WO2008012123A1

WO2008012123A1 - Aktuator mit funktionsüberwachung

Info

Publication number: WO2008012123A1
Application number: PCT/EP2007/054926
Authority: WO
Inventors: Manfred Gaul
Original assignee: Continental Automotive Gmbh
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP2049375A1; CN101495352A; DE102006034597A1; US20090308701A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (10), insbesondere ein Bremsaktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebselement (20, 200), einem Abtriebselement (30, 32, 300), das mit dem Antriebselement (20, 200) über mindestens ein elastisches Element (40, 42, 44, 46, 400) gekoppelt ist, einem ersten Sensor (60, 600) zum Erfassen einer Lageänderung des Antriebselements (20, 200), und einem zweiten Sensor (62, 620) zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements (30, 32, 300). Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators (10), sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung

Aktuator mit Funktionsüberwachung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen Bremsaktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators sowie ein Computerprogramm und ein Computerpro^¬ grammprodukt zum Ausführen des Verfahrens.

Stand der Technik

Beim Einsatz von elektromechanisch oder elektromotorisch betriebenen Aktuatoren zur Betätigung einer Feststellbremse in einem Kraftfahrzeug ist eine Überwachung der einwandfreien Funktion aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich.

Eine aus dem Stand der Technik bekannte konventionelle Fest^¬ stellbremsanlage besteht in der Regel aus je einer Radbremse an den beiden Hinterrädern des Kraftfahrzeugs, einer Seilzugmechanik und einem feststellbaren Handhebel zur Betätigung durch den Fahrzeugführer.

Bei einer elektromechanisch betätigten Feststellbremsanlage ist der Handhebel durch eine elektromechanisch angetriebene Stellvorrichtung ersetzt, die vom Fahrzeugführer über einen Betätigungsknopf oder von einer übergeordneten Steuereinheit fahrsituationsabhängig in Betrieb gesetzt wird. Der Feststell- und Lösevorgang wird dann durch die Stellvorrichtung, ggf. in Abhängigkeit von aktuellen Fahrzeug- und Be^¬ triebsparametern, etwa Fahrerwunsch, Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Fahrzeugneigung, Antriebsdrehmoment, Getrie^¬ bestellung, usw., elektronisch gesteuert bzw. geregelt. Aus den ermittelten Fahrzeug- und Betriebsdaten wird dann von der Steuer- bzw. Regelungseinheit ein Sollwert für die zu er^¬ zeugende Bremskraft ermittelt und der Antrieb so angesteuert, dass, eine einwandfreie Funktion der Übertragungsmechanik vorausgesetzt, diese Sollbremskraft an den Radbremsen er^¬ reicht wird. Da jedoch durch wechselnde Umgebungsparameter, bspw. Temperatur, Feuchtigkeit, usw., und durch Verschleißerscheinungen die erreichten Bremskraftwerte bei gleicher Sollwertvorgabe variieren, ist es erforderlich, das Erreichen der Sollwertvorgabe durch Messung geeigneter Größen an geeigneter Stelle der Bremsanlage zu überwachen und durch Rückführung und Verarbeitung dieser Werte in die Steuer- bzw. Regelungseinheit eine Regelung vorzusehen, wobei die gemessene Ist- Bremskraft der errechneten Sollwertvorgabe durch entsprechen- de Variation der Stellgrößen kontinuierlich angenähert wird und diese schließlich mit Sicherheit erreicht.

Wird als Antrieb ein Elektromotor eingesetzt so kann z. B. mit den Stellgrößen Stromstärke, Betriebsspannung und PuIs- weitenmodulation auf das erzeugte Antriebsdrehmoment Einfluß genommen werden.

Ein Maß für die erreichte Ist-Bremskraft stellen prinzipiell alle entlang der Kraftübertragungsmechanik messbaren Stell- kräfte dar. Je weiter man sich dabei jedoch mit der Messstel^¬ le im Kraftfluß von der Radbremseinheit entfernt, desto grö^¬ ßer wird der Einfluß von Störgrößen, die auf die Übertra^¬ gungsmechanik zwischen der Radbremse und der Messstelle einwirken und somit die Messwerte unsicher machen.

Ein Beispiel dafür wäre die Messung der erzeugten Zugkraft in einem Bremsseil, wobei die Zugkraft-Messstelle sich an dem der Stellvorrichtung zugewandten Seilende befindet. Wenn nun der Seilzug auf der Strecke, zwischen Messstelle und Radbrem- se blockiert ist, etwa durch ein Einfrieren bei niedrigen

Temperaturen, so würde zwar eine Bremskraft gemessen, es würde aber an der Radbremse keine Bremskraft erzeugt. Eine si- chere Messung müsste also möglichst direkt in jeder Radbrems^¬ einheit vorgenommen werden.

