Titel

Verfahren zum Bereitstellen der von einer Feststellbremse erzeugten Klemmkraft

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

Stand der Technik

Bekannt sind Feststellbremsen zum Erzeugen einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft mit einem elektrischen Bremsmotor, bei dessen Betätigung ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird. Eine derartige Feststellbremse wird beispielsweise in der DE 103 61 042 B3 beschrieben.

Unter bestimmten Voraussetzungen kann es zweckmäßig sein, nach dem ersten Zuspannvorgang der Feststellbremse in zeitlichem Abstand einen

Nachspannvorgang durchzuführen, um einen Klemmkraftverlust zu

kompensieren, der durch Abkühlen der Bremsscheibe entsteht. Zu

berücksichtigen ist hierbei jedoch, dass die hydraulische Fahrzeugbremse ebenfalls auf den Bremskolben wirkt, so dass für den Fall, dass ein

Hydraulikdruck im Bremssystem wirksam ist, eine Superposition der

elektromechanisch gestellten Klemmkraft und einer hydraulischen Klemmkraft erfolgt.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine ordnungsgemäße Funktion und hohe Betriebssicherheit einer Feststellbremse für ein Fahrzeug, die mit einem elektrischen Bremsmotor zum Erzeugen einer elektromechanischen Klemmkraft ausgestattet ist, zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Feststellbremsen in Fahrzeugen eingesetzt werden, die eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor aufweisen, über den eine Klemmkraft zum Festsetzen des Fahrzeugs im Stillstand erzeugbar ist. Bei einer Rotationsbewegung des elektrischen Bremsmotors führt ein Stellglied eine Stellbewegung aus, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe gedrückt wird.

Auf die Bremsscheibe kann gegebenenfalls eine Zusatzbremseinrichtung wirken, beispielsweise der hydraulische Druck einer hydraulischen Bremseinrichtung, bei der es sich beispielsweise um die reguläre Fahrzeugbremse handelt, über die während der Fahrt des Fahrzeuges Bremsvorgänge durchgeführt werden. Über den hydraulischen Druck der Bremseinrichtung wird der Bremskolben, der Träger des Bremsbelages ist, gegen die Bremsscheibe gedrückt. Der hydraulische Druck der Bremseinrichtung kann auch im Stillstand des Fahrzeuges wirksam sein und zu einer Zusatzklemmkraft führen, welche sich zu der

elektromechanischen Klemmkraft des Bremsmotors addiert. Der hydraulische Druck entsteht beispielsweise dadurch, dass der Fahrer bei Betätigung der Feststellbremse das Bremspedal beaufschlagt oder dass über ein

Fahrerassistenzsystem, beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) ein Hydraulikdruck generiert wird, der auch im Moment der Betätigung des elektrischen Bremsmotors der Feststellbremse wirksam ist.

Wenn ein Nachspannvorgang durch erneutes Betätigen des elektrischen

Bremsmotors durchgeführt werden soll und bereits ein hoher hydraulischer Bremsdruck anliegt, so kann die Soll-Klemmkraft von dem elektrischen

Bremsmotor nicht erreicht werden, da diese nicht beliebig gegen ein

vorgespanntes System anlaufen kann. Durch die Superposition von

hydraulischer Klemmkraft und elektromechanischer Klemmkraft ist die

bereitgestellte Endkraft höher als bei alleiniger Betätigung des elektrischen Bremsmotors. Wird dennoch während des Nachspannvorganges der

Bremsmotor betätigt, obwohl die Klemmkraft nicht weiter erhöht werden kann, so führt dies zu einer hohen Komponentenbelastung insbesondere im Bremsmotor sowie der Ansteuerungselektronik im Steuergerät, das dem Bremsmotor zugeordnet ist. Außerdem wird dem Bordnetz im Fahrzeug mehr elektrischer Energie entnommen als erforderlich ist.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wird ein Nachspannvorgang, bei dem der elektrische Bremsmotor der Feststellbremse im Anschluss an einen ersten Zuspannvorgang nochmals betätigt wird, abgebrochen, wenn der Motorstrom bzw. eine mit dem Motorstrom korrelierende Größe einen zugeordneten

Grenzwert überschreitet. Ein starker Anstieg des Motorstroms während des Nachspannvorganges deutet daraufhin, dass der Bremskolben keinen weiteren Weg zurücklegt und der elektrische Bremsmotor blockiert. Um mechanische und thermische Schädigungen und eine hohe Energieentnahme aus dem Bordnetz zu vermeiden, wird daher der elektrische Bremsmotor abgeschaltet, wenn während des Nachspannvorganges der Motorstrom einen zugeordneten

Grenzwert übersteigt. Anstelle des Motorstroms kommen auch mit dem

Motorstrom korrelierende Größen in Betracht.

Zusätzlich oder alternativ kann als Kriterium für das Abschalten auch die Motordrehzahl bzw. eine mit der Motordrehzahl korrelierende Größe betrachtet werden. Bei einem Blockieren des elektrischen Bremsmotors unterschreitet die Motordrehzahl einen zugeordneