DE102018205516A1

DE102018205516A1 - Elektromechanischer Bremskraftverstärker und Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers

Info

Publication number: DE102018205516A1
Application number: DE102018205516.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2019-10-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug mit einem Fahrerkraftübertragungselement (10), welches mittels einer Fahrerbremskraft (F) um einen ersten Verstellweg verstellbar ist, und einem Verstärkerkraftübertragungselement (14), welches mittels einer Motorkraft (F) eines Motors (16) um einen zweiten Verstellweg verfahrbar ist, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker mit einem Aussteuerpunkt ausgebildet ist, und wobei ein elastisches Element (26) derart an dem Verstärkerkraftübertragungselement (14) befestigt ist, dass ein Kontakt zwischen dem Fahrerkraftübertragungselement (10) und dem elastischen Element (26) bis zu dem Aussteuerpunkt unterbunden ist, während ab Überschreiten des Aussteuerpunkts das mittels der Fahrerbremskraft (F) verstellte Fahrerkraftübertragungselement (10) das elastische Element (26) kontaktiert und unter Komprimierung des elastischen Elements (26) eine Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements (14) auslöst. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs.
Stand der Technik
1 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen elektromechanischen Bremskraftverstärkers, wie er beispielsweise in der DE 10 2010 001 939 A1 offenbart ist.
Der herkömmliche elektromechanische Bremskraftverstärker hat ein Fahrerkraftübertragungselement 10, welchem ein Bremsbetätigungselement 12 derart vorgelagert ist, dass das Fahrerkraftübertragungselement 10 mittels einer auf das Bremsbetätigungselement 12 ausgeübten Fahrerbremskraft F_driver aus einer ersten Ausgangsstellung um einen ersten Verstellweg verstellbar ist. Ebenso weist der herkömmliche elektromechanische Bremskraftverstärker ein Verstärkerkraftübertragungselement 14 und einen Motor 16 auf, wobei das Verstärkerkraftübertragungselement 14 mittels einer Motorkraft Fmotor des Motors 16 aus einer zweiten Ausgangsstellung um einen zweiten Verstellweg verfahrbar ist. Dem Fahrerkraftübertragungselement 10 und dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 ist ein Additionselement 18 derart nachgeordnet, dass die mittels der Elemente 10 und 14 übertragenen Kräfte F_driver und Fmotor als Gesamtkraft F_total auf mindestens einen verstellbaren Kolben eines dem herkömmlichen elektromechanischen Bremskraftverstärker nachgeordneten Hauptbremszylinders 20 übertragbar sind.
Ein Differenzweg Δs zwischen dem ersten Verstellweg des Fahrerkraftübertragungselements 10 und dem zweiten Verstellweg des Verstärkerkraftübertragungselements 14 kann mittels eines Differenzwegsensors 22 bestimmt werden. Eine gleichmäßige Verstärkung der Fahrerbremskraft F_driver mittels der Motorkraft Fmotor des Motors 16 kann erzielt werden, indem der Differenzweg Δs gleich einem vorgegebenen Soll-Differenzweg eingestellt wird.
Wird die Fahrerbremskraft F_driver jedoch kontinuierlich gesteigert, so wird ein sogenannter Aussteuerpunkt oder Runout des herkömmlichen elektromechanischen Bremskraftverstärkers erreicht, ab welchem der Motor 16 seine maximal mögliche Motorkraft Fmotor abgibt, und deshalb eine weitere Steigerung der Motorkraft Fmotor zum Einstellen des Differenzwegs Δs gleich dem vorgegebenen Soll-Differenzweg nicht mehr möglich ist. Mit der kontinuierlichen Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver über den Aussteuerpunkt nimmt der Differenzweg Δs zwischen den Elementen 10 und 14 deshalb schnell zu, bis das Fahrerkraftübertragungselement 10 einen schematisch wiedergegebenen Anschlagbereich 24 des Verstärkerkraftübertragungselements 14 kontaktiert, bzw. ein zwischen dem Fahrerkraftübertragungselement 10 und dem Anschlagbereich 24 in der DE 10 2010 001 939 A1 offenbartes Federelement vollständig komprimiert ist. Kurz nach Erreichen des Aussteuerpunkts oder Runouts des herkömmlichen elektromechanischen Bremskraftverstärkers löst eine weitere Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver deshalb eine gemeinsame Verstellbewegung der Elemente 10 und 14 aus; eine Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 ist damit mittels der weiteren Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver nicht mehr bewirkbar.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft einen elektromechanischen Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft Möglichkeiten, um auch nach einem Überschreiten eines Aussteuerpunkts oder Runouts eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers noch eine Zunahme eines ersten Verstellwegs eines Fahrerkraftübertragungselements des elektromechanischen Bremskraftverstärkers ohne ein Anstoßen des Fahrerkraftübertragungselements an einem Verstärkerkraftübertragungselement des jeweiligen elektromechanischen Bremskraftverstärkers zu ermöglichen. Insbesondere gewährleistet ein elastisches Element des jeweiligen erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremskraftverstärkers die vorteilhafte Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements unter Komprimierung des elastischen Elements. Der Differenzweg zwischen dem ersten Verstellweg des Fahrerkraftübertragungselements und einem zweiten Verstellweg des Verstärkerkraftübertragungselements nimmt somit nur unter Komprimierung