Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Stellkraft

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen der von einer Feststellbremse ausgeübten Klemmkraft in einem Fahrzeug.

Stand der Technik

In der DE 103 61 042 B3 wird eine elektromechanische Feststellbremse beschrieben, deren Aktuator als elektrischer Bremsmotor ausgeführt ist. Bei Betätigung des Bremsmotors wird ein Bremskolben mit einem Bremsbelag axial gegen die Stirnseite einer Bremsscheibe verstellt. Die Höhe der elektromechanischen Bremskraft wird über die Bestromung des Bremsmotors eingestellt.

Bekannt ist es darüber hinaus, elektromechanische Feststellbremsen mit einer hydraulischen Fahrzeugbremse zu koppeln, indem der Bremskolben der Feststellbremse zusätzlich von dem Druck der hydraulischen Fahrzeugbremse beaufschlagt wird. Die gesamte zu stellende Klemmkraft setzt sich in diesem Fall aus einem elektromechanischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammen. Der hydraulische Druck wird bedarfsweise und ergänzend zum elektromechanischen Klemmkraftanteil bereitgestellt. Für eine präzise Einstellung der Klemmkraft ist es daher erforderlich, die hydraulische Klemmkraftunterstützung möglichst genau zu kennen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Maßnahmen die Klemmkraft in einer Feststellbremse mit mechanischer Bremsvorrichtung bei zusätzlicher hydraulischer Unterstützung mit ausreichender Genauigkeit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei elektromechanischen Feststellbremsen in Fahrzeugen verwendet werden, die einen elektrischen Aktuator zur Erzeugung einer Klemmkraft zum Festsetzen des Fahrzeugs im Stillstand aufweisen. Bei dem elektrischen Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Bremsmotor, dessen Rotationsbewegung in eine axiale Stellbewegung eines Bremskolbens umgesetzt wird, welcher Träger eines Bremsbelages ist und gegen die Stirnseite einer Bremsscheibe gedrückt wird. Grundsätzlich möglich sind aber auch sonstige Ausführungen elektromechanischer Bremsvorrichtungen, beispielsweise elektromagnetische Stellglieder. Zur Klemmkraftunterstützung dient eine hydraulische Bremsvorrichtung, deren hydraulischer Druck unterstützend an dem Bremskolben anliegt, so dass sich die Gesamtklemmkraft aus einem elektromotorisch erzeugten Anteil und einem hydraulisch erzeugten Anteil zusammensetzt. Bei der hydraulischen Bremsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um die reguläre Fahrzeugbremse. Die hydrau- lische Klemm kraft wird bedarfsweise und ergänzend zu der elektromechanischen

Klemmkraft erzeugt.

Der Fahrer kann durch Betätigen des Bremspedals im Zeitpunkt der Erzeugung einer elektromechanischen Klemmkraft einen hydraulischen Vordruck im Brems- System erzeugen. Der Vordruck kann zu einer virtuellen Verschiebung insbesondere eines Kraftanstiegspunktes im Verlauf der erzeugten Klemmkraft führen, was zur Folge hat, dass die Feststellbremse von einer höheren, wirksamen Klemmkraft ausgeht, als dies tatsächlich der Fall ist. Dies führt zu einer entsprechend reduzierten Betätigung des elektrischen Aktuators der elektromechani- sehen Bremsvorrichtung und damit zur Einstellung eines zu geringen Klemmkraftniveaus.

Um den Einfluss des hydraulischen Vordrucks in korrekter Weise zu erfassen und ggf. kompensierende Maßnahmen ergreifen zu können, wird ein Vergleich angestellt zwischen einem Druckreferenzweg, der dem aktuell im System herrschenden hydraulischen Druck entspricht, und einem Aktuatorweg des elektri- sehen Aktuators, welcher aus einer motorischen Zustandsgröße des Aktuators ermittelt wird. Ergibt der Vergleich, dass der Druckreferenzweg und der Aktua- torweg signifikant voneinander abweichen, so muss davon ausgegangen werden, dass die Information über den hydraulischen Druck im System nicht in hinrei- chender Weise vertrauenswürdig ist. Insbesondere im Falle eines gemessenen

Drucks ist bei einer Abweichung von Druckreferenzweg und Aktuatorweg von einer nicht ausreichenden Plausibilität auszugehen. In diesem Fall bleibt der hydraulische Anteil der Klemmkraft unberücksichtigt, und es wird die Gesamtklemmkraft vollständig über die elektromotorische Bremsvorrichtung gestellt, ungeach- tet einer etwaigen hydraulischen Klemmkraft.

