DE102016210369A1

DE102016210369A1 - Elektromechanischer Bremskraftverstärker

Info

Publication number: DE102016210369A1
Application number: DE102016210369.5A
Authority: DE
Inventors: Joost Kessels; Barbara Neef; Timo Dobberphul; Thomas Schneider
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-07-21
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2017-01-26
Also published as: US9840244B2; KR20170012097A; CN106364473B; KR101922299B1; US20170021816A1; CN106364473A

Abstract

Ein elektromechanischer Bremskraftverstärker umfasst eine Druckstange (21) zur Verbindung eines Bremspedalhebels mit einem Hauptbremszylinder, einen Getriebemotor (22), welcher mit der Druckstange (21) gekoppelt ist und eine Steuereinrichtung (29) zur Ansteuerung der Getriebemotors (22). Der Steuereinrichtung (29) sind eine die Pedalkraft repräsentierende Pedalkraftgröße und eine die Bewegung der Druckstange repräsentierende Druckstangenbewegungsgröße als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Die Steuereinrichtung (29) ist derart konfiguriert, um mittels der Druckstangenbewegungsgröße eine Sollrücklaufgeschwindigkeit (vPsoll) für die Druckstange (21) zu bestimmen, sowie aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit (vPsoll), einer Istrücklaufgeschwindigkeit (vPist) der Druckstange (21) und der Pedalkraftgröße ein Ansteuersignal (iM) für den Getriebemotor (22) zu erzeugen. Hierdurch können das Bremsenlöseverhalten verbessert sowie hohe Impulskräfte am Endanschlag für die Ausgangsstellung des Bremspedalhebels reduziert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen Bremskraftverstärker, umfassend eine Druckstange zur Ankopplung eines Bremspedalhebels an einen Hauptbremszylinder, einen Getriebemotor, welcher mit der Druckstange gekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung, welche zur Ansteuerung des Getriebemotors mit demselben verbunden ist.
Ein solcher ist beispielsweise aus DE 10 2007 032 501 A1 bekannt. Aufgrund der Verbindung des Bremspedalhebels mit dem Hauptbremszylinder kann im Unterschied zu Systemen mit Pedalsimulator die vom Fahrer aufgebrachte Fußkraft unmittelbar dazu genutzt werden, um Bremsdruck im Hauptbremszylinder aufzubauen. Über den elektromechanischen Bremskraftverstärker kann dabei sowohl in Richtung der Fußkraft als auch in entgegengesetzter Richtung Kraft aufgebracht werden, um beispielsweise den Fahrer bei einem Bremsvorgang zu unterstützen oder die Rückstellung des Bremspedalhebels in dessen Ausgangsstellung zu fördern.
Aufgrund von Reibungs- und Hystereseeffekten kann die Rückstellung des Bremspedalhebels durch den hydraulischen Druck im Hauptbremszylinder langsamer als unter Umständen erwünscht erfolgen. Zudem besteht mitunter das Problem, dass die Druckstangengeschwindigkeit gegen das Ende der Rückstellbewegung zu hoch ist, so dass hohe Impulskräfte am Endanschlag für die Ausgangsstellung des Bremspedalhebels auftreten können. Ursächlich hierfür sind insbesondere im System befindliche Rückstellfedern, welche in der Ausgangsstellung des Bremspedalshebels eine definierte Ansprechkraft bereitstellen. Eine solche wird in der Regel als für das Pedalgefühl positiv empfunden und marken- und fahrzeugtypisch eingestellt.
In DE 10 2007 032 501 A1 wird in diesem Zusammenhang vorgeschlagen, bei Anliegen einer Pedalkraft F_P = 0 an dem Bremspedalhebel in dem Bremskraftverstärker eine der üblichen Betätigung des Bremspedalhebels entgegengerichtete, negative Unterstützungskraft zu erzeugen, welche mit zunehmender Pedalkraft in eine die Pedalkraft unterstützende, positive Unterstützungskraft übergeht. Hierdurch kann eine mechanische Rückstellfeder innerhalb des Bremskraftverstärkers entfallen oder aber erheblich weicher und weniger stark vorgespannt ausgelegt werden. Die zu einer optimalen Ansprechkraft fehlende Kraft wird aktiv vom Bremskraftverstärker erzeugt. Dazu ist eine Unterstützungskennlinie vorgesehen, welche die Unterstützungskraft des Bremskraftverstärkers in Abhängigkeit der erfassten Pedalkraft F_P vorgibt.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Rückstellung des Bremspedalhebels weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Bremskraftverstärker gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker umfasst eine Druckstange zur Ankopplung eines Bremspedalhebels an einen Hauptbremszylinder, einen Getriebemotor, welcher mit der Druckstange gekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung, welche zur Ansteuerung des Getriebemotors mit demselben verbunden ist. Er zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuereinrichtung eine die Pedalkraft repräsentierende Größe, im Folgenden "Pedalkraftgröße" und eine die Bewegung der Druckstange repräsentierende Größe, im Folgenden "Druckstangenbewegungsgröße" als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind, und dass die Steuereinrichtung derart konfiguriert ist, um mittels der Druckstangenbewegungsgröße sowie gegebenenfalls weiterer Einflussgrößen eine Sollrücklaufgeschwindigkeit für die Druckstange zu bestimmen, sowie aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit, der Istrücklaufgeschwindigkeit der Druckstange und der Pedalkraftgröße ein Ansteuersignal für den Getriebemotor zu erzeugen.
