DE102018213850A1

DE102018213850A1 - Bremsvorrichtung für ein zur Ausführung eines automatischen Fahrmanövers ausgebildetes Fahrzeug, sowie dazugehöriges Verfahren zur Fahrerassistenz und dazugehörige Steuer- und Regeleinrichtung

Info

Publication number: DE102018213850A1
Application number: DE102018213850.8A
Authority: DE
Inventors: Frank Baehrle-Miller; Hubertus Wienken
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-08-17
Filing date: 2018-08-17
Publication date: 2020-02-20
Also published as: CN110834610A

Abstract

Bremsvorrichtung für ein zur Ausführung eines automatischen Fahrmanövers ausgebildetes Fahrzeug, die Bremsvorrichtung umfassend wenigstens eine Bremse, einen Bremsbelag und eine Bremsscheibe, wobei der Bremsbelag mittels eines elastischen Elements zur Ausübung einer Bremskraft gegen die Bremsscheibe beaufschlagbar ist, wobei bei der Ausführung eines automatischen Fahrmanövers die vom elastischen Element gegen den Bremsbelag zur Ausübung einer Bremskraft beaufschlagte elastische Kraft derart hoch ist, dass beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses das Fahrzeug abgebremst wird, vorzugsweise, dass das Fahrzeug in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bremsvorrichtung für ein zur Ausführung eines automatischen Fahrmanövers ausgebildetes Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur Fahrerassistenz und eine Steuer- und Regeleinrichtung nach den Oberbegriffen der nebengeordneten Ansprüche.
Aus der DE 10 2012 212 090 A1 ist es bekannt, während der automatischen Ausführung eines Fahrmanövers eines Fahrzeugs, nämlich während eines Einparkvorgangs, mittels einer Feststellbremse des Fahrzeugs ständig eine Bremswirkung auf die Räder des Fahrzeugs auszuüben. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Fahrzeug beispielsweise auch im Falle einer Fehlfunktion unmittelbar und sicher gehalten werden kann. Auch aus der DE 2015 214 524 A1 sowie der DE 10 2015 216 214 A1 ist es bekannt, während eines automatischen und insoweit autonom durchgeführten Einparkvorgangs eine Feststellbremse ständig aktiviert zu halten.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch eine Bremsvorrichtung, ein Verfahren und eine Steuer- und Regeleinrichtung mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Zur der Erfindung gehört also zunächst eine Bremsvorrichtung für ein zur Ausführung eines automatischen Fahrmanövers ausgebildetes Fahrzeug, die Bremsvorrichtung umfassend wenigstens einen Bremsbelag und eine Bremsscheibe. Dabei ist der Bremsbelag mittels eines elastischen Elements zur Ausübung einer Bremskraft gegen die Bremsscheibe beaufschlagbar, wobei bei der Ausführung eines automatischen Fahrmanövers die vom elastischen Element gegen den Bremsbelag zur Ausübung einer Bremskraft ausgeübte elastische Kraft derart hoch ist, dass beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses das Fahrzeug abgebremst wird, vorzugsweise, dass das Fahrzeug in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.
Die Bremsvorrichtung ist demnach für ein Fahrzeug ausgebildet, welches ein Fahrmanöver, beispielsweise einen Einparkvorgang, automatisch, also „vollautonom“ ausführt. Bei dem Fehlerfall kann es sich beispielsweise um den Ausfall einer Betriebsbremse, eines Fahrerassistenzsystems oder eines Antriebs des Fahrzeugs handeln. Alternativ oder zusätzlich können Ereignisse vorgegeben werden, bei denen das Fahrzeug ebenfalls abgebremst wird. Ein solches Ereignis kann beispielsweise das Erreichen eines vorgegebenen Punktes im automatisiert durchgeführten Fahrmanöver sein, an dem das Fahrmanöver pausiert werden soll.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich durch das permanente Bereitstellen einer Bremswirkung während eines automatischen Fahrmanövers die Temperatur der Bremsvorrichtung verändern kann. Beispielsweise können die Bremsscheibe und der Bremsbelag der Bremsvorrichtung ihre Temperatur während des Fahrmanövers ändern, insbesondere kann sich die Temperatur aufgrund der Bremsreibung erhöhen. Dies insbesondere dann, wenn ein vom Fahrzeug durchgeführtes automatisches Fahrmanöver längere Zeit andauert, z.B. bei einem automatischen Einparkvorgang in einem Parkhaus. Bei einem derartigen automatischen Einparkvorgang in einem Parkhaus ist insbesondere denkbar, dass das Fahrzeug zunächst an einem Übergabeplatz zwischengeparkt wird und sich das Fahrzeug dann automatisch und autonom den endgültigen Parkplatz sucht. Die Parkplatzsuche kann dabei insbesondere bei hoher Auslastung des Parkhauses mehrere Minuten andauern. Bei der Fahrt wird das Fahrzeug permanent gebremst, so dass sich die Bremsscheibe, der Bremsbelag und ggf. weitere Komponenten der Bremsvorrichtung aufheizen können.
