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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das technische Gebiet von Fahrzeugbremsanlagen, welche eine elektrische Parkbremse, auch Feststellbremse genannt, umfassen. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremsanlage, eine Fahrzeugbremsanlage mit einer Steuereinheit zum Ausführen eines derartigen Verfahrens sowie ein Computerprogrammprodukt und eine Steuereinheit.
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Stand der Technik
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Fahrzeugbremsanlagen, die sowohl eine hydraulisch betätigbare Radbremse wie auch eine elektrische Parkbremse umfassen, sind bekannt und werden bereits vielfach in Fahrzeugen eingesetzt. Die Radbremse umfasst einen unter Einwirken eines Hydraulikdrucks verlagerbaren Kolben, der sich bei Einnahme einer Betätigungsposition typischerweise an einem Reibbelag abstützt und diesen gegen einen mit einem Rad des Fahrzeugs gekoppelten Rotor 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.
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Ebenso ist es bekannt, eine elektrische Parkbremse vorzusehen, die dauerhaft eine Bremskraft bereitstellt, insbesondere wenn das Fahrzeug vorübergehend einen stationären Zustand einnimmt (Parkzustand, Berganfahren etc.). Hierzu kann die elektrische Parkbremse dazu ausgebildet sein, den Radbremskolben in einer bremskrafterzeugenden Position zu halten und mechanisch festzustellen.
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Die Druckschrift
DE 10 2011 007 772 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen der Bremskraft, die von einer elektrischen Parkbremse und bedarfsweise ergänzend von einer hydraulischen Bremsvorrichtung aufgebracht wird. Das Aufbauen eines hydraulischen Vordrucks im Vorfeld eines Parkbremsvorgangs unterliegt dynamischen Einflüssen, so dass die Höhe des Drucks, der tatsächlich am Bremskolben anliegt, ohne Einsatz eines Drucksensors an der Radbremse unbekannt ist. Um dieser Ungewissheit vorzubeugen, wird der Vordruck der hydraulischen Bremsvorrichtung erst dann berücksichtigt, wenn der Vordruck für eine definierte Zeitdauer innerhalb eines zulässigen Wertebereichs liegt. Die Klemmkraft der elektrischen Parkbremse wird also erst nach der definierten Zeitdauer zur Verfügung gestellt, und nicht dann, wenn die dynamischen Einflüsse tatsächlich abgeklungen sind. Je nach Wahl der Zeitdauer kann dies zur Folge haben, dass die Feststellbremse später als nötig oder zu früh betätigt wird.
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Kurzer Abriss
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Es ist eine Technik zum Betreiben einer Fahrzeugbremsanlage mit einer elektrischen Parkbremse anzugeben, die ein schnelles und effizientes Feststellen der elektrischen Parkbremse ermöglicht.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbremsanlage bereitgestellt, wobei die Fahrzeugbremsanlage eine elektrische Parkbremse mit einem Betätigungsglied, das auf einen Radbremskolben einzuwirken vermag, umfasst. Ferner umfasst die Fahrzeugbremsanlage eine Betriebsbremse mit einem Zylinder und einem darin aufgenommenen Kolben, der ausgebildet ist, zur Betätigung des Radbremskolbens ein Hydraulikfluid im Zylinder unter Druck zu setzen. Die Fahrzeugbremsanlage umfasst zudem einen ersten Sensor, der ausgebildet ist, ein auf einen Druck im Zylinder der Betriebsbremse hinweisendes erstes Signal zu erzeugen, und einen zweiten Sensor, der ausgebildet ist, ein auf eine Bewegung des Kolbens der Betriebsbremse hinweisendes zweites Signal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: unter Druck setzen des Hydraulikfluids im Zylinder zur Betätigung des Radbremskolbens; Bestimmen, basierend auf dem ersten Signal, ob der Druck einen Zieldruck erreicht hat oder eine zeitliche Druckänderung des unter Druck gesetzten Hydraulikfluids einen ersten Schwellwert unterschritten hat oder gleich Null ist; Bestimmen, basierend auf dem zweiten Signal, ob ein zeitliches Bewegungsverhalten des Kolbens einen zweiten Schwellwert unterschritten hat oder gleich Null ist; und Erzeugen eines Ansteuersignals für die elektrische Parkbremse, wenn die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung und die auf dem zweiten Signal basierende Bestimmung beide positiv ausfallen.
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Bei dem Zylinder der Betriebsbremse kann es sich um einen Hauptbremszylinder handeln oder um den Zylinder einer zusätzlich oder alternativ zum Hauptzylinder vorgesehenen Zylinder-Kolben-Anordnung. Der im Zylinder der Betriebsbremse aufgenommene Kolben kann elektromotorisch betätigbar sein, beispielsweise nach dem Prinzip des Brake-By-Wire (BBW) oder einer elektrohydraulischen Bremskraftverstärkung („E-Boost“).
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Der erste Schwellwert kann geringer sein als 3 bar/s, geringer als 2 bar/s oder geringer als 1 bar/s sein. Der erste Schwellwert kann abhängig von einer Steifigkeit der Radbremse und/oder einem Abnutzungsgrad eines Reibbelags der Radbremse gewählt sein.
