DE102018009372A1

DE102018009372A1 - Technik zum Betreiben einer Fahrzeugbremse mit einer hydraulischen Betriebsbremse und einer elektrischen Feststellbremse

Info

Publication number: DE102018009372A1
Application number: DE102018009372.8A
Authority: DE
Inventors: Erwin Michels; Benedikt Ohlig; Michael Bast; Matthias Fuchs
Original assignee: ZF Active Safety GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-06-04
Also published as: US20200173508A1; CN111231921A; US11448275B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremse (10). Die Fahrzeugbremse (10) umfasst eine hydraulische Betriebsbremse mit einem Betätigungskolben (28), der zum Erzeugen eines ersten Bremskraftanteils unter Einwirkung eines Hydraulikdrucks in eine Betätigungsposition bewegbar ist, in der der Betätigungskolben (28) einen Reibbelag (9a, 9b) gegen eine rotierend gelagerte Bremsscheibe drückt, und eine elektrische Feststellbremse mit einem Betätigungselement (26), die dazu ausgebildet ist, einen auf die Bremsscheibe wirkenden zweiten Bremskraftanteil dadurch aufzubauen, dass sich das Betätigungselement (26) an dem Betätigungskolben (28) abstützt, um den Reibbelag (9a, 9b) gegen die Bremsscheibe zu drücken. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ermitteln des Hydraulikdrucks, Bestimmen eines ersten Bremskraftanteils basierend auf dem Hydraulikdruck, Festlegen eines mittels der Feststellbremse einzustellenden zweiten Bremskraftanteils auf der Grundlage des ersten Bremskraftanteils und einer gewünschten Gesamtbremskraft, und Festlegen einer einzustellenden Position des Betätigungselements (26) der Feststellbremse basierend auf dem zweiten Bremskraftanteil und einer Steifigkeit der Fahrzeugbremse (10).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das technische Gebiet von Fahrzeugbremsen und insbesondere solche Fahrzeugbremsen, die mit einer hydraulisch betriebenen Betriebsbremse und einer elektrischen Feststellbremse (auch Parkbremse genannt) ausgerüstet sind. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Festlegen einer einzustellenden Position eines Betätigungselements der Feststellbremse unter Berücksichtigung einer gewünschten Gesamtbremskraft der Fahrzeugbremse. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Fahrzeugbremse mit einer Steuereinheit zum Ausführen eines derartigen Verfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Steuereinheit hierfür.
Stand der Technik
Fahrzeugbremsen, die sowohl eine hydraulische Betriebsbremse als auch eine elektrische Feststellbremse umfassen, sind bekannt und werden bereits vielfach in Fahrzeugen eingesetzt. Die Betriebsbremse umfasst einen unter Einwirken eines Hydraulikdrucks verlagerbaren Betätigungskolben, der sich bei Einnahme einer Betätigungsposition (d. h. in einem betätigten Zustand der Betriebsbremse) typischerweise an einem Reibbelag abstützt und diesen gegen einen Rotor der Fahrzeugbremse presst, wie zum Beispiel eine Bremsscheibe. Der Hydraulikdruck kann fahrergesteuert aufgebaut werden, beispielsweise nach Maßgabe einer Pedalbetätigung. Ferner ist es bekannt, den Hydraulikdruck zumindest teilweise mittels zusätzlicher elektrohydraulischer Komponenten fahrerunabhängig aufzubauen oder einen fahrergesteuert erzeugten Druck zu verstärken.
Ebenso ist es bekannt, zusätzlich zu der Betriebsbremse eine Feststellbremse vorzusehen, die dauerhafte Bremskräfte bereitstellen soll, insbesondere wenn das Fahrzeug zumindest vorübergehend einen stationären Zustand einnimmt (Parkzustand, Berganfahren etc.). Hierzu kann die Feststellbremse allgemein dazu ausgebildet sein, den Betätigungskolben auch nach Abbau des Hydraulikdrucks in einer bremskrafterzeugenden Position zu halten und vorzugsweise mechanisch festzustellen. Beispiele für derartige Lösungen finden sich in der DE 101 50 803 B4 und der DE 10 2004 004992 A1 .
Bei den heutigen elektrischen Feststellbremsen wird für das Halten eines Fahrzeugs eine Mindestspannkraft eingestellt, wobei sich diese Mindestspannkraft beispielsweise durch gesetzliche Anforderungen ergibt (siehe FMVSS 135 und ECE-R13H). Aufgrund von Ungenauigkeiten der zur Spannkrafterzeugung notwendigen mechanischen Komponenten sowie der zugeordneten Leistungs- und Steuerelektroniken wird in der Praxis die Mindestspannkraft absichtlich deutlich überschritten (z. B. unter Verwendung eines Offset-Werts oder eines Sicherheitsfaktors größer 1).
Im Zusammenhang mit dem heutigen Ansatz, die Spannkraft über die Erfassung des Motorstroms der elektrischen Feststellbremse zu schätzen, wird der Fahrzeugbremse somit mehr Spannkraft zugemutet als tatsächlich notwendig ist. Zusätzlich kommt hierbei die hydraulische Überlagerung eines Bremskraftanteils der Feststellbremse durch einen hydraulischen Bremskraftanteil hinzu, welche sich durch einen Fahrerfußkraftanteil und/oder eine entsprechende Verstärkung ergibt.