Andererseits ist eine solche Konzeption konstruktiv und mon- tagetechnisch sehr aufwendig, teuer und wiederum aufgrund der großen Signalübertragungswege störanfällig. Aus dieser Blick^¬ richtung wäre also eine Ist-Bremskrafterfassung möglichst zentral, d.h. nahe bei der Steuereinheit, wünschenswert, wo^¬ bei die Steuereinheit direkt am oder im Gehäuse des Aktuators bzw. der Stellvorrichtung angeordnet ist.

Dieser Zielkonflikt wird dadurch gelöst, dass bei der zentra^¬ len Messung nahe bei oder gar in der Stellvorrichtung zur Verifikation des Bremskraftmesswertes zumindest eine zweite, mit der Bremskraft in Relation stehende Stellgröße gemessen wird. Hierzu bietet sich der Stellweg der Bremselemente, etwa der Bremsbacken, in den Radbremseinheiten an. Auch dieser ü- berträgt sich entlang der Übertragungsmechanik, bspw. einem Bremsseil oder einem Bremsgestänge, hin zur Stellvorrichtung und kann dort ebenfalls zentral und dicht bei der Steuerein^¬ heit erfasst werden.

Die beiden Größen Stellkraft und Stellweg stehen in einer eindeutigen Relation zueinander, die zwar auch bestimmten Schwankungen unterliegt, z.B. temperaturbedingten Längeänderungen innerhalb der Übertragungsmechanik oder alterungs- o- der verschleißbedingten Einflüssen, allerdings jedoch keinen sprunghaften Veränderungen ausgesetzt und somit einfach verfolgbar und erfassbar ist.

Bei einwandfreier Funktion kann einem bestimmten Stellweg eindeutig eine bestimmte Stellkraft zugeordnet werden. Dieser Verlauf der Stellkraft über dem Stellweg kann als Vergleichs^¬ kurve in der Steuereinheit abgelegt werden. Bei jedem Stell- Vorgang, d.h. jedem Anziehen oder Lösen der Bremse, kann nun der aktuell gemessene Stellkraft-/Stellweg - Verlauf mit dem in der Steuereinheit abgelegten Soll-Verlauf verglichen werden. Bei einer Blockierung der Übertragungsmechanik würde nun die gemessene Stellkraft bereits nach einem wesentlich kürze^¬ ren Stellweg ansteigen oder bei gebrochener Übertragungsmechanik würde auch bei wesentlich größerem Stellweg kein Stellkraftanstieg zu messen sein. Auf diese Weise können eine Fehlfunktion der Bremseinheit mit Sicherheit erfasst und ent^¬ sprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.

Bisher existieren für die Messung der beiden Stellgrößen unterschiedliche Lösungen. So wird die Stellkraft in der in dem Dokument EP 0 966 376 Bl offenbarten Lösung in oder an einem Bremsseil gemessen. Für die Messung der Stellkraft werden bisher ausschließlich Federweg-Messelemente wie in den Doku^¬ menten EP 0 988 203 Bl und DE 101 02 685 B4 dargestellt ein^¬ gesetzt. Dabei wird die lineare Längenänderung einer im Kraftfluss angeordneten Feder mit einem Abstandssensor erfasst und aus der Abstandsänderung mit Hilfe der Federkonstanten die Stellkraft ermittelt.

Der Stellweg oder Hubweg der Bremselemente wird ebenfalls am Bremsseil erfasst wozu auch hier eine Messeinheit erforder^¬ lich ist, mit der ein linearer Hubweg erfasst werden kann. In anderen Stellvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, z.B. in Fensterheberantrieben, wird der Stellweg der Fensterscheibe über die Umdrehungszahl der Antriebswelle eines Elektromotors er- fasst. Die Erfassung des Hubweges in einer Stellvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse mit Hilfe der Umdre^¬ hungszahl eines Antriebsrades ist auch in Dokument US 5,180,038 bereits offenbart.