Ergibt dagegen der Vergleich, dass der Druckreferenzweg und der Aktuatorweg mit hinreichender Genauigkeit übereinstimmen, so kann von ausreichender Plausibilität des Drucksignals ausgegangen werden und der hydraulische Klemm- kraftanteil beim Stellen der Gesamtstellkraft berücksichtigt werden. In diesem

Fall reduziert sich der elektromechanische Klemmkraftanteil entsprechend.

Zur Bestimmung des Druckreferenzwegs muss der aktuell wirkende hydraulische Druck im hydraulischen Bremssystem ermittelt werden, entweder über eine Mes- sung oder aus einem Schätzverfahren. Die Ermittlung des Aktuatorwegs erfolgt dagegen aus einer motorischen Zustandsgröße des elektrischen Aktuators, welche ebenfalls entweder gemessen oder nach einem Schätzverfahren ermittelt wird. Als motorische Zustandsgrößen, welche der Ermittlung des Aktuatorwegs zu Grunde gelegt werden, kommen insbesondere der vom Aktuator aufgenom- mene Strom, die angelegte Spannung und/oder die Drehzahl in Betracht.

Der Aktuatorweg wird zwischen zwei charakteristischen Referenzpunkten ermittelt. So ist es beispielsweise zweckmäßig, einen Leerweg in der Aktuator- Stellbewegung zu ermitteln, welchen der Aktuator zwischen einem ersten Refe- renzpunkt und einem Kraftanstiegspunkt zurücklegt, bei dem der Kraftanstieg der elektromechanischen Klemmkraft beginnt. Der erste Referenzpunkt fällt beispielsweise mit dem Anschlagspunkt des Aktuator im zurückgezogenen Außer- betriebszustand zusammen. Der Kraftanstiegspunkt kann als markante Stelle im Verlauf der motorischen Zustandsgrößen in verhältnismäßig einfacher Weise er- mittelt werden. Insbesondere der Stromverlauf eines elektrischen Bremsmotors korrespondiert mit dem Kraftverlauf der gestellten elektromechanischen Klemm- kraft, so dass beim Zustellen bzw. Schließen der elektromechanischen Bremsvorrichtung aus dem Anstieg des Stromverlaufs, ausgehend von einem Leerlaufstrom, auf den Kraftanstiegspunkt geschlossen werden kann. Der Kraftanstiegspunkt korrespondiert mit dem Lastfreiheitspunkt, da bis zum Erreichen dieses Punktes der elektrische Aktuator noch keine Klemmkraft überträgt.

Der auf diese Weise ermittelte Leerweg des Aktuators wird mit einem zugeordneten Druckreferenzweg verglichen, der sich aus einer Kennlinie ergibt, welche den Zusammenhang zwischen den im System anliegenden Druck und dem zugeord- neten Weg ergibt, den die hydraulische Bremsvorrichtung zur Erzeugung dieses

Drucks ausüben muss. Der Druckreferenzweg wird, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, aus dem Leerweg des Aktuators während der Öffnungsbewegung und einem Differenzweg beim anliegenden Druck ermittelt. Der Leerweg des Aktuators bei der Öffnungsbewegung wird wie vorbeschrieben aus den motorischen Zustandsgrößen bestimmt. Der Differenzweg beim anliegenden

Druck wird vorzugsweise bei der Schließbewegung des Aktuators bestimmt. Auch der zum Vergleich herangezogene Aktuatorweg wird beim Schließen der elektromechanischen Bremsvorrichtung ermittelt. Man erhält auf diese Weise eine Verknüpfung zwischen der Löse- bzw. Öffnungsbewegung und der Schließ- bzw. Zustellbewegung des elektrischen Aktuators, bei der der Einfluss des hydraulischen Vordrucks berücksichtigt wird, welcher vom Fahrer durch Betätigung des Bremspedals während der Schließbewegung des Aktuators erzeugt wird. Dieser Vordruck kann, wie vorbeschrieben, zu einer Verschiebung in dem Verlauf der Klemmkraft führen mit der Folge, dass die

Feststellbremse von einer höheren wirksamen Klemmkraft ausgeht, als dies tatsächlich der Fall ist. Über dem Vergleich zwischen dem tatsächlichen Aktuatorweg und dem zugeordneten Druckreferenzweg kann festgestellt werden, ob die Höhe des Vordrucks beim Stellen der Klemmkraft berücksichtigt werden muss bzw. ob das Drucksignal plausibel ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil des Feststellbremssystems sein kann. Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, bei der die Klemmkraft über einen elektrischen Bremsmotor erzeugt wird,

Fig. 2 ein Schaubild mit dem zeitabhängigen Verlauf des Stroms, der Spannung und der Motordrehzahl beim Zuspannvorgang der Feststellbremse,

Fig. 3 ein Schaubild mit dem zeitabhängigen Verlauf des Stroms, der Span- nung und der Motordrehzahl beim Öffnen der Feststellbremse,

Fig. 4 ein Druck-Weg-Schaubild.

In Fig. 1 ist eine elektromechanische Feststellbremse 1 zum Festsetzen eines Fahrzeugs im Stillstand dargestellt. Die Feststellbremse 1 umfasst einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied weist die Feststellbremse 1 einen Elektromotor als Bremsmotor 3 auf, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 drehbar gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 4 wird das Spindelbauteil 5 axial verstellt. Das Spin- delbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines

Bremsbelags 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 8, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist. Innerhalb des Bremskolbens 6 kann sich das Spindelbauteil 5 bei einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe 10 zu bzw. bei einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 1 1 bewegen. Zum Erzeugen einer Klemmkraft beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Brems- kolbens 6, wodurch der axial verschieblich in der Feststellbremse 1 gelagerte

Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.

Die Feststellbremse kann erforderlichenfalls von einer hydraulischen Fahrzeug- bremse unterstützt werden, so dass sich die Klemmkraft aus einem elektromotorischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammensetzt. Bei der hydrauli- sehen Unterstützung wird die dem Bremsmotor zugewandte Rückseite des Bremskolbens 6 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt.

In Fig. 2 ist ein Schaubild mit dem Stromverlauf I, der Spannung U und dem Drehzahlverlauf n des elektrischen Bremsmotors zeitabhängig für einen Zuspannvorgang dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 beginnt der Zuspannvorgang, indem eine elektrische Spannung aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt wird. Zum Zeitpunkt t2 haben die Spannung U und die Motordrehzahl n ihr Maximum erreicht. Die Phase zwischen t2 und t3 stellt die Leerlaufphase dar, in welcher der Strom I sich auf einem Minimumniveau bewegt. Daran schließt sich ab dem Zeitpunkt t3 die Kraftaufbauphase bis zum Zeitpunkt t4 an, in der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und mit zunehmender Klemmkraft F gegen die Bremsscheibe gedrückt werden. Zum Zeitpunkt t4 erfolgt das Abschalten des elektrischen Bremsmotors durch Öffnen des Stromkreises, so dass im weiteren Verlauf die Drehzahl n des Bremsmotors bis auf Null abfällt.

Mit der Phase des Kraftaufbaus zum Zeitpunkt t3 fällt der Kraftanstiegspunkt zusammen. Der Kraftaufbau bzw. der Verlauf der Klemmkraft F kann beispielsweise anhand des Verlaufs des Strom I des Bremsmotors ermittelt werden, der grundsätzlich den gleichen Verlauf wie die elektromechanische Klemmkraft aufweist. Ausgehend von dem niedrigen Niveau während der Leerphase zwischen t2 und t3 steigt der Stromverlauf zu Beginn des Zeitpunktes t3 steil an. Dieser Anstieg des Stroms kann detektiert und zum Bestimmen des Kraftanstiegspunktes herangezogen werden. Grundsätzlich kann der Verlauf des Kraftaufbaus aber auch aus dem Spannungs- oder Drehzahlverlauf bzw. aus einer beliebigen Kombination der Signale Strom, Spannung und Drehzahl bestimmt werden.

In Fig. 2 ist der Kurvenverlauf zeitabhängig dargestellt. Über eine beispielsweise sensorisch ermittelte Weginformation kann der zeitabhängige Verlauf in einen wegabhängigen Verlauf umgerechnet werden.

Der zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 zurückgelegte Weg des Spindelbauteils bzw. des Bremskolbens in Stellrichtung entspricht dem Leerweg s _c, i _e er des Aktua- tors während des Schließ- bzw. Zuspannvorgangs. Zum Zeitpunkt t1 befindet sich der elektrische Bremsmotor in seiner axial zurückgezogenen Anschlagsposi- tion, im Zeitpunkt t3 in seiner in Richtung auf die Bremsscheibe vorgestellten Kraftübertragungsposition.