Kurzer Abriss
Es ist ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremse anzugeben sowie eine Fahrzeugbremse, die die obigen Probleme bekannter Fahrzeugbremsen vermeiden. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Technik bereitzustellen, durch welche eine gewünschte Gesamtbremskraft einer Fahrzeugbremse auch bei Vorliegen eines Hydraulikdrucks zuverlässig eingestellt werden kann, ohne die Fahrzeugbremse übermäßig zu belasten.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremse bereitgestellt. Die Fahrzeugbremse umfasst eine hydraulische Betriebsbremse mit einem Betätigungskolben, der zum Erzeugen eines ersten Bremskraftanteils unter Einwirkung eines Hydraulikdrucks in eine Betätigungsposition bewegbar ist, in der der Betätigungskolben einen Reibbelag gegen eine rotierend gelagerte Bremsscheibe drückt, und eine elektrische Feststellbremse, die dazu ausgebildet ist, einen auf die Bremsscheibe wirkenden zweiten Bremskraftanteil dadurch aufzubauen, dass sich ein Betätigungselement der Feststellbremse an dem Betätigungskolben abstützt, um den Reibbelag gegen die Bremsscheibe zu drücken. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ermitteln des Hydraulikdrucks, Bestimmen eines ersten Bremskraftanteils basierend auf dem Hydraulikdruck, Festlegen eines mittels der Feststellbremse einzustellenden zweiten Bremskraftanteils auf Grundlage des ersten Bremskraftanteils und einer gewünschten Gesamtbremskraft, und Festlegen einer einzustellenden Position des Betätigungselements der Feststellbremse basierend auf dem zweiten Bremskraftanteil und einer Steifigkeit der Fahrzeugbremse.
Die Betriebsbremse und die Feststellbremse können zumindest in hydraulischer und mechanischer Hinsicht nach allgemein bekannten Prinzipien ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich, wie nachstehend erläutert, bei der elektrischen Feststellbremse um eine elektromechanische Feststellbremse handeln. Bei dem Betätigungselement kann es sich um eine Spindelmutter einer Mutter/Spindel-Anordnung der Feststellbremse handeln.
Bei der gewünschten Gesamtbremskraft kann es sich um eine durch gesetzliche Anforderungen (beispielsweise FMVSS 135 und ECE-R13H) vorgegebene Mindestbremskraft handeln, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten. Zu dieser Mindestbremskraft kann ein Sicherheitsoffset addiert werden und/oder sie kann mit einem Sicherheitsfaktor größer 1 multipliziert werden.
Die einzustellende Position des Betätigungselements kann beispielsweise definiert sein durch eine Position des Betätigungselements in Bezug auf einen Bezugspunkt der Fahrzeugbremse, welcher bei der Betätigung der Feststellbremse und bei der Betätigung der Betriebsbremse ortsfest bleibt (zum Beispiel ein Gehäuse der Fahrzeugbremse). Die einzustellende Position kann alternativ oder zusätzlich hierzu in Bezug auf eine Ausgangsposition des Betätigungselements definiert sein, beispielsweise durch eine vorbestimmte Anzahl an Umdrehungen eines Antriebsmotors, welcher das Betätigungselement antreibt, oder durch eine vorbestimmte Anzahl an Umdrehungen einer Spindel, auf welcher sich das Betätigungselement als Spindelmutter bewegt.
Bei der Steifigkeit handelt es sich um eine Größe in der technischen Mechanik, welche den Widerstand eines Körpers (in diesem Fall der gesamten Fahrzeugbremse) gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Moment beschreibt. Im vorliegenden Fall kann diese Kraft zumindest die Kraft umfassen, welche durch einen Motor ausgeübt wird, der das Betätigungselement der Feststellbremse antreibt. Dementsprechend kann auch das Drehmoment dieses Motors (welches auf eine Spindel zum Bewegen des Betätigungselements wirkt) betrachtet werden. Die hier vor allem betrachtete gesamte Steifigkeit der Fahrzeugbremse setzt sich aus Steifigkeiten einzelner Komponenten der Fahrzeugbremse zusammen, wobei die Steifigkeit des Reibbelags einen maßgeblichen Einfluss auf die gesamte Steifigkeit hat. Da der Reibbelag einem ständigen Abrieb sowie Alterungserscheinungen unterliegt, ändert sich im Lauf der Betriebsdauer der Fahrzeugbremse die Steifigkeit des Reibbelags und somit die gesamte Steifigkeit der Fahrzeugbremse.
Die für das Verfahren herangezogene Steifigkeit der Fahrzeugbremse kann zum Festlegen der einzustellenden Position des Betätigungselements aus einem Speicher einer Steuereinheit der Fahrzeugbremse ausgelesen werden. Der gespeicherte Wert der Steifigkeit kann in regelmäßigen Abständen oder sogar bei jeder Betätigung der Feststellbremse bestimmt und aktualisiert werden, wie weiter unten beschrieben wird.
Das Verfahren kann ferner ein Zuspannen der Feststellbremse zur Erzeugung des zweiten Bremskraftanteils durch Bewegen des Betätigungselements in die festgelegte Position umfassen. Wenn sich das Betätigungselement nach dem Zuspannen der Feststellbremse in der festgelegten Position befindet, kann gewährleistet werden, dass die gewünschte Gesamtbremskraft eingestellt ist (solange der erste Bremskraftanteil konstant bleibt). Das Betätigungselement kann in die festgelegte Position bewegt werden, beispielsweise unter Berücksichtigung einer vorbestimmten Anzahl an Umdrehungen eines Antriebsmotors, welcher das Betätigungselement antreibt, oder einer vorbestimmten Anzahl an Umdrehungen einer Spindel, auf welcher sich das Betätigungselement als Spindelmutter bewegt.