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Der zweite Schwellwert kann sich auf eine Kolbengeschwindigkeit beziehen oder in eine Kolbengeschwindigkeit umrechenbar sein. Der zweite Schwellwert kann geringer sein als 1 mm/s, geringer als 0,5 mm/s oder geringer als 0,1 mm/s. Der zweite Schwellwert kann abhängig von einer Steifigkeit der Radbremse und/oder eine Abnutzungsgrad eines Bremsbelags der Radbremse gewählt sein.
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Die auf dem zweiten Signal basierende Bestimmung kann nur dann erfolgen, wenn die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung zuvor positiv ausgefallen ist. In diesem Fall kann die auf dem zweiten Signal basierende Bestimmung unterbrochen werden, wenn eine erneute, auf dem ersten Signal basierende Bestimmung negativ ausgefallen ist.
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Das Hydraulikfluid im Zylinder kann unter Druck gesetzt werden, um einen Zieldruck im Zylinder der Betriebsbremse und/oder einem Radbremszylinder einzustellen. Ein Erreichen des Zieldrucks kann eine Voraussetzung für das Erfolgen der auf dem zweiten Signal und/oder ersten Signal basierenden Bestimmungen sein.
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Das Ansteuersignal kann die elektrische Parkbremse veranlassen, das Betätigungsglied in Anlage an den Radbremskolben zu bringen und/oder in Anlage an dem Radbremskolben zu verriegeln. Ferner kann im Anschluss in das In-Anlage-Bringen und/oder Verriegeln des Betätigungsglieds das unter Druck gesetzte Hydraulikfluid wieder entlastet werden.
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Zu Beginn des Verfahrens kann die zeitliche Druckänderung über dem ersten Schwellwert liegen oder größer Null sein. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann das zeitliche Bewegungsverhalten des Kolbens über dem zweiten Schwellwert liegen oder größer Null sein.
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Der zweite Sensor ermöglicht es, aus einem Signal dieses Sensors auf das zeitliche Bewegungsverhalten des Kolbens zu schließen. Der zweite Sensor kann zumindest eines erfassen aus einem Pedalweg eines Bremspedals, einem Betriebsparameter (z. B. Stromaufnahme oder Drehzahl) eines Elektromotors zur Betätigung des Kolbens und einem Parameter (z. B. Drehzahl oder Betätigungsweg) eines zwischen dem Elektromotor und dem Kolben vorgesehenen Getriebes.
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Der erste Sensor kann im Bereich des Zylinders der Betriebsbremse oder nahe eines Ausgangs des Zylinders (z. B. beabstandet von den Radbremsen) vorgesehen sein. Der erste Sensor kann einen Drucksensor umfassen.
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Das Verfahren kann ein Erfassen einer Zeitdauer umfassen zwischen einem ersten Zeitpunkt, ab dem ein Druckaufbau im Zylinder erfolgt, und einem zweiten Zeitpunkt, an dem beide auf dem ersten Signal und dem zweiten Signal basierenden Bestimmungen positiv ausfallen. In diesem Fall kann das Verfahren ferner ein Ermitteln eines Abnutzungszustands eines Reibbelags der Fahrzeugbremse basierend auf der erfassten Zeitdauer umfassen. Mit zunehmendem Abnutzungszustand wird auch die Zeitdauer zunehmen, da mehr Hydraulikfluidvolumen zu fördern ist. Basierend auf der erfassten Zeitdauer kann ein auf den Abnutzungszustand hinweisendes Signal erzeugt werden (z. B. ein Warnsignal an den Fahrer).
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, umfassend Programmcodemittel, um bei einem Ausführen des Computerprogrammproduktes auf einem Prozessor ein Verfahren wie hierin beschrieben durchzuführen.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Steuereinheit bereitgestellt, umfassend einen Prozessor und das Computerprogrammprodukt wie hierin beschrieben.
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Gemäß einem vierten Aspekt wird eine Fahrzeugbremsanlage für ein Fahrzeug bereitgestellt. Die Fahrzeugbremsanlage umfasst eine elektrische Parkbremse mit einem Betätigungsglied, das auf einen Radbremskolben einzuwirken vermag. Ferner umfasst die Fahrzeugbremsanlage eine Betriebsbremse mit einem Zylinder und einem darin aufgenommenen Kolben, der ausgebildet ist, zur Betätigung des Radbremskolbens ein Hydraulikfluid im Zylinder unter Druck zu setzen. Zudem umfasst die Fahrzeugbremsanlage einen ersten Sensor, der ausgebildet ist, ein auf einen Druck im Zylinder hinweisendes erstes Signal zu erfassen, und einen zweiten Sensor, der ausgebildet ist, ein auf eine Bewegung des Kolbens der Betriebsbremse hinweisendes zweites Signal zu erfassen. Die Fahrzeugbremsanlage umfasst ferner eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Fahrzeugbremsanlage zu veranlassen, ein Verfahren wie hierin beschrieben durchzuführen.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der hier beschriebenen Lösung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines Teils einer Fahrzeugbremsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine Querschnittsdarstellung einer Radbremse mit einer elektrischen Parkbremse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer Fahrzeugbremsanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein schematisches Diagramm für Druck- und Kolbenwegverläufe während einer Druckerhöhung.
