssattel 16 gegen den rückwärtigen Anschlag 25 gefahren ist und somit in Anlage mit diesem rückwärtigen Anschlag 25 bewegt wurde.
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Anschließend wird im Verfahrensschritt S4 der Bremsbelag gegen einen Messpunkt gefahren, bei dem der Bremsbelag 16 gerade an der Bremsscheibe 18 anliegt. Diese Position wird ermittelt und entsprechend abgespeichert. 1B zeigt einen Ausschnitt des Bremssystems 10 aus 1, bei dem der linke Bremsbelag 16 gerade in Anlage mit der Bremsscheibe 18 gelangt ist, was durch einen geringen Spalt zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe angedeutet werden soll. Sofern dieser Messpunkt 26 nicht oder zumindest nicht genau ermittelt werden kann, wird der Bremsbelag 16 bis an einen Endpunkt (in den Figuren nicht gezeigt) gegen die Bremsscheibe 18 bewegt. Der sich daraus ergebende Messpunkt wird ermittelt und die entsprechende Position abgespeichert.
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Anschließend wird in einem Verfahrensschritt S5 ein aktueller Bremsbelagverschleiß auf der Basis der in den Verfahrensschritten S3, S4 ermittelten Positionen des Fixpunktes und des Messpunktes berechnet. Bei dieser Berechnung wird zunächst eine aktuelle Messstrecke aus der Differenz der Positionen des Fixpunktes und Messpunktes berechnet. Von dieser aktuellen Messstrecke wird die initiale Messstrecke, welche im Schritt S1 im Rahmen der Initialisierung ermittelt wurde, abgezogen. Die sich daraus ergebende Strecke entspricht dem aktuellen Bremsbelagverschleiß. Vorzugsweise wird der aktuelle Bremsbelagverschleiß abgespeichert.
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Im Verfahrensschritt S6 wird sodann überprüft, ob die Verschleißgrenze der Bremsbeläge erreicht ist oder nicht. Hierzu wird der im Verfahrensschritt S5 berechnete aktuelle Bremsbelagverschleiß mit einem vorgegebenen zulässigen Bremsbelagverschleiß, der zum Beispiel im Verfahrensschritt S1 vorgegeben wird, verglichen.
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Sofern der berechnete aktuelle Bremsbelagverschleiß den zulässigen Bremsbelagverschleiß überschreitet, wird diese Information im Verfahrensschritt S7 in geeigneter Weise ausgegeben oder gegebenenfalls weiter verarbeitet. Die Ausgabe dieser Information erfolgt zum Beispiel durch ein optisches oder akustisches Warn- oder Informationssignal. Als akustisches Warnsignal kann zum Beispiel eine Sprachmeldung, ein Warnton oder dergleichen vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine optische Mitteilung ausgegeben werden, beispielsweise in Form eines Aufleuchtens einer Warnlampe, einer Mitteilung auf einem Display, als Information in einem Diagnosesystem und dergleichen.
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Sofern im Verfahrensschritt S6 ermittelt wird, dass die Verschleißgrenze der Bremsbeläge noch nicht erreicht wird, wird im Verfahrensschritt S8 überprüft, ob mehrere oder zumindest eine vorgegebene Anzahl an ermittelten Bremsverschleißwerten verfügbar sind. Trifft dies nicht zu, startet das Verfahren wieder mit dem Verfahrensschritt S2. Diese Iteration kann beispielsweise nach einer vorgegebenen Zeit, nach einer vorgegebenen Anzahl von Bremsvorgängen, nach einer vorgegebenen zurückgelegten Wegstrecke und dergleichen erfolgen. Sind hingegen mehrere bzw. eine vorgegebene Anzahl an ermittelten Bremsverschleißwerten verfügbar, kann hieraus eine Kennlinie durch Extrapolation der ermittelten Bremsverschleißwerte berechnet werden. Diese Kennlinie erlaubt Rückschlüsse für das Erreichen einer Verschleißgrenze. Diese Information kann im Verfahrensschritt S7 dem Fahrer entsprechend mitgeteilt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass diese Information erst dann dem Fahrer angezeigt oder mitgeteilt wird, wen das Erreichen des zulässigen Bremsbelagverschleißes absehbar ist, zum Beispiel einige Tage oder Wochen vor dem prognostizierten Erreichen des zulässigen Bremsbelagverschleißes.