Hierdurch können das Bremsenlöseverhalten verbessert sowie hohe Impulskräfte am Endanschlag reduziert werden.
Dabei kann insbesondere eine aktive Rückstellung der Druckstange des Bremskraftverstärkers und damit des Bremspedalhebels in die jeweilige Ausgangsstellung erzielt werden, welche bei Bedarf ohne großen Aufwand gegebenenfalls marken- und fahrzeugtypisch individuell abgestimmt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
So kann beispielsweise die Steuereinrichtung derart konfiguriert sein, um aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit und der Istrücklaufgeschwindigkeit eine Differenz zu ermitteln und in Abhängigkeit dieser Differenz und der Pedalkraftgröße ein Ansteuersignal für den Getriebemotor zu erzeugen.
Zur Bestimmung der Sollrücklaufgeschwindigkeit kann eine Kennlinie beispielsweise in der Steuereinrichtung abgespeichert sein, welche die Sollrücklaufgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Position des Bremspedalhebels vorgibt. Die Position des Bremspedalhebels kann über die Stellung der Druckstange, die Stellung des Getriebemotors oder anderweitig erfasst werden. Hierdurch wird es möglich, je nach Position des Bremspedalhebels eine andere Rücklaufgeschwindigkeit für diesen vorzugeben. Auf diese Weise kann speziell der Übergang des Bremspedalhebels in andere Bewegungsbereiche, wie beispielsweise die Endlage oder eine Lüftspielkompensation, so gestaltet werden, dass keine haptischen oder akustischen Auffälligkeiten entstehen.
Zur Bestimmung der Sollrücklaufgeschwindigkeit kann ferner neben der Druckstangenbewegungsgröße zusätzlich die Pedalkraftgröße berücksichtigt werden.
Vorzugsweise ist das Ansteuersignal des Getriebemotors eine das Motormoment repräsentierende Größe.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung derart konfiguriert sein, dass für den Rücklauf der Druckstange das Ansteuersignal des Getriebemotors auf einen vorgegebenen Wertebereich begrenzt ist. Ferner kann in dem vorgegebenen Wertebereich gegebenenfalls auch der Gradient des Ansteuersignals begrenzt sein. Hierdurch können unnatürlich empfundene Druckstangenrückstellbewegungen ausgegrenzt werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Erfassung der Druckstangenbewegungsgröße ein Sensor vorgesehen, der mit der Druckstange oder dem Bremspedalhebel zusammenwirkt. Über einen solchen Sensor kann beispielsweise die Absolutposition erfasst werden. Zudem kann hieraus bei Bedarf die Bewegungsgeschwindigkeit abgeleitet werden. Es ist jedoch möglich, entsprechende Positionsinformationen über Lage und Geschwindigkeit der Druckstange auch auf andere Art und Weise zu erfassen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Sensor zur Erfassung der Pedalkraftgröße vorgesehen, welcher ein an der Druckstange oder dem Bremspedalhebel angeordneter Kraftsensor oder ein Drucksensor zur Erfassung des von dem Hauptbremszylinder erzeugten Vordrucks ist. Gegebenenfalls können auch die Daten sowohl eines Kraftsensors als auch eines Drucksensors in der Pedalkraftgröße berücksichtigt werden.
Zur Erzeugung des Ansteuersignals können mittels in der Steuereinrichtung abgelegter Kennlinien jeweils ein Faktor für die Differenz aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit und der Istrücklaufgeschwindigkeit und für die Pedalkraftgröße bestimmt werden, welche miteinander multipliziert werden, um auf besonders einfache Art und Weise das Ansteuersignal für den Getriebemotor zu erhalten.
Weiterhin kann in die Erzeugung des Ansteuersignals ein Temperatursignal eingehen. Hierdurch ist es möglich, temperaturbedingte Effekte zu kompensieren. Gerade bei tiefen Temperaturen kann die Systemreibung zunehmen und das Rückstellverhalten des Bremspedalhebels verändern.
Vorzugsweise wird hierzu eine Bauteiltemperatur in der Umgebung oder unmittelbar am Bremspedalhebel erfasst. Gegebenenfalls kann zur Temperaturerfassung auch auf am Bremskraftverstärker verbaute Temperatursensoren zugegriffen werden.