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Detaillierte Beschreibung
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In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben oder ähnliche Komponenten.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils einer Fahrzeugbremsanlage 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst eine Betriebsbremse 12 mit einem Zylinder 14 und einem darin aufgenommenen Kolben 16. Bei dem Zylinder 14 handelt es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um den Hauptbremszylinder. Der Hauptbremszylinder ist mittels eines Bremspedals 20 betätigbar, wobei eine elektrische oder anderweitige Bremskraftunterstützung 22 bereitgestellt sein kann. Auch kann der Hauptbremszylinder Teil eines BBW-Systems sein.
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In anderen Ausführungsbeispielen kann der Zylinder 14 Teil einer elektromotorisch betätigbaren Zylinder-Kolben-Anordnung sein, die zusätzlich oder alternativ zum Hauptbremszylinder vorgesehen ist.
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Der Kolben 16 ist ausgebildet, Hydraulikfluid 18 im Zylinder 14 unter Druck zu setzen. Der Kolben 16 ist mit dem Bremspedal 20 gekoppelt. Bei Betätigung des Pedals 20 wird der Kolben 16 im Zylinder 14 bewegt, wodurch der Druck des Hydraulikfluids 18 verändert wird. Die Betätigung des Pedals 20 wird mittels des elektrischen Bremskraftverstärkers 22 unterstützt. Alternativ oder zusätzlich zur Betätigung mittels des Pedals 20 kann ein Elektromotor (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der ausgebildet ist, das Hydraulikfluid 18 gemäß dem BBW-Prinzip mit Druck zu beaufschlagen.
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Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst ferner einen ersten Sensor 24, der ausgebildet ist, ein auf einen Druck im Zylinder 14 der Betriebsbremse 12 hinweisendes erstes Signal zu erzeugen. Der erste Sensor 24 ist in einer Hydraulikleitung 26 in geringem Abstand ausgangsseitig des Zylinders 14 angeordnet. Der erste Sensor 24 kann ein Drucksensor, insbesondere ein Membrandrucksensors, sein.
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Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst ferner einen zweiten Sensor 30, der ausgebildet ist, ein auf eine Bewegung des Kolbens 16 der Betriebsbremse 12 hinweisendes zweites Signal zu erzeugen. Der zweite Sensor 30 erfasst einen Pedalweg des Pedals 20. Für den Fall, dass für die Betätigung des Kolbens 16 ein Elektromotor (nicht dargestellt) vorgesehen ist, kann der zweite Sensor 30 ausgebildet sein, zumindest einen Betriebsparameter des Elektromotors zu erfassen. Der zumindest eine Betriebsparameter kann ein Motordrehwinkel, eine Drehwinkelgeschwindigkeit, eine aufgenommene Leistung, ein vom Elektromotor gezogener Strom oder eine am Elektromotor abfallende elektrische Spannung sein. Es können auch zwei oder mehr, auf unterschiedlichen Wirkprinzipien basierende zweite Sensoren 30 vorgesehen werden, deren Signale in redundanter Weise wie nachfolgend beschrieben ausgewertet werden.
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Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst ferner zumindest eine einem Fahrzeugrad 36 zugeordnete Radbremse 32, die über die Hydraulikleitung 26 mit dem Zylinder 14 verbunden ist. In der Leitung 26 sind Ventile (nicht dargestellt) vorgesehen, welche ausgebildet sind, die fluide Kommunikation zwischen der Radbremse 32 und dem Zylinder 14 zu regeln. Die Radbremse 32 umfasst einen Radbremskolben (in 1 nicht dargestellt), der ausgebildet ist, mittels Druckveränderung des Hydraulikfluids im Zylinder 14 betätigt zu werden. Die Radbremse 32 umfasst zumindest einen Reibbelag (in 1 ebenfalls nicht dargestellt), der ausgebildet ist, bei Betätigung der Radbremse 32 gegen eine rotierende gelagerte Bremsscheibe 34 gedrückt zu werden. Hierdurch wird das Fahrzeugrad 36, das drehfest mit der Bremsscheibe 34 gekoppelt ist, abgebremst.
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Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst zudem eine elektrische Parkbremse 38 mit einem Betätigungsglied (in 1 nicht dargestellt). Das Betätigungsglied ist ausgebildet, mittels eines Elektromotors (in 1 nicht dargestellt) der elektrischen Parkbremse 38 bezüglich des Radbremskolbens bewegt zu werden. Das Betätigungsglied kann hierbei derart in Anlage an einen Bereich des Radbremskolbens bewegt werden, dass das Betätigungsglied den Radbremskolben gegen einen Reibbelag (in 1 nicht dargestellt) presst, der dann mit der Bremsscheibe 34 zusammenwirkt. Das Betätigungsglied erlaubt es somit, die Radbremse 32 in eine betätigte Stellung zu bringen und/oder in der betätigten Stellung zu halten, auch wenn kein hydraulischer Druck in der Radbremse 32 vorherrscht.