des elastischen Elements des jeweiligen erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremskraftverstärkers zu. Ein Anschlagen des Fahrerkraftübertragungselements an dem Verstärkerkraftübertragungselement tritt somit erst bei einer vollständigen Kompression des elastischen Elements auf, so dass bis zu diesem Ereignis trotz des Überschreitens des Aussteuerpunkts noch eine der Komprimierung des elastischen Elements entsprechende Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement ausführbar ist. Diese Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement ist eine Funktion einer aktuellen Fahrerbremskraft und kann gemessen werden. Wie unten genauer erläutert wird, ermöglicht die vorliegende Erfindung damit eine Fahrerbremswunscherkennung mittels eines Messens des Differenzwegs auch nach Überschreiten des Aussteuerpunkts. Diese mittels der vorliegenden Erfindung ermöglichte Fahrerbremswunscherkennung kann zur Verbesserung eines Betriebs von elektromechanischen Bremskraftverstärkern genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des elektromechanischen Bremskraftverstärkers weist das elastische Element eine konstante und/oder mittlere Kompressionssteifigkeit oder Drucksteifigkeit von mindestens 200 Newton pro Millimeter auf. Eine vollständige Kompression des elastischen Elements tritt somit erst ab einer relativ hohen Fahrerbremskraft auf. Die hier beschriebene Ausführungsform des elektromechanischen Bremskraftverstärkers erleichtert damit die Fahrerbremswunscherkennung bis zu der relativ hohen die vollständige Kompression des elastischen Elements auslösenden Fahrerbremskraft. Beispielsweise kann das elastische Element eine konstante und/oder mittlere Kompressionssteifigkeit oder Drucksteifigkeit von mindestens 500 Newton pro Millimeter, insbesondere von mindestens 750 Newton pro Millimeter, speziell von mindestens 1000 Newton pro Millimeter, aufweisen.
Vorzugsweise ist das elastische Element vorspannungslos an dem Verstärkerkraftübertragungselement befestigt. Im Gegensatz zu einer Cut-in Feder benötigt das elastische Element keine Vorspannung.
Beispielsweise kann das elastische Element eine Feder sein. Das elastische Element ist somit kostengünstig herstellbar.
Bevorzugter Weise ist das elastische Element eine Tellerfeder. Tellerfedern sind nicht nur kostengünstig, sondern weisen auch eine vorteilhaft hohe Stabilität/Bruchfestigkeit auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der elektromechanische Bremskraftverstärker zusätzlich eine Cut-in Feder, welche vorgespannt zwischen dem in der ersten Ausgangsstellung vorliegenden Fahrerkraftübertragungselement und dem in der zweiten Ausgangsstellung vorliegenden Verstärkerkraftübertragungselement angeordnet ist. Trotz der Verwendung des vorteilhaften elastischen Elements in dem elektromechanischen Bremskraftverstärker muss somit nicht auf dessen Ausstattung mit der Cut-in Feder verzichtet werden.
Bevorzugter Weise umfasst der elektromechanische Bremskraftverstärker zusätzlich eine Steuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, bis zu dem Aussteuerpunkt des elektromechanischen Bremskraftverstärkers den Motor unter Berücksichtigung eines bereitgestellten Sensorsignals eines Differenzwegsensors dazu anzusteuern, den Differenzweg gleich dem vorgegebenen Soll-Differenzweg einzustellen. Die hier beschriebene Verwendung des Differenzwegs als Regelgröße für die Ansteuerung des Motors durch die Steuervorrichtung bewirkt eine gleichmäßige Verstärkung der Fahrerbremskraft mittels der Motorkraft des Motors. Die gleichmäßige Verstärkung der Fahrerbremskraft mittels der Motorkraft des Motors bewirkt in der Regel ein fahrerfreundliches Bremsverhalten des mit dem jeweiligen elektromechanische Bremskraftverstärker ausgestatteten Fahrzeugs.
Außerdem kann die Steuervorrichtung zusätzlich dazu ausgelegt sein, ab Überschreiten des Aussteuerpunkts den Motor weiterhin unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals des Differenzwegsensors anzusteuern. Auch ab Überschreiten des Aussteuerpunkts ist somit noch ein fahrerfreundliches Bremsverhalten des jeweiligen Fahrzeugs gewährleistet.
Bevorzugter Weise ist die Steuervorrichtung zusätzlich dazu ausgelegt, bei einem Ausfall des elektromechanische Bremskraftverstärkers mindestens eine hydraulische Pumpe und/oder mindestens eine integrierte Motorbremse unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals des Differenzwegsensors anzusteuern. Der Ausfall des elektromechanischen Bremskraftverstärkers kann somit leicht überbrückt werden.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile werden auch durch ein Ausführen eines korrespondierenden Verfahrens zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs realisiert. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs gemäß den oben erläuterten Ausführungsformen des elektromechanische Bremskraftverstärkers weiterbildbar ist.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen elektromechanischen Bremskraftverstärkers;
2a bis 2d eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremskraftverstärkers und Koordinatensysteme zum Erläutern von dessen Funktionsweise; und
3 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs.

Ausführungsformen der Erfindung
2a bis 2d zeigen eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektromechanischen Bremskraftverstärkers und Koordinatensysteme zum Erläutern von dessen Funktionsweise.