Die Berücksichtigung des Temperatursignals erfolgt vorzugsweise derart, dass sich die Rückstellung des Bremspedalhebels bei jeder Temperatur gleich darstellt.
Ferner kann in die Erzeugung des Ansteuersignals ein die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierendes Signal eingehen.
Weiterhin kann in die Erzeugung des Ansteuersignals ein weiterer Faktor eingehen, welcher von Fahrer einstellbar ist, um die Charakteristik der Druckstangenrückstellung zu beeinflussen. Hierdurch kann von Fahrer je nach Wunsch beispielsweise eine sportlichere oder eine komfortablere Pedalcharakteristik gewählt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 einen zwischen einem Bremspedalhebel und einem Tandem-Hauptbremszylinder einer Fahrzeugbremsanlage eingekoppelten elektromechanischen Bremskraftverstärker nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung der Ansteuerung des Getriebemotors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers,
3 eine schematische Darstellung einer Variante der Ansteuerung des Getriebemotors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers, und in
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Variante der Ansteuerung des Getriebemotors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers, und in
5 eine schematische Darstellung einer dritten Variante der Ansteuerung des Getriebemotors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers.
Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt eine Fahrzeugbremsanlage mit einem Hauptbremszylinder 10, einem elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 und einem Bremspedalhebel 30. An den Tandem-Hauptbremszylinder 10 schließt eine ESP-Hydraulikeinheit 40 an, über welche Radbremsen der einzelnen Fahrzeugräder angesteuert werden.
Der Hauptbremszylinder 10 ist über zwei Bremskreise 11 und 12 mit der Hydraulikeinheit 40 verbunden. Die beiden Bremskreise 11 und 12 werden über einen ersten, durch eine erste Rückstellfeder 13 abgestützten Schwimmkolben 14 sowie einen zweiten, durch eine zweite Feder 17 abgestützten Primärkolben 18 angesteuert. Die erste Feder 13 dient dazu, den Schwimmkolben 14 zurück zu drücken, damit Bremsflüssigkeit aus einem Ausgleichsbehälter 15 in einen ersten Druckraum 16 des Hauptbremszylinders 10 nachströmen kann. Bei einer Leckage im zweiten hydraulischen Bremskreis 12 dient die weitere Feder 17 dazu, den Schwimmkolben 14 vom Primärkolben 18 zu separieren, so dass Bremsflüssigkeit aus dem Ausgleichsbehälter 15 in einen weiteren Druckraum 19 zwischen dem Schwimmkolben 14 und dem Primärkolben 18 strömen kann. Die Federn 13 und 17 sind so ausgelegt, dass sie diese Rückstellung beider Kolben 14 und 18 in allen Fahrsituationen erfüllen. Der vorstehend erläuterte und in 1 dargestellte Hauptbremszylinder 10 ist lediglich beispielhafter Natur. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können ohne Weiteres auch andere Typen von Hauptbremszylindern 10 zu Einsatz kommen, welche mit einem elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 kompatibel sind.
Der erfindungsgemäße elektromechanische Bremskraftverstärker 20 weist eine Druckstange 21 zur Verbindung des Hauptbremszylinders 10 mit dem Bremspedalhebel 30 auf. Diese Verbindung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass zwischen dem Hauptbremszylinder 10 und dem Bremspedalhebel 30 sowohl Druck- als auch Zugkräfte übertragen werden können. Wie insbesondere 1 entnommen werden kann, greift die Druckstange 21 am Primärkolben 18 des Hauptbremszylinders 10 an.
Weiterhin weist der elektromechanische Bremskraftverstärker 20 einen Getriebemotor 22 auf, welcher mit der Druckstange 21 gekoppelt ist. In 1 ist hierzu lediglich beispielhaft ein bürstenfreier elektrischer Getriebemotor 22 dargestellt. Dieser weist einen Stator 23 und einen Rotor 24 auf, die konzentrisch um die Druckstange 21 angeordnet sind. Ein ebenfalls koaxial zu der Druckstange 21 angeordneter Spindeltrieb des Getriebemotors 22 umfasst eine drehfest gelagerte, jedoch axial bewegbare Spindelschraube 25, die mit der Druckstange 21 fest verbunden ist. Die Spindelschraube 25 kämmt über Kugeln mit einer Kugelgewindemutter 26, welche über den Rotor 24 des Getriebemotors 22 angetrieben ist. Anstelle des dargestellten Getriebemotortyps können jedoch auch andere elektrische Antriebe zum Einsatz kommen, welche über ein Rotations-Translations-Getriebe die Umsetzung eines Drehmoments in eine Axialkraft an der Druckstange gestatten.