Für die Messung der Umdrehungszahl einer Welle sind aus dem

Stand der Technik unterschiedliche Möglichkeiten mit mechanischen, magnetischen oder optischen Sensoranordnungen bekannt. Zum Beispiel kann mit Hilfe von Hallsensoren und entsprechenden Gebereinheiten auf der Welle auf einfache, robuste und zuverlässige Weise eine Erfassung der Umdrehungszahl vorge^¬ nommen werden. Dazu wird beispielsweise ein segmentweise ent^¬ gegengesetzt magnetisiertes Geberrad auf der Welle angeord^¬ net, dessen Magnetsegmente sich bei Drehung der Welle an ei- nem gegenüber dem Geberrad angeordneten passiven Hallsensor vorbei bewegen und diesen im Wechsel bedampfen. Gleichfalls kann ein passives Geberrad mit einer einfachen metallischen Zahnung und ein aktiver Hallsensor zum Einsatz kommen. Die Genauigkeit der Anordnung von Geberrad und Sensoreinheit ist dabei unkritisch, da nur der Wechsel der Bedämpfung der Sensoreinheit gemessen werden muss, der innerhalb eines größeren Toleranzbereiches bezogen auf die Anordnung gewährleistet werden kann.

Auch die Abstandsmessung zur Ermittlung der Stellkraft kann mit Hilfe von Hallsensoren erfolgen. Um hierbei jedoch die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, ist die exakte Posi^¬ tionierung der Sensor- und Gebereinheiten Voraussetzung. Dies erfordert aber einen erhöhten Aufwand bei Konstruktion, Montage und ggf. Justage. Dementsprechend ist diese Art der Mes^¬ sung auch gegenüber Bauteiltoleranzen und Umwelteinflüssen relativ empfindlich, was vor allem bei einem Einsatz in einem besonders rauhen und wechselnden Umfeld, dem ein Kraftfahr- zeug in der Regel ausgesetzt ist, nicht unproblematisch ist.

Es besteht also ein Bedarf an einem Aktuator mit einer möglichst einfachen, robusten und störungssicheren Anordnung zur Messung von Stellkraft und Stellweg, die gleichermaßen hohe Genauigkeit bei niedrigen Kosten gewährleistet. Des weiteren sollte der Aktuator eine möglichst kompakte Bauform und eine dicht beieinander liegende Anordnung der Sensoren aufweisen. Er soll insbesondere als Bremsaktuator für eine Feststell^¬ bremse geeignet sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Dazu werden ein Aktuator nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators nach Anspruch 22, ein Computerprogramm nach Anspruch 23 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 24 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Der Aktuator umfasst dabei ein Antriebselement, ein Abtriebs^¬ element, das mit dem Antriebselement über mindestens ein e- lastisches Element gekoppelt ist, einen ersten Sensor zum Er- fassen einer Lageänderung des Antriebselements und einen zweiten Sensor zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements .

Die vorgeschlagene Lösung sieht vor, sowohl die Stellkraft als auch den Stellweg anhand einer Differenzwegmessung zu ermitteln. Dazu kann entweder der Hub- oder Drehweg zweier über ein elastisches Element gekoppelter Elemente (Antriebs- und Abtriebselement) die im Kraftfluss angeordnet sind, gegenüber der feststehenden Umgebung gemessen werden. Das Antriebs- und das Abtriebselement können also entweder rotatorisch oder translatorisch bewegbar angeordnet sein. Der Hub- oder Drehweg kann dabei über einfache Impulsgebereinheiten gemessen werden .

Das Antriebselement kann dabei von der Antriebsseite her zum Beispiel von einem Elektromotor angetrieben sein. Die Antriebsbewegung wird über das elastische Element auf das Ab^¬ triebselement übertragen, das wiederum fest mit der Abtriebs^¬ seite der Getriebeeinheit gekoppelt ist. Es kann mindestens ein Zugelement vorgesehen sein, das mit dem Abtriebselement verbunden ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann der betrieben Aktuator als Bremsaktuator für die Feststellbremse eines Kraftfahr- zeugsausgebildet sein. Dies soll im Folgenden erläutert wer^¬ den :

Beim Anziehen der Bremse bewegen sich Antriebselement und Ab^¬ triebselement gleichförmig, bis die Bremselemente in den Rad- bremsen zur Anlage kommen. Der zurückgelegte Stellweg von An^¬ triebselement und Abtriebselement wird dabei unabhängig von^¬ einander erfasst. Sobald die Bremselemente in den Radbremsen zur Anlage kommen, wird das Abtriebselement in seiner Bewe- gung gestoppt. Bei weiterhin aktiviertem Antrieb wird das Antriebselement gegenüber dem nun stillstehenden Abtriebselement weiter gegen die Federkraft des elastischen Elements be^¬ wegt. Dadurch erhöht sich die Stellkraft kontinuierlich ent- sprechend der Federkonstanten der Federeinheit und der Stell^¬ weg des Antriebselements vergrößert sich entsprechend und wird weiter fortlaufend erfasst. Dadurch ergibt sich für das Antriebselement ein insgesamt größerer Stellweg als für das Abtriebselement. Aus dem Vergleich der Stellwege von An- triebs- und Abtriebselement in einer Steuereinheit, die in^¬ nerhalb oder außerhalb des Aktuators angeordnet sein kann, ergibt sich eine Stellwegdifferenz, die ein Maß für die aufgebaute Stellkraft darstellt. Die Stellwegdifferenz wird von der Steuereinheit kontinuierlich ermittelt und der Antrieb bleibt so lange aktiviert bis die dem Stellkraft-Sollwert entsprechende Stellwegdifferenz erreicht ist.