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Die Fahrzeugbremsanlage 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 31 (z. B. in Gestalt eines Steuergeräts, auch Electric Control Unit, ECU, genannt). Die Steuereinheit 31 ist ausgebildet, das erste Signal und das zweite Signal zu empfangen. Ferner ist die Steuereinheit 31 ausgebildet, die elektrische Parkbremse 38 anzusteuern. Das Empfangen der Signale und das Ansteuern der elektrischen Parkbremse 38 erfolgen über elektrische Leitungen (nicht dargestellt). Alternativ hierzu kann zumindest eine Verbindung drahtlos ausgebildet sein. Die Steuereinheit 31 aus 1 kann eine oder mehrere zusätzliche, in 1 nicht gezeigte Fahrzeugbremsen mit zugeordneten elektrischen Parkbremsen 38 ansteuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 31 diese Aufgabe für zwei Fahrzeugbremsen an einer Hinterachse übernehmen.
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Die Steuereinheit 31 umfasst einen Prozessor 31A und einen Speicher 31B und ist dazu eingerichtet, das hier beschriebene Verfahren zum Betreiben der Fahrzeugbremsanlage 10 durchzuführen. Hierfür sind in dem Speicher 31A der Steuereinheit 31 entsprechende Anweisungen hinterlegt, welche den Prozessor 31A der Steuereinheit 31 dazu veranlassen, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen. Bei der Steuereinheit 31 kann es sich beispielsweise um eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs handeln, welche auch dazu dient, weitere Funktionen des Fahrzeugs zu steuern. Alternativ hierzu kann es sich bei der Steuereinheit 31 auch um eine separate Steuereinheit der Fahrzeugbremsanlage 10 handeln.
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Obwohl die 1 ein Fahrzeug mit nur einem Rad 36 und somit mit nur einer Radbremse 32 zeigt, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt. Eine Fahrzeugbremsanlage gemäß der vorliegenden Offenbarung kann weitere Radbremsen jeweils mit oder ohne elektrische Parkbremse 38 umfassen, beispielsweise für weitere Räder des Fahrzeugs. In der Regel wird das Fahrzeug vier Radbremsen 32 verteilt auf eine Vorderachse und eine Hinterachse aufweisen, wobei lediglich die beiden Radbremsen 32 der Hinterachse jeweils mit einer elektrischen Parkbremse 38 ausgerüstet sind.
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2 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Radbremse 32 mit einer elektrischen Parkbremse 38 und einer Bremsscheibe 34, wie sie auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 Verwendung finden kann. Die Radbremse 32 ist in mechanischer Hinsicht als allgemein bekannte Schwimmsattelbremse ausgebildet, wobei nur ausgewählte Komponenten der Radbremse 32 dargestellt sind.
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Die Radbremse 32 umfasst ein Bremsengehäuse 40 in Form eines bekannten Bremssattels. Ferner ist eine drehfest mit einem Fahrzeugrad (siehe Bezugszeichen 36 in 1) gekoppelte Bremsscheibe 34 vorgesehen. Der Bremsscheibe 34 liegen beidseitig Reibbeläge 42 gegenüber, die zum Erzielen einer Bremskraft in Anlage mit der Bremsscheibe 34 bringbar sind. Hierzu umfasst die Radbremse 32 einen in einer Bohrung 44 im Bremsengehäuse 40 aufgenommenen verlagerbaren Radbremskolben 46. Dieser ist als Hohlkolben ausgebildet und begrenzt gemeinsam mit der Bohrung 44 eine Hydraulikkammer 47. Unter Einleiten und Ablassen von Hydraulikfluid in die Hydraulikkammer 47 kann ein Hydraulikdruck in der Kammer 47 variiert und der Radbremskolben 46 in bekannter Weise entlang einer Verlagerungsachse V bewegt werden. Eine Bewegung entlang der Verlagerungsachse V in 2 nach links entspricht dabei einem Bewegen in eine Zuspannrichtung Z. Insgesamt können die Reibbeläge 42 zum Erzielen einer Bremskraft somit in Anlage mit der Bremsscheibe 34 gebracht und bei Abbau des Hydraulikdrucks wieder von dieser gelöst werden, um in bekannter Weise eine Betriebsbrems-Funktion zu gewährleisten.
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Zum Erzielen der gewünschten Rückbewegung des Radbremskolbens 46 in seine Ausgangsposition nach Abbau des Hydraulikdrucks umfasst die Radbremse 32 eine schematisch angedeutete Dichtung 48. Diese ist in einer von der Bohrung 44 ausgehenden Nut 50 aufgenommen und liegt an einer Außenwand des Radbremskolbens 46 an. Die Dichtung 48 stellt in bekannter Weise eine sogenannte „Rollback“-Funktion bereit, die unterstützend wirkt, um den Radbremskolben 46 beim Abbau des Hydraulikdrucks in seine Ausgangsposition zurückzudrängen.
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Ferner erkennt man in 2, dass für die Feststellbrems-Funktion eine elektrische Parkbremse 38 vorgesehen ist, die eine Komponente umfasst, die sich ebenfalls entlang der Verlagerungsachse V bewegen kann. Die elektrische Parkbremse 38 ist in mechanischer Hinsicht gemäß bekannten Lösungen ausgebildet und umfasst eine Aktoreinheit 52, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Mutter/Spindel-Anordnung ausgebildet ist. Genauer gesagt umfasst die Aktoreinheit 52 ein im Ausführungsbeispiel als Mutter ausgebildetes Betätigungsglied 54, das durch Rotation einer Spindel 56 translatorisch entlang der Verlagerungsachse V bewegbar ist. Hierbei ist das Betätigungsglied 54 auch in Anlage an einen Kolbenboden 58 bringbar, der als ein dem Betätigungsglied 54 gegenüberliegender sowie die Hydraulikkammer 47 begrenzender innerer Stirnwandbereich des Radbremskolben 46 ausgebildet ist.