In Fig. 3 ist ein weiteres Schaubild dargestellt mit dem Kurvenverlauf des Stroms I, der Spannung U und der Drehzahl n während des Öffnungsvorgangs des Bremsmotors, bei dem der Bremskolben zurückgefahren wird. Zum Zeitpunkt to1 beginnt der Öffnungsvorgang und der von dem elektrischen Bremsmotor verstellte Bremskolben wird axial von der Bremsscheibe zurückgezogen. Zum Zeitpunkt to2 ist Lastfreiheit erreicht, es wird keine elektromechanische Klemmkraft mehr übertragen. Zum Zeitpunkt to3 hat der elektrische Bremsmotor bzw. der von dem Bremsmotor verstellte Bremskolben seine axial zurückgezogenen Anschlagsposition erreicht. Der Lastfreiheitspunkt zum Zeitpunkt to2 entspricht dem Kraftanstiegspunkt zum Zeitpunkt t3 in Fig. 2. Der zurückgelegte Weg zwischen den Zeitpunkten to2 und to3 entspricht dem Leerweg s _0, i _e er während des Öffnungsvorganges.

In Fig. 4 ist ein Druck-Weg-Diagramm der hydraulischen Bremsvorrichtung dargestellt. Aus diesem Zusammenhang kann aus einem ermittelten Druck in der hydraulischen Bremsvorrichtung auf einen zugeordneten Weg geschlossen werden. Beispielsweise kann einer Druckdifferenz Δρ eine Wegdifferenz Äs zugeordnet werden, die einer Verschiebung des Bremskolbens und damit einhergehend einer Änderung des Volumens entspricht, welches für das Hydraulikfluid zur Verfügung steht. Bei dem Druck Δρ handelt es sich beispielsweise um den vom Fahrer über eine Bremspedalbetätigung erzeugten Vordruck im Bremssystem während des Zuspannvorgangs der Feststellbremse.

Beim Verfahren zur Plausibilisierung des Druckwertes wird zunächst während eines Öffnungsvorgangs der Feststellbremse (Fig. 3) der Leerweg s _0, i _e er zwischen den Zeitpunkten to2, zu dem Lastfreiheit besteht, und dem Zeitpunkt to3, bei dem maximal zurückgezogene Position erreicht ist, bestimmt. Zugleich wird der im hydraulischen System herrschende Druck bzw. Vordruck gemessen oder geschätzt.

Bei einem darauf folgenden Zuspannvorgang der Feststellbremse (Fig. 2) wird der Leerweg s _c, i _e er des Aktuators zwischen den Zeitpunkten t1 , zu welchem der Zuspannvorgang beginnt, und dem Zeitpunkt t3, der dem Kraftanstiegspunkt ent- spricht, bestimmt. Der Leerweg s _c ,i _e er des Aktuators beim Schließ- bzw. Zuspann- vorgang wird anschließend mit einem Druckreferenzwert s _p , _re f verglichen, der sich gemäß S _P , _ref = ^S o,lee _r + ^P) aus dem Aktuator-Leerweg s ₀ ,i _e er beim Öffnen und dem Differenzweg Äs beim zugehörigen Druck bzw. Vordruck Δρ einstellt. Unter Berücksichtigung von Toleranzen muss der Aktuator-Leerweg s _c ,i _e er beim Schließvorgang mit dem Druckre- ferenzweg mit dem Druckreferenzweg s _p , _re f übereinstimmen, damit von einer

Plausibilität des ermittelten Drucks ausgegangen werden kann. Nur in diesem Fall wird beim Stellen der Klemmkraft auch der hydraulische Anteil mit berücksichtigt, so dass sich die vom elektrischen Bremsmotor zu stellende elektrome- chanische Bremskraft um einen entsprechenden Anteil reduziert. Stimmt dage- gen der Aktuator-Leerweg s _c ,i _e er beim Schließvorgang nicht mit hinreichender

Genauigkeit mit dem Druckreferenzwert s _p , _re f überein, so wird der hydraulische Druck beim Schließvorgang nicht berücksichtigt und es muss die gesamte Klemmkraft über den elektrischen Bremsmotor gestellt werden.