Konstruktionsbedingt sind Antriebs- und Abtriebsbauteil in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet, was auch eine dicht beieinanderliegende Anordnung der Sensoren, zum Beispiel auf einer gemeinsamen Trägereinheit, im umgebenden Gehäuse ermöglicht.

In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Zugelement eine Spindel ist.

Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Abtriebselement eine Spindelmutter ist, an der ein Abtriebszahnrad angebracht ist .

Des weiteren können die Spindelmutter und das Abtriebszahnrad vorteilhafterweise einstückig miteinander ausgebildet sein.

Das Antriebselement kann ein Antriebszahnrad sein, das mit- tels mindestens einem Mitnahmefinger oder ein anderes geeig^¬ net gestaltetes Mitnahmeelement und über das mindestens eine elastische Element in Mitnahmeverbindung mit dem Abtriebs^¬ zahnrad steht. Das Antriebszahnrad kann drehbar auf der Spindelmutter gelagert sein.

Das elastische Element kann aus mehreren einzelnen Druck- o- der Zugfedern bestehen, die beispielsweise auf einer Kreisli^¬ nie zwischen Antriebs- und Abtriebsrad angeordnet sind. Es kann jedoch auch aus einer konzentrisch angeordneten Spiralfeder, einem Elastomerbauteil oder einem anderen elastischen, in geeigneter Weise angeordneten Bauteil bestehen.

Der Aktuator kann als sogenannter "180 °-Zweiseil-Zieher" ausgebildet sein. Dabei ist die Spindelmutter geteilt mit gegen^¬ läufigen Gewinden ausgebildet und an jedem Ende der Spindel- mutter ist eine Spindel mit einem Bremsseil angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Antriebselement und das Abtriebselement translatorisch bewegbar angeordnet .

Dabei kann das Abtriebselement ein linear bewegbar gelagerter Abtriebsschlitten sein, der mit einem Bremsseil verbunden ist .

Des weiteren kann das Antriebselement ein linear bewegbar gelagerter Antriebsschlitten sein, wobei der Antriebsschlitten und der Abtriebsschlitten mittels des elastischen Elements gegeneinander verspannt sind.

Das elastische Element kann in dieser Ausführungsform mit Vorteil eine Zug-Druck-Feder sein.

Der Antriebsschlitten kann mit einer Antriebsspindel verbunden sein, die mit einer Antriebsspindelmutter in Eingriff steht, die mit einem Antriebszahnrad gekoppelt ist. Sowohl der Antriebsschlitten als auch der Abtriebsschlitten können mit einer entsprechenden Außenzahnung entlang ihrer jeweiligen Längserstreckung versehen sein.

Die Messanordnung zum Erfassen der Funktionsfähigkeit des Ak- tuators kann also zwischen einer Spindel und einem mit der Spindel über die Messanordnung gekoppelten Zugseil angeordnet sein .

Generell kann das Antriebszahnrad von einem Elektromotor an^¬ getrieben sein. Wie bereits beschrieben wurde, steht der E- lektromotor dann beispielsweise über eine Schnecke mit einem Zahnrad in Eingriff, das die Spindelmutter antreibt. So wird die rotatorische Bewegung des Elektromotors in eine transla- torische Bewegung umgesetzt. Dadurch ergeben sich die be^¬ schriebenen Möglichkeiten, eine Messanordnung zum Erfassen der Lageänderungen im Kraftfluss entweder so anzuordnen, dass rotatorische Lageänderungen gemessen werden, oder aber an anderer Stelle so anzuordnen, dass translatorische Lageänderun- gen gemessen werden.

Generell kann auch lediglich ein einziges Zugelement vorgese^¬ hen sein. Der Aktuator kann also auch als sogenannter "Einseilzieher" ausgebildet sein.

Der erste Sensor und der zweite Sensor können Hall-Sensoren sein, wobei vorteilhafterweise der erste Sensor gegenüber ei^¬ ner Außenzahnung des Antriebselements und der zweite Sensor gegenüber einer Außenzahnung des Abtriebselements angeordnet ist.

Wie bereits beschrieben, wird so eine besonders einfache und störungsunempfindliche Erfassung der Lageänderungen breitge^¬ stellt.

