DE10212612B4

DE10212612B4 - Elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse

Info

Publication number: DE10212612B4
Application number: DE10212612.7A
Authority: DE
Inventors: Gregor Godlewsky; Thomas Maur; Michael Keller
Original assignee: Lucas Automotive GmbH
Current assignee: ZF Active Safety GmbH
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2002-03-21
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2022-03-22
Also published as: DE10212612A1

Abstract

Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben (34), der auf wenigstens einen Reibbelag (14, 14') wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (34) den Reibbelag (14, 14') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst, und einer von einem Elektromotor (20) angetriebenen, auf den Bremskolben (34) wirkenden Getriebeeinheit (26, 28) zum Betätigen des Bremskolbens, wobei der Elektromotor (20) durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) angesteuert wird, die dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter des Elektromotors (20) und der Fahrzeugbremse zu erfassen, wobei die Betriebsparameter wenigstens die Stromaufnahme des Elektromotors (20) und die durch die Fahrzeugbremse hervorgerufene Bremskraft umfassen, wobei die Fahrzeugbremse einen zwischen dem Bremskolben (34) und einem Reibbelag angeordneten Kraftsensor (36) aufweist, wobei der Kraftsensor (36) mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist, wobei der Kraftsensor (36) ein Signal (F) erzeugt und an die elektronische Steuereinheit (ECU) leitet, und wobei die elektronische Steuereinheit (ECU) einen Signalausgang aufweist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens- /Funktionsdauer erreicht haben, wobei die elektronische Steuereinheit (ECU) ein in ihr ablaufendes Steuer- und Auswerteprogramm umfasst, das dazu eingerichtet ist, aus den Signalen der Betriebsparameter des Elektromotors (20) und der Fahrzeugbremse zu ermitteln, ob ein vorbestimmter Toleranzbereich überschritten oder unterschritten wird und damit Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens- /Funktionsdauer erreicht haben, wobei die Komponenten der Fahrzeugbremse zumindest Führungen, Lager, Getriebekomponenten und Motorkomponenten umfassen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine elektrisch betätigbare Fahrzeugbremse. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben, der auf wenigstens einen Reibbelag wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben den Reibbelag gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest zu verbindendes Drehglied der Fahrzeugbremse preßt, und einer von einem Elektromotor angetriebenen, auf den Bremskolben wirkenden Getriebeeinheit zum Betätigen des Bremskolbens, wobei der Elektromotor durch eine elektronische Steuereinheit anzusteuern ist, die auch dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter des Elektromotors und der Fahrzeugbremse zu erfassen.
Stand der Technik
Aus der EP 0 729 871 A1 ist eine Fahrzeugbremse bekannt, bei der ein Reibbelag mittels eines Bremskolbens durch Hydraulikdruck gegen eine Bremsscheibe gepreßt werden kann, um deren Drehung abzubremsen. Hierzu wird in üblicher Weise Hydraulikfluid unter Druck in eine Hydraulikkammer eingeleitet, deren eine Begrenzungswand durch den Bremskolben gebildet ist. Der Druck in der Hydraulikkammer führt dann zur Verschiebung des Bremskolbens und damit des Reibbelags in Richtung auf die Bremsscheibe. Diese bekannte Fahrzeugbremse ist nicht nur als Betriebsbremse, sondern darüber hinaus auch als Feststellbremse - auch Parkbremse genannt - verwendbar. Dazu weist sie eine Spindel/Mutter-Anordnung zum mechanischen Feststellen des Bremskolbens in einem Zustand auf, in dem der Reibbelag sich in Eingriff mit der Bremsscheibe befindet.
DE 196 25 400 C1 offenbart eine Bremsanlage mit vier Bremsen, die jeweils eine Bremsscheibe und einen Radbremsaktuator aufweisen. Jeder Radbremsaktuator verfügt über eine Leistungs- und Steuerelektronik, die von einem zugehörigen Steuergerät mit Steuersignalen versorgt wird und an das Steuergerät Rückmeldegrößen übermittelt. Die Leistung- und Steuerelektronik erhält von dem Radbremsaktuator ebenfalls Rückmeldegrößen. Die Sollgrößen für jeden Radbremsaktuator werden von der Steuereinheit aus Messgrößen ermittelt, die von einem Kraftsensor und einem Wegsensor geliefert werden.