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Der in 2 dargestellte Zweig mit den Verfahrensschritten S10 bis S14 bezeichnet eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens für denjenigen Fall, dass das Fahrzeug im Schritt S2 zunächst im abgestellten Zustand gesichert war und die Parkbremse somit gespannt war. In diesem Falle können die Verfahrensschritte S3, S4 aus sicherheitstechnischen Gründen nicht ohne weiteres durchgeführt werden, so dass eine Abwandlung des Verfahrens erforderlich ist. Bei dieser Abwandlung wird im Verfahrensschritt S10 zunächst eine Situation abgewartet, bei der keine Parkbremse genutzt wird. Diese Situation kann zum Beispiel bei einer geringen Geschwindigkeit, wie etwa Schrittgeschwindigkeit, einem kurzzeitigen Halten des Fahrzeuges, wie etwa an einer Ampel, beispielsweise bei aktivierter Start-Stopp-Automatik und dergleichen sein.
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In dieser Situation wird im Verfahrensschritt S11 anschließend der Fixpunkt analog zum Verfahrensschritt S3 angefahren.
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Anschließend werden im Verfahrensschritt S12 die Bremsbeläge in eine vorgegebene gelöste Position bewegt. Diese vorgegebene gelöste Position sei beispielsweise irgendeine Position zwischen dem Fixpunkt und dem Messpunkt.
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Im anschließenden Schritt S13 wird die Wegstrecke, die sich aus der Position des Fixpunktes und der gelösten Position ergeben, ermittelt und abgespeichert.
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Sofern der Fahrer anschließend in Schritt S14 das Fahrzeug wieder sichert, das heißt die Parkbremse spannt, wird mit dem Verfahrensschritt S4 fortgefahren, das heißt es wird der Anlegepunkt ermittelt. In Abwandlung des vorher beschriebenen Verfahrens wird hier die Messstrecke berechnet, die sich aus der Differenz der Position des Messpunktes und der Position der gelösten Position ergeben.
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Wesentlich bei dieser Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Verfahrensschritte S11 bis S13 beim Betrieb des Fahrzeugs und bei nicht betätigter Parkbremse durchgeführt werden, um die Funktionalität des Bremssystems aufrechtzuerhalten.
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Die 3A und 3B zeigen ein Weg-Zeit-Diagramm bzw. ein Strom-Zeit-Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erkennung des Verschleißes eines Bremsbelages. In 3A zeigt dabei die Ordinate die Verfahrstrecke x und damit ein Wegmaß. In 3B zeigt die Ordinate den Motorstrom I. Auf den Abszisse ist in beiden Fällen die Zeit t dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren unterteilt sich insgesamt in sechs unterschiedliche Zeitabschnitte T0–T5.
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Zunächst befindet sich die Parkbremse im Zeitabschnitt T0 in der gelösten Position, welche in 3A mit X1 bezeichnet ist. In diesem Zustand fließt kein Strom, das heißt der Motorstrom ist hier I = 0.
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Ab dem Zeitpunkt t1 werden für die Zeitdauer T1 = t2 – t1 die Bremsbeläge über den Elektromotor gegen den Fixpunkt bewegt und dort in Anschlag gebracht. Dieser Anschlag ist zum Zeitpunkt t2 erreicht. Zum Zeitpunkt t2 haben die Bremsbeläge eine Position X0 < X1 erreicht. Das Erreichen dieses Anschlags für den Fixpunkt ist durch einen entsprechenden negativen peakartigen Ausschlag des Motorstroms I zum Zeitpunkt t2 erkennbar.
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Sobald der Elektromotor im Zeitpunkt t1 in Betrieb genommen wird, steigt dessen Motorstrom I zunächstpeakartig an, um anschließend kontinuierlich weiter zu drehen. Dieser kontinuierliche Motorstrom bezeichnet den Leerlaufstrom I1.
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Im Anschluss daran ist für die Zeitperiode T2 = t3 – t2 der Motorstrom I = 0 und die Bremsbacken verharren in der Position X0. Ab dem Zeitpunkt t3 erfolgt ein Zuspannen der Bremsbeläge, bei dem diese über den Elektromotor in Richtung auf die Bremsscheibe bewegt werden. Dabei wird der Elektromotor ab dem Zeitpunkt t3 mit einem kontinuierlichen Leerlaufstrom I3 bestromt. Dadurch werden die Bremsbacken kontinuierlich hin zu der Bremsscheibe bewegt.
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Ab dem Zeitpunkt t4 steigt der Motorstrom kontinuierlich für die Zeitperiode T4 = t5 – t4 an. Der Zeitpunkt t4 bezeichnet denjenigen Zeitpunkt, bei dem die Bremsbeläge gerade in Anlage mit der Bremsscheibe gelangt sind. Die zugeordnete Position ist mit X3 > x1 bezeichnet und bezeichnet den Anlage- oder Messpunkt.