Ein entsprechendes Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators umfasst die Schritte des Bestimmens der Lageände^¬ rung des Antriebselements mittels des ersten Sensors, des Bestimmen der Lageänderung des Abtriebselements mittels des zweiten Sensors, des Berechnens einer Differenz der Lageände^¬ rungen, des Ermitteins einer Bremskraft aus der berechneten Differenz und einer bekannten Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen Elements, und des Bestimmens der Funktionsfä^¬ higkeit der Feststellbremse mittels eines Vergleichs eines aus den bestimmten Lageänderungen ggf. unter zusätzlicher Heranziehung der ermittelten Bremskraft gebildeten Wertepaares bzw. Wertetripels mit bekannten kritischen Wertepaaren bzw. Wertetripeln .

Als kritisches Wertetripel kann bspw. keine Lageänderung des Abtriebselements, eine beliebige Lageänderung des Antriebs^¬ elements und die daraus resultierende Differenz abgelegt sein. Ein derartiges Wertetripel könnte etwa eine verklemmte Bremsanlage wiedergeben.

Ein Computerprogramm zum Durchführen eines oben beschriebenen Verfahrens weist Programmcode-mittel auf, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer dem Aktuator zugeordneten Steuereinheit, ausgeführt wird.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger, wie Festplatten, Disketten, CD-ROMs, DVDs etc., gespeichert sind, um alle Schrit^¬ te eines oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer dem Aktuator zugeordneten Steuereinheit, ausgeführt wird.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausfüh^¬ rungsform eines Aktuators.

Figur 2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines elastischen

Elements einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang einer Linie A-A in Figur 1.

Figur 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines elastischen

Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines erfindungsgemäßen Aktuators in einer zweiten Ausführungsform.

Figur 5 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Funktionsüberwachung einer Feststell- bremse in Schritten Sl bis S6.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

In den Figuren 1, 2 und 3 ist ein Aktuator 10 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der Aktuator 10 wird im vorliegenden Beispiel zur Betätigung einer Feststellbremse in einem Kraftfahrzeug verwendet.

Bei diesem Aktuator 10 wird ein konventioneller Elektromotor (nicht dargestellt) mit einer Antriebsschnecke 74 als An^¬ triebseinheit verwendet. Ein aus einem Antriebszahnrad 20, einem Abtriebszahnrad 30 und einer Spindelmutter 32 bestehendes Spindelgetriebe wird zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors (nicht dargestellt) in eine lineare Hubbewegung eingesetzt .

Das Abtriebszahnrad 30 ist einstückig mit der Spindelmutter 32 ausgebildet und steht über Mitnahmefinger 80, 82, 84 und zumindest ein elastisches Element 40, 42, 44, 46 in Mitnahme^¬ verbindung mit dem Antriebszahnrad 20, das mittels eines La^¬ gers 93 drehbar auf der Spindelmutter 32 gelagert ist.

Bei dem elastischen Element kann es sich um auf einer Kreislinie angeordnete Zug-Druck-Federn 40, 42, 44 handeln, wie in Figur 2 dargestellt ist. Es kann jedoch auch eine Spiralfeder 46 vorgesehen sein, wie in Figur 3 dargestellt ist.

Die Spindelmutter 32 ist drehbar mittels zweier Lager 90, 92 in einem Gehäuse 94 gelagert. Das Antriebszahnrad 20 steht im Eingriff einer Antriebsschnecke 74, die von dem Elektromotor angetrieben wird. Der in Figur 1 dargestellte Aktuator ist als sogenannter „180°-Zweiseil-Zieher" ausgeführt, so dass die Spindelmutter 32 mit gegenläufigem Gewinde versehen ist und zwei gegenläufigen Spindeln 50, 54 vorgesehen sind. Die Spindeln 50, 54 stehen im Eingriff mit der Spindelmutter 32 und sind gegenüber dem Gehäuse 94 linear beweglich aber gegen Verdrehung gesichert. An den Spindeln 50, 54 ist jeweils ein Bremsseil 52, 56 befestigt, auf das die Linearbewegung der entsprechenden Spindel 50,54 übertragen wird.