Der in 2a schematische dargestellte elektromechanische Bremskraftverstärker ist in einem Fahrzeug/Kraftfahrzeug einsetzbar. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Verwendbarkeit des elektromechanischen Bremskraftverstärkers weder einen bestimmten Fahrzeugtyp/Kraftfahrzeugtyp noch einen speziellen Bremssystemtyp des zusammen mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker in dem jeweiligen Fahrzeug/Kraftfahrzeug verbauten Bremssystems erfordert.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker kann auch als iBooster bezeichnet werden. Der elektromechanische Bremskraftverstärker weist ein Fahrerkraftübertragungselement 10 auf, an welchem ein Bremsbetätigungselement 12 derart anbindbar oder angebunden ist, dass das Fahrerkraftübertragungselement 10 mittels einer auf das angebundene Bremsbetätigungselement 12 ausgeübten Fahrerbremskraft F_driver aus einer ersten Ausgangsstellung des Fahrerkraftübertragungselements 10 um einen ersten Verstellweg verstellbar ist/verstellt wird. Das Bremsbetätigungselement 12 kann beispielsweise ein Bremspedal sein. Das Fahrerkraftübertragungselement 10 kann insbesondere als Eingangsstange oder Eingangskolben ausgebildet sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des Fahrerkraftübertragungselements 10 nicht auf eine bestimmte Stangen- oder Kolbenform beschränkt ist.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker hat auch ein Verstärkerkraftübertragungselement 14, an welchem ein (elektrischer) Motor 16 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers derart angebunden ist, dass das Verstärkerkraftübertragungselement 14 mittels einer Motorkraft Fmotor des Motors 16 aus einer zweiten Ausgangsstellung des Verstärkerkraftübertragungselements 14 um einen zweiten Verstellweg verfahrbar ist/verfahren wird. Das Verstärkerkraftübertragungselement 14 kann insbesondere ein Ventilkörper (Valve Body) oder Verstärkerkörper (Boost Body) sein. Die hier genannten Beispiele für das Verstärkerkraftübertragungselement 14 sind jedoch nicht abschließend zu interpretieren.
Dem Fahrerkraftübertragungselement 10 und dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 ist ein Additionselement 18 derart nachgeordnet, dass die mittels der Elemente 10 und 14 übertragenen Kräfte F_driver und Fmotor als Gesamtkraft F_total auf mindestens einen verstellbaren Kolben eines Hauptbremszylinder 20 übertragbar sind/übertragen werden. Der elektromechanische Bremskraftverstärker der 2a verstärkt somit die Fahrerbremskraft F_driver durch die mittels des Motors 16 geleisteten Motorkraft F_motor , indem beide Kräfte F_driver und Fmotor als Gesamtkraft F_total auf den mindestens einen verstellbaren Kolben des Hauptbremszylinder 20 übertragen werden. Die übertragene Gesamtkraft F_total bewirkt eine Steigerung eines in dem Hauptbremszylinder 20 vorliegenden hydraulischen Drucks p_brake . Die bewirkte Steigerung des hydraulischen Drucks p_brake in dem Hauptbremszylinder 20 kann zumindest an einen an dem Hauptbremszylinder 20 angebundenen (nicht skizzierten) Radbremszylinder weitergeleitet werden. Das Additionselement 18 kann beispielsweise eine Reaktionsscheibe sein, über welche die Gesamtkraft F_total auf ein weiteres Kraftübertragungselement, wie beispielsweise einen Ausgangskolben oder eine Ausgangsstange, übertragbar ist/übertragen wird.
Für eine gleichmäßige Verstärkung der Fahrerbremskraft F_driver durch die mittels des Motors 16 geleisteten Motorkraft Fmotor kann ein Differenzweg Δs zwischen dem ersten Verstellweg des Fahrerkraftübertragungselements 10 und dem zweiten Verstellweg des Verstärkerkraftübertragungselements 14 gleich einem vorgegebenen Soll-Differenzweg eingestellt werden. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die Motorkraft Fmotor des Motors 16 als Reaktion auf eine Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver so mitgesteigert werden kann, dass der Differenzweg Δs gleich dem vorgegebenen Soll-Differenzweg bleibt.
Der elektromechanische Bremskraftverstärker ist jedoch mit einem Aussteuerpunkt oder Runout P_runout ausgebildet, d.h. dass die Motorkraft Fmotor des Motors 16 als Reaktion auf eine Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver lediglich bis zu dem Aussteuerpunkt P_runout derart mitsteigerbar ist, dass der Differenzweg Δs gleich dem vorgegebenen Soll-Differenzweg einstellbar ist. Ab Erreichen des Aussteuerpunkts P_runout ist somit bei einer weiteren Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver keine Mitsteigerung der Motorkraft Fmotor des Motors 16 mehr möglich, und der Differenzweg Δs kann nicht mehr gleich dem vorgegebenen Soll-Differenzweg eingestellt werden.
2b zeigt ein Koordinatensystem, dessen Abszisse die Fahrerbremskraft F_driver und dessen Ordinate den in dem Hauptbremszylinder 20 vorliegenden hydraulischen Druck p_brake wiedergeben. Eingezeichnet ist in das Koordinatensystem der 2b eine Verstärkungs-Kennlinie k_boost des elektromechanischen Bremskraftverstärkers der 2a. Anhand eines Sprungs in einer Steigung der Verstärkungs-Kennlinie k_boost ist der Aussteuerpunkt P_runout erkennbar.