Dadurch, dass allerdings die permanente Bremskraft während eines automatischen Fahrmanövers dadurch ausgeübt wird, dass das elastische Element gegen den Bremsbelag beaufschlagt wird, um so die permanente Bremskraft bereitzustellen, kann auch bei Temperaturänderungen der Bremsvorrichtung, insbesondere der Bremsscheibe und/oder des Bremsbelags, eine definierte Bremskraft bereitgestellt werden. Selbst bei einer vergleichsweise hohen Temperaturänderung der Bremsscheibe und/oder des Bremsbelags, ist die Bremskraftänderung vergleichsweise gering. Dies hat folgenden Hintergrund: Während das Fahrzeug ein automatisches Fahrmanöver, beispielsweise einen Einparkvorgang vornimmt, kann beispielsweise in der Bremsscheibe und/oder im Bremsbelag ein Temperaturhub in der Größenordnung von 100 K stattfinden. Aufgrund der Wärmeausdehnung können sich die Bremsscheibe und der Bremsbelag dabei ausdehnen. Diese Ausdehnung kann allerdings durch eine Verformung des elastischen Elements im Wesentlichen „aufgefangen“ werden, so dass die Bremskrafterhöhung auf Grund der Wärmeausdehnung vergleichsweise gering ist. Dadurch kann zum einen eine definierte Bremskraft über die gesamte Einparkdauer bereitgestellt werden. Zum anderen kann der Verschleiß der Bremsvorrichtung markant reduziert werden. Denkbar wäre auch, dass sich die Temperatur der Bremsvorrichtung während des Fahrmanövers trotz der permanenten Bremskraft stark verringert, beispielsweise von 300 °C auf 100 °C. Aufgrund dieser Temperaturabsenkung können sich insbesondere die Bremsscheibe und der Bremsbelag aufgrund der Wärmeausdehnung zusammenziehen. Dennoch ist die Bremskraftänderung vergleichsweise gering, so dass auch in diesem Fall eine definierte Bremskraft bereitstellbar ist. Dies deswegen, da die Dimensionsverringerung der Komponenten im Wesentlichen durch eine Verformung des elastischen Elements „aufgefangen“ werden kann, so dass die Bremskrafterniedrigung vergleichsweise gering ist.
In einer Ausgestaltung ist die während des Fahrmanövers ausgeübte elastische Kraft derart hoch, dass das Fahrzeug beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses unterhalb einer Grenzsteigung bis in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird. Bei der Steigung handelt es sich dabei um die Fahrbahnsteigung (z.B. Rampe in einem Parkhaus), die das Fahrzeug befährt. Unterhalb einer Grenzsteigung ist die ausgeübte elastische Kraft dabei derart hoch, dass das Fahrzeug durch die permanent ausgeübte Bremskraft in den Stillstand abbremsbar und im Stillstand haltbar ist. Die Grenzsteigung kann dabei zwischen 3% und 20%, insbesondere zwischen 4% bis 8%, weiter insbesondere bei 5%, liegen. Insbesondere in Parkhäusern ist zu erwarten, dass die Steigung 5% nicht übersteigt, sodass bei einem automatischen Einparkvorgang im Fehlerfall oder bei einem vorgegebenen Ereignis das Fahrzeug in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das elastische Element eine Feder, insbesondere eine Tellerfeder. Ein derartiges elastisches Element ist vergleichsweise einfach und kostengünstig herstellbar.
Dabei kann die Feder eine Federkonstante zwischen 2 bis 10 kN/mm, insbesondere zwischen 3 bis 6 kN/mm, weiter insbesondere von 4 kN/mm, aufweisen. Eine derartige Federkonstante ist insbesondere hinreichend groß, um durch eine ausgeübte elastische Kraft ein Fahrzeug bis zu einer Grenzsteigung im Fehlerfall oder beim Eintreten eines vorgegebenen Ereignisses in Stillstand zu versetzen und so zu halten.