Bei einer Aktivierung des Getriebemotors 22 wird die Kugelgewindemutter 26 in Drehung versetzt, um je nach Drehrichtung an der Spindelschraube 25 und damit an der Druckstange 21 eine positive oder negative Kraft in Axialrichtung derselben zu erzeugen. Unter einer positiven Kraft wird eine Kraft verstanden, welche in die gleiche Richtung weist, wie eine vom Fahrer bei einer Bremsbetätigung am Bremspedalhebel 30 erzeugte Pedalkraft F_P. Eine negative Kraft weist in entgegengesetzte Richtung und wirkt damit der Pedalkraft F_P des Fahrers entgegen.
Im Verstärkerbetrieb wird die Druckstange 21 infolge der Pedalkraft F_P sowie einer durch den Getriebemotor 22 bereitgestellten positiven Unterstützungskraft in Richtung des Hauptbremszylinders 10, d. h. in 1 nach links verschoben. Hierbei wird die vom Fahrer aufgebrachte Pedalkraft F_P zum Beispiel mit einem Kraftsensor 27 an der Kolbenstange 21 gemessen. Alternativ order ergänzend kann hierzu auch der vom Hauptbremszylinder erzeugte Vordruck mittels eines Drucksensors 41 erfasst werden. In Abhängigkeit der erfassten Kraft werden die Spulen des Stators 23 des Getriebemotors 22 bestromt. Infolgedessen beginnt der Rotor 24, der z. B. mit Permanentmagneten versehen ist, zu rotieren. Über die mit dem Rotor 24 fest verbundene oder auch einstückig ausgebildete Kugelgewindemutter 26 und die Kugeln des Kugelspindeltriebs bewegen sich die Spindelschraube 26 sowie die Druckstange 21 in einer Translationsbewegung in Richtung auf den Hauptbremszylinder 10 zu. Die Spindelschraube 26 ist dazu rotationsfest, jedoch translationsfrei gelagert.
Sollte der elektromechanische Bremskraftverstärker 20 nicht arbeiten oder stromlos werden, kann der Fahrer mit seinem Fuß die Bremse allein betätigen. Um nach einer Bremsbetätigung ein Reduzieren des Bremsdrucks auf Null zu ermöglichen, kann der Antrieb des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 20 selbsthemmungsfrei ausgebildet sein. Insbesondere kann dieser so ausgelegt sein, dass durch den hydraulischen Gegendruck, das Federsystem des Hauptbremszylinders 10 mit den Federn 13 und 17 sowie eine gegebenenfalls vorhandene Pedalrückholfeder 28 im Bremskraftverstärker 20 eine ausreichende Rückstellkraft aufgebaut wird, welche den elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 sowie das Bremspedal 30 in die ungebremste Stellung zurückfährt.
Diese Rückstellbewegung kann durch den elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 unterstützt werden. Wie bereits ausgeführt, sind bei dem vorstehend beschriebenen elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 durch Umkehrung der Drehrichtung des Getriebemotors 22 entgegengerichtete Unterstützungskräfte darstellbar.
Die Erfindung ist ausdrücklich nicht auf einen Bremskraftverstärker vom Typ mit einem Getriebemotor 22 gemäß der konkreten Ausgestaltung von 1 beschränkt. Vielmehr können für die Einleitung der Unterstützungskraft auch andere Ausgestaltungen und mechanische Konzepte zum Einsatz kommen. Weitere Beispiele für die Kopplung eines Elektromotors über ein Getriebe mit der Druckstange 21 sind in den Deutschen Patentanmeldungen Nrn. 10 2014 226 248.8 und DE 10 2014 226 255.0 jeweils mit dem Titel "Elektromechanischer Bremskraftverstärker" offenbart, deren diesbezüglicher Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird. Wie dort beschrieben, kann die Getriebeeinrichtung des Getriebemotors beispielsweise eine Kurbelscheibe und mindestens einen Hebel, vorzugsweise zwei mit der Kurbelscheibe zusammenwirkende Hebel, aufweisen. Weiterhin ist eine Getriebeeinrichtung möglich, bei welcher ein elektrischer Antriebsmotor eine Kurvenscheibe antreibt, deren Umfang mit der Druckstange 21 in Eingriff steht, um diese in Richtung des Hauptbremszylinders zu drücken, um ein variables Übersetzungsverhältnis zwischen der Translationsgeschwindigkeit der Druckstange und der Drehzahl des Antriebsmotors vorzugeben.
Zur aktiven Rückstellung der Druckstange 21 in die unbetätigte Ausgangslage ist in eine Steuereinrichtung 29, beispielsweise ein Steuergerät des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 20 der nachfolgend anhand der 2 und 3 näher erläuterte Algorithmus implementiert. Dieser nutzt als Eingangsgrößen eine die Pedalkraft F_P repräsentierende Pedalkraftgröße und eine die Bewegung der Druckstange repräsentierende Druckstangenbewegungsgröße.