Allerdings umfasst der elektromechanische Bremskraftverstärker der 2a auch ein elastisches Element 26, welches an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 derart befestigt ist, dass ein Kontakt zwischen dem Fahrerkraftübertragungselement 10 und dem elastischen Element 26 bis zu dem Aussteuerpunkt P_runout unterbunden ist. Das mittels der Fahrerbremskraft F_driver verstellte Fahrerkraftübertragungselement 10 kontaktiert jedoch ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout das elastische Element 26 und löst ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout unter Komprimierung des elastischen Elements 26 eine Mitnehmbewegung des Verstärkerübertragungselements 14 aus. Die unter Komprimierung des elastischen Elements 26 ausgelöste Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements 14 verhindert bei einer ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout auftretenden Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver ein herkömmliches Anschlagen des Fahrerkraftübertragungselements 10 an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14, z.B. an einem Anschlagbereich 24 des Verstärkerkraftübertragungselements 14. Somit kann nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout das Verstärkerkraftübertragungselement 14 mittels des elastischen Elements 26 trotz Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver auf Abstand zu dem Fahrerkraftübertragungselement 10 gehalten werden. Gleichzeitig ermöglicht das elastische Element 26 selbst bei einer ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout auftretenden Steigerung der Fahrerbremskraft F_driver eine der Komprimierung des elastischen Elements 26 entsprechende Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14.
Über die der Komprimierung des elastischen Elements 26 entsprechende Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 kann auch nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout eine Änderung der Fahrerbremskraft F_driver erkannt/gemessen werden. Deshalb ist bei dem hier beschriebenen elektromechanischen Bremskraftverstärker auch nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout noch eine verlässliche Fahrerbremswunscherkennung möglich. Die mittels des elastischen Elements 26 über den Aussteuerpunkt P_runout ermöglichte Fahrerbremswunscherkennung verbessert einen Betrieb des elektromechanischen Bremskraftverstärkers in dieser Betriebssituation und steigert damit eine Verfügbarkeit des elektromechanischen Bremskraftverstärkers.
Beispielsweise kann ein standardgemäßer Differenzwegsensor 22 auch nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout zur Fahrerbremswunscherkennung noch genutzt werden, indem mittels des Differenzwegsensors 22 die ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout ausgelöste (und unter Komprimierung des elastischen Elements 26 bewirkte) Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 nachgewiesen/gemessen wird. Auf diese Weise ist eine Funktionalität des Differenzwegsensors 22 steigerbar. Die nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout auftretende und der Komprimierung des elastischen Elements 26 entsprechende Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 ist in der Regel eine Funktion der Fahrerbremskraft F_driver . Anhand eines Sensorsignals 22a des Differenzwegsensors 22 kann deshalb die Fahrerbremskraft F_driver genau und mit einer relativ niedrigen Fehlerhäufigkeit ermittelt werden.
In das Koordinatensystem der 2b sind ein erster Fahrerbremskraftbereich A von Fahrerbremskräften F_driver unter dem Aussteuerpunkt P_runout und ein zweiter Fahrerbremskraftbereich B von Fahrerbremskräften F_driver zwischen dem Aussteuerpunkt P_runout und einem Punkt Po, ab welchem das elastische Element 26 vollständig komprimiert ist, eingezeichnet. Es wird hier nochmals darauf hingewiesen, dass aufgrund der Ausstattung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mit dem elastischen Element 26 nicht nur in dem ersten Fahrerbremskraftbereich A, sondern auch in dem zweiten Fahrerbremskraftbereich B noch eine genaue und verlässliche Fahrerbremswunscherkennung, z.B. unter Verwendung des Differenzwegsensors 22, möglich ist. Eine obere Begrenzung des zweiten Fahrerbremskraftbereichs B, d.h. der Punkt Po, kann mittels einer Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit des elastischen Elements 26 so festgelegt werden, dass eine vollständige Kompression des elastischen Elements 26 erst bei einer relativ hohen Fahrerbremskraft F_driver auftritt. (Erst bei einer vollständigen Kompression des elastischen Elements 26 ist eine genaue und verlässliche Fahrerbremswunscherkennung mittels eines Messens der Relativbewegung des Fahrerkraftübertragungselements 10 in Bezug zu dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 nicht mehr möglich.) Bevorzugter Weise ist die Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit des elastischen Elements 26 so gewählt, dass zumindest bis zu einer Fahrerbremskraft F_driver von 500 N (Newton) keine vollständige Kompression des elastischen Elements 26 vorliegt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei üblicherweise zu erwartenden Betriebszuständen des elektromechanischen Bremskraftverstärkers keine vollständige Kompression des elastischen Elements 26 auftritt. (Eine Fahrerbremskraft F_driver von 500 N bewirkt in der Regel zumindest einen hydraulischen Druck p_brake in dem Hauptbremszylinder 20 entsprechend einer Verzögerung von 0,65 g.)
