DE102015209021A1 - Verfahren zum Betätigen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betätigen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betätigen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug wird eine Klemmkraft von einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem Bremsmotor erzeugt. Die Motorspannung des Bremsmotors wird aus der Steuergeräteeingangsspannung eines Regel- bzw. Steuergerätes ermittelt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betätigen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug.
  • Stand der Technik
  • In der DE 103 61 042 B3 wird eine Feststell- bzw. Parkbremse in einem Fahrzeug beschrieben, die dazu dient, im Stillstand eine das Fahrzeug festsetzende Klemmkraft zu erzeugen. Die Feststellbremse umfasst einen elektrischen Bremsmotor, der einen Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe verstellt.
  • Eine elektromechanische Feststellbremse mit einem elektrischen Bremsmotor ist auch aus der DE 10 2011 078 900 A1 bekannt. Die aktuell wirkende Klemmkraft in der Feststellbremse wird aus Messgrößen ermittelt. Als Messgrößen werden der Motorstrom und die Motorspannung des elektrischen Bremsmotors bestimmt, beispielsweise in elektrischen Schaltkreisen eines Steuergerätes, das den elektrischen Bremsmotor ansteuert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine elektromechanische Feststellbremse in einem Fahrzeug mit einem elektrischen Bremsmotor, über den eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist. Die Rotationsbewegung des Rotors des elektrischen Bremsmotors wird in eine axiale Stellbewegung einer Spindel übertragen, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.
  • Gegebenenfalls ist die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung versehen, um bedarfsweise zusätzlich zur elektromechanischen Klemmkraft auch eine Zusatzklemmkraft bereitstellen zu können. Bei der Zusatzbremsvorrichtung handelt es sich insbesondere um die hydraulische Fahrzeugbremse des Fahrzeugs, deren Hydraulikdruck auf den Bremskolben wirkt.
  • Dem Bremsmotor ist ein Regel- bzw. Steuergerät zugeordnet, in welchem die Motorspannung für den Bremsmotor erzeugt wird. Die Höhe der Motorspannung hängt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Steuergeräteeingangsspannung ab, die eingangsseitig am Regel- bzw. Steuergerät anliegt. Es ist somit möglich, aus der Steuergeräteeingangsspannung auf die Motorspannung im elektrischen Bremsmotor zu schließen, ohne dass die Motorspannung gemessen werden muss, beispielsweise mithilfe von elektrischen Schaltkreisen in dem Regel- bzw. Steuergerät. Dementsprechend kann prinzipiell auf derartige elektrische Schaltkreise oder eine sonstige Sensorik zur Ermittlung der Motorspannung im Regel- bzw. Steuergerät verzichtet werden. Die Höhe der Steuergeräteeingangsspannung ist dagegen bekannt, sie wird in dem Regel- bzw. Steuergerät vorzugsweise unabhängig von der Funktion der Feststellbremse gemessen, insbesondere in elektrischen Schaltkreisen im Regel- bzw. Steuergerät. Die Anzahl an elektrischen Schaltkreisen wird hierdurch reduziert.
  • Die Motorspannung, welche ausgangsseitig an dem Regel- bzw. Steuergerät anliegt, steht in einem definierten Verhältnis zur Steuergeräteeingangsspannung, die an der Eingangsseite des Regel- bzw. Steuergeräts anliegt. Es ist insbesondere die Differenz von Steuergeräteeingangsspannung annähernd oder weitgehend annähernd konstant, wobei die Motorspannung niedriger liegt als die Steuergeräteeingangsspannung. Motorspannung und Steuergeräteeingangsspannung weisen dementsprechend einen zumindest annähernd parallelen Verlauf auf. Bei Kenntnis des elektrischen Widerstandes des Regel- bzw. Steuergerätes und der gemessenen Steuergeräteeingangsspannung kann somit unmittelbar die Motorspannung bestimmt werden.
  • Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung werden zusätzlich der Motorstrom im elektrischen Bremsmotor sowie die Motordrehzahl ermittelt. Dies kann, ebenso wie bei der Motorspannung, ohne Sensorik bzw. elektrische Schaltkreise im Regel- bzw. Steuergerät durchgeführt werden. Vorteilhafterweise werden hierfür die mechanische und/oder die elektrische Motorgleichung des Bremsmotors herangezogen, die in Form von Differentialgleichungen einen Zusammenhang zwischen Motorspannung, Motorstrom, Motordrehzahl und Motorlastmoment angeben.
  • Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird aus der Motordrehzahl der Abstand zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe in der Feststellbremse ermittelt. Der Abstand kann für die Berechnung der aktuellen Klemmkraft herangezogen werden, indem die Differenz aus Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe mit einer Steifigkeit zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe multipliziert wird. Die Klemmkraft hängt mit dem Motorlastmoment im Bremsmotor zusammen, es besteht insbesondere ein proportionaler Zusammenhang, so dass insgesamt eine ausreichende Anzahl an Formelzusammenhängen für die Ermittlung von Motorspannung, Motorstrom, Motordrehzahl, Motorlastmoment, Klemmkraft und Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe zur Verfügung steht.
  • Die Ermittlung von Motorspannung und Motorstrom sowie damit zusammenhängend der Motordrehzahl und des Motorlastmoments bzw. der Klemmkraft erfolgt insbesondere ausschließlich auf der Grundlage der gemessenen Steuergeräteeingangsspannung und ohne Messung von Motorstrom und Motorspannung in dem Regel- bzw. Steuergerät. Es kann gleichwohl vorteilhaft sein, insbesondere zur Validierung und Verbesserung der Genauigkeit bei der Ermittlung von Motorstrom und Motorspannung sowie der weiteren Zustandsgrößen im Regel- bzw. Steuergerät über entsprechende elektrische Schaltkreise entweder den Motorstrom oder die Motorspannung oder sowohl den Motorstrom als auch die Motorspannung zu messen.
  • Die Zusammenhänge können, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, im Regel- bzw. Steuergerät als Kennlinienfeld in Abhängigkeit verschiedener Steuergerätespannungen hinterlegt sein. Es ist aber auch möglich, die gesuchten Größen aus Formelzusammenhängen im Regel- bzw. Steuergerät online zu berechnen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren läuft vorzugsweise in dem Regel- bzw. Steuergerät ab, das Bestandteil der Feststellbremse 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 Motorstroms, der Motorspannung, der Motordrehzahl und der Klemmkraft 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 eine Spindelmutter 5 drehfest in einem Bremskolben 6 gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 4 werden die Spindelmutter 5 und Bremskolben 6 axial verstellt. Die Spindelmutter 5 befindet sich innerhalb des 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 die Spindelmutter 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 die Spindelmutter 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.
  • Der Bremsmotor 3 wird von einem Regel- bzw. Steuergerät 12 angesteuert, das Teil des Feststellbremssystems mit der Feststellbremse 1 ist. Am Regel- bzw. Steuergerät 12 liegt eine Steuergeräteeingangsspannung UECU an, als Ausgang liefert das Regel- bzw. Steuergerät 12 eine Motorspannung UMot, mit der der elektrische Bremsmotor 3 beaufschlagt wird. Die Steuergeräteeingangsspannung UECU kann unmittelbar im Regel- bzw. Steuergerät 12 ermittelt werden, beispielsweise in elektronischen Schaltkreisen im Regel- bzw. Steuergerät 12.
  • 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 IMot, der Spannung UMot und dem Verlauf der Motordrehzahl ω des elektrischen Bremsmotors zeitabhängig für einen Zuspannvorgang dargestellt. Des Weiteren ist in 2 die elektromechanische Klemmkraft FKl 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 UMot und die Motordrehzahl ω ihr Maximum erreicht. Die Phase zwischen t2 und t3 stellt die Leerlaufphase dar (Phase II), in welcher der Strom IMot 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 FKl 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 ω 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 FKl kann beispielsweise anhand des Verlaufs des Stroms IMot des Bremsmotors ermittelt werden, der grundsätzlich den gleichen Verlauf wie die elektromechanische Klemmkraft FKl aufweist. Ausgehend von dem niedrigen Niveau während der Leerphase zwischen t2 und t3 steigt der Stromverlauf IMot zu Beginn des Zeitpunktes t3 steil an. Dieser Anstieg des Stroms IMot kann, sofern entsprechende Schaltkreise in einem Regel- bzw. Steuergerät des Bremsmotors vorhanden sind, 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.