Das Ermitteln des Hydraulikdrucks kann durch ein Messen des Hydraulikdrucks durchgeführt werden. Zum Messen des Hydraulikdrucks kann ein geeigneter Drucksensor verwendet werden, welcher in Kontakt mit einer auf den Betätigungskolben wirkenden Hydraulikflüssigkeit steht. Der Drucksensor kann innerhalb der Fahrzeugbremse angeordnet sein oder auch in einem anderen Bereich eines Hydrauliksystems des Fahrzeugs. Alternativ zum Messen des Hydraulikdrucks kann beispielsweise eine Kraft gemessen werden, mit welcher ein Fahrer des Fahrzeugs ein Pedal der Fahrzeugbremse betätigt. Auf Grundlage dieser Kraft und auf Grundlage eines bekannten Verstärkungsverhaltens eines Hydraulikdruckverstärkers kann dann der Hydraulikdruck ermittelt werden.
Der erste Bremskraftanteil kann als Produkt des Hydraulikdrucks und einer Druckfläche des Betätigungskolbens bestimmt werden. Die Druckfläche des Betätigungskolbens ist hierbei bedingt durch dessen Geometrie und kann als bekannt vorausgesetzt werden. Die Druckfläche kann beispielsweise als fester Wert in einem Speicher einer Steuereinheit der Fahrzeugbremse hinterlegt sein. Die Druckfläche kann beispielsweise durch Kalibrierungsmessungen bestimmt worden sein, wobei der aufgebaute erste Bremskraftanteil in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck gemessen wird und aus dem Verhältnis dieser beiden Werte die Druckfläche bestimmt wird.
Die einzustellende Position kann basierend auf einem Betätigungsweg des Betätigungselements festgelegt werden. Der Betätigungsweg kann als Quotient des zweiten Bremskraftanteils und der Steifigkeit berechnet werden.
Bei dem Betätigungsweg kann es sich um einen zurückgelegten Weg des Betätigungselements (beispielsweise ausgedrückt in Motorumdrehungen oder Spindelumdrehungen) handeln, ausgehend von einem sogenannten Abstützpunkt der Feststellbremse. Diese Abstützpunkt ist dadurch definiert, dass ab dem Erreichen des Abstützpunktes von der Feststellbremse eine Bremskraft aufgebaut wird, indem das Betätigungselement gegen den Betätigungskolben drückt und dieser wiederum den Reibbelag gegen die Bremsscheibe drückt. Ab Erreichen des Abstützpunktes befindet sich die Feststellbremse somit im Lastbereich. Der Abstützpunkt kann beispielsweise dadurch erkannt und festgelegt werden, dass (beim Zuspannen der Feststellbremse) ab diesem Punkt ein Betriebsparameter der Feststellbremse (beispielsweise der Motorstrom des antreiben Motors) einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Ein entsprechend umgedrehtes Verhalten liegt beim Lösen der Feststellbremse vor. Details zu einer Möglichkeit der Ermittlung der Lage des Abstützpunktes können dem Dokument DE 10 2016 010 823 A1 entnommen werden. Genauer gesagt kann im Rahmen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt ein Abstützpunkt der Feststellbremse so bestimmt werden, wie in dem Dokument DE 10 2016 010 823 A1 beschrieben.
Da die Steifigkeit der Fahrzeugbremse typischerweise erst im Lastbereich der Feststellbremse ermittelt wird, also nachdem der Abstützpunkt erreicht wurde und somit während tatsächlich eine Bremskraft insbesondere von der Feststellbremse aufgebaut wird, kann es sich bei dem Betätigungsweg um einen im Lastbereich der Feststellbremse ab dem Abstützpunkt zurückgelegten Weg des Betätigungselements handeln. Innerhalb des Lastbereichs verhält sich die Steifigkeit ähnlich einer Federkonstante und ist somit definierbar als C = Fmech / s, mit der Steifigkeit C, dem zweiten Bremskraftanteil der Feststellbremse Fmech und dem Betätigungsweg s. Bei bekannter Steifigkeit C und festgelegtem zweiten Bremskraftanteil Fmech kann somit der Betätigungsweg s und bei bekannter Lage des Abstützpunktes die einzustellende Position festgelegt werden. Auch andere Definitionen und/oder Ermittlungen der Streitigkeit C sind möglich.
Das Verfahren kann ferner ein Ermitteln der Steifigkeit der Fahrzeugbremse umfassen, wobei das Ermitteln der Steifigkeit ein Erfassen des während der Betätigung der Feststellbremse zurückgelegten Betätigungswegs in Abhängigkeit von einer erfassten Betätigungskraft umfasst. Das Ermitteln der Steifigkeit kann beispielsweise so durchgeführt werden, wie in dem Dokument DE 10 2011 016 126 A1 beschrieben ist. Die Steifigkeit kann somit unter Verwendung der Feststellbremse als Verhältnis der erfassten Betätigungskraft zum zurückgelegten Betätigungsweg ermittelt werden. Die Steifigkeit kann hierbei im Lastbereich der Feststellbremse ermittelt werden, also in einem Bereich nach dem Abstützpunkt, in welchem die Feststellbremse eine Bremskraft bzw. einen Bremskraftanteil ausübt.