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Die Aktoreinheit 52 ist über einen Kopplungsbereich 60 mit dem Bremsengehäuse 40 verbunden, wobei an dem Kopplungsbereich 60 eine nicht gesondert dargestellte elektromotorische Antriebs- und Getriebeeinheit von außen an das Bremsengehäuse 40 angeflanscht ist. Die elektromotorische Antriebs- und Getriebeeinheit treibt die Spindel 56 rotatorisch an, um die gewünschte Verlagerungsbewegung des Betätigungsglieds 54 entlang der Achse V zu erzielen.
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In 2 sind ferner die bei einem Nicht-Betätigen der Radbrems-Funktion vorliegenden Spaltsmaße S eingetragen, die zum Erzielen einer Bremskraft überbrückt werden müssen. Diese betreffen (in 2 von links nach rechts): einen Spalt S zwischen dem Bremsengehäuse 40 und dem in 2 linken Reibbelag 42, einen Spalt S zwischen diesem linken Reibbelag 42 und der Bremsscheibe 34, einen Spalt S zwischen dem in 2 rechten Reibbelag 42 und der Bremsscheibe 34 und einen Spalt S zwischen dem Radbremskolben 46 und dem rechten Reibbelag 42. Die elektrische Parkbremse 38 muss zum Erzeugen von Bremskräften zusätzlich einen Spalt S zwischen dem Betätigungsglied 54 und dem Kolbenboden 58 des Radbremskolbens 46 überwinden.
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Die Spalte S zwischen den Reibbelägen 42 und der Bremsscheibe 34 werden allgemein als „Lüftspiel“ oder „Bremsenlüftspiel“ bezeichnet, weshalb diese Spalte S zusätzlich mit dem Bezugszeichen L versehen sind. Das Lüftspiel L soll einen vorbestimmten Mindestwert einnehmen, um Restschleifmomente im Sinne eines ungewollten Anliegens der Reibbeläge 42 an der Bremsscheibe 34 bei einer unbetätigten Radbremse 32 zu vermeiden.
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Bei dem Spalt S zwischen dem Betätigungsglied 54 und dem Kolbenboden 58 des Radbremskolbens 46 handelt es sich um einen Sicherheitsabstand, weshalb dieser Spalt S zusätzlich mit dem Bezugszeichen X versehen ist. Der Sicherheitsabstand X nimmt aus Gründen der Systemsicherheit einen vorbestimmten Mindestwert ein, um bei einem Nicht-Betätigen der Funktion der elektrischen Parkbremse 38 eine ordnungsgemäße Betriebsbrems-Funktion zu gewährleisten.
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Bei einer gewöhnlichen fahrergesteuerten Betriebsbremsung wird ein Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 47 aufgebaut und der Radbremskolben 46 wird entlang der Zuspannrichtung Z in eine bremskrafterzeugende Betätigungsposition bewegt. Dabei gerät er in Anlage mit dem rechten Reibbelag 42, bringt diesen in Anlage mit der Bremsscheibe 34 und spannt die Radbremse 32 in bekannter Weise nach Schwimmsattel-Bauart zu. Hierbei werden sämtliche Spaltsmaße S inklusive des Luftspiels L überbrückt, mit Ausnahme des Sicherheitsabstands X zwischen dem Betätigungsglied 54 und dem Kolbenboden 58. Zum Abbauen der Bremskraft bewegt sich der Radbremskolben 46 in Folge eines Reduzieren des Hydraulikdrucks und unter „Rollback“-Unterstützung der Dichtung 48 entgegen der Zuspannrichtung Z, woraufhin sich die zunächst überbrückten Spaltsmaße S, L wieder einstellen.
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Die elektrische Parkbremse 38 kann allgemein in Anwesenheit oder Abwesenheit eines Hydraulikdrucks aktiviert werden, um den Radbremskolben 46 in dessen Betätigungsposition zu bewegen und/oder mechanisch festzustellen. Hierzu wird das Betätigungsglied 54 in der vorstehend geschilderten Weise entlang der Achse V bewegt und stützt sich dabei (zumindest bei einem Bewegen in die Zuspannrichtung Z und nach Überwinden des Sicherheitsabstands X) an dem Kolbenboden 58 ab.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm 100 eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Fahrzeugbremsanlage. Bei der Fahrzeugbremsanlage kann es sich beispielsweise um die oben dargestellte Fahrzeugbremsanlage 10 (siehe 1 und 2) handeln, wobei das Verfahren dann von der Steuereinheit 31 ausgeführt wird. Allgemein wird das in 3 gezeigte Verfahren von einer Steuereinheit einer Fahrzeugbremsanlage ausgeführt. Im Folgenden wird das Verfahren für lediglich eine Radbremse 32 beschrieben, wobei das Verfahren ebenso für eine Vielzahl von Radbremsen 32 mit zugeordneten elektrischen Parkbremsen 38 durchgeführt werden kann.