Ein Ausfall des Motors 16 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers verschiebt den Aussteuerpunkt P_runout in dem Nullpunkt des Koordinatensystems der 2b. Allerdings liegt auch in diesem Fall noch ein „zweiter Fahrerbremskraftbereich B“ von Fahrerbremskräften F_driver zwischen dem verschobenen Aussteuerpunkt P_runout und dem Punkt Po vor, in welchem eine quantifizierte Erfassung des Fahrerbremswunsches weiterhin bis zu dem Punkt P₀ (d.h. bis zur vollständigen Komprimierung des elastischen Elements 26) möglich ist. Sofern lediglich der Motor 16 des elektromechanischen Bremskraftverstärkers ausgefallen ist, kann in einer derartigen Situation aufgrund der weiterhin gewährleisteten quantifizierten Erfassung des Fahrerbremswunsches bei einer Vielzahl von Bremssystemen eine Bremskraftverstärkung mittels mindestens einer anderen Bremssystemkomponente, wie beispielsweise mittels mindesten einer hydraulischen Pumpe eines an dem Hauptbremszylinder 20 angebundenen Bremskreises und/oder mittels mindestens einer integrierten Motorbremse (IPB, Integrated Power Brake), bewirkt werden.
Eine Kompressionskennlinie oder Druckfederkennlinie des elastischen Elements 26 kann wahlweise linear oder nicht-linear sein. Sofern das elastische Element 26 eine lineare Kompressionskennlinie oder Druckfederkennlinie hat, weist das elastische Element 26 vorzugsweise eine konstante Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit von mindestens 200 N/mm (Newton pro Millimeter) auf. Wenn das elastische Element 26 eine nicht-lineare Kompressionskennlinie oder Druckfederkennlinie aufweist, so liegt die mittlere Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit bevorzugter Weise bei mindestens 200 N/mm (Newton pro Millimeter). Beispielsweise kann das elastische Element 26 eine konstante und/oder mittlere Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit von mindestens 500 N/mm (Newton pro Millimeter), insbesondere von mindestens 750 N/mm (Newton pro Millimeter), speziell von mindestens 1000 N/mm (Newton pro Millimeter), aufweisen.
Bevorzugter Weise ist das elastische Element 26 vorspannungslos an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 befestigt. Beispielsweise kann das elastische Element 26 an dem Anschlagbereich 24 des Verstärkerkraftübertragungselements 14 befestigt sein. Ein Kontakt des Fahrerkraftübertragungselements 10 mit dem an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 befestigten elastischen Element 26 ist bis zum Erreichen des Aussteuerpunkts P_runout unterbunden/verhindert. Eine maximale Ausgangslänge des elastischen Elements 26 ist deshalb vorzugsweise so festgelegt, dass das in seiner ersten Ausgangsstellung vorliegende Fahrerkraftübertragungselement 10 das an dem in seiner zweiten Ausgangsstellung vorliegenden Verstärkerkraftübertragungselement 14 befestigte elastische Element 26 nicht kontaktiert.
Das elastische Element 26 kann beispielsweise eine Feder sein. Damit kann für das elastische Element 26 ein kostengünstiges Bauteil verwendet werden. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass unter dem elastischen Element 26 keine Cut-In Feder, d.h. keine vorgespannt zwischen dem in der ersten Ausgangstellung vorliegenden Fahrerkraftübertragungselement 10 und dem in der zweiten Ausgangsstellung vorliegenden Verstärkerkraftübertragungselement 14 angeordnete Feder, zu verstehen ist. Während eine Cut-In Feder in der Regel eine Vorspannung von mindestens 50 N (Newton) und eine Druckfedersteifigkeit von höchstens 30 N/mm (Newton pro Millimeter) aufweist, ist das als Feder ausgebildet elastische Element 26 auf jeden Fall ohne eine Vorspannung über 20 Newton und mit einer Druckfedersteifigkeit von mindestens 50 N/mm (Newton pro Millimeter) ausgebildet. Ein weiterer signifikanter Unterschied zwischen dem als Feder ausgebildeten elastischen Element 26 und der herkömmlichen Cut-In Feder besteht darin, dass die Cut-In Feder bereits bei einem Vorliegen des Fahrerkraftübertragungselements 10 in seiner ersten Ausgangsstellung und des Verstärkerkraftübertragungselements 14 in seiner zweiten Ausgangsstellung beide Elemente 10 und 14 kontaktiert, während ein Kontakt des Fahrerkraftübertragungselements 10 mit dem an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 befestigten elastischen Element 26 bis zum Erreichen des Aussteuerpunkts P_runout unterbunden/verhindert ist.
2c zeigt ein Koordinatensystem, dessen Abszisse den Differenzweg Δs und dessen Ordinate die Fahrerbremskraft F_driver wiedergeben. Mittels eines Graphen g0 ist eine Zunahme des Differenzwegs Δs nach einem Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout bei einem Verzicht auf die Ausstattung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mit dem elastischen Element 26 bildlich dargestellt. Die Zunahme des Differenzwegs Δs entspricht somit lediglich einer standardgemäßen Druckfedersteifigkeit der Cut-in Feder (und evtl. auch einer Verformung der Reaktionsscheibe). Demgegenüber zeigt ein weiterer Graph g₂₆ des Koordinatensystems der 2c an, wie mittels des elastischen Elements 26 dem herkömmlichen Anstoßen des Fahrerkraftübertragungselements 10 an dem Verstärkerkraftübertragungselement 14 entgegengewirkt wird, was mittels der Cut-in Feder nicht bewirkbar ist. Sofern gewünscht, kann der elektromechanische Bremskraftverstärker jedoch auch zusätzlich zu dem elastischen Element 26 eine Cut-In Feder aufweisen.