Das Antriebszahnrad 20 weist eine Außenverzahnung 24 auf. Das Abtriebszahnrad 30 weist eine Außenverzahnung 34 auf. Im Be- reich der Außenverzahnungen 24, 34 des Antriebszahnrads 20 und des Abtriebsrads 30 ist je ein aktiver Hallsensor 60, 62 angeordnet. Der jeweilige Hallsensor 60, 62 wird durch die entsprechende Außenverzahnung 24, 34 von dem Antriebszahnrad 20 bzw. dem Abtriebszahnrad 30 bedämpft. Bei einer Rotation des Antriebs- 20 bzw. des Abtriebszahnrads 30 entsteht durch die sich an den Hallsensoren 60, 62 vorbei bewegenden Verzahnungen 24, 34 ein Impuls pro Zahn. Durch Auszählung der Impulse kann so der jeweilige Drehwinkel des Antriebs- 20 und des Abtriebszahnrads 30 ermittelt werden. Durch eine vorgege^¬ bene Getriebeübersetzung des Spindelgetriebes lässt sich so aus der Impulszahl des Abtriebsrades der lineare Hubweg der Spindel und somit auch der Bremszüge ermitteln. Aus der Dif- ferenz der Impulszahlen von Antriebs- 20 und Abtriebszahnrad 30 lässt sich der Differenzdrehwinkel zwischen Antriebs- und Abtriebsrad und das durch das elastische Element 40, 42, 44, 46 übertragene Drehmoment ermitteln, das wiederum proportio^¬ nal zur Stellkraft ist.

Die erfassten Messdaten werden an eine Steuer- bzw. Regelungseinheit (nicht dargestellt) übertragen, die die Messda^¬ ten auswertet und den Elektromotor entsprechend steuert.

Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist die konstruktive Einfachheit sowie die zentrale, räumlich dicht benachbarte Anordnung der Elemente. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass dieser Aktuator 10 mit kombinierter Stellweg-Stellkraft- Messung gleichermaßen als „Einseilzieher" oder „180°- Zweiseil-Zieher" ausgeführt sein kann.

In Figur 4 ist ein Aktuator 100 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein entsprechendes Bremsseil 500 über eine Messanordnung mit einer Spindel 700 verbunden. Eine Bewegung der Spindel 700 wird durch ein Spindelgetriebe und einen Elektromotor ähnlich zu der ersten Ausführungsform bewirkt, wobei die Spindelmutter 720 selbstverständlich ohne Zwischenschaltung der in Figur dargestellten Messanordnung, sondern direkt über ein Antriebszahnrad mit einem Elektromotor verbunden ist.

Die Messvorrichtung in der zweiten Ausführungsform besteht aus einem Antriebsschlitten 200, der mit der Spindel 700 gekoppelt ist und des weiteren aus einem Abtriebsschlitten 300, der mit einem Bremsseil 500 gekoppelt ist. Die beiden Schlit^¬ ten 200, 300 sind in einem Gehäuse 940 unabhängig voneinander linear beweglich gelagert. Zwischen dem Antriebs- 200 und dem Abtriebsschlitten 300 ist eine Druckfeder 400 angeordnet, die als erfindungsgemäßes elastisches Element dient und die bei- den Schlitten 200, 300 gegeneinander verspannt. Bei einer Betätigung des Aktuators wird die Zugkraft vom Antriebsschlit^¬ ten 200 über die Druckfeder 400 auf den Abtriebsschlitten 300 übertragen.

Jeder Schlitten 200, 300 weist eine linear angeordnete Ver^¬ zahnung 240, 340 auf einer Außenseite auf. Gegenüber der je^¬ weiligen Verzahnung ist ein Hallsensor 600, 620 angeordnet, der von den einzelnen Zähnen bedämpft wird.

Bei Betätigung des Aktuators bzw. beim Anziehen der Bremse bewegen sich beide Schlitten 200, 300 gleichförmig, bis die Bremselemente der Radbremsen (nicht dargestellt) zur Anlage kommen. Dadurch wird der Abtriebsschlitten 300 in seiner Be- wegung gestoppt. Bleibt der Antrieb aktiviert, so bewegt sich der Antriebsschlitten 200 weiter in Anzugsrichtung (in Fig. 4 nach rechts), bis die gewünschte Bremskraft erreicht ist.

Bei der Linearbewegung der beiden Schlitten 200, 300 bewegen sich die einzelnen Zähne der linearen Verzahnung 240, 340 an den Hallsensoren 600, 620 vorbei und erzeugen entsprechende Impulse. Die Stellwegdifferenz ist ein Maß für die Zugkraft in dem Bremsseil 500. Durch Zählung der Impulse kann der jeweilige Stellweg des Antriebs- 200 und des Abtriebsschlittens 300 gegenüber dem feststehenden Gehäuse 940 sowie die Stell^¬ wegdifferenz bestimmt werden.

Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für sogenannte Einseilzieher und hat den Vorteil, dass die Zugkraft im Bremsseil 500 hier unmittelbar, d.h. ohne Einflüsse einer Ge^¬ triebeübersetzung, gemessen werden kann. Bei einem Zweiseil- Zieher ist gegebenenfalls in jedem Seil eine separate Mess^¬ vorrichtung vorzusehen. Des weiteren bietet sich der Vorteil, dass die Hallsensoren 600, 620 an fest vorgegebener Stelle im Gehäuse 940, ggf. auf einem gemeinsamen Trägerelement, bei^¬ spielsweise einem als Leiterplatte ausgebildeten Schaltungs- träger, in räumlich kompakter Anordnung montiert werden können .

In beiden Ausführungsformen ist die Verwendung von Hallsenso- ren 60, 62, 600, 620 besonders vorteilhaft, da sie eine ver^¬ gleichsweise große Toleranz gegenüber Fehlpositionierungen von Sensor und Gebereinheit aufweisen. Dadurch kann auf aufwendige Justagearbeiten während der Montage verzichtet wer^¬ den. Des weiteren ist die Positionierung der Sensoren 60, 62, 600, 620 im Gehäuse 94, 940 während der Montage ohne direkten Bezug zu den Gebereinheiten bzw. den Außenverzahnungen 24, 34, 240, 340 und anschließenden Abgleich der Messwerte möglich .

Es wird also eine besonders einfache und schnelle und damit kostengünstige Montage des Aktuators ermöglicht.

Figur 5 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Funktions^¬ überwachung einer Feststellbremse, die einen Aktuator auf- weist. Das Verfahren beinhaltet die in Figur 5 mit Sl bis S6 gekennzeichneten Ablaufschritte :

Schritt Sl: Ermitteln der Lageänderung des Antriebsele^¬ ments 20, 200 mittels des zweiten Sensors 60, 600.

Schritt S2 : Ermitteln der Lageänderung des Abtriebselements 30, 32, 300 mittels des zweiten Sensors 62, 620.

Die Ermittlung der Werte in Schritt Sl und S2 erfolgt zeit^¬ lich parallel.

Schritt S3: Berechnen einer Differenz der Lageänderungen.

Schritt S4: Berechnen einer Bremskraft aus der Differenz der Lageänderung und einer bekannten Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen EIe- ments 40, 42, 44, 46, 400, gegebenenfalls un^¬ ter Heranziehung weiterer systemspezifischer Kennwerte, die zusammen mit der Federkraft- Federweg-Kennlinie in einem Speicher SK zur Verfügung gestellt werden.

Schritt S5: Bestimmen der Funktionsfähigkeit der Fest^¬ stellbremse 10, 100 mittels eines Vergleichs von aus den ermittelten und/oder berechneten Werten gebildeten Wertekombinationen mit in einem Speicher WK hinterlegten, vorgegebenen Wertekombinationen .

Sofern in Schritt S5 die einwandfreie Funktionsfähigkeit der Feststellbremse festgestellt wird, erfolgt im Verzweigungs^¬ schritt V eine Verzweigung zum Ablaufschritt S6.

Schritt S6: Ausgeben eines Signals zur Funktionsbestäti^¬ gung an die Steuereinheit des Aktuators und oder an den Bediener.

Sofern in Schritt S5 eine Fehlfunktion der Feststellbremse festgestellt wird, erfolgt im Verzweigungsschritt V eine Ver^¬ zweigung zum Ablaufschritt S7.

Schritt S7: Ausgeben eines Signals zur Initialisierung einer Notfallroutine in der Steuereinheit und zur Erzeugung eines Anzeigesignals, das der Bediener auf die Fehlfunktion hinweist. Bezugszeichenliste

10 Bremsaktuator

20 Antriebszahnrad

24 Außenzahnung

30 Abtriebszahnrad

32 Spindelmutter

34 Außenzahnung

40,42,44 Zug-Druck-Feder

46 Spiralfeder

50,54 Spindel

52,56 Bremsseil

60, 62 Hall-Sensor

74 AntriebsSchnecke

80, 82, 84 Mitnähmefinger

90,92, 93 Lager

94 Gehäuse

100 Bremsaktuator

200 Antriebsschütten

240 Außenzahnung

300 Abtriebsschütten

340 Außenzahnung

400 Zug-Druck-Feder

500 Bremsseil

600, 620 Hall-Sensor

700 Antriebsspindel

720 Antriebsspindelmutter

940 Gehäuse

SK Speicher

WK Speicher

V Verzweigungsschritt

O-L-» _{• • •} F o / Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche

1. Aktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, mit :

einem Antriebselement (20, 200),

einem Abtriebselement (30, 32, 300), das mit dem Antriebselement (20, 200) über mindestens ein elastisches Element (40, 42, 44, 46, 400) gekop^¬ pelt ist,

einem ersten Sensor (60, 600) zum Erfassen einer Lageänderung des Antriebselements (20, 200), und

einem zweiten Sensor (62, 620) zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements (30, 32, 300) .