Der Betätigungsweg kann durch Erfassen eines Betriebsparameters (z. B. einer Motordrehzahl) eines Antriebsmotors der Feststellbremse oder mittels eines Wegsensors bestimmt werden. Der Betätigungsweg kann ausgehend von dem Abstützpunkt definiert sein oder ausgehend von einem anderen vorbestimmten Punkt innerhalb des Lastbereichs. Der Betätigungsweg kann beispielsweise beim Zuspannen der Feststellbremse ab einem Zeitpunkt erfasst werden, ab dem die erfasste Betätigungskraft einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat.
Die Betätigungskraft kann durch Erfassen eines Betriebsparameters (z. B. eines Motorstroms) eines Antriebsmotors der Feststellbremse oder mittels eines Kraftsensors bestimmt werden. Auch kann auch ein Betätigungsdruck durch einen Drucksensor erfasst werden, welcher auf bekannte Weise in eine Betätigungskraft umgerechnet werden kann. In Anlehnung an die DE 197 32 168 C1 kann der Motorstrom mithilfe eines Motorstromsensors bestimmt werden, welcher den für den Betätigungsvorgang erforderlichen Motorstrom am Antriebsmotor erfasst. Die Motorstromaufnahme des Antriebsmotors ist hierbei proportional zur aufgebrachten Betätigungskraft. Es kann auch ein kapazitiver, piezoelektrischer oder resistiver Kraftsensor vorgesehen sein. Der Kraftsensor kann hierbei im Hydraulikkolben oder direkt am Bremssattel angeordnet sein. Anstelle eines Kraftsensors kann auch ein Drucksensor (zum Beispiel im Hydraulikkolben) zur Bestimmung des Betätigungsdruckes implementiert sein.
Die Steifigkeit kann bei jeder Betätigung oder nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungen der Feststellbremse neu ermittelt und gespeichert werden. Ein Wert für die Steifigkeit kann beispielsweise in einem Speicher einer Steuereinheit der Fahrzeugbremse gespeichert werden und nach jeder Betätigung der Feststellbremse und somit nach jeder Ermittlung der Steifigkeit aktualisiert werden. Wenn die Steifigkeit stets aktuell gehalten wird, kann das hierin vorgestellte Verfahren fortlaufend auf Änderungen der Steifigkeit reagieren, welche beispielsweise aus einer Abnutzung des Reibbelags resultieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Fahrzeugbremse vorgestellt. Die Fahrzeugbremse umfasst eine hydraulische Betriebsbremse mit einem Betätigungskolben, der zum Erzeugen eines ersten Bremskraftanteils unter Einwirkung eines Hydraulikdrucks in eine Betätigungsposition bewegbar ist, in der der Betätigungskolben einen Reibbelag gegen eine rotierend gelagerte Bremsscheibe drückt, und eine elektrische Feststellbremse, die dazu ausgebildet ist, einen auf die Bremsscheibe wirkenden zweiten Bremskraftanteil dadurch aufzubauen, dass sich ein Betätigungselement der Feststellbremse an dem Betätigungskolben abstützt, um den Reibbelag gegen die Bremsscheibe zu drücken. Die Fahrzeugbremse umfasst ferner eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Fahrzeugbremse zu veranlassen, ein Verfahren mit den Schritten gemäß zumindest dem ersten Aspekt durchzuführen.
Sämtliche der oben und im Folgenden Hinblick auf den ersten Aspekt beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens können auf die Fahrzeugbremse des zweiten Aspekts an-gewendet werden. Anders ausgedrückt kann die Fahrzeugbremse dazu eingerichtet sein, sämtliche der zuvor und nachfolgend genannten Details des ersten Aspekts zu verwirklichen. Genauer gesagt kann die Steuereinheit der Fahrzeugbremse dazu eingerichtet sein, die Fahrzeugbremse so anzusteuern, dass einer oder mehrere der oben und im Folgenden Bezug auf den ersten Aspekt geschilderten Verfahrensschritte ausgeführt werden. Die Bremsscheibe ist hierbei nicht zwangsläufig Gegenstand der Fahrzeugbremse gemäß dem zweiten Aspekt, obwohl sich die Beschreibung des zweiten Aspekts sprachlich zur Verdeutlichung der Merkmale des zweiten Aspekts auf die Bremsscheibe bezieht.
Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt. Das Computerprogrammprodukt umfassend Programmcodemittel, um bei einem Ausführen des Computerprogrammproduktes auf einem Prozessor ein Verfahren mit den Schritten gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Sämtliche der oben im Hinblick auf den ersten Aspekt beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens können auf das Computerprogrammprodukt des dritten Aspekts angewendet werden.
Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Steuereinheit bereitgestellt. Die Steuereinheit umfasst einen Prozessor und das Computerprogrammprodukt gemäß dem dritten Aspekt.
Figurenliste
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Lösung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:

1 einen Querschnitt einer Fahrzeugbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei das Verfahren mit der Fahrzeugbremse gemäß 1 durchgeführt werden kann; und
3a/3b ein Weg-Druck-Diagramm für ein Betätigungselement der Feststellbremse der Fahrzeugbremse gemäß 1.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt einen Querschnitt einer Fahrzeugbremse (oder Radbremse) 10 einer Fahrzeugbremsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die Radbremse 10 umfasst einen elektromechanischen Bremsaktuator 2 einer Feststellbremse und einen U-förmigen Bremssattel 4 zur Aufnahme einer Bremsscheibe. Die Bremsscheibe ist in 1 nicht dargestellt. Der Bremssattel 4 besitzt einen Shim 6 und eine erste und zweite Rückenplatte 8a, 8b zur jeweiligen Aufnahme eines Bremsbelags oder Reibbelags 9a, 9b. Die Bremsbeläge 9a, 9b stehen bei Betätigung der Radbremse 10 mit der Bremsscheibe in Reibkontakt.