Ausserdem sind Bremsanordnungen bekannt, bei denen zusätzlich oder anstelle der hydraulischen Betätigung ein elektrischer Antrieb die zur Verschiebung des Bremskolbens und damit des Reibbelags in Richtung auf die Bremsscheibe und davon weg bewirkt. Allerdings ist bei diesen Anordungen sicherzustellen, dass ein möglicher Ausfall oder eine Verschlechterung der Bremseigenschaften aufgrund von Verschleiss, Reibung, etc. also Abweichungen vom Normalverhalten der Bremsanordnung frühzeitig erkannt und ggf. durch Wartung oder Austausch behoben werden können.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, bei der eingangs geschilderten Bremsenanordnung die Betriebsicherheit zu erhöhen.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieses Problems wird eine elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Dieses Ausgangssignal kann dann als Alarmsignal auf dem Bordcomputer-Display des Kraftfahrzeuges oder einfach mittels einer entsprechenden Anzeigelampe am Armaturenbrett für den Fahrer wiedergegeben werden. Weiterhin kann dieses Signal auch zur Festlegung des Serviceintervalls des Kraftfahrzeuges herangezogen werden.
Moderne Kraftfahrzeuge sind mit einem sog. CAN-Bus ausgestattet, um ermittelte Betriebsparameter von Komponenten oder Baugruppen des Kraftfahrzeuges den im Kraftfahrzeug vorhandenen Steuerungen bereitzustellen bzw. Ansteuersignale von den Steuerungen an Komponenten oder Baugruppen des Kraftfahrzeuges zu übermitteln. Daher sind die Betriebsparameter des Elektromotors und der Fahrzeugbremse (zum Beispiel Stromaufnahme des Elektromotors und von der Fahrzeugbremse ausgeübte Bremskraft) für andere Zwecke ohnehin erfaßt und werden ausgewertet. Somit entsteht insoweit kein weiterer Aufwand an Komponenten, Verschaltung etc. Daher kann die die aus der Erfindung resultierende erhöhte Sicherheit bei geringstem zusätzlichem Aufwand bereitgestellt werden.
Sofern die Betriebsparameter des Elektromotors und der Fahrzeugbremse (zum Beispiel Stromaufnahme des Elektromotors und von der Fahrzeugbremse ausgeübte Bremskraft) nicht in dem CAN-Bus verfügbar sind, ist es erforderlich diese Daten in sonstiger Weise (durch geeeignete Sensoren) der elektronischen Steuereinheit (ECU) bereitzustellen
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die elektronische Steuereinheit einen Speicher, in dem Kenngrössen der Fahrzeugbremse abgelegt sind, die für die Lebens-/Funktionsdauer der Komponenten der Fahrzeugbremse charakteristisch sind, sowie eine Rechnereinheit, die zum Vergleichen der erfassten Betriebsparameter mit den abgelegten Kenngrössen der Fahrzeugbremse eingerichtet ist, und die das Ausgangssignal erzeugt, welches angibt, dass Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens-/Funktionsdauer erreicht haben.
Hierbei kann der Speicher die Kenngrössen der Fahrzeugbremse als Wertetabelle oder als mathematische Funktion enthalten.
Um sicher zu stellen, dass zum Beispiel ein geringfügiges Verschleissen von Lagern oder Führungen nicht zu einem Erzeugen des Alarmsignals führt, sondern erst ein signifikantes Abweichen von als Normal festgelegten Kenngrössen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein die Kenngrössen der Fahrzeugbremse umgebender Toleranzbereich in dem Speicher abgelegt, bei dessen Überschreiten oder Unterschreiten die elektronische Steuereinheit das Ausgangssignal abgibt. Vorzugsweise enthält der Speicher den Toleranzbereich in Form von wenigstens einem Wert oder als mathematische Funktion.
Um sicherzustellen, dass vereinzelt auftretende Abweichungen von den normalen Kenngrößen nicht unmittelbar zu einem Erzeugen des Alarmsignals führen, weist die elektronische Steuereinheit einen Ereigniszähler auf, den die elektronische Steuereinheit erhöht, wenn das Überschreiten oder Unterschreiten des Toleranzbereiches auftritt. Die elektronische Steuereinheit gibt erst dann das Ausgangssignal ab, wenn der Ereigniszähler einen vorbestimmten Wert eingenommen hat.
