DE102023200327A1 - Electromechanical brake - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse (4) zum Bremsen eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Spindeltriebanordnung (16) mit einer Spindel (12) und einer Spindelmutter (24), wobei über eine Rotation der Spindel (12) oder der Spindelmutter (24) ein Bremskolben (20) axial verschiebbar ist. An dem Bremskolben (20) oder der Spindeltriebanordnung (16) ist eine Sensorik (32, 40) angeordnet, über welche, zum Stoppen eines Antriebmotors (8) und zur Kalibrierung der elektromechanischen Bremse (4), zumindest eine hintere Endposition des Bremskolbens (20), detektierbar ist.The invention relates to an electromechanical brake (4) for braking a motor vehicle, comprising a spindle drive arrangement (16) with a spindle (12) and a spindle nut (24), wherein a brake piston (20) can be axially displaced by rotating the spindle (12) or the spindle nut (24). A sensor system (32, 40) is arranged on the brake piston (20) or the spindle drive arrangement (16), via which at least one rear end position of the brake piston (20) can be detected in order to stop a drive motor (8) and to calibrate the electromechanical brake (4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanische Bremse zum Bremsen eines Kraftfahrzeuges und ein Verfahren zum Kalibrieren einer solchen elektromechanischen Bremse.The present invention relates to an electromechanical brake for braking a motor vehicle and a method for calibrating such an electromechanical brake.
Stand der TechnikState of the art
Heutige Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit hydraulisch angesteuerten Betriebsbremsen ausgestattet. Solche Bremsen gestatten während des Betriebs ein Einbremsen des Kraftfahrzeugs. Nach einem Abstellen des Kraftfahrzeugs kann ein Kraftfahrzeug aufgrund von minimalen Leckagen in dem hydraulischen System nicht dauerhaft in einem gebremsten Zustand gehalten werden. Daher ist üblicherweise eine elektromechanische Bremse in dem Kraftfahrzeug vorgesehen. Bei einer solchen Bremse wird ein Bremskolben, ohne Bremsflüssigkeit, über eine elektromechanische Verstellung, dauerhaft in einer Bremsposition gehalten. Da solche Bremsen somit hauptsächlich für den Parkvorgang gebraucht werden, werden solche Bremsen daher auch als Parkbremsen bezeichnet.Today's motor vehicles are usually equipped with hydraulically controlled service brakes. Such brakes allow the motor vehicle to be braked during operation. After the motor vehicle has been parked, a motor vehicle cannot be kept permanently in a braked state due to minimal leaks in the hydraulic system. Therefore, an electromechanical brake is usually provided in the motor vehicle. With such a brake, a brake piston is permanently held in a braking position without brake fluid via an electromechanical adjustment. Since such brakes are mainly used for parking, such brakes are also referred to as parking brakes.
Die
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt darin, eine elektromechanische Bremse anzugeben, mit welcher zusätzliche Bremsfunktionen sowie auch Betriebsbremsungen präzise durchführbar sind.The object underlying the invention is to provide an electromechanical brake with which additional braking functions as well as service braking can be carried out precisely.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektromechanische Bremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektromechanischen Bremse mit den Merkmalen von Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object is achieved by an electromechanical brake having the features of patent claim 1. Furthermore, the object is achieved by a method for calibrating an electromechanical brake having the features of claim 6. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung gibt eine elektromechanische Bremse zum Bremsen eines Kraftfahrzeugs an. Die elektromechanische Bremse umfasst dabei eine Spindeltriebanordnung mit einer Spindel und einer Spindelmutter, wobei über eine Rotation der Spindel oder der Spindelmutter ein Bremskolben axial verschiebbar ist. An dem Bremskolben oder der Spindeltriebanordnung ist eine Sensorik angeordnet, über welche, zum Stoppen eines Antriebmotors und zur Kalibrierung der elektromechanischen Bremse, zumindest eine hintere Endposition des Bremskolbens, detektierbar ist.The invention specifies an electromechanical brake for braking a motor vehicle. The electromechanical brake comprises a spindle drive arrangement with a spindle and a spindle nut, wherein a brake piston can be axially displaced via a rotation of the spindle or the spindle nut. A sensor system is arranged on the brake piston or the spindle drive arrangement, via which at least one rear end position of the brake piston can be detected in order to stop a drive motor and to calibrate the electromechanical brake.