2. Aktuator nach Anspruch 1, der des weiteren mindestens ein Zugelement (50, 54, 500) umfasst, das mit dem Abtriebs^¬ element (30, 32, 300) verbunden ist.

3. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Antriebselement (20, 200) und das Abtriebselement (30, 32, 300) rota^¬ torisch bewegbar angeordnet sind.

4. Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das mindestens eine Zugelement (50, 54, 500) eine Spindel (50, 54) ist.

5. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Abtriebselement (30, 32, 300) eine Spindelmutter (32) ist, an der ein Abtriebszahnrad (30) angebracht ist.

6. Aktuator nach Anspruch 5, bei dem die Spindelmutter (32) und das Abtriebszahnrad (30) einstückig ausgebildet sind.

7. Aktuator nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Antriebselement (20, 200) ein Antriebszahnrad (20) ist, das mittels mindestens einem Mitnahmefinger (80, 82, 84) und über das mindestens eine elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) in Mitnahmeverbindung mit dem Abtriebszahnrad (30) steht.

8. Aktuator nach Anspruch 7, bei dem das Antriebszahnrad (20) drehbar auf der Spindelmutter (32) gelagert ist.

9. Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) ein Elastomerbauteil ist.

10. Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) durch auf einer Kreislinie an- geordnete Zug-Druck-Federn (40, 42, 44) gebildet ist.

11. Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) durch eine Spiralfeder (46) ge^¬ bildet ist.

12. Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem die Spindelmutter (32) geteilt mit gegenläufigen Gewinden ausgebildet ist und an jedem Ende der Spindelmutter (32) eine Spindel (50, 54) mit einem Bremsseil (52, 56) angeordnet ist

13. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Antriebselement (20, 200) und das Abtriebselement (30, 32, 300) translatorisch bewegbar angeordnet sind.

14. Aktuator nach Anspruch 1, 2 oder 13, bei dem das Abtriebselement (30, 32, 300) ein linear bewegbar gelagerter Abtriebsschlitten (300) ist, der mit einem Bremsseil (500) verbunden ist.

15. Aktuator nach Anspruch 1, 2, 13 oder 14, bei dem das Antriebselement (20, 200) ein linear bewegbar gelagerter Antriebsschlitten (200) ist, wobei der Antriebsschlitten (200) und der Abtriebsschlitten (300) mittels des elastischen Elements (40, 42, 44, 46, 400) gegeneinander verspannt sind.

16. Aktuator nach Anspruch 15, bei dem das elastische EIe- ment (40, 42, 44, 46, 400) eine Zug-Druck-Feder (400) ist.

17. Aktuator nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Antriebsschlitten (200) mit einer Antriebsspindel (700) verbunden ist, die mit einer Antriebsspindelmutter (720) in Eingriff steht, die mit einem Antriebszahnrad gekoppelt ist.

18. Aktuator nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem sowohl der Antriebsschlitten (200) als auch der Abtriebsschlitten (300) mit einer entsprechenden Außenzahnung (240, 340) entlang seiner jeweiligen Längserstreckung versehen ist.

19. Aktuator nach Anspruch 5 oder 15, bei dem das Antriebszahnrad von einem Elektromotor angetrieben ist.

20. Aktuator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der erste Sensor (60, 600) und der zweite Sensor (62, 620) Hall-Sensoren sind, wobei der erste Sensor (60, 600) ge^¬ genüber einer Außenzahnung (24, 240) des Antriebselements (20, 200) und der zweite Sensor (62, 620) gegenüber einer Au- ßenzahnung (34, 340) des Abtriebselements (30, 32, 300) ange^¬ ordnet ist.

21. Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Feststellbremse, die einen Aktuator (10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 aufweist, mit den folgenden Schritten:

Ermitteln der Lageänderung des Antriebselements (20, 200) mittels des ersten Sensors (60, 600),

- Ermitteln der Lageänderung des Abtriebselements

(30, 32, 300) mittels des zweiten Sensors (62, 620), Berechnen einer Differenz der Lageänderungen,

Berechnen einer Bremskraft aus der Differenz der Lageänderungen und einer bekannten Federkraft- Federweg-Kennlinie des elastischen Elements (40,

42, 44, 46, 400),

Bestimmen der Funktionsfähigkeit des Aktuators (10, 100) mittels eines Vergleichs von aus den ermittelten und/oder berechneten Werten gebildeten Wertekombinationen mit hinterlegten, vorgegebenen Wertekombinationen.

22. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 21 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.

23. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 22 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.