Das elastische Element 26 kann insbesondere eine Tellerfeder sein. Damit kann nicht nur ein kostengünstiges, sondern auch ein stabiles und bruchsicheres Bauteil als das elastische Element 26 eingesetzt werden, welches seine Druckfedersteifigkeit selbst nach einer langen Lebensdauer des damit ausgestatteten elektromechanischen Bremskraftverstärkers noch (nahezu) unverändert beibehält.
In der Ausführungsform der 2a umfasst der elektromechanische Bremskraftverstärker auch eine Steuervorrichtung 28, welche dazu ausgelegt ist, bis zu dem Aussteuerpunkt P_runout des elektromechanischen Bremskraftverstärkers den Motor 16 unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals 22a des Differenzwegsensors 22 mittels mindestens eines Steuersignals 30 dazu anzusteuern, den Differenzweg Δs gleich einem vorgegeben Soll-Differenzweg einzustellen. Beispielsweise kann der Motor 16 mittels des mindestens einen Steuersignals 30 derart ansteuerbar sein/angesteuert werden, dass der Differenzweg Δs gleich einem vorgegebenen Soll-Differenzweg von Null einstellbar ist/eingestellt wird. Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung 28 zusätzlich dazu ausgelegt, auch ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout den Motor 16 weiterhin unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals 22a des Differenzwegsensors 22 anzusteuern. In diesem Fall erkennt die Steuervorrichtung 28 anhand des bereitgestellten Sensorsignals 22a des Differenzwegsensors 22 auch nach Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout , ob eine Verstärkung oder eine Verringerung einer Bremswirkung des Fahrzeugs von seinem Fahrer gewünscht wird. (Wie oben bereits erläutert ist, ist es auch vorteilhaft, wenn die Steuervorrichtung 28 zusätzlich dazu ausgelegt ist, bei einem Ausfall des elektromechanische Bremskraftverstärkers mindestens eine hydraulische Pumpe und/oder mindestens eine integrierte Motorbremse unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals 22a des Differenzwegsensors 22 anzusteuern.)
Der Aussteuerpunkt P_runout kann somit auch bei einer relativ niedrigen Fahrerbremskraft F_driver liegen, ohne dass dies die Fahrerbremswunscherkennung negativ beeinträchtigt. Damit kann der Aussteuerpunkt P_runout auch „künstlich“ zu einer niedrigeren Fahrerbremskraft F_driver verschoben werden, beispielsweise um die Motorkraft Fmotor bei einem Stillstand des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs zu reduzieren und/oder um eine mechanische und thermische Belastung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers zu verringern.
2d zeigt ein Koordinatensystem, dessen Abszisse den in dem Hauptbremszylinder 20 vorliegenden hydraulischen Druck p_brake und dessen Ordinate die dazu mittels des Motors 16 zu leistende Motorkraft Fmotor anzeigen. In das Koordinatensystem der 2d ist eine Kennlinie ko eingezeichnet, welche ein bei einer „reibungslosen Ausbildung“ des elektromechanischen Bremskraftverstärkers der 2a vorherrschendes Druck-Kraft-Verhältnis wiedergibt. Da der elektromechanische Bremskraftverstärker der 2a jedoch nicht reibungslos ausgebildet ist, ist zur Steigerung des hydraulischen Drucks p_brake in dem Hauptbremszylinder 20 eine Motorkraft Fmotor gemäß einer Kennlinie k_increase zu leisten. Vor allem reibungsbehaftete Teile eines Getriebes, über welche das Verstärkungskraftübertragungselement 14 an dem Motor 16 angebunden ist, wirken der Motorkraft Fmotor entgegen. Da zur Steigerung des hydraulischen Drucks p_brake in dem Hauptbremszylinder 20 mittels eines Pfeils 40 schematisch wiedergegebene Reibungskräfte zu überwinden sind, weist die Kennlinie k_increase eine höhere Steigung als die Kennlinie ko auf.
Entsprechende Reibungskräfte, welche mittels eines weiteren Pfeils 42 wiedergegeben sind, wirken jedoch einem Druckabbau in dem Hauptbremszylinder 20 entgegen. Zum Halten des in dem Hauptbremszylinder 20 gerade vorherrschenden hydraulischen Drucks p_brake ist deshalb nur eine Motorkraft Fmotor gemäß einer Kennlinie k_constant , welche eine kleinere Steigung als die Kennlinie ko aufweist, zu leisten. Die Reibung des elektromechanischen Bremskraftverstärkers ergibt deshalb das in 2d wiedergegebene Hystereseverhalten.