Die hintere Endposition ist dabei eine Position, welche kurz vor einer Struktur bedingten tatsächlichen Endposition der elektromechanischen Bremse liegt. Diese Position ist dabei entgegengesetzt zu einer Stellung, bei welcher der Bremsbelag an der Bremsscheibe anliegt. Die hintere Endposition dient dabei als eine Referenzposition, über welche verschleißbedingte Werteänderungen der elektromechanischen Bremse neu kalibriert werden können. Durch eine vermehrte Nutzung ist eine häufigere Kalibrierung notwendig. Dadurch kann dauerhaft eine hohe Präzision der elektromechanischen Bremse sichergestellt werden. Zudem wird durch die kontaktlose sensorische Feststellung der hinteren Endposition, trotz einer häufigeren Kalibrierung, eine hohe Präzision über die gesamte Lebensdauer sichergestellt. Durch die kontaktlose Feststellung wird zudem eine Geräuschentwicklung bei der Bestimmung der hinteren Endposition vermieden, so dass eine vollkommen geräuschfreie Ermittlung möglich ist.The rear end position is a position which is shortly before the actual end position of the electromechanical brake due to its structure. This position is opposite to a position in which the brake pad is in contact with the brake disc. The rear end position serves as a reference position which can be used to recalibrate changes in the electromechanical brake values due to wear. Increased use means that more frequent calibration is necessary. This ensures that the electromechanical brake remains highly precise over the long term. In addition, the contactless sensory detection of the rear end position ensures high precision over the entire service life, despite more frequent calibration. The contactless detection also prevents noise when determining the rear end position, making it possible to determine the value completely noise-free.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Bremse eine Parkbremse. Wie bereits zuvor beschrieben, werden Parkbremsen üblicherweise lediglich für den Parkbremsvorgang verwendet. Die Parkbremse kann durch die ständige Kalibrierung auch zur Unterstützung der Betriebsbremse oder auch bei einem Ausfall der Betriebsbremse mit einer hohen Präzision verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention, the brake is a parking brake. As already described above, parking brakes are usually only used for the parking braking process. Due to the constant calibration, the parking brake can also be used with high precision to support the service brake or even in the event of a service brake failure.
Alternativ dazu ist die Bremse eine Betriebsbremse. Durch die kontaktlose und damit verschleißarme Kalibrierung, kann eine solche Bremse auch als Betriebsbremse verwendet werden. Eine präzise Bremsung ist dadurch, trotz Verschleiß, dauerhaft gewährleistet. Dadurch kann auf eine hydraulische Bremse vollständig verzichtet werden, wodurch die Kosten für eine solche Bremsanlage wesentlich reduziert werden können.Alternatively, the brake is a service brake. Due to the contactless and therefore low-wear calibration, such a brake can also be used as a service brake. This ensures precise braking over the long term, despite wear. This means that a hydraulic brake can be completely dispensed with, which can significantly reduce the costs of such a braking system.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist zwischen der hinteren Endposition und einer Bremsposition des Bremskolbens wenigstens eine zweite Sensorik angeordnet. Als Bremsposition wird eine axiale Stellung des Bremskolbens verstanden, bei welcher ein Bremsbelag an einer Bremsscheibe, zum Einbremsen des Rades, anliegt. Diese Position ist dabei entgegensetzt zu der hinteren Endposition. Durch eine Verwendung einer zweiten Sensorik zwischen diesen beiden Positionen ist es möglich, ausgehend von der hinteren Endposition oder der Bremsposition, eine Vorschubgeschwindigkeit des Bremskolbens zu ermitteln, so dass beispielsweise eine Regelung des Bremsvorgangs verbessert wird.In a further preferred embodiment of the invention, at least one second sensor is arranged between the rear end position and a braking position of the brake piston. sition is understood to mean an axial position of the brake piston in which a brake pad rests on a brake disc to brake the wheel. This position is opposite to the rear end position. By using a second sensor between these two positions, it is possible to determine a feed rate of the brake piston starting from the rear end position or the braking position, so that, for example, control of the braking process is improved.
Vorzugsweise ist die Sensorik als Schalter ausgebildet. Bei der hinteren Endposition kann beispielsweise über den Schalter ein Stromkreis geöffnet oder geschlossen werden, so dass dies über ein Steuergerät detektierbar ist. Dadurch kann auch einfache Weise die hintere Endposition ermittelt werden.Preferably, the sensor is designed as a switch. At the rear end position, for example, an electrical circuit can be opened or closed via the switch so that this can be detected by a control unit. This also makes it easy to determine the rear end position.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Sensorik elektrische, optische induktive oder magnetische Sensoren auf. Durch diese Sensoren ist eine einfache kontaktlose Bestimmung der Endposition möglich.In an advantageous further development, the sensor system has electrical, optical inductive or magnetic sensors. These sensors enable simple contactless determination of the end position.
Die Erfindung gibt zusätzlich ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektromechanischen Bremse an. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte des Ansteuerns eines Antriebsmotors zum Zurückfahren des Bremskolbens in Richtung einer hinteren Endposition und des Detektierens eines Signals einer Sensorik für die hintere Endposition. In weiteren Schritten wird der Antriebsmotors gestoppt und diese Position als Referenzposition festgelegt. Anschließend wird die elektromechanische Bremse anhand der Referenzposition kalibriert. Durch diese Verfahren kann die elektromechanische Bremse beliebig oft nachkalibriert werden, so dass dauerhaft eine genaue Bremsung des Fahrzeugrades möglich ist.The invention also provides a method for calibrating an electromechanical brake. The method comprises the steps of controlling a drive motor to move the brake piston back towards a rear end position and detecting a signal from a sensor for the rear end position. In further steps, the drive motor is stopped and this position is set as the reference position. The electromechanical brake is then calibrated using the reference position. Using this method, the electromechanical brake can be recalibrated as often as required, so that precise braking of the vehicle wheel is possible over the long term.
Vorteilhafterweise wird in einem weiteren Schritt ausgehend von der Referenzposition ein axialer Weg des Bremskolbens bis zu einer Bremsposition ermittelt. Die Bremsposition kann dabei ohne weitere Sensoren ermittelt werden, indem ermittelt wird, wann der Motorstrom, aufgrund einer ausbleibenden axialen Bewegung des Bremskolbens, ansteigt. Anhand dieses axialen Weges kann ein Verschleiß des Bremsbelags ermittelt werden. Ebenso kann dadurch rechtzeitig eine Mitteilung zum Wechseln der Bremsbeläge ausgegeben werden. Auf separate Sensoren zur Bestimmung der Bremsbelagdicke kann dadurch verzichtet werden.Advantageously, in a further step, an axial path of the brake piston to a braking position is determined starting from the reference position. The braking position can be determined without additional sensors by determining when the motor current increases due to a lack of axial movement of the brake piston. This axial path can be used to determine wear on the brake pad. This also allows a timely notification to change the brake pads. This means that separate sensors for determining the brake pad thickness can be dispensed with.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird aus einem Sensorsignal zwischen der hinteren Endposition und einer Bremsposition des Bremskolbens und des Signals der Sensorik für die hintere Endposition eine Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsmotors bestimmt. Ausgehend von der Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsmotors und der Gewindesteigung lässt sich zusätzlich die Vorschubgeschwindigkeit des Bremskolbens ermittelt. Anhand dieses Verfahrensschrittes ist eine bessere Regelung der elektromechanischen Bremse möglich.In a further advantageous embodiment, a rotational speed of the drive motor is determined from a sensor signal between the rear end position and a braking position of the brake piston and the signal from the sensor for the rear end position. Based on the rotational speed of the drive motor and the thread pitch, the feed speed of the brake piston can also be determined. This process step enables better control of the electromechanical brake.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
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1 Elektromechanische Bremse nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, -
2 Elektromechanische Bremse nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und -
3 Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Kalibrieren der elektromechanischen Bremse.
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1 Electromechanical brake according to a first embodiment of the invention, -