Denkbar ist weiterhin, dass die Bremsvorrichtung einen Bremskolben und eine elektromechanische Bremseinrichtung mit einer Spindelmutter zur Verlagerung des Bremskolbens umfasst, wobei das elastische Element zwischen dem Bremskolben und der Spindelmutter vorgesehen ist. Dadurch kann auf besonders einfach und kostengünstige Art und Weise die Anordnung des elastischen Elements realisiert werden. Bei der elektromechanischen Bremseinrichtung kann es sich insbesondere um eine Feststellbremse, auch automatische Parkbremse (APB) genannt, des Fahrzeugs handeln.
Alternativ kann das elastische Element zwischen einer Bremssattelgehäuserückwand und einer Spindel der elektromechanischen Bremseinrichtung vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung ermöglicht die Verwendung von Federn mit besonders großen Durchmessern. Ferner kann die Entlüftung der Bremsvorrichtung insbesondere besonders einfach erfolgen. So kann vorgesehen sein, dass im Bereich des elastischen Elements ein Entlüftungselement vorgesehen ist, so dass ein eventuell vorhandener und in der Federgeometrie „festhängender“ Lufteinschluss (eingebracht beispielsweise durch Reparatur oder Erstmontage) ausgespült werden kann.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Bremsvorrichtung eine hydraulische Bremseinrichtung mit einem hydraulischen Aktuator umfasst. Die elektromechanische und die hydraulische Bremseinrichtung können dabei völlig unabhängig voneinander ausgebildet sein.
Denkbar ist allerdings insbesondere, dass der Bremskolben sowohl hydraulisch mittels des hydraulischen Aktuators als auch elektromechanisch mittels der Spindelmutter verlagerbar ist. Insbesondere kann die Bremsvorrichtung somit als sogenanntes Motor-On-Caliper-System ausgebildet sein, bei dem ein Elektromotor der elektromechanischen Bremseinrichtung sowie andere zusätzlich erforderliche Komponenten, wie beispielsweise ein Spindel-Mutter-System, direkt an einem Bremssattel der hydraulischen Bremseinrichtung integriert sind. Dies wird regelmäßig an den Rädern der Hinterachse eines Fahrzeugs realisiert. Das bedeutet, dass die hydraulische Bremseinrichtung und die elektromechanische Bremseinrichtung denselben Bremssattel, Bremskolben und dieselbe(n) Bremsscheibe(n) verwenden.
Vorgeschlagen wir zudem, dass die bei der Ausführung eines automatischen Fahrmanövers auf Grund der Beaufschlagung des elastischen Elements gegen den Bremsbelag erzeugte Bremskraft zwischen 1,0 bis 5,0 kN, insbesondere zwischen 2,0 bis 4,0 kN, weiter insbesondere bei 2,5 kN, liegt. Eine derartige Bremskraft hat sich als hinreichend herausgestellt, um ein Fahrzeug jedenfalls bis zu einer Grenzsteigung nicht nur abzubremsen, sondern auch im Stillstand festzuhalten. Selbstverständlich ist die erforderliche Bremskraft dabei abhängig von Fahrzeugeigenschaften wie Dimensionierung der Bremsanlage, der Räder, dem Fahrzeuggewicht und dem Reibwert der Bremsanlage.
Vorgesehen sein kann schließlich, dass die Bremsvorrichtung derart betätigbar ist, dass zur Erzeugung einer Zielbremskraft eine Kraft über eine starre Verbindung auf den Bremsbelag ausübbar ist. Mittels der starren, also nichtelastischen, Verbindung kann eine Kraft direkt auf den Bremsbelag übertragen werden, ohne dass diese Kraft durch das elastische Element beeinflusst werden würde. Dabei kann die starre Verbindung insbesondere durch eine Überbrückung des elastischen Elements realisiert werden, beispielsweise durch eine entsprechende strukturelle Ausgestaltung der zu dem elastischen Element benachbarten Komponenten. Denkbar wäre, die starre Verbindung beispielsweise mittels eines Formschlusses der Spindelmutter und des Bremskolbens bereitzustellen, wobei der Formschluss insbesondere dann auftritt, wenn die Spindelmutter um einen Grenzweg verfahren ist und somit das elastische Element um einen Grenzweg komprimiert ist. In diesem Zustand kann die Spindelmutter eine Kraft direkt auf die Bremsscheibe über den Bremsbelag übertragen.
Die starre Verbindung kann anderseits auch über das elastische Element selbst zustande kommen. Dies insbesondere dadurch, dass das elastische Element so betätigt wird, dass diese ihre elastischen Eigenschaften verliert, beispielsweise durch eine Blockbildung des elastischen Elements. Unter einer Blockbildung soll verstanden werden, dass eine weitere elastische Verformung nicht mehr möglich ist. Beispielhaft wird auf eine Tellerfeder verwiesen, welche „plan“ liegt bzw. verlagert ist, so dass die einzelnen Federn aufeinander liegen und daher keine weitere federnde Eigenschaft mehr zum Tragen kommt.