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Das Verfahren umfasst in Schritt 102 ein Unter-Druck-Setzen des Hydraulikfluids im Zylinder 14 zur Betätigung des Radbremskolbens 46. Das Hydraulikfluid wird mittels Betätigung des Kolbens 16 (vgl. 1) unter Druck gesetzt. Der Hydraulikdruckaufbau kann mittels des elektrischen Bremskraftverstärkers 22 oder eines Elektromotors eines BBW-Systems unterstützt oder veranlasst sein. Das Hydraulikfluid im Zylinder 14 wird unter Druck gesetzt, um einen Zieldruck für einen Festellbremsvorgang einzustellen. Der Zieldruck ist derart gewählt, dass ein Wegrollen des Fahrzeugs verhindert wird. Der Zieldruck kann abhängig von einer Fahrbahnneigung gewählt werden.
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Das Verfahren umfasst in Schritt 104 ein Bestimmen, basierend auf einem ersten Signal des Drucksensors 24 und durch das Steuergerät 31, ob der Druck einen Zieldruck erreicht hat oder eine zeitliche Druckänderung des unter Druck gesetzten Hydraulikfluids im Bereich des Zylinders 14 einen ersten Schwellwert unterschritten hat oder gleich Null ist. Für das Bestimmen gemäß Schritt 104 sind somit drei verschiedene Kriterien möglich, die einzeln, paarweise oder kumulativ geprüft werden können. Die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung kann positiv ausfallen, wenn der Druck einen vorgegebenen Zieldruck erreicht hat. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung positiv ausfallen, wenn eine zeitliche Druckänderung des unter Druck gesetzten Hydraulikfluids im Bereich des Zylinders 14 einen ersten Schwellwert unterschritten hat. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung positiv ausfallen, wenn eine zeitliche Druckänderung des unter Druck gesetzten Hydraulikfluids im Bereich des Zylinders 14 gleich Null ist. In der Regel wird nur eines dieser drei Kriterien im Steuergerät 31 hinterlegt sein.
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Das Verfahren umfasst in Schritt 106 ein Bestimmen, basierend auf einem Signal des Pedalwegsensors 30 oder eines anderweitigen Sensors 30, der einen Parameter (z.B. Motordrehzahl) einer den Kolben 16 der Betriebsbremse betätigenden Elektromotor/Getriebe-Einheit erfasst, ob ein zeitliches Bewegungsverhalten des Kolbens 16 einen zugeordneten Schwellwert unterschritten hat oder gleich Null ist.
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Selbst wenn keine signifikante Druckänderung im Zylinder 14 mehr erfasst wird, kann noch ein Transport von Hydraulikfluid vom Zylinder 14 zur Radbremse 32 erfolgen. Grund hierfür sind beispielsweise hydraulische Widerstände (z. B. Drosselstellen im Bereich von Ventilen). Die daraus resultierende Abnahme des Hydraulikfluidvolumens im Zylinder 14 bewirkt eine Bewegung des Kolbens 16 (und umgekehrt). Sobald im Zylinder 14 und in der Radbremse 32 derselbe Druck herrscht, kommt der Hydraulikfluidtransport jedoch zum Erliegen und die Kolbenbewegung stoppt. Das Ende der Kolbenbewegung oder zumindest das Unterschreiten des zugeordneten Schwellwerts (z. B. 0,1 mm/s) kann mittels des Signals des Sensors 30 bestimmt werden.
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Eine direkte Druckmessung des Drucks im Radbremskolben 46 mit einem Sensor im Radbremskolben 46 wäre mit Nachteilen verbunden. So müsste beispielsweise für jede Radbremse ein Drucksensor vorgesehen werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Dieser Nachteil kann mit dem Schritt 106 umgangen werden, denn das Bestimmen, ob ein Druckausgleich zwischen dem Zylinder 14 und der Radbremse 32 erfolgte, kann mittels dem ersten und zweiten Sensor 24 bzw. 30 durchgeführt werden, ohne dass zusätzliche Drucksensoren an den Radbremsen 32 erforderlich wären.
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Die auf dem Signal des Sensors 30 basierende Bestimmung gemäß Schritt 106 kann optional nur dann erfolgen, wenn die auf dem Signal des Drucksensors 24 basierende Bestimmung gemäß Schritt 104 positiv ausgefallen ist. Mit anderen Worten folgt der Schritte 106 auf den Schritt 104. Für viele Fahrzeugbremsanlagen erfolgt das Ende der Kolbenbenbewegung zeitlich erst nachdem die zeitliche Druckänderung Null erreicht beziehungsweise den ersten Schwellwert unterschreitet. Da das positive Ausfallen der auf dem Signal des Drucksensors 24 basierenden Bestimmung dann eine Voraussetzung für die auf dem Signal des Sensors 30 basierende Bestimmung ist, können unnötige Auswertungen des Sensors 30 vermieden werden. Es wäre aber auch denkbar, die beiden Schritte 104 und 106 gleichzeitig oder in umgekehrter Reihenfolge durchzuführen.