Die Erfindung betrifft auch eine Fahrzeugbremsanlage mit wenigstens einer der vorstehend beschriebenen elektrisch angetriebenen Fahrzeugbremsen, wobei die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet und programmiert ist, zur gelegentlichen Überprüfung der Fahrzeugbremsen zu vorbestimmten äusseren Ereignissen bei stehendem Landfahrzeug die Elektromotoren einzelner Fahrzeugbremsen zu betätigen, dabei die Stromaufnahme des jeweiligen Elektromotors im Verhältnis zur hervorgerufenen Bremskraft zu erfassen und zu den in dem Speicher abgelegten entsprechenden Kenngrössen bzw. deren Toleranzbereich in Bezug zu setzen, und bei Überschreiten oder Unterschreiten des Toleranzbereiches das Ausgangssignal abzugeben.
Um die Bordspannungsversorgung bei nicht laufendem Verbrennungsmotor nicht übermässig zu strapazieren, ist vorzugsweise die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet und programmiert, die Elektromotoren der einzelnen Fahrzeugbremsen zum Ausführen der Überprüfung nacheinander anzusteuern.
Der äussere Anlass kann dabei das Öffnen der Fahrertür, das Öffnen des Tankdeckels oder ein anderes derartiges Ereignis sein.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Abwandlungen der Erfindung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnung nachstehend erläutert.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung einer elektrisch betätigbaren Fahrzeugbremse in Form einer Kraftfahrzeug-Scheibenbremse gemäß der Erfindung im Längsschnitt.
2 zeigt eine Kraft/Stromkennlinie einer Kraftfahrzeug-Scheibenbremse gemäß der Erfindung mit entsprechenden Toleranzbereichen.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine elektrisch betätigbare Kraftfahrzeug-Scheibenbremse, die einen im Querschnitt im wesentlichen U-förmigen Bremssattel 10 sowie eine an dem Bremssattel 10 angeordnete elektrische Betätigungseinheit 12 aufweist. In dem Bremssattel 10 sind an dessen beiden Schenkeln 10', 10" zwei (in nicht weiter veranschaulichten Führungen aufgenommene) Reibbeläge 14, 14' angeordnet. Die beiden Reibbeläge 14, 14' sind zu beiden Seiten einer durch den Bremssattel 10 übergriffenen Bremsscheibe 16 angeordnet und wirken mit jeweils einer Seitenfläche 16', 16" der Bremsscheibe 16 zusammen, die drehfest mit einem lediglich teilweise gezeigten Achsstummel 18 des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die Reibbeläge 14, 14' sind im Bremssattel 10 auf die Bremsscheibe 16 hin bzw. von ihr weg verschiebbar angeordnet. Dabei handelt es sich in der gezeigten Ausführungsform um eine Schwimmsattelanordnung, bei der einer der Reibbeläge 14 durch die Betätigungseinheit 12 direkt und der andere Reibbelag 14' durch die Wirkung einer vom Bremssattel 10 aufgebrachten Reaktionskraft mit der Bremsscheibe 16 in Reibungseingriff bringbar ist.
Die Betätigungseinheit 12 ist seitlich an dem Bremssattel 10 angesetzt und weist einen Elektromotor 20 auf, durch den ein Bremskolben 34 verschiebbar ist. Der Bremskolben 34 ragt durch den Elektromotor 20 hindurch bis zu dem Rebbelag 14. Der Elektromotor 20 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Innenläufermotor mit einem am Gehäuse fest angeordneten Stator 22 und einem darin umlaufenden Rotor 24. Im Innern des Rotors 24 ist eine Innenverzahnung 26 angeordnet, die eine Drehung des Rotors 24 auf einen Kranz 28 mit einer Außenverzahnung übertragen kann, der drehfest aber axial verschiebbar auf dem Bremskolben 34 angeordnet ist. Dieses nach Art einer Mutter/ Spindelanordung arbeitende Getriebe hat eine relativ hohe Untersetzung. Dieses Getriebe 26, 28 dient dazu, die Drehbewegung des Elektromotors 20 in eine Längsbewegung des Bremskolbens 34 für die Reibbeläge 14, 14' umzusetzen.