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Der Motorstrom I steigt ab dem Zeitpunkt t4 für die Zeitperiode T4 = t5 – t4 weiter kontinuierlich bis zum Zeitpunkt t5 an und fällt dann abrupt auf Null. Dieser Zeitpunkt t5 bezeichnet die Position X4 > X3, bei der die Bremsbeläge eine Endposition an der Bremsscheibe erreicht haben, das heißt bei der die Bremsbeläge nicht mehr weiter gegen die Bremsscheibe bewegbar sind. In diesem Falle schaltet der Elektromotor aus (d. h. I = 0) und die Bremsbeläge bleiben aufgrund des selbstsperrenden Getriebes in Anlage mit der Bremsscheibe.
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Aus der Differenz der Positionen X3 – X0 ergibt sich eine Wegstrecke ☐X1, die der Bremsbelag zwischen dem Fixpunkt und dem Anlegepunkt, also dem Messpunkt, zurückgelegt hat. Die so ermittelte Wegstrecke ☐X1 bezeichnet die initiale Wegstrecke, die ein Maß der Bremsbeläge ohne Verschleiß ist.
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Im Anschluss daran können in analoger Weise während des Betriebes auch die jeweiligen Wegstrecken ☐X2 anhand eines mehr oder weniger verschlissenen Bremsbelages ermittelt werden. Das Verfahren erfolgt hier analog zu dem eben beschriebenen, wobei dann aber der jeweilige Messpunkt, bei dem die Bremsbeläge in Anlage mit der Bremsscheibe gelangt, zu einem späteren Zeitpunkt t6 liegt. Diesem Zeitpunkt t6 korreliert mit dem Messpunkt X5. Aus dem so ermittelten Messpunkt X5 wird durch Differenzbildung die aktuelle Wegstrecke ☐X2 = (X5 – X0) berechnet.
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Der jeweilige aktuelle Bremsbelagverschleiß ergibt sich dann aus der Differenz der beiden Wegstrecken ☐X1, ☐X2 wie folgt: ☐X2 – ☐X1 =
(X5 – X0) – (X3 – X0) =
X5 – X3
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Hieraus ist ersichtlich, dass sich die Ermittlung des aktuellen Bremsbelagverschleißes letztlich aus zwei Messungen oder Berechnungen ergibt, bei denen jeweils ein und derselbe Fixpunkt X0 als Referenzpunkt verwendet wird. Wesentlich ist, dass der Fixpunkt als Referenzpunkt nicht veränderlich ist. Durch Differenzbildungfällt die Position des jeweiligen Fixpunktes X0 heraus und der aktuelle Wert des Bremsbelagverschleißes ergibt sich aus der Differenz der jeweiligen initialen und aktuellen Messpunkte X3, X5.
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3C zeigt eine Abwandlung des anhand der 3A und 3B dargestellten Verfahrens für den Fall, dass der Anlagepunkt, bei dem die Bremsbeläge gerade an die Bremsscheibe angelegt werden, zum Beispiel nicht oder nicht mit ausreichender Genauigkeit festgestellt werden kann. In diesem Falle werden alternativ die jeweiligen Positionen zu den Zeitpunkten t5 und t7, bei denen die jeweiligen Bremsbeläge deren Endpositionen erreicht haben, ermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Bremssystem
- 11
- elektrische Fahrzeugbremse/Parkbremse
- 12
- Steuereinrichtung, ECU
- 13
- Verbindungsleitung, Steuerbus
- 14
- Bremssattel
- 14', 14''
- Schenkel des Bremssattels
- 15
- Verstellmechanik, Aktuator
- 16
- Bremsbelag, Reibbelag
- 17
- Bremsbelag, Reibbelag
- 18
- Bremsscheibe, Reibpartner
- 18', 18''
- den Bremsbelägen zugeordnete Seiten der Bremsscheibe
- 19
- Achsstummel
- 20
- Elektromotor
- 21
- Bremskolben
- 22
- Ausgabeeinrichtung
- 23
- Messeinrichtung
- 24
- Speicher
- 25
- rückwärtiger Anschlag, Fixpunkt
- 26
- Messpunkt, Anlegepunkt
- I
- Motorstrom
- I1
- Leerlaufstrom
- I2
- Abschaltstrom
- S1–S14
- Verfahrensschritte
- t
- Zeit
- t1–t7
- Zeitpunkte
- T0–T5
- Zeitabschnitte
- X
- Verfahrweg eines Bremsbelages
- X0–X5
- Wegpositionen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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