Die die Pedalkraft repräsentierende Pedalkraftgröße ist vorzugsweise das Ausgangssignal des Kraftsensors 27. Jedoch kann hierfür auch das Signal des Drucksensors 41 ausgewertet werden. Grundsätzlich können alle Signale herangezogen werden, welche einen Rückschluss auf die Pedalkraft F_P an der Druckstange 21 ermöglichen.
Die die Bewegung der Druckstange 21 repräsentierende Druckstangenbewegungsgröße wird vorzugsweise mit einem Sensor 50 erfasst, der mit der Druckstange 21 oder dem Bremspedalhebel 30 zusammenwirkt. Über einen solchen Sensor 50 wird vorzugsweise die Absolutposition s_P in Bezug auf die unbetätigte Ausgangsstellung erfasst. Zudem kann hieraus bei Bedarf die Istbewegungsgeschwindigkeit der Druckstange 21 abgeleitet werden, welche im Fall eines Lösens der Bremse im Folgenden als Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist bezeichnet wird. Es ist jedoch möglich, entsprechende Positionsinformationen über Lage und Geschwindigkeit der Druckstange 21 auch auf andere Art und Weise zu erfassen, beispielsweise und ohne Beschränkung hierauf durch Auswerten der Signale eines Rotorlagesensors des Getriebemotors 22.
Die vorstehend genannten Größen, nämlich die Pedalkraftgröße und die Druckstangenbewegungsgröße sind der Steuereinrichtung 29 als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Dazu sind die Sensoren 27 und 50, gegebenenfalls auch der Sensor 41, signaltechnisch mit der Steuereinrichtung 29 verbunden.
Die Steuereinrichtung 29 ist derart konfiguriert, um aus der Pedalkraftgröße und der Druckstangenbewegungsgröße sowie optional weiterer Einflußgrößen eine Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll für die Druckstange 21 zu bestimmen. Dies kann beispielsweise mit Hilfe in der Steuereinrichtung 29 abgelegter Kennlinien, Kennfelder und/oder sonstiger Berechnungsvorschriften erfolgen.
Aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und der Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist der Druckstange 21 wird in der Steuereinrichtung 29 sodann eine Differenz ∆v ermittelt.
In Abhängigkeit dieser Differenz ∆v und der Pedalkraftgröße wird in der Steuereinrichtung 29 anschließend ein Ansteuersignal i_M für den Getriebemotor 22 erzeugt, welches vorzugsweise eine das Motormoment des Getriebemotors 22 repräsentierende Größe ist.
Über die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll kann ein gewünschtes Rückstellverhalten der Druckstange 21 beim Lösen der Bremse vorgegeben werden. Etwaige Abweichungen werden durch eine entsprechende Ansteuerung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers 20 ausgeregelt. Hierdurch werden Reibungs- und Hystereseverluste kompensiert. Zudem können Abweichungen der Rückstellkräfte der Federn 13, 17 und 28 ausgeglichen werden. Unter Umständen können einzelne dieser Federn auch durch den elektromechanischen Bremskraftverstärker 20 substituiert werden.
Da in die Ansteuerung des Getriebemotors 22 die Position der Druckstange 21 eingeht, kann vor einem Erreichen des Endanschlags für die Ausgangsstellung des Bremspedalhebels 30 die Rückstellgeschwindigkeit der Druckstange 21 gezielt reduziert werden, so dass hohe Impulskräfte am Endanschlag vermieden werden.
2 zeigt ein Beispiel für den erfindungsgemäßen Algorithmus, bei dem als Pedalkraftgröße die Pedalkraft F_P des Kraftsensors 27 und als Druckstangenbewegungsgröße die Absolutposition s_P in Bezug auf die unbetätigte Ausgangsstellung der Druckstange 21, gemessen durch den Sensor 50, verwendet werden. In einem ersten Block 60 wird hieraus mittels vorgehaltener Berechnungsvorschriften die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll ermittelt. Parallel hierzu wird in einem zweiten Block 61 durch mathematische Ableitung der Weggröße s_P die Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist bestimmt. In einer weiteren Operation 62 wird die Differenz ∆v aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und der Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist berechnet.
Zur Erzeugung des Ansteuersignals wird anschließend mittels einer ersten Kennlinie 63 für die Differenz ∆v aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und der Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist ein erster Faktor f1 bestimmt. Parallel hierzu wird für die Pedalkraft F_P mittels einer zweiten Kennlinie 64 ein zweiter Faktor f2 bestimmt. Durch Multiplikation 65 der Faktoren f1 und f2 erhält man das Ansteuersignal i_M für den Getriebemotor 22.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung 29 derart konfiguriert sein, dass für den Rücklauf der Druckstange 21 das Ansteuersignal i_M des Getriebemotors 22 auf einen vorgegebenen Wertebereich begrenzt wird. Zudem kann in dem vorgegebenen Wertebereich gegebenenfalls auch der Gradient des Ansteuersignals i_M begrenzt sein. In 2 ist hierzu eine Begrenzungseinrichtung 66 vorgesehen, welche das Ansteuersignals i_M entsprechend auf i_Mlimit limitiert, bevor dieses dem Getriebemotor 22 zugeführt wird.