Zur Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Fahrerassistenz, bei dem ein Fahrzeug ein Fahrmanöver automatisch ausführt, unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, das Verfahren umfassend die folgenden Schritte:

a. Ausüben einer elastischen Kraft mittels des elastischen Elements gegen den Bremsbelag zur Ausübung einer Bremskraft zu Beginn eines automatischen Fahrmanövers; und
b. Durchführen des automatischen Fahrmanövers, wobei die vom elastischen Element gegen den Bremsbelag zur Ausübung einer Bremskraft ausgeübte elastische Kraft derart hoch ist, dass beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses das Fahrzeug abgebremst wird, vorzugsweise, dass das Fahrzeug in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.

Dabei kann mittels des hier vorgeschlagenen Verfahrens das Fahrmanöver insbesondere auch dann fortgesetzt bzw. zuverlässig ausgeführt werden, wenn sich einzelne oder mehrere Komponenten der Bremsvorrichtung, insbesondere der Bremsbelag und/oder die Bremsscheibe, erwärmen und dadurch aufgrund der Wärmeausdehnung ausdehnen oder sich stark abkühlen und dadurch zusammenziehen. Dies erfolgt dadurch, dass Dimensionsänderungen des Bremsbelags und/oder der Bremsscheibe durch das elastische Element jedenfalls im Wesentlichen aufgefangen werden können, sodass die Bremskraftänderung auch während eines längeren automatischen Fahrmanövers vergleichsweise gering ist. Dabei kann die Bremskraftänderung beispielsweise bei einer Erwärmung um 100 K zwischen 200 N und 300 N betragen. Dementsprechend kann die Bremskraftänderung bei einer Abkühlung um 200 K zwischen 400 N und 500 N betragen. Die bereitgestellte Bremskraft wird also in einem vergleichsweise kleinen Toleranzbereich gehalten. Insgesamt kann dadurch über die gesamt Dauer des automatischen Fahrzeugmanövers eine definierte Bremskraft bereitgestellt werden. Weiterhin kann der auf Grund der permanent ausgeübten Bremskraft auftretende Verschleiß der Bremsvorrichtung vergleichsweise gering gehalten werden.
Vorzugsweise wird dabei nach der Beendigung des automatischen Fahrmanövers die Bremsvorrichtung derart betätigt wird, dass die Zielbremskraft ausgeübt wird. Die Zielbremskraft kann beispielsweise bei 10 kN bis 20 kN, insbesondere bei 15 kN, liegen, sodass das Fahrzeug im Stillstand sicher gehalten ist. Wenn das automatische Fahrmanöver ein Einparkmanöver ist, so kann folglich nach Beendigung des Einparkvorgangs die Zielbremskraft ausgeübt werden, um das Fahrzeug während der Parkdauer sicher im Stillstand zu halten. Die Zielbremskraft kann dabei insbesondere dadurch ausgeübt werden, dass eine Kraft über eine starre Verbindung auf den Bremsbelag ausgeübt wird, so dass das elastische Element „überbrückt“ wird.
Ferner gehört zur Erfindung auch eine Steuer- und Regeleinrichtung für eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung, mit einem Prozessor und einem Speicher, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Schließlich gehört zur Erfindung auch eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung umfassend eine erfindungsgemäße Steuer- und Regeleinrichtung.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand der Zeichnung erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Bremsvorrichtung;
2 eine schematische Schnittdarstellung einer Bremsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 vier Darstellungen a), b), c) sowie d) der Bremsvorrichtung gemäß 2 in verschiedenen Zuständen;
4 eine schematische Schnittdarstellung einer Bremsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform in zwei verschiedenen Zuständen a), b); und
5 eine schematische Schnittdarstellung einer Bremsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.

Funktionsäquivalente Elemente und Bereiche tragen in den nachfolgenden Figuren die gleichen Bezugszeichen und sind nicht nochmals im Detail erläutert.
1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches ein Fahrerassistenzsystem 12 aufweist. Das Fahrerassistenzsystem 12 umfasst eine Steuer- und Regeleinrichtung 14 mit einem Prozessor und einem Speicher (beide nicht dargestellt) und ist so eingerichtet, dass das Fahrzeug 10 ein Fahrmanöver automatisch und vollautonom ausführen kann. Um sowohl die Querführung als auch die Längsführung des Fahrzeugs 10 übernehmen zu können, verfügt das Fahrerassistenzsystem 12 über Verbindungen zu weiteren Systemen des Fahrzeugs 10, mit denen das Fahrzeug 10 gelenkt, beschleunigt und/oder abgebremst werden kann. Diese Verbindungen sind in der 1 mit einer schematischen Verbindung von der Steuer- und Regeleinrichtung 14 zu einem Lenkrad 16 und einem Gaspedal 18 angedeutet.