Der Bremssattel 4 ist über die erste Rückenplatte 8a mit einem Hydraulikkolben (oder Betätigungskolben) 28 mechanisch gekoppelt, welcher bei Betätigung der Radbremse 10 axial in Richtung der ersten Rückenplatte 8a bewegt wird, um so den an der ersten Rückenplatte 8a angeordneten Bremsbelag 9a gegen die Bremsscheibe zu drücken. Bei einem Betriebsbremsvorgang wird der Hydraulikkolben 28 hydraulisch durch einen in der Fahrzeugbremsanlage vom Fahrer (und ggf. verstärkten) oder elektrohydraulisch erzeugten Hydraulikdruck bewegt, während bei einem Feststellbremsvorgang oder bei Aktivierung der Berganfahrhilfefunktion der Hydraulikkolben 28 mechanisch mit Hilfe eines Betätigungsgliedes 22 des elektromechanischen Bremsaktuators 2 bewegt wird.
Der elektromechanische Bremsaktuator 2 umfasst einen Antriebsmotor 14 zur Erzeugung eines Drehmoments, eine mit einer Antriebswelle 16 des Antriebsmotors 14 gekoppelte Getriebeeinheit 18, einen der Getriebeeinheit 18 nachgeschalteten abtriebsseitigen Zapfen 20 und das mit dem Abtriebszapfen 20 gekoppelte Betätigungsglied 22.
Die dem Antriebsmotor 14 nachgeschaltete Getriebeeinheit 18 ist als mehrstufiges Untersetzungsgetriebe ausgestaltet, um eine hohe Untersetzung und damit eine hohe Betätigungskraft an der Radbremse 10 zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Getriebeeinheit 18 ein beispielsweise zweistufiges Planetengetriebe 19 zur Übertragung des erzeugten Drehmoments auf den abtriebsseitigen Zapfen 20. Der Zapfen 20 überträgt die Drehbewegung an das Betätigungsglied 22, welches als Spindelgetriebe mit einer Spindel 24 und einem Spindelschlitten (oder Spindelmutter) 26 ausgebildet ist. Das Spindelgetriebe 22 wandelt in bekannter Weise die am Zapfen 20 abgegebene Drehbewegung in eine Linearbewegung um, wobei der Spindelschlitten 26 translatorisch in Richtung des Bremssattels 4 bewegt wird.
Die translatorische Bewegung des Spindelschlittens 26 wird über den Hydraulikkolben 28 auf die erste Rückenplatte 8a übertragen. Ferner wird die Bewegung des Spindelschlittens 26 über eine Umlenkeinrichtung 12 auf die zweite Rückenplatte 8b übertragen. Auf diese Weise wird durch das Betätigungsglied 22 an der Bremsscheibe eine Zuspannkraft oder ein Zuspanndruck erzeugt, welche(r) einerseits vom zurückgelegten Weg des Betätigungsgliedes 22 (genauer gesagt: des Spindelschlittens 26) und andererseits von einer Steifigkeit der Radbremse 10 abhängt. Der Spindelschlitten 26 wirkt hierbei somit als Betätigungselement der Feststellbremse.
Die Steifigkeit, welche den Verformungswiderstand (Stauchungswiderstand) der Radbremse 10 bei Anlegen einer Betätigungskraft beschreibt, hängt von den einzelnen Komponenten der Radbremse 10, d. h. von der Steifigkeit der Bremsscheibe, der Bremsbeläge 9a, 9b, der Rückenplatten 8a, 8b, des Gehäuses und des Betätigungsgliedes 22 ab. Da die als Metallteile ausgeführten Komponenten Betätigungsglied 22, Rückenplatten 8a, 8b, Bremsscheibe und Gehäuse wesentlich steifer als die Bremsbeläge 9a, 9b sind, wird die Gesamtsteifigkeit der Radbremse 10 im Wesentlichen durch die Steifigkeit der Bremsbeläge 9a, 9b bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 2 wird im Folgenden ein Verfahren beschrieben, wie mithilfe der Fahrzeugbremse 10 eine Gesamtbremskraft auf die Bremsscheibe ausgeübt werden kann, wobei die Gesamtbremskraft möglichst genau einer beispielsweise gesetzlich vorgeschriebenen Soll-Gesamtbremskraft (oder Mindestbremskraft) im Feststellbremsbetrieb entspricht. Das Verfahren findet insbesondere dann Anwendung, wenn bereits ein Hydraulikdruck vorliegt, d. h., wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Bremspedal der Betriebsbremse betätigt oder wenn autonom - von einer Steuereinheit der Fahrzeugbremse veranlasst - mittels eines elektrischen Bremsdruckerzeugers ein entsprechender Hydraulikdruck aufgebaut wurde.
Zusätzlich zu den in 1 dargestellten Komponenten umfasst die Fahrzeugbremse 10 eine Steuereinheit (nicht dargestellt), welche die Fahrzeugbremse 10 ansteuert. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Steuereinheit der gesamten Fahrzeugbremsanlage und insbesondere um eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs handeln. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, die im Folgenden beschriebenen Schritte durchzuführen und, genauer gesagt, die Fahrzeugbremse 10 zum Durchführen der folgenden Schritte anzusteuern. Hierfür weist die Steuereinheit einen Prozessor und einen Speicher auf, wobei in dem Speicher Befehle hinterlegt sind, die den Prozessor dazu veranlassen, die im Folgenden beschriebenen Schritte durchzuführen.