3 zeigt eine Variante des in der Steuereinrichtung 29 implementierten Algorithmus. Bei dieser Variante geht in die Erzeugung des Ansteuersignals i_M ein weiterer Faktor f3 ein, welcher vom Fahrer einstellbar ist, um die Charakteristik der Druckstangenrückstellung zu beeinflussen. Vorzugsweise wird dieser Faktor f3, für den eine entsprechende Berechnungsvorschrift 67 in der Steuereinrichtung 29 vorgehalten wird, in die Multiplikation 65 der beiden anderen Faktoren f1 und f2 einbezogen. Die Einstellung kann beispielsweise durch einen Schalter in der Fahrgastzelle eines Kraftfahrzeugs oder durch eine entsprechend wählbare Funktionalität in einem Bordcomputer vorgenommen werden, welche als weiteres Eingangssignal i_F der Steuereinrichtung 29 aufgeschaltet ist. Hierdurch kann vom Fahrer je nach Wunsch beispielsweise eine sportlichere oder eine komfortablere Pedalcharakteristik gewählt werden.
4 zeigt eine weitere Variante des in der Steuereinrichtung 29 implementierten Algorithmus. Dieser verwendet wiederum eine Pedalkraftgröße und eine Druckstangenbewegungsgröße als Eingangsgrößen. Weiterhin werden optional ein Temperatursignal T und/oder ein die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F repräsentierendes Signal als Eingangsgrößen verwendet.
Als Pedalkraftgröße kann wie oben die Pedalkraft F_P des Kraftsensors 27 aus 1 verwendet werden. Als Druckstangenbewegungsgröße dient vorzugsweise eine Größe, welche der Absolutposition s_P des Bremspedalhebels z.B. in Bezug auf dessen unbetätigte Ausgangsstellung entspricht. Dazu kann, wie in 1 gezeigt, ein Sensor 50 verwendet werden, welcher die Absolutposition der Druckstange 21 oder des Bremspedalhebels 30 erfasst. Es ist auch möglich, durch Erfassung der Motorlage des Getriebemotors 22 auf die Position des Bremspedalhebels 30 zu schließen.
In einem ersten Block 60' wird aus der Druckstangenbewegungsgröße die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll ermittelt. Dies kann mittels in der Steuereinrichtung 29 vorgehaltener Berechnungsvorschriften erfolgen. Insbesondere kann hierzu in der Steuereinrichtung 29 eine Kennlinie abgespeichert sein, welche die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll in Abhängigkeit der Position des Bremspedalhebels 30 bzw. der erfassten Druckstangenbewegungsgröße, vorliegend s_P, vorgibt. Über die Kennlinie kann sehr einfach ein gewünschtes Rücklaufverhalten eingestellt und durch Umprogrammierung der Kennlinie softwaretechnisch modifiziert werden. Hierdurch kann bei gleicher Hardware für unterschiedliche Fahrzeugtypen oder -ausführungen ein jeweils typen- oder ausführungsspezifisches Bremspedalgefühl erzeugt werden.
In die Ermittlung der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll können optional die Pedalkraftgröße, das Temperatursignal T und/oder das die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F repräsentierendes Signal einbezogen werden.
Parallel zur Ermittlung der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll wird wie in den 2 und 3 in einem zweiten Block 61 durch mathematische Ableitung der Weggröße s_P die Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist bestimmt. In einer weiteren Operation 62 wird die Differenz ∆v aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und der Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist berechnet.
Zur Erzeugung des Ansteuersignals wird anschließend wiederum mittels einer ersten Kennlinie 63 für die Differenz ∆v aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und der Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist ein erster Faktor f1 bestimmt. Parallel hierzu wird für die Pedalkraft F_P mittels einer zweiten Kennlinie 64 ein zweiter Faktor f2 bestimmt. Durch Multiplikation 65 der Faktoren f1 und f2 erhält man das Ansteuersignal i_M für den Getriebemotor 22. Ferner können wie in 2 und 3 Mittel zur Begrenzung des Ansteuersignals i_M für Getriebemotor 22 auf einen vorgegebenen Wertebereich vorgesehen sein.