2 Electromechanical brake according to a second embodiment of the invention, and -
3 Embodiment of a method for calibrating the electromechanical brake.
In
Durch Drehen der Spindel 12 ist die Spindelmutter 24 mit dem Bremskolben 20 axial bewegbar, so dass ein hier nicht gezeigter Bremsbelag an eine Bremsscheibe bringbar ist. An der Spindelmutter 24 ist ein Absatz 28 angeordnet, welcher beim Stand der Technik bislang an der Spindelmutter 24 anschlägt und die tatsächliche hintere Endposition bildet. Anhand dieser Position wurde bisher die elektromechanische Bremse 4 kalibriert. Da durch die beabsichtigte vermehrte Nutzung der elektromechanischen Bremse 4 diese hintere Endposition öfter angefahren werden muss und zu einem Ausfall der elektromechanischen Bremse 4 führen könnte, ist vor Erreichen der tatsächlichen hinteren Endposition des Bremskolbens 20, ein induktiver Sensor 32 angeordnet, welcher einen am Bremskolben 20 angebrachten Magneten 36 detektiert. Dies wird anschließend einem Steuergerät 38 übermittelt, welches den Antriebsmotor 8 stoppt. Dadurch wird vor einem Anschlagen des Absatzes 28 an der Spindelmutter 24 die hintere Endposition gemessen.By turning the spindle 12, the spindle nut 24 can be moved axially with the brake piston 20 so that a brake pad (not shown here) can be brought onto a brake disk. A shoulder 28 is arranged on the spindle nut 24, which in the prior art previously struck the spindle nut 24 and formed the actual rear end position. The electromechanical brake 4 was previously calibrated using this position. Since the intended increased use of the electromechanical brake 4 means that this rear end position has to be approached more often and could lead to a failure of the electromechanical brake 4, an inductive sensor 32 is arranged before the actual rear end position of the brake piston 20 is reached, which detects a magnet 36 attached to the brake piston 20. This is then transmitted to a control unit 38, which stops the drive motor 8. The rear end position is therefore measured before the shoulder 28 strikes the spindle nut 24.
Zusätzlich zu der Sensorik zur Erkennung der hinteren Endposition ist eine zweite Sensorik 48 zwischen der Endposition und der Bremsposition angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist diese zweite Sensorik 48 ein induktiver Sensor, welcher einen am Bremskolben 20 angeordneten Magneten 36 detektiert. Durch die zweite Sensorik 48 und der Gewindesteigung der Spindeltriebanordnung 16 ist eine Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsmotors 8 ermittelbar.In addition to the sensor system for detecting the rear end position, a second sensor system 48 is arranged between the end position and the braking position. In this exemplary embodiment, this second sensor system 48 is an inductive sensor which detects a magnet 36 arranged on the brake piston 20. A rotational speed of the drive motor 8 can be determined by the second sensor system 48 and the thread pitch of the spindle drive arrangement 16.
Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Kalibrieren der elektromechanischen Bremse 4 ist in
Zum Bestimmen des Bremsbelagverschleißes kann der Bremskolben 20 zusätzlich in einem weiteren Schritt in Richtung der Bremsposition verfahren werden F. Zwischen der hinteren Endposition und der Bremsposition wird ein Sensorsignal detektiert G. Ausgehend von einem bekannten Abstand zwischen der hinteren Endposition und der Position der zweiten Sensorik 48 sowie der Gewindesteigung der Spindeltriebanordnung 16 wird in einem weiteren Schritt H eine Rotationsgeschwindigkeit des Antriebmotors 8 oder eine Vorschubgeschwindigkeit des Bremskolbens 20 ermittelt.To determine the brake pad wear, the brake piston 20 can additionally be moved in the direction of the braking position in a further step F. A sensor signal is detected G between the rear end position and the braking position. Based on a known distance between the rear end position and the position of the second sensor 48 and the thread pitch of the spindle drive arrangement 16, a rotational speed of the drive motor 8 or a feed speed of the brake piston 20 is determined in a further step H.
Bei Erreichen der Bremsposition wird in einem nächsten Schritt I ein Vorliegen dieser Position beispielsweise durch ein Ansteigen des Motorstroms ermittelt. Anschließend wird ein Weg zwischen der hinteren Endposition und der Bremsposition ermittelt J. Aus der Differenz zwischen einer vorangegangenen Messung und dieser Messung wird ein Verschleiß des Bremsbelags ermittelt K. Auch kann eine noch verbleibende Bremsbelagdicke ermittelt werden, so dass frühzeitig der Bremsbelag gewechselt werden kann. Diese Schritte werden dabei durch das Steuergerät 38 durchgeführt.When the braking position is reached, the presence of this position is determined in a next step I, for example by an increase in the motor current. A path between the rear end position and the braking position is then determined J. The wear of the brake pad is determined from the difference between a previous measurement and this measurement K. The remaining brake pad thickness can also be determined so that the brake pad can be changed early. These steps are carried out by the control unit 38.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008042778 B4 [0003]DE 102008042778 B4 [0003]
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