Zunächst wird in Schritt S100 ein vorherrschender Hydraulikdruck ermittelt, welcher auf den Betätigungskolben 28 wirkt. Der Hydraulikdruck wird hierbei mit einem Drucksensor gemessen, wobei dieser entweder in der Fahrzeugbremse 10 selbst angeordnet ist oder in einem anderen Bereich des Fahrzeugbremssystems, beispielsweise am Ausgang eines Hauptzylinders. Das Fahrzeug kann sich dabei im Stillstand befinden. Gleichzeitig kann vom Fahrer das Bremspedal betätigt werden, um das Fahrzeug im Stillstand zu halten. Alternativ hierzu kann der Hydraulikdruck im Stillstand im Zusammenhang mit einer Berganfahrhilfe oder einer anderweitigen Unterstützungsfunktion unter Verwendung eines elektrischen Hydraulikdruckerzeugers (z. B. einer elektromotorisch betätigbaren Pumpe) erzeugt werden.
In Schritt S102 wird basierend auf dem in Schritt S100 ermittelten Hydraulikdruck ein erster Bremskraftanteil bestimmt. Bei dem ersten Bremskraftanteil handelt es sich um einen hydraulischen Bremskraftanteil, d. h. um einen Bremskraftanteil, welcher lediglich durch die hydraulische Betriebsbremse verursacht wird und nicht durch die (ggf. noch nicht aktivierte) Feststellbremse.
Der erste Bremskraftanteil (hydraulische Bremskraftanteil) kann aus dem linearen Zusammenhang von Druckkraft und Druckfläche mithilfe der folgenden Formel bestimmt werden: Fhyd = p * A, mit dem ersten Bremskraftanteil Fhyd, dem Hydraulikdruck p und der Druckfläche A. Die Druckfläche A ist hierbei durch die Geometrie der Fahrzeugbremse 10 und genauer gesagt durch die Geometrie des Hydraulikkolbens 28 bedingt. Die Druckfläche A ist als bekannter Wert in einem Speicher der Steuereinheit der Fahrzeugbremse 10 hinterlegt. Die Druckfläche A kann beispielsweise in einem (z. B. einmalig durchgeführten) Kalibrierungsprozess ermittelt worden sein, wobei der erzeugte Bremskraftanteil Fhyd in Abhängigkeit vom angelegten Hydraulikdruck p gemessen wurde.
Anschließend wird in Schritt S104 ein mittels der elektrischen Feststellbremse einzustellender zweiter Bremskraftanteil festgelegt. Genauer gesagt wird dieser zweite Bremskraftanteil auf der Grundlage des ersten Bremskraftanteils und einer gewünschten Gesamtbremskraft ermittelt, beispielsweise durch Differenzbildung gemäß der folgenden Formel: Fmech = Fges - Fhyd, mit dem (mechanischen) zweiten Bremskraftanteil Fmech, der gewünschten Gesamtbremskraft Fges und dem (hydraulischen) ersten Bremskraftanteil Fhyd.
Bei der gewünschten Gesamtbremskraft Fges handelt es sich um eine Bremskraft, welche insgesamt auf die Bremsscheibe wirken soll (und ggf. nach Abbau des Hydraulikdrucks mittels der Feststellbremse aufrecht erhalten werden soll). Dementsprechend strebt die Fahrzeugbremse 10 an, diese Gesamtbremskraft zu erreichen. Bei der Gesamtbremskraft Fges handelt es sich beispielsweise um einen vordefinierten Wert, welcher in einem Speicher der Steuereinheit der Fahrzeugbremse 10 hinterlegt ist. Die Gesamtbremskraft Fges kann hierbei einer gesetzlich vorgeschriebenen Gesamtbremskraft (Mindestbremskraft) entsprechen, wobei gegebenenfalls zu der gesetzlich vorgeschriebenen Gesamtbremskraft ein Sicherheitsoffset hinzu addiert wurde und/oder diese mit einem Sicherheitsfaktor größer 1 multipliziert wurde.
In Schritt S106 wird eine einzustellende Position des Betätigungselements 26 ermittelt. Dies geschieht basierend auf dem zuvor festgelegten zweiten Bremskraftanteil Fmech und einer Steifigkeit C der Fahrzeugbremse. Genauer gesagt geschieht dies anhand der Formel s = Fmech / C, mit dem Betätigungsweg s, dem zweiten Bremskraftanteil Fmech und der Steifigkeit C.
Die Steifigkeit C der Fahrzeugbremse ist in dem Speicher der Steuereinheit der Fahrzeugbremse 10 hinterlegt und wurde zuvor durch Messung ermittelt. Genauer gesagt kann die Messung der Steifigkeit C so durchgeführt werden, wie in dem Dokument DE 10 2011 016 126 A1 beschrieben ist. Details zum Messen der Steifigkeit C werden weiter unten auch noch im Zusammenhang mit den 3a und 3b erläutert. Ferner kann die Steifigkeit C bei jedem Betätigen der Feststellbremse (oder nach hier vorgegebener Anzahl von Betätigungen) durch Messung neu ermittelt werden und anschließend im Speicher der Steuereinheit aktualisiert werden.