Das Hystereseverhalten des elektromechanischen Bremskraftverstärkers wird vorzugsweise von der Steuervorrichtung 28 zur schonenden Ansteuerung des Motors 16 genutzt. Ist ein gewünschter hydraulischer Druck p_brake in dem Hauptbremszylinder 20 bereits aufgebaut, so kann die Motorkraft Fmotor gemäß einer Differenz zwischen den Kennlinien k_increase und k_constant reduziert werden, ohne dass dies Auswirkungen auf den in dem Hauptbremszylinder 20 gehaltenen hydraulischen Druck p_brake hat. Aufgrund der mittels des elastischen Elements 26 ermöglichten Fahrerbremswunscherkennung ab Überschreiten des Aussteuerpunkts P_runout , d.h. in dem zweiten Fahrerbremskraftbereich B, kann deshalb vor allem in Betriebssituationen, in welchen eine hohe Leitung von dem elektromechanischen Bremskraftverstärker angefordert wird, das Hystereseverhalten zur Schonung des Motors 16 genutzt werden. Auf diese Weise können thermische Überlastsituationen vermieden werden. Außerdem kann insbesondere in solchen Betriebssituationen, in welchen der Aussteuerpunkt P_runout aufgrund von thermischer Überlast bereits reduziert ist, durch Ausnutzung der Reibung mittels der Reduzierung der Motorkraft Fmotor ein Wärmeverlust gesenkt werden. Damit kann eine Notwendigkeit zum Abschalten des Motors 16 aufgrund von Extremtemperaturen vermieden oder zumindest hinausgezögert werden.
Mittels der in dem vorausgehenden Absatz beschriebenen Vorgehensweise kann eine thermische Belastung des Motors 16 deutlich reduziert werden. Aus thermischer Sicht sind für elektromechanische Bremskraftverstärker insbesondere Druckhaltemanöver kritisch, da nur hierbei auch über einen längeren Zeitraum (z.B. für Minuten) eine Motorkraft Fmotor notwendig ist. Mittels des elastischen Elements 26 kann jedoch eine Höchstzeit einer zu leistenden maximalen Motorkraft Fmotor häufig reduziert werden. Hierdurch kann bei gleichem Motordesign eine längere Betriebszeit bis zur Abschaltung durch Übertemperatur oder sogar eine thermische Dauerfestigkeit des Motors 16 bewirkt werden. Alternativ kann die gleiche thermische Verfügbarkeit mit einem günstigeren Motordesign erreicht werden. Die Ausbildung des elastischen Elements 26 erlaubt damit auch eine Steigerung einer Verfügbarkeit und/oder eine Verringerung von Kosten für den Motor 16.
3 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens weder einen bestimmten Fahrzeugtyp/Kraftfahrzeugtyp des Fahrzeugs/Kraftfahrzeugs noch einen speziellen Bremssystemtyp eines mit dem elektromechanischen Bremskraftverstärker ausgestatteten Bremssystems erfordert.
In einem Verfahrensschritt S1 wird ein Differenzweg bestimmt, welcher zwischen einem ersten Verstellweg, um welchen ein Fahrerkraftübertragungselement des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mittels einer auf ein angebundenes Bremsbetätigungselement ausgeübten Fahrerbremskraft aus einer ersten Ausgangsstellung verstellt wird, und einem zweiten Verstellweg, um welchen ein Verstärkerkraftübertragungselement des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mittels einer Motorkraft eines (elektrischen) Motors des elektromechanischen Bremskraftverstärkers aus einer zweiten Ausgangsstellung verfahren wird, vorliegt. Beispiele für das Fahrerkraftübertragungselement, das Verstärkerkraftübertragungselement und das Bremsbetätigungselement sind oben schon genannt.
Bis zu einem Erreichen/Überschreiten eines Aussteuerpunkts des elektromechanischen Bremskraftverstärkers wird nach dem Verfahrensschritt S1 jeweils ein Verfahrensschritt S2 ausgeführt. In dem Verfahrensschritt S2 wird der Motor des elektromechanischen Bremskraftverstärkers unter Berücksichtigung des bestimmten Differenzwegs derart angesteuert, dass der Differenzweg gleich einem vorgegeben Soll-Differenzweg eingestellt wird, wozu die Motorkraft des Motors als Reaktion auf eine Steigerung der Fahrerbremskraft bis zu dem Aussteuerpunkt mitgesteigert wird.
Ab Überschreiten des Aussteuerpunkts des elektromechanischen Bremskraftverstärkers wird nach dem Verfahrensschritt S1 ein Verfahrensschritt S3 ausgeführt. In welchem der Motor weiterhin unter Berücksichtigung des bestimmten Differenzwegs angesteuert wird. Während des Ausführens des Verfahrensschritts S3/ab Überschreiten des Aussteuerpunkts kontaktiert das mittels der Fahrerbremskraft verstellte Fahrerkraftübertragungselement ein an dem Verstärkerkraftübertragungselement befestigtes elastisches Element, welches bis zu dem Aussteuerpunkt ohne Kontakt mit dem Fahrerkraftübertragungselement vorliegt, und löst auf diese Weise unter Komprimierung des elastischen Elements eine Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements aus. Damit bewirkt auch das hier beschriebene Verfahren die oben schon genannten Vorteile.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010001939 A1 [0002, 0005]

Claims