  • Messeinrichtungen, insbesondere Schaltkreise zur Messung des Motorstroms IMot und der Motorspannung UMot sind im Regel- bzw. Steuergerät nicht zwingend erforderlich. Die Motorspannung UMot kann aus dem Zusammenhang UECU – UMot ≈ const. in Abhängigkeit von der Motoreingangsspannung UECU näherungsweise berechnet werden. Hierbei verläuft die Motorspannung UMot des Bremsmotors zumindest näherungsweise parallel und unterhalb der Steuergeräteeingangsspannung UECU. Die zumindest annähernd konstante Differenz zwischen Steuergeräteeingangsspannung UECU und Motorspannung UMot ist bekannt.
  • Das Verhalten des elektrischen Bremsmotors, bei dem es sich um einen Gleichstrommotor handelt, lässt sich aus den elektrischen und mechanischen Differentialgleichungen gemäß
    Figure DE102015209021A1_0002
    J· dω(t) / dt = k·IMot(t) – MMot(t) berechnen. Hierin bedeuten:
    • ω
    Motordrehzahl
    L
    Spuleninduktivität
    R
    Ohmscher Widerstand
    k
    Motorkonstante
    J
    Motorträgheitsmoment
    MMot
    Motorlastmoment
  • Zur funktionsgerechten Verwendung der elektromechanischen Feststellbremse muss der Abstand zwischen dem Bremsbelag und der Bremsscheibe eingestellt werden. Dieser Abstand xB ist gemäß xB(t) ∝ ∫ω(t)dtB proportional zum Integral der Motordrehzahl ω.
  • Beim Zuspannvorgang der Feststellbremse muss die Anpress- bzw. Klemmkraft FKl zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe eingestellt werden. Die Klemmkraft FKl kann aus dem Zusammenhang FKl = c·|xB – xS| ermittelt werden. Hierin bedeutet c die Steifigkeit zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe, xB der Abstand zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe und xS die Bremsscheibenposition. Zwischen der Klemmkraft FKl und dem Motorlastmoment MMot besteht ebenfalls ein Zusammenhang, insbesondere ist das Motorlastmoment MMot proportional zur Klemmkraft FKl.
  • Die vorgenannten Beziehungen erlauben es, allein bei Kenntnis der Steuergeräteeingangsspannung UECU, welche im Regel- bzw. Steuergerät gemessen wird, auf die Motorspannung UMot, dem Motorstrom IMot, das Motorlastmoment MMot, die Klemmkraft FKl,, die Motordrehzahl ω und den Abstand xB zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe zu schließen. Die Beziehungen können als Kennlinienfeld in einer Ansteuersoftware im Regel- bzw. Steuergerät in Abhängigkeit verschiedener Steuergerätespannungen UECU hinterlegt sein.
  • 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 10361042 B3 [0002]
    • DE 102011078900 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betätigen einer Feststellbremse (1) in einem Fahrzeug, wobei eine Klemmkraft (FKl) der Feststellbremse (1) zumindest teilweise von einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor (3) erzeugt wird, welcher einen Bremskolben (6) gegen eine Bremsscheibe (10) drückt, wobei die Motorspannung (UMot) des Bremsmotors (3) von einem Regel- bzw. Steuergerät erzeugt wird, wobei die Motorspannung (UMot) aus der Steuergeräteeingangsspannung (UECU) ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspannung (UMot) des Bremsmotors zumindest näherungsweise parallel zur Steuergeräteeingangsspannung (UECU) verläuft.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des Motorstroms (IMot) und/oder der Motordrehzahl (ω) die mechanische und/oder die elektrische Motorgleichung des Bremsmotors herangezogen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorspannung (UMot) ausschließlich auf der Grundlage der Steuergeräteeingangsspannung (UECU) ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in elektronischen Schaltkreisen im Regel- bzw. Steuergerät die Strom- und/oder die Spannungsaufnahme des Bremsmotors gemessen wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Motordrehzahl (ω) der Abstand (xB) zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe in der Feststellbremse (1) ermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abstand (xB) und der Steifigkeit (c) zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe die Klemmkraft (FKl) berechnet wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen Steuergeräteeingangsspannung (UECU) und den motorischen Zustandsgrößen als Kennlinienfeld hinterlegt ist.
  9. Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
  10. Feststellbremse in einem Fahrzeug, mit einer elektromechanischen Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor (3), der einen Bremskolben (6) gegen eine Bremsscheibe (10) drückt, und mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 9 zur Ansteuerung der einstellbaren Komponenten der Feststellbremse.
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