Um das Fahrzeug 10 anzutreiben, verfügt das Fahrzeug 10 über einen Antrieb 22, der in dem in 1 dargestellten Beispiel auf eine Hinterachse 24 einwirkt und somit Hinterräder 26a und 26b des Fahrzeugs 10 antreibt. Der Antrieb 22 kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor und/oder ein Elektromotor sein. Zudem Fahrzeug 10 gehört auch eine nicht-angetriebene Vorderachse 28 mit Vorderrädern 30a und 30b.
Zum Abbremsen des Fahrzeugs 10 verfügt diese über eine Bremsvorrichtung 32, welche zwei Bremseinrichtungen 34, 36 umfasst. Im normalen Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 wird eine hydraulische Bremseinrichtung (Betriebsbremse) 34 verwendet, die über einen nicht dargestellten hydraulischen Aktuator betätigt wird. Darüber hinaus verfügt das Fahrzeug 10 über eine auf die Hinterräder 26a und 26b wirkende elektromechanische Bremseinrichtung (in diesem Fall eine elektrische Feststellbremse, APB) 36, über die das Fahrzeug 10, beispielsweise wenn es auf einem Parkplatz abgestellt ist, im Stillstand gehalten werden kann.
Das Fahrerassistenzsystem 12 bzw. die Steuer- und Regeleinrichtung 14 verfügt über Mittel 38, über die die Bremsvorrichtung 32 angesteuert werden kann. Je nach Ausführungsform des Fahrerassistenzsystems 12 können diese Mittel 38 auch in der Steuer- und Regeleinrichtung 14 integriert sein, oder sie können Teil eines weiteren, vorliegend jedoch nicht dargestellten Assistenzsystems des Fahrzeugs 10 sein.
Das Fahrerassistenzsystem 12 ist insbesondere dazu ausgebildet, ein Fahrmanöver automatisch auszuführen, bei dem das Fahrzeug 10 vollautonom betrieben wird. Ein solches Fahrmanöver kann beispielsweise ein Einparken sein.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der Bremsvorrichtung 32. Dabei umfasst die Bremsvorrichtung 32 zunächst eine als elektromechanische Bremseinrichtung ausgebildete elektrische Feststellbremse 36 (auch automatische Feststellbremse oder automatische Parkbremse, kurz APB, genannt). Dabei kann mittels eines Aktuators 40 (z.B. elektrischer Bremsmotor oder Motor-Getriebe-Einheit), eine elektromechanisch erzeugte Bremskraft zum Festsetzen des Fahrzeugs 10 erzeugt werden. Der Aktuator 40 der Feststellbremse 36 treibt hierzu eine in einer axialen Richtung gelagerte Spindel 42 an. In ihrem dem Aktuator 40 abgewandten Ende ist die Spindel 42 mit einer Spindelmutter 44 versehen. Zwischen der Spindelmutter 44 und einem Bremskolben 46 ist eine ein als Tellerfeder ausgebildetes elastisches Element 48 angeordnet. Wie später noch detailliert beschrieben werden wird, ist die Feststellbremse 36 dazu ausgebildet, elektromechanisch eine Kraft auf Bremsbeläge 50, 52, und damit auf eine Bremsscheibe 54 auszuüben, die starr bzw. drehfest mit einem Fahrzeugrad 26a, 26b der Hinterachse 24 des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Die Spindelmutter 44 wird bei einer Drehbewegung des Aktuators 40 und einer daraus resultierenden Drehbewegung der Spindel 42 in axialer Richtung verschoben. Die Spindelmutter 44 und der Bremskolben 46 sind in einem Bremssattel 56 gelagert, der die Bremsscheibe 54 zangenartig übergreift. Zu beiden Seiten der Bremsscheibe 54 ist jeweils einer der Bremsbeläge 50, 52 angeordnet.