5 zeigt eine weiter Abwandlung des Algorithmus gemäß 4, wobei wiederum die Pedalkraftgröße, die Druckstangenbewegungsgröße sowie optional ein Temperatursignal T und/oder ein die Fahrzeuggeschwindigkeit v_F repräsentierendes Signal als Eingangsgrößen verwendet werden.
In einem ersten Block 60' wird mittels in der Steuereinrichtung 29 vorgehaltener Berechnungsvorschriften, Kennlinien und dergleichen aus der Druckstangenbewegungsgröße die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll ermittelt, wie dies oben bereits erläutert wurde. Entsprechend wie auch wiederum die in Block 61' bestimmt.
Einen Regler 70 sind die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll, die die Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist, die Pedalkraftgröße, vorliegend beispielhaft als Pedalkraft und Pedalkraftränderungsgeschwindigkeit, sowie das optionale Temperatursignal T und das optionale Fahrzeuggeschwindigkeitssignal als Eingangsgrößen aufgeschaltet. Anhand dieser Größen wird dann im Regler 70'' ein Stellsignal i_M für den Getriebemotor 22 erzeugt.
Die Berücksichtigung dieser zusätzlichen Einflussgrößen kann dazu verwendet werden, die Regeldifferenz ∆v aus Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll und Istrücklaufgeschwindigkeit v_Pist zu modifizieren und/oder die Sollrücklaufgeschwindigkeit v_Psoll vor Ermittlung der Regeldifferenz ∆v zu modifizieren.
In einer Ausführungsvariante kann mit den Messgrößen Pedalkraft, Pedalkraftänderungsgeschwindigkeit, Bremspedalposition und Bremspedalgeschwindigkeit (als die Bewegung der Druckstange repräsentierende Größen) als Ist-Werte eine Regelung auf einen in einem Speicher hinterlegten Sollwert für die Rücklaufgeschwindigkeit des Bremspedalhebels bei einer bestimmten Bremspedalposition erfolgen. Die Messwerte Bremspedalposition und Bremspedalgeschwindigkeit können dabei z.B. aus der Motorlageerfassung des Getriebemotors abgeleitet werden.
Die Einbeziehung der Pedalkraft und der Pedalkraftänderungsgeschwindigkeit dient dazu, den Fahrerwunsch zu erfassen und gegebenenfalls die Rückstellung des Bremspedalhebels zu unterdrücken oder eine Dämpfung auf die Fahrerbewegung zu generieren.
Weiterhin kann die Regelung über die Fahrzeuggeschwindigkeit, die über den Fahrzeugbus erfasst wird, beeinflusst werden.
Darüber hinaus kann die Rückstellung temperaturabhängig verändert werden, um speziell den Gegebenheiten bei tiefen Temperaturen gerecht zu werden. Wenn der Fahrer den zuvor betätigten Bremspedalhebel loslässt, sorgen Rückstellfedern dafür, dass dieser wieder in die Ausgangsposition zurückkehrt. Dieser Rückkehrvorgang wird vor allem durch die Federkraft und die Reibung im System beeinflusst. Bei niedrigen Temperaturen und entsprechend höherer Reibung kann die Rückstellgeschwindigkeit sehr niedrig sein. Bei hohen Temperaturen oder auch je weiter der Bremspedalhebel gedrückt wird, desto höher wird die Rückstellgeschwindigkeit. Wenn der Bremspedalhebel mit hoher Geschwindigkeit in die Ausgangs- und Ruheposition zurückkehrt, kann es zu unangenehmen Geräuschen kommen. Zur Temperaturerfassung können im Bremskraftverstärker verbaute Temperatursensoren benutzt werden. Im Endlagenbereich, d.h. nahe der Ausgangs- und Ruhestellung des Bremspedalhebels, kann so eine besonders langsame und gedämpfte Rückstellung erfolgen, damit akustische Effekte beim Erreichen der Endlage minimiert werden.
Des Weiteren können Klackgeräusche durch eine gezielte Sollrücklaufgeschwindigkeit verhindert werden.
Die vorstehend erläuterte Erfindung basiert auf einer Regelung, die das Rücklaufverhalten des Bremspedalhebels beeinflusst und diesen über den Getriebemotor definiert in seine Ausgangsposition zurückstellt.
Durch eine gedämpfte Rückstellung in die Ausgangsposition werden störende Geräusche vermieden. Über eine Anpassung der Sollrücklaufgeschwindigkeit lassen sich zudem Kavitationsgeräusche in der Hydraulik des Hauptbremszylinders und Klackgeräusche aufgrund von Spiel erfolgreich bekämpfen.
Durch die Hinterlegung von Sollkennlinien für die Sollrücklaufgeschwindigkeit in einem Speicher kann ohne großen Aufwand eine Abstimmung auf Haptik und Akustik softwaretechnisch erfolgen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.