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Das Verfahren umfasst ferner in Schritt 108 ein Erzeugen eines Ansteuersignals für die elektrische Parkbremse 36, wenn die auf dem Signal des Drucksensors 24 basierende Bestimmung und die auf dem Signal des Sensors 30 basierende Bestimmung beide positiv ausfallen. Für den Fall, dass für beide Bestimmungen als Kriterium eine zeitliche Druckänderung von Null und eine Kolbengeschwindigkeit von Null verwendet werden, und beide Bestimmungen positiv ausfallen, ist der Druck im Zylinder 14 statisch und es fließt kein Hydraulikfluid mehr vom Zylinder 14 zur Radbremse 32. Es liegt somit im Zylinder 14 und der Radbremse 32 derselbe Druck vor. Für den Fall, dass für zumindest eine Bestimmung als Kriterium ein Unterschreiten eines Schwellwerts verwendet wird, ist der Druckausgleich zwischen Zylinder 14 und Radbremse 32 annähernd erfolgt. Der Grad des Druckausgleichs hängt von der Wahl der Schwellwerte ab. Je kleiner zumindest einer der beiden Schwellwerte gewählt wird, desto näher liegen die Drücke im Zylinder 14 und der Radbremse 32 beieinander, wenn die auf dem Signal des Drucksensors 24 und dem Signal des Sensors 30 basierenden Bestimmungen beide positiv ausgefallen sind. Wenn zumindest für eine der beiden Bestimmungen als Kriterium ein Unterschreiten des Schwellwerts anstatt eines Erreichens von null gewählt wird, fällt die entsprechende Bestimmung früher positiv aus. Die Zeitdauer des Verfahrens wird dadurch verkürzt.
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Das Ansteuersignal veranlasst die elektrische Parkbremse 38, das Betätigungs-glied 54 in Anlage an den Radbremskolben 46 zu bringen und/oder in Anlage mit dem Radbremskolben 46 zu verriegeln. Das Betätigungsglied 54 verriegelt den Radbremskolben 46 derart, dass der Radbremskolben 46 im Wesentlichen in derjenigen Stellung gehalten wird, in die er aufgrund des Druckaufbaus im Zylinder 14 und in der Radbremse 32 bewegt wurde.
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Die Druckerhöhung im Zylinder 14 erfolgte bis zu einem Zieldruck. Dass dieser Zieldruck zumindest im Wesentlichen auch an der Radbremse 32 anliegt, wurde dadurch ermittelt, dass überprüft wurde, dass beide Bestimmungen positiv ausgefallen sind. Da die elektrische Parkbremse 38 angesteuert wurde, nachdem beide Bestimmungen positiv ausgefallen sind, arretiert das Betätigungsglied 54 den Radbremskolben 46 zumindest im Wesentlichen in einer Position, die der Radbremskolben 46 bei Anliegen des Zieldrucks einnahm. Die Ansteuerung kann unmittelbar nach den positiven Ergebnissen der Bestimmungen erfolgen. Es ist somit eine zeitnahe Betätigung der elektrischen Parkbremse 38 möglich.
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Das Verfahren kann optional einen oder mehrere weitere Schritte umfassen. So kann das Verfahren in Schritt 110 ein Entlasten des unter Druck gesetzten Hydraulikfluids umfassen. Das Entlasten kann mittels einer Rückbewegung des Kolbens 16 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann zumindest ein Teil des Hydraulikfluids in einen drucklosen oder unter geringem Druck stehenden Behälter geleitet werden. Das Aufrechterhalten des Drucks erfordert in der Regel den laufenden Betrieb des Kraftfahrzeugs. Wenn die Bremskraft für die Radbremse 32 durch die elektrische Parkbremse 38 bewirkt wird, kann der Druck nun entlastet und das Kraftfahrzeug abgeschaltet werden. Die Feststellbremskraft wird allein von der elektrischen Parkbremse 38 aufrecht erhalten.
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Das Verfahren kann in Schritt 112 ein Erfassen einer Zeitdauer zwischen einem ersten Zeitpunkt, ab dem ein Druckaufbau im Zylinder 14 erfolgt, und einem zweiten Zeitpunkt, an dem beide auf dem Signal des Drucksensors 24 und dem Signal des Sensors 30 basierenden Bestimmungen positiv ausfallen. Der Nutzen der erfassten Zeitdauer wird ersichtlich aus 4 und der nachfolgenden Betrachtung des Verlaufs des Drucks in der Radbremse 32 entlang einer Zeitachse.
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4 zeigt ein schematisches Diagramm 70 für Druck- und Kolbenwegverläufe während einer Druckerhöhung im Zylinder 14. Die horizontale Achse mit der Beschriftung „t“ bezeichnet die Zeitachse. Die vertikale Achse mit den Beschriftungen „p“ und „x“ bezeichnet sowohl die Drücke, die jeweils im Zylinder 14 und der Radbremse 32 vorliegen, als auch den Weg des Kolbens 16. Das Diagramm 70 weist eine horizontale Linie 82 auf, die den Zieldruck bezeichnet, der im Zylinder 14 (und der Radbremse 32 zu erreichen ist). Das in 4 gezeigte Diagramm Beispiel beschreibt den Fall, in dem die auf dem ersten Signal basierende Bestimmung dann positiv ausfällt, wenn der Hydraulikdruck einen Zieldruck erreicht hat.