Das Bremssystem gemäß 2 ist als ein sogenanntes „Motor-On-Caliper-System“ ausgebildet. Das bedeutet, dass die Feststellbremse 36 mit einer als Betriebsbremse 34 ausgebildeten hydraulischen Bremseinrichtung kombiniert ist. Man könnte die Feststellbremse 36 auch als in das System der Betriebsbremse 34 integriert ansehen. Sowohl die Feststellbremse 36 als auch die Betriebsbremse 34 greifen dabei auf denselben Bremskolben 46 zu, um eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 54 auszuüben. Die Betriebsbremse 34 besitzt jedoch einen separaten Aktuator 58. Die Betriebsbremse 34 ist in 2 als hydraulisches System ausgestaltet, wobei der Aktuator 58 durch eine ESP-Pumpe oder einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (beispielsweise Bosch i-Booster) dargestellt werden kann. Auch weitere Ausführungsformen des Aktuators 58 sind denkbar, beispielsweise in Form einer sogenannten IPB (Integrated Power Brake), welche im Grundsatz ein Brake-by-Wire-System darstellt, bei welchem ein Plunger benutzt wird, um hydraulischen Druck aufzubauen. Bei einer normalen Betriebsbremsung wird eine vorbestimmte Bremskraft zwischen den Bremsbelägen 50, 52 und der Bremsscheibe 54 hydraulisch aufgebaut. Zum Aufbau einer Bremskraft mittels der hydraulischen Betriebsbremse 34 wird ein Medium 60, insbesondere eine im Wesentlichen inkompressible Bremsflüssigkeit, in den durch den Bremskolben 46 und den Bremssattel 56 begrenzten Fluidraum gepresst. Der Bremskolben 46 ist gegenüber der Umgebung mittels eines Kolbendichtrings 62 abgedichtet. Die Ansteuerung der Aktuatoren 58 bzw. 40 erfolgt über die Steuer- und Regelungseinrichtung 14. Bei der Steuer- und Regelungseinrichtung 14 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät eines Fahrdynamiksystems, wie beispielsweise ESP (Elektronisches-Stabilitäts-Programm), oder ein sonstiges Steuergerät handeln.
Die Bremsvorrichtung 32 arbeitet sodann insgesamt wie im Folgenden insbesondere anhand der 3a bis 3d gezeigt ist: Das Fahrzeug 10 kann ein automatisches Fahrmanöver ausführen. Dabei kann es sich insbesondere um ein Einparkmanöver handeln, das vollautomatisch durchgeführt wird. Dafür kann der Fahrzeugführer das Fahrzeug 10 beispielsweise an einem Übergabe-Standort abgeben. Das Fahrzeug 10 sucht sich sodann (mit oder ohne zusätzliche Infrastruktur) einen Parkplatz, beispielsweise in einem Parkhaus. Bei einer entsprechend hohen Auslastung der Parkplätze kann diese Parkplatzsuche einige Zeit in Anspruch nehmen.
Solange der Fahrer sein Fahrzeug 10 führt, ist die Bremsvorrichtung 32 in einem in 3 gezeigten Zustand, in dem die Bremsbeläge 50, 52 nicht gegen die Bremsscheibe 54 beaufschlagt werden. Betätigt der Fahrer in dieser Situation das Bremspedal, so wird mittels der Betriebsbremse 34 eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 54 ausgeübt. Sobald demgegenüber führerlos das automatische Parkmanöver gestartet wird, wird die Feststellbremse 36 betätigt, so dass die Spindelmutter 44 in axialer Richtung auf die Bremsscheibe 54 zubewegt wird (vgl. 3b). Dabei wird die Feder 48 komprimiert, um eine elastische Kraft auf den Bremskolben 46 auszuüben, wobei der Bremskolben 46 in axialer Richtung gegen den Bremsbelag 50 verlagert wird, so dass eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 54 ausgeübt wird (vgl. 3c). In diesem Zustand verbleibt die Bremsvorrichtung 32 während des gesamten automatischen Einparkvorgangs, der sodann durchgeführt wird. Somit wird permanent eine Bremskraft an der Bremsscheibe 54 dadurch erzeugt, dass die Feder 48 eine elastische Kraft auf den Bremsbelag 50 ausübt.
In einem Fehlerfall, beispielsweise wenn der Fahrzeugantrieb 22 ausfällt, ist die ausgeübte Bremskraft groß genug, um das Fahrzeug 10 abzubremsen. Dabei ist die ausgeübte permanente Bremskraft insbesondere so hoch, dass bis zu einer bestimmten Grenzsteigung das Fahrzeug 10 in den Stillstand abgebremst wird und so gehalten wird. Beispielsweise kann das Fahrzeug 10 während eines automatischen Fahrmanövers entlang eines Fahrwegs bewegt werden, der eine Steigung aufweist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Rampe in ein höheres Stockwerk in einem Parkhaus handeln. Die Federkonstante der Feder 48 ist dabei insbesondere so ausgelegt, dass die elastische Kraft auf den Bremsbelag 50, und damit die erzeugte Bremskraft an der Bremsscheibe 54 so hoch ist, dass bis zu einer Steigung von 5% das Fahrzeug 10 im Fehlerfall in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird. Die Federkonstante kann dabei zwischen 2kN/mm bis 10kN/mm, insbesondere zwischen 3kN/mm bis 6kN/mm, weiter insbesondere bei 4kN/mm, liegen. Dementsprechend kann die erzeugte Bremskraft am Fahrzeug 10 während des Einparkmanövers zwischen 1,0kN bis 5,0kN, insbesondere zwischen 2,0kN bis 4,0kN, weiter insbesondere bei 2,5kN, liegen. Die Ausübung der permanenten Bremskraft erfolgt dabei auf Grund der Selbsthemmung der Feststellbremse 36 ohne dass eine zusätzliche Energiezufuhr notwendig wäre. Eine Energiezufuhr ist lediglich zu Beginn des automatischen Fahrmanövers nötig, um die Spindelmutter 44 zu verlagern, so dass die Feder 48 komprimiert wird.