Auf Grundlage des Betätigungswegs s wird die Position des Betätigungselements 26 ermittelt. Anders ausgedrückt kann die Position des Betätigungselements 26 durch den Betätigungsweg s ausgedrückt werden. Der Betätigungsweg s ist hierbei definiert als der Weg, den das Betätigungselement 26 nach Erreichen des sogenannten Abstützpunktes zurücklegt. Mit anderen Worten ist der Betätigungsweg s der Weg, den das Betätigungselement 26 im Lastbereich, also beim Ausüben einer (mechanischen) Bremskraft auf die Bremsscheibe, entlang der Spindel 24 zurücklegt. Der Abstützpunkt ist somit definiert als ein Zustand der Feststellbremse, ab dem (beim Zuspannen der Feststellbremse) die Feststellbremse beginnt, die Reibbeläge 9a, 9b gegen die Bremsscheibe zu drücken und somit eine Bremskraft auf die Bremsscheibe ausübt. Dieser Abstützpunkt kann durch Überwachen eines Betriebsparameters und insbesondere des Motorstroms des Antriebsmotors 14 ermittelt werden, beispielsweise dadurch, dass die Position des Betätigungselements 26 ermittelt wird, in welcher der Motorstrom über einen vorbestimmten Schwellenwert steigt. Details zu einer Möglichkeit der Ermittlung der Lage des Abstützpunktes können dem Dokument DE 10 2016 010 823 A1 entnommen werden.
In einem weiteren, in 2 nicht dargestellten Schritt kann ein Zuspannen der Feststellbremse zur Erzeugung des zweiten Bremskraftanteils durch eine entsprechende Bewegung des Betätigungselements 26 erfolgen. Das Betätigungselement 26 wird dabei in die Position bewegt, welche in Schritt S106 festgelegt wurde. Im Anschluss an das Zuspannen der Feststellbremse kann durch den Fahrer oder automatisch ein Abbau des Hydraulikdrucks und damit des ersten Bremskraftanteils erfolgen. Die zuvor eingestellte Gesamtbremskraft Fges wird dann mittels der Feststellbremse mechanisch aufrecht erhalten.
Im Folgenden wird anhand der 3a und 3b eine Möglichkeit angegeben, wie die Steifigkeit C und genauer gesagt die Gesamtsteifigkeit der Fahrzeugbremse 10 durch Messung ermittelt werden kann.
3a zeigt den während einer Betätigung des elektromechanischen Bremsaktuators 2 erfassten Betätigungsweg (Kolbenweg des Hydraulikkolbens 28) in Abhängigkeit vom erfassten Betätigungsdruck für eine beispielhafte Radbremse 10 ohne Bremsbelag 9a, 9b (z. B. aufgrund von vollständigem Verschleiß). Im Vergleich dazu zeigt 3b den Verlauf des Kolbenweges in Abhängigkeit des erfassten Betätigungsdrucks für eine Radbremse 10 mit Bremsbelag 9a, 9b, wobei zum besseren Vergleich der Betätigungsweg bei kleinen Betätigungsdrücken für beide Weg-Druck-Diagramme auf Null gesetzt wurde. Es ist hierbei unerheblich, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel anstelle der Betätigungskraft der Betätigungsdruck erfasst wird und in den 3a und 3b der Verlauf des Kolbenwegs in Abhängigkeit des erfassten Betätigungsdrucks dargestellt wird, da der Betätigungsdruck direkt proportional zur erzeugten Betätigungskraft ist. Die Betätigungskraft kann aus dem Betätigungsdruck und der bekannten Hydraulikkolbenfläche ermittelt werden. Alternativ kann anstelle des Betätigungsdrucks, die Betätigungskraft direkt aus der Motorstromaufnahme des Antriebsmotors 14 bestimmt werden.
Der Vergleich der in den 3a und 3b dargestellten Kurven macht den Einfluss des Bremsbelags 9a, 9b auf den Zusammenhang zwischen dem zurückgelegten Kolbenweg einerseits und dem dadurch erzeugten Kolbendruck unmittelbar klar. Während beispielsweise bei der Radbremse 10 ohne Bremsbelag 9a, 9b eine translatorische Bewegung des Betätigungsgliedes 22 und genauer gesagt des Betätigungselements 26 von ca. 0,1 mm den Kolbendruck von 40 bar auf 100 bar ansteigen lässt, ist für dieselbe Druckänderung bei der Radbremse 10 mit nicht verschlissenem Bremsbelag 9a, 9b ein Kolbenweg von ca. 0,2 mm erforderlich. Die Radbremse 10 mit nicht verschlissenem Bremsbelag 9a, 9b ist somit stärker verformbar als die Radbremse 10 ohne Bremsbelag. Mit anderen Worten weist die Radbremse 10 ohne Bremsbelag 9a, 9b einen im Vergleich zur Radbremse 10 mit Bremsbelag 9a, 9b um einen Faktor 2 höheren Verformungswiderstand (Steifigkeit, C) auf.
Die Steifigkeit (C_alt , C_neu ) der Radbremse 10 wird bestimmt, indem jeweils mindestens zwei korrespondierende Messwerte für den Kolbenweg und den Betätigungsdruck (oder Betätigungskraft) aus dem Satz von hintereinander erfassten Messwerten ausgewählt werden und durch Differenzbildung die Betätigungsdruckänderung Δp (oder äquivalent dazu die Betätigungskraftänderung ΔF) in Abhängigkeit der Kolbenwegänderung Δx bestimmt (vgl. 3). Erfasste Messwerte, die einem Betätigungsdruck oder einer Motorstromaufnahme des Antriebsmotors 14 entsprechen, werden in entsprechende Betätigungskraftwerte überführt. Die Steifigkeit C_alt , C_neu ergibt sich dann aus dem Quotienten ΔF/Δx.