Elektromechanischer Bremskraftverstärker für ein Fahrzeug mit: einem Fahrerkraftübertragungselement (10), an welchem ein Bremsbetätigungselement (12) derart anbindbar oder angebunden ist, dass das Fahrerkraftübertragungselement (10) mittels einer auf das angebundene Bremsbetätigungselement (12) ausgeübten Fahrerbremskraft (F_driver) aus einer ersten Ausgangsstellung des Fahrerkraftübertragungselements (10) um einen ersten Verstellweg verstellbar ist; und einem Verstärkerkraftübertragungselement (14), an welchem ein Motor (16) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers derart angebunden ist, dass das Verstärkerkraftübertragungselement (14) mittels einer Motorkraft (F_motor) des Motors (16) aus einer zweiten Ausgangsstellung des Verstärkerkraftübertragungselements (14) um einen zweiten Verstellweg verfahrbar ist; wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker mit einem Aussteuerpunkt (P_runout) so ausgebildet ist, dass die Motorkraft (F_motor) des Motors (16) als Reaktion auf eine Steigerung der Fahrerbremskraft (F_driver) lediglich bis zu dem Aussteuerpunkt (P_runout) derart mitsteigerbar ist, dass ein Differenzweg (Δs) zwischen dem ersten Verstellweg des Fahrerkraftübertragungselements (10) und dem zweiten Verstellweg des Verstärkerkraftübertragungselements (14) gleich einem vorgegeben Soll-Differenzweg einstellbar ist; gekennzeichnet durch ein elastisches Element (26), welches derart an dem Verstärkerkraftübertragungselement (14) befestigt ist, dass ein Kontakt zwischen dem Fahrerkraftübertragungselement (10) und dem elastischen Element (26) bis zu dem Aussteuerpunkt (P_runout) unterbunden ist, während ab Überschreiten des Aussteuerpunkts (P_runout) das mittels der Fahrerbremskraft (F_driver) verstellte Fahrerkraftübertragungselement (10) das elastische Element (26) kontaktiert und unter Komprimierung des elastischen Elements (26) eine Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements (14) auslöst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 1, wobei das elastische Element (26) eine konstante und/oder mittlere Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit von mindestens 200 Newton pro Millimeter aufweist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 2, wobei das elastische Element (26) eine konstante und/oder mittlere Kompressionssteifigkeit oder Druckfedersteifigkeit von mindestens 500 Newton pro Millimeter aufweist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Element (26) vorspannungslos an dem Verstärkerkraftübertragungselement (14) befestigt ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elastische Element (26) eine Feder ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 5, wobei das elastische Element (26) eine Tellerfeder ist.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker zusätzlich eine Cut-In Feder, welche vorgespannt zwischen dem in der ersten Ausgangstellung vorliegenden Fahrerkraftübertragungselement (10) und dem in der zweiten Ausgangsstellung vorliegenden Verstärkerkraftübertragungselement (14) angeordnet ist, umfasst.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektromechanische Bremskraftverstärker zusätzlich eine Steuervorrichtung (28) umfasst, welche dazu ausgelegt ist, bis zu dem Aussteuerpunkt (P_runout) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers den Motor (16) unter Berücksichtigung eines bereitgestellten Sensorsignals (22a) eines Differenzwegssensors (22) dazu anzusteuern, den Differenzweg (Δs) gleich dem vorgegeben Soll-Differenzweg einzustellen.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung (28) zusätzlich dazu ausgelegt ist, ab Überschreiten des Aussteuerpunkts (P_runout) den Motor (16) weiterhin unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals (22a) des Differenzwegsensors (22) anzusteuern.
Elektromechanischer Bremskraftverstärker nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Steuervorrichtung (28) zusätzlich dazu ausgelegt ist, bei einem Ausfall des elektromechanische Bremskraftverstärkers mindestens eine hydraulische Pumpe und/oder mindestens eine integrierte Motorbremse unter Berücksichtigung des bereitgestellten Sensorsignals (22a) des Differenzwegsensors (22) anzusteuern.
Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers eines Fahrzeugs mit den Schritten: Bestimmen eines Differenzwegs (Δs) zwischen einem ersten Verstellweg, um welchen ein Fahrerkraftübertragungselement (10) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mittels einer auf ein angebundenes Bremsbetätigungselement (12) ausgeübten Fahrerbremskraft (F_driver) aus einer ersten Ausgangsstellung verstellt wird, und einem zweiten Verstellweg, um welchen ein Verstärkerkraftübertragungselement (14) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers mittels einer Motorkraft (F_motor) eines Motors (16) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers aus einer zweiten Ausgangsstellung verfahren wird (S1); Ansteuern des Motors (16) bis zu einem Aussteuerpunkt (P_runout) des elektromechanischen Bremskraftverstärkers unter Berücksichtigung des bestimmten Differenzwegs (Δs) derart, dass der Differenzweg (Δs) gleich einem vorgegeben Soll-Differenzweg eingestellt wird, wozu die Motorkraft (F_motor) des Motors (16) als Reaktion auf eine Steigerung der Fahrerbremskraft (F_driver) bis zu dem Aussteuerpunkt (P_runout) mitgesteigert wird (S2); gekennzeichnet durch den Schritt: Ansteuern des Motors (16) ab Überschreiten des Aussteuerpunkts (P_runout) weiterhin unter Berücksichtigung des bestimmten Differenzwegs (Δs), während das mittels der Fahrerbremskraft (F_driver) verstellte Fahrerkraftübertragungselement (10) ein an dem Verstärkerkraftübertragungselement (14) befestigtes elastisches Element (26), welches bis zu dem Aussteuerpunkt ohne Kontakt mit dem Fahrerkraftübertragungselement (10) vorliegt, ab Überschreiten des Aussteuerpunkts (P_runout) kontaktiert und unter Komprimierung des elastischen Elements (26) eine Mitnehmbewegung des Verstärkerkraftübertragungselements (14) auslöst (S3).