Wenn der automatische Einparkvorgang abgeschlossen ist, wird sodann die Feststellbremse 36 vollständig geschlossen, was in 3d gezeigt ist. Dabei wird die Feder „auf Block“ gefahren. Das bedeutet, dass die Federwindungen der Tellerfeder 48 aufeinander liegen und daher keine weitere federnde Eigenschaft mehr zum Tragen kommt, sondern eine starre Verbindung ausgebildet wird, über die eine Kraft in axialer Richtung von der Spindelmutter 44 auf den Bremskolben 46 und damit auf die Bremsbeläge 50 zur Ausübung einer Zielbremskraft an der Bremsscheibe 54 ausgeübt wird. Die Zielbremskraft kann beispielsweise bei 15kN liegen.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass auch über längere Strecken hinweg ein zuverlässiges und sicheres Einparkmanöver durchführbar ist. Durch die permanente ausgeübte Bremskraft können sich die Bremsscheibe 54 und die Bremsbeläge 50, 52 während des Einparkmanövers erwärmen und ausdehnen. Aufgrund der Elastizität der Feder 48 kann die daraus resultierende Dimensionsänderung der Bremsscheibe 54 und der Bremsbeläge 50, 52 allerdings im Wesentlichen ausgeglichen werden, so dass die Bremskraftänderung beispielsweise bei einer Erwärmung um 100 K bei lediglich 200 N bis 250 N liegen kann. Demgegenüber kann auch während des Parkvorgangs ein Abkühlen der Bremsvorrichtung 32 trotz permanent ausgeübter Bremskraft stattfinden, beispielsweise von 300 °C auf 100 °C, sodass sich die Bremsscheibe 54 und die Bremsbeläge 50, 52 zusammenziehen, wobei die Bremskrafterniedrigung beispielsweise bei 480 N liegen kann. Die bereitgestellte Bremskraft wird also in einem vergleichsweise kleinen Toleranzbereich gehalten. Ferner wird der Verschleiß der Komponenten der Bremsvorrichtung 32, insbesondere der Bremsbeläge 50, 52 sowie der Bremsscheibe 54, vergleichsweise gering gehalten trotz permanenter Ausübung einer Bremskraft während eines automatischen Fahrmanövers.
4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 2 dadurch, dass zur Erzielung der Zielbremskraft eine starre Verbindung über einen strukturellen Formschluss bereitstellbar ist. Hierzu weist die Spindelmutter 44 zwei Arme 64, 66 auf, die an einer Innenwand des Bremskolbens 46 anliegen. Wenn die Spindelmutter 44 einen Grenzverfahrweg in Richtung der Bremsscheibe 54 zurückgelegt hat (vgl. Zustand in 4b), so gelangen die Arme 64 zur Anlage an dem Bremskolben 46, so dass die Feder 48 „überbrückt“ wird und über eine formschlüssige starre Verbindung eine Kraft von der Spindelmutter 44 auf den Bremskolben 46 und damit auf den Bremsbelag 50 ausgeübt wird, um eine Bremskraft an der Bremsscheibe 54 zu erzielen. Anstatt zweier Arme 64, 66, könnte auch eine Ringhülse vorgesehen werden.