Bezugszeichenliste

10: Hauptbremszylinder
11: erster Bremskreis
12: zweiter Bremskreis
13: Rückstellfeder
14: Schwimmkolben
15: Druckreservoir
16: Druckraum
17: weitere Rückstellfeder
18: Primärkolben
20: elektromechanischer Bremskraftverstärker
21: Druckstange
22: Getriebemotor
23: Stator
24: Rotor
25: Spindelschraube
26: Kugelgewindemutter
27: Pedalkraftsensor
28: Rückstellfeder des Bremskraftverstärkers
29: Steuereinrichtung
30: Bremspedal
40: ESP-Hydraulikeinheit
41: Sensor
50: Sensor
60, 60': erster Block
61, 61': zweiter Block
62: Operation
63: erste Kennlinie
64: zweite Kennlinie
65: Multiplikation
66: Begrenzungseinrichtung
67: Berechnungsvorschrift
70: Regler
f1: Faktor
f2: Faktor
f3: Faktor
F_P: Pedalkraft
i_F: weiteres Eingangssignal
i_M: Ansteuersignal
i_Mlimit: begrenztes Ansteuersignal
s_P: Absolutwert des Wegs der Druckstange bezogen auf deren unbetätigte Ausgangsstellung
v_Pist: Istrücklaufgeschwindigkeit
v_Psoll: Sollrücklaufgeschwindigkeit
∆v: Differenz aus Sollrücklaufgeschwindigkeit und Istrücklaufgeschwindigkeit

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 102007032501 A1 [0002, 0004]
DE 102014226248 [0037]
DE 102014226255 [0037]

Claims

Elektromechanischer Bremskraftverstärker, umfassend: eine Druckstange (21) zur Ankopplung eines Bremspedalhebels an einen Hauptbremszylinder, einen Getriebemotor (22), welcher mit der Druckstange (21) gekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung (29), welche zur Ansteuerung des Getriebemotors (22) mit demselben verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (29) als Eingangsgrößen aufgeschaltet sind: – eine die Pedalkraft repräsentierende Pedalkraftgröße, und – eine die Bewegung der Druckstange repräsentierende Druckstangenbewegungsgröße, und dass die Steuereinrichtung (29) derart konfiguriert ist, um: – mittels der Druckstangenbewegungsgröße eine Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) für die Druckstange (21) zu bestimmen, und – aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll), einer Istrücklaufgeschwindigkeit (v_Pist) der Druckstange (21) und der Pedalkraftgröße ein Ansteuersignal (i_M) für den Getriebemotor (22) zu erzeugen.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) derart konfiguriert ist, um aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) und der Istrücklaufgeschwindigkeit (v_Pist) eine Differenz (∆v) zu ermitteln und in Abhängigkeit dieser Differenz (∆v) und der Pedalkraftgröße ein Ansteuersignal (i_M) für den Getriebemotor (22) zu erzeugen.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) neben der Druckstangenbewegungsgröße zusätzlich die Pedalkraftgröße berücksichtigt wird.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) eine Kennlinie abgespeichert ist, welche die Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) in Abhängigkeit der Position des Bremspedalhebels vorgibt.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal (i_M) eine das Motormoment repräsentierende Größe ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bist 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) derart konfiguriert ist, dass für den Rücklauf der Druckstange (29) das Ansteuersignal (i_Mlimit) des Getriebemotors (22) auf einen vorgegebenen Wertebereich begrenzt ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (29) derart konfiguriert ist, dass in dem vorgegebenen Wertebereich der Gradient des Ansteuersignals (i_Mlimit) begrenzt ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (50) zur Erfassung der Druckstangenbewegungsgröße mit der Druckstange (21) oder dem Bremspedalhebel zusammenwirkt.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Erfassung der Pedalkraftgröße ein an der Druckstange oder dem Bremspedalhebel angeordneter Kraftsensor (27) oder ein Drucksensor (41) zur Erfassung des von dem Hauptbremszylinder erzeugten Vordrucks ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Ansteuersignals mittels in der Steuereinrichtung (29) abgelegter Kennlinien (63, 64) jeweils ein Faktor (f1, f2) für die Differenz (∆v) aus der Sollrücklaufgeschwindigkeit (v_Psoll) und der Istrücklaufgeschwindigkeit (v_Pist) und für die Pedalkraftgröße bestimmt werden, welche miteinander multipliziert werden, um das Ansteuersignal (i_M) für den Getriebemotor (22) zu erhalten.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Erzeugung des Ansteuersignals (i_M) ein Temperatursignal eingeht.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in die Erzeugung des Ansteuersignals (i_M) ein die Fahrzeuggeschwindigkeit repräsentierendes Signal eingeht.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in die Erzeugung des Ansteuersignals (i_M) ein weiterer Faktor (f3) eingeht, welcher von Fahrer einstellbar ist, um die Charakteristik der Druckstangenrückstellung zu beeinflussen.