Auf Grundlage des obigen Beispiels ist klar, dass bei bekannter Steifigkeit C der Feststellbremse 10 und bei vorgegebenem zweiten Kraftanteil Fmech der zurückzulegende Betätigungsweg s bestimmt werden kann.
Durch das hierin beschriebene Verfahren wird die tatsächliche (verschleißabhängige) Steifigkeit C der Fahrzeugbremse zum Einstellen des zweiten (mechanischen) Kraftanteils Fmech ermittelt, um in Kombination mit einem vorliegenden ersten (hydraulischen) Kraftanteil Fhyd eine vorgegebene Gesamtkraft zu erreichen. Da die Steifigkeit C berücksichtigt wird, welche durch Messung ermittelt werden kann, kann die Gesamtkraft Fges fortlaufend und verschleißunabhängig präzise eingestellt werden, ohne dass es erforderlich ist, einen allzu großen Sicherheitsoffset zu der vorgeschriebenen Gesamtkraft hinzu zu addieren. Dadurch kann eine Belastung der Feststellbremse und der Fahrzeugbremse insgesamt reduziert werden.
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 10150803 B4 [0003]
DE 102004004992 A1 [0003]
DE 102016010823 A1 [0017, 0043]
DE 102011016126 A1 [0019, 0042]
DE 19732168 C1 [0021]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremse (10), wobei die Fahrzeugbremse (10) umfasst: - eine hydraulische Betriebsbremse mit einem Betätigungskolben (28), der zum Erzeugen eines ersten Bremskraftanteils unter Einwirkung eines Hydraulikdrucks in eine Betätigungsposition bewegbar ist, in der der Betätigungskolben (28) einen Reibbelag (9a, 9b) gegen eine rotierend gelagerte Bremsscheibe drückt, und - eine elektrische Feststellbremse, die dazu ausgebildet ist, einen auf die Bremsscheibe wirkenden zweiten Bremskraftanteil dadurch aufzubauen, dass sich ein Betätigungselement (26) der Feststellbremse an dem Betätigungskolben (28) abstützt, um den Reibbelag (9a, 9b) gegen die Bremsscheibe zu drücken, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Ermitteln des Hydraulikdrucks; - Bestimmen eines ersten Bremskraftanteils basierend auf dem ermittelten Hydraulikdruck; - Festlegen eines mittels der Feststellbremse einzustellenden zweiten Bremskraftanteils auf Grundlage des ersten Bremskraftanteils und einer gewünschten Gesamtbremskraft; und - Festlegen einer einzustellenden Position des Betätigungselements (26) der Feststellbremse basierend auf dem zweiten Bremskraftanteil und einer Steifigkeit der Fahrzeugbremse (10).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: - Zuspannen der Feststellbremse zur Erzeugung des zweiten Bremskraftanteils durch Bewegen des Betätigungselements (26) in die festgelegte Position.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ermitteln des Hydraulikdrucks durch ein Messen des Hydraulikdrucks durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Bremskraftanteil als Produkt des Hydraulikdrucks und einer Druckfläche des Betätigungskolbens (28) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die einzustellende Position basierend auf einem Betätigungsweg des Betätigungselements (26) festgelegt wird, wobei der Betätigungsweg als Quotient des zweiten Bremskraftanteils und der Steifigkeit berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: - Ermitteln der Steifigkeit der Fahrzeugbremse (10), wobei das Ermitteln der Steifigkeit insbesondere ein Erfassen des während der Betätigung der Feststellbremse zurückgelegten Betätigungswegs in Abhängigkeit von einer erfassten Betätigungskraft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Betätigungsweg durch Erfassen eines Betriebsparameters eines Antriebsmotors (14) der Feststellbremse oder mittels eines Wegsensors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Betätigungskraft durch Erfassen eines Betriebsparameters eines Antriebsmotors (14) der Feststellbremse oder mittels eines Kraftsensors bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Steifigkeit bei jeder Betätigung oder bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Betätigungen der Feststellbremse neu ermittelt und gespeichert wird.
Fahrzeugbremse (10), umfassend: - eine hydraulische Betriebsbremse mit einem Betätigungskolben (28), der zum Erzeugen eines ersten Bremskraftanteils unter Einwirkung eines Hydraulikdrucks in eine Betätigungsposition bewegbar ist, in der der Betätigungskolben (28) einen Reibbelag (9a, 9b) gegen eine rotierend gelagerte Bremsscheibe drückt, und - eine elektrische Feststellbremse, die dazu ausgebildet ist, einen auf die Bremsscheibe wirkenden zweiten Bremskraftanteil dadurch aufzubauen, dass sich ein Betätigungselement (26) der Feststellbremse an dem Betätigungskolben (28) abstützt, um den Reibbelag (9a, 9b) gegen die Bremsscheibe zu drücken, wobei die Fahrzeugbremse (10) ferner eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Fahrzeugbremse (10) zu veranlassen, ein Verfahren mit den Schritten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt umfassend Programmcodemittel, um bei einem Ausführen des Computerprogrammproduktes auf einem Prozessor ein Verfahren mit den Schritten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Steuereinheit, umfassend einen Prozessor und das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11.