Der Elektromotor 20 ist über entsprechende Leitungen mit einer elektronischen Steuereinheit ECU für die Erzeugung der Ansteuersignale des Elektromotors 20 verbunden. Aus ebenfalls im Kraftfahrzeug vorhandenen Sensoren S1 ... Sn werden für Betriebszustände des Kraftfahrzeuges repräsentative Signale an die elektronische Steuereinheit ECU geschickt. Ein Signal F wird durch einen zwischen dem Bremskolben 34 und dem Reibbelag angeordneten Kraftsensor 36 erzeugt und an die elektronische Steuereinheit (ECU) geleitet. Da die elektronische Steuereinheit (ECU) den Ansteuerstrom für den Elektromotor 20 liefert, ist es ohne weiteres möglich, in der elektronischen Steuereinheit (ECU) den funktionellen Zusammenhang zwischen der von der Fahrzeugbremse ausgeübten Kraft und dem dafür eingesetzten Strom für den Elektromotor 20 innerhalb eines Bremszyklus (Zustellen der Bremsbeläge an der Bremsscheibe und anschliessendes Freistellen der Bremsbeläge von der Bremsscheibe) zu bestimmen.
Ein solcher Bremszyklus ist in 2 veranschaulicht. Dabei hat die Kraft/Stromkennlinie 50 einer realen Fahrzeugbremse aufgrund der unvermeidlichen Reibungs-, Haft-, und sonstiger Verluste im Elektromotor, in dem Getriebe, in den Führungen der Reibbeläge etc. eine Hysterese. In 2 ist diese ideale, theroretische Kraft/ Stromkennlinie als kurz gestrichelte Linie veranschaulicht. Der Bremszyklus beginnt - mit von der Bremsscheibe im Abstand befindlichen Bremsbelägen im Ursprung „O“ des Koordinatensystems. Bei dem Punkt „X“ haben die Bremsbeläge das Bremslüftspiel überwunden und liegen an der Bremsscheibe an. Ab dem Punkt „X“ nimmt die Kraft bei zunehmendem Strom zu, bis die maximale Zuspannkraft im Punkt „Y“ erreicht ist. Eine Abnahme des Stroms bewirkt zunächst keine Abnahme der Zuspannkraft (Hysterese-Effekt). Erst wenn der Strom den Punkt „Z“ erreicht hat, nimmt auch die Zuspannkraft wieder ab, bis der Punkt „X“ wieder erreicht ist.
In der elektronischen Steuereinheit (ECU) ist diese Kraft/Stromkennlinie einer realen, fabrikneuen Fahrzeugbremse abgespeichert. In 2 ist diese Kraft/ Stromkennlinie als durchgezogene Linie veranschaulicht. Weiterhin ist in der elektronischen Steuereinheit (ECU) ein Toleranzbereich abgespeichert. In 2 ist dieser Toleranzbereich als lang gestrichelte Linie veranschaulicht. Die elektronische Steuereinheit (ECU) bewirkt durch ein in der elektronischen Steuereinheit (ECU) abgespeichertes und ablaufendes Prüfprogramm eine Testbetätigung der Fahrzeugbremse bei der der Elektromotor so bestromt wird, dass ein Bremszyklus ausgeführt wird. Wenn dabei die tatsächlichen, gemessenen oder erfassten Werte von dieser Kraft/Stromkennlinie einer realen, fabrikneuen Fahrzeugbremse in einem Maß abweichen, dass dieser Toleranzbereich verlassen ist, wird durch das Prüfprogramm ein Ereigniszähler inkrementiert. Sobald der Ereigniszähler einen vorbestimmten Wert, zum Beispiel 20 erreicht hat wird dann ein Alarmsignal ausgegeben.
Es versteht sich, dass der Toleranzbereich in bestimmten Bereichen eine größere Differenz zu dem Verlauf der realen Kennlinie haben kann als in anderen. So ist zum Beispiel auch möglich, insbesondere in den niedrigen Kraftbereichen größere Toleranzen zuzulassen, da in diesen Betätigungsbereichen Beschädigungen an Führungen oder dergl. stärker ins Gewicht fallen. Ungeachtet dessen ist der genaue Verlauf des Toleranzbandes empirisch festzulegen. Das Toleranzband kann auch durch eine der Ansteuerung des Elektromotors für einen Bremszyklus unterlegte Positionssteuerung ermittelt werden.

Claims

Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse mit einem Bremskolben (34), der auf wenigstens einen Reibbelag (14, 14') wirkt und aus einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung verschiebbar ist, in der der Bremskolben (34) den Reibbelag (14, 14') gegen ein mit einem Rad des Kraftfahrzeuges drehfest verbundenes Drehglied (16) der Fahrzeugbremse presst, und einer von einem Elektromotor (20) angetriebenen, auf den Bremskolben (34) wirkenden Getriebeeinheit (26, 28) zum Betätigen des Bremskolbens, wobei der Elektromotor (20) durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) angesteuert wird, die dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter des Elektromotors (20) und der Fahrzeugbremse zu erfassen, wobei die Betriebsparameter wenigstens die Stromaufnahme des Elektromotors (20) und die durch die Fahrzeugbremse hervorgerufene Bremskraft umfassen, wobei die Fahrzeugbremse einen zwischen dem Bremskolben (34) und einem Reibbelag angeordneten Kraftsensor (36) aufweist, wobei der Kraftsensor (36) mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) verbunden ist, wobei der Kraftsensor (36) ein Signal (F) erzeugt und an die elektronische Steuereinheit (ECU) leitet, und wobei die elektronische Steuereinheit (ECU) einen Signalausgang aufweist, der ein Ausgangssignal abgibt, wenn Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens- /Funktionsdauer erreicht haben, wobei die elektronische Steuereinheit (ECU) ein in ihr ablaufendes Steuer- und Auswerteprogramm umfasst, das dazu eingerichtet ist, aus den Signalen der Betriebsparameter des Elektromotors (20) und der Fahrzeugbremse zu ermitteln, ob ein vorbestimmter Toleranzbereich überschritten oder unterschritten wird und damit Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens- /Funktionsdauer erreicht haben, wobei die Komponenten der Fahrzeugbremse zumindest Führungen, Lager, Getriebekomponenten und Motorkomponenten umfassen.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) einen Speicher (M) aufweist, in dem Kenngrößen der Fahrzeugbremse abgelegt sind, die für die Lebens-/Funktionsdauer der Komponenten der Fahrzeugbremse charakteristisch sind, sowie eine Rechnereinheit (CPU), die zum Vergleichen der erfassten Betriebsparameter mit den abgelegten Kenngrößen der Fahrzeugbremse eingerichtet ist, und die das Ausgangssignal erzeugt, welches anzeigt, dass Komponenten der Fahrzeugbremse einen kritischen Punkt ihrer Lebens-/Funktionsdauer erreicht haben.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (M) die Kenngrößen der Fahrzeugbremse als Wertetabelle oder als mathematische Funktion enthält.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngrößen der Fahrzeugbremse den Zusammenhang zwischen der Stromaufnahme des Elektromotors und der durch die Fahrzeugbremse hervorgerufenen Bremskraft umfassen.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Kenngrößen der Fahrzeugbremse umgebender Toleranzbereich in dem Speicher abgelegt ist, bei dessen Überschreiten oder Unterschreiten die elektronische Steuereinheit (ECU) das Ausgangssignal abgibt.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Toleranzbereich in dem Speicher als Wertetabelle oder als mathematische Funktion abgelegt ist.
Elektrisch angetriebene Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) einen Ereigniszähler aufweist, den die elektronische Steuereinheit (ECU) erhöht, wenn das Überschreiten oder Unterschreiten des Toleranzbereiches auftritt und erst dann das Ausgangssignal abgibt, wenn der Ereigniszähler einen vorbestimmten Wert einnimmt.
Fahrzeugbremsanlage mit wenigstens einer elektrisch angetriebenen Fahrzeugbremse nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet und programmiert ist, bei stehendem Landfahrzeug die Elektromotoren einzelner Fahrzeugbremsen zu betätigen, wenn die Steuereinheit ein durch ein vorbestimmtes äußeres Ereignis ausgelöstes Signal erhält, und dabei die Stromaufnahme des jeweiligen Elektromotors im Verhältnis zur hervorgerufenen Bremskraft zu erfassen und zu den in einem Speicher (M) der Steuereinheit abgelegten entsprechenden Kenngrößen bzw. deren Toleranzbereich in Bezug zu setzen, und bei Überschreiten oder Unterschreiten des Toleranzbereiches das Ausgangssignal abzugeben.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (ECU) dazu eingerichtet und programmiert ist, die Elektromotoren der einzelnen Fahrzeugbremsen nacheinander anzusteuern.
Fahrzeugbremsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Anlass das Öffnen der Fahrertür, das Öffnen des Tankdeckels oder andere derartige Ereignisse sind.