In der Ausführungsform gemäß 5 ist die Tellerfeder 48 zwischen einem Lager (beispielsweise Wälzlager oder Kugellager) 70, an welcher die Spindel 42 gelagert ist, und einer Bremssattelgehäuserückwand 68 angeordnet. Dabei können insbesondere die Spindel 42 und das Lager 70 zumindest bedingt axial verlagerbar ausgebildet sein, so dass die Feder 48 eine elastische Kraft auf das Lager 70 ausüben kann und damit den Bremskolben 46 gegen den Bremsbelag 50 zur Ausbildung einer Bremskraft an der Bremsscheibe 54 verlagern kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Tellerfeder 48 mit einem großen Durchmesser ausgebildet werden kann. Ferner kann eine vorteilhafte Entlüftung bereitgestellt werden. So können Lufteinschlüsse, die beispielsweise aufgrund von Reparatur oder Erstmontage in der Federgeometrie „festhängen“, ausgespült werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012212090 A1 [0002]
DE 2015214524 A1 [0002]
DE 102015216214 A1 [0002]

Claims

Bremsvorrichtung (32) für ein zur Ausführung eines automatischen Fahrmanövers ausgebildetes Fahrzeug (10), die Bremsvorrichtung (32) umfassend wenigstens einen Bremsbelag (50, 52) und eine Bremsscheibe (54), dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsbelag (50, 52) mittels eines elastischen Elements (48) zur Ausübung einer Bremskraft gegen die Bremsscheibe (54) beaufschlagbar ist, wobei bei der Ausführung eines automatischen Fahrmanövers die vom elastischen Element (48) gegen den Bremsbelag (50, 52) zur Ausübung einer Bremskraft ausgeübte elastische Kraft derart hoch ist, dass beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses das Fahrzeug (10) abgebremst wird, vorzugsweise, dass das Fahrzeug (10) in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.
Bremsvorrichtung (32) nach Anspruch 1, wobei die während des Fahrmanövers ausgeübte elastische Kraft derart hoch ist, dass das Fahrzeug (10) beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses unterhalb einer Grenzsteigung bis in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.
Bremsvorrichtung (32) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das elastische Element eine Feder, insbesondere eine Tellerfeder (48), umfasst, vorzugsweise wobei die Feder (48) eine Federkonstante zwischen ungefähr 2 bis ungefähr 10 kN/mm, insbesondere zwischen ungefähr 3 bis ungefähr 6 kN/mm, weiter insbesondere von ungefähr 4 kN/mm, aufweist.
Bremsvorrichtung (32) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sie einen Bremskolben (46) und eine elektromechanische Bremseinrichtung (36) mit einer Spindelmutter (44) zur Verlagerung des Bremskolbens (46) umfasst, wobei das elastische Element (48) zwischen dem Bremskolben (46) und der Spindelmutter (44) vorgesehen ist, oder wobei das elastische Element (48) zwischen einer Bremssattelgehäuserückwand (68) und einer Spindel (42) der elektromechanischen Bremseinrichtung (36) vorgesehen ist.
Bremsvorrichtung (32) nach Anspruch 4, wobei sie eine hydraulische Bremseinrichtung (34) mit einem hydraulischen Aktuator (58) umfasst, wobei der Bremskolben (46) sowohl hydraulisch mittels des hydraulischen Aktuators (58) als auch elektromechanisch mittels der Spindelmutter (44) verlagerbar ist.
Bremsvorrichtung (32) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die bei der Ausführung eines automatischen Fahrmanövers auf Grund der Beaufschlagung des elastischen Elements (48) gegen den Bremsbelag (50, 52) erzeugte Bremskraft zwischen ungefähr 1,0 bis ungefähr 5,0 kN, insbesondere zwischen ungefähr 2,0 bis ungefähr 4,0 kN, weiter insbesondere bei ungefähr 2,5 kN, liegt.
Bremsvorrichtung (32) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sie derart betätigbar ist, dass zur Erzeugung einer Zielbremskraft eine Kraft über eine starre Verbindung auf den Bremsbelag (50, 52) ausübbar ist.
Verfahren zur Fahrerassistenz, bei dem ein Fahrzeug (10) ein Fahrmanöver automatisch ausführt, unter Verwendung einer Bremsvorrichtung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Verfahren gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a. Ausüben einer elastischen Kraft mittels des elastischen Elements (48) gegen den Bremsbelag (50, 52) zur Ausübung einer Bremskraft zu Beginn eines automatischen Fahrmanövers; und b. Durchführen des automatischen Fahrmanövers, wobei die vom elastischen Element (48) gegen den Bremsbelag (50, 52) zur Ausübung einer Bremskraft ausgeübte elastische Kraft derart hoch ist, dass beim Auftreten eines Fehlerfalls oder eines vorgegebenen Ereignisses das Fahrzeug (10) abgebremst wird, vorzugsweise, dass das Fahrzeug (10) in den Stillstand abgebremst wird und im Stillstand gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach der Beendigung des automatischen Fahrmanövers die Bremsvorrichtung (32) derart betätigt wird, dass eine Zielbremskraft ausgeübt wird.
Steuer- und Regeleinrichtung (14) für eine Bremsvorrichtung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Prozessor und einem Speicher, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.