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Der Graph 72 beschreibt den Druck im Zylinder 14. Der Druck im Zylinder 14 steigt zum Zeitpunkt t0 an. Entsprechend steigt auch der Druck in der Radbremse 32. Zum Zeitpunkt t1 überschreitet der Druck den Zieldruck, womit die auf dem erste Signal basierte Bestimmung positiv ausgefallen ist. Ab dem Zeitpunkt t1 wird nun überprüft, ob die auf dem zweiten Signal basierte Bestimmung positiv ausfällt. Alternativ hierzu kann auch bereits davor die auf dem zweiten Signal basierte Bestimmung überprüft werden, ohne von einem positiven Ausfallen der ersten Bestimmung ausgelöst zu werden.
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Der Druckverlauf hängt von dem Volumen des zu transportierenden Hydraulikfluids ab. Es werden daher nun zwei verschiedene Fälle erläutert: Eine Druckerhöhung mit einem kleinem Volumen an transportiertem Hydraulikfluid und eine Druckerhöhung mit einem großen Volumen an transportiertem Hydraulikfluid. Entsprechend verhalten sich der Druck in der Radbremse 32 und die Kolbengeschwindigkeiten unterschiedlich. Die Graphen 74, 76 sind dem Fall mit kleinen Volumen zugeordnet und mit durchgezogenen Linien dargestellt. Die Graphen 78 und 70 sind dem Fall mit großen Volumen zugeordnet und mit gestrichelten Linien dargestellt. Das kleine Volumen kann einer klein dimensionierten Radbremse 32, einer hohen Bremsensteifigkeit und/oder einem verschleißfreien Reibbelag 42 entsprechen. Da große Volumen kann einer groß dimensionierten Radbremse 32, einer geringen Bremsensteifigkeit und/oder einem abgenutzten Reibbelag 42 entsprechen. Bei abgenutztem Reibbelang 42 muss der Radbremskolben 46 über einen weiteren Weg bewegt werden, so dass mehr Volumen an Hydraulikfluid in die Radbreme 32 gefördert werden muss. Gleichzeitig erhöht ein abgenutzter Reibbelag 42 die Bremsensteifigkeit.
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Der Graph 74 stellt den Druckverlauf in der Radbremse 32 bei einem kleinen Hydraulikfluidvolumen dar. Das Hydraulikfluid wird ab dem Zeitpunkt t0 in die Radbremse 32 transportiert, bis zum Zeitpunkt t2 an der Radbremse derselbe Druck wie im Zylinder 14 anliegt. Die Differenz Δta ist die Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t0 und t2 .
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Der Graph 76 stellt den Weg des Kolbens 16 bei einem kleinen Hydraulikfluidvolumen dar. Da der Kolben 16 im Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t0 und t2 Hydraulikfluid in die Radbremse 32 fördert, ändert sich der Kolbenweg, und die Kolbengeschwindigkeit ist größer Null. Ab dem Zeitpunkt t2 ist der Hydraulikfluidtransport beendet, und die Geschwindigkeit des Kolbens 16 ist Null.
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Der Graph 78 stellt den Druckverlauf in der Radbremse 32 bei einem großen Hydraulikfluidvolumen dar. Aufgrund des größeren zu transportierenden Volumens erreicht der Druck in der Radbremse 32 nun erst zum Zeitpunkt t3 den Zieldruck, der später liegt als der Zeitpunkt t2 . Somit ist die Zeitdauer Δtb zwischen den Zeitpunkten t0 und t3 größer als die Zeitdauer Δta.
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Anhand des Diagramms in 4 wird ersichtlich, dass die Zeitdauer Δt ein Indikator dafür ist, wie lange das Hydraulikfluid (und wie viel Hydraulikfluid) transportiert werden muss, bis ein Druckgleichgewicht zwischen dem Zylinder 14 und der Radbremse 32 erreicht wird. In der Regel erhöht sich das zu transportierende Volumen mit zunehmender Abnutzung des Reibbelags 42 der Radbremse 32. Mit zunehmender Abnutzung des Reibbelags 42 verlängert sich folglich die erfasste Zeitdauer Δt. Im Umkehrschluss erlaubt die erfasste Zeitdauer ein Ermitteln des Abnutzungszustands des Reibbelags. Basierend auf der erfassten Zeitdauer Δt kann daher ein Hinweissignal erzeugt und an den Fahrer ausgegeben werden, um auf einen erforderlichen Reibbelagwechsel aufmerksam zu machen.
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Wie sich aus der vorhergehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen ergeben hat, ist es mittels der Sensoren 24, 30 möglich, den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Drücke in der Radbremse 32 und im Bereich des Zylinders 14 sich zumindest im Wesentlichen angeglichen haben. Da dieser Zeitpunkt sicher bestimmbar ist, kann die elektrische Parkbremse 38 ohne unnötige Wartezeit angesteuert werden. Die dafür benötigten Sensoren 24, 30 müssen nur Daten über den Druck im Bereich des Zylinders 14 der Betriebsbremse und der Bewegung des Kolbens 16 im Zylinder 14 erfassen. Es muss also nicht für jede Radbremse 32 ein separater Drucksensor vorgesehen sein. Stattdessen reicht es, hierfür die Sensoren 24, 30 zentral im Bereich des Zylinders 14 vorzusehen. Dadurch wird die Komplexität der Fahrzeugbremsanlage 10 reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011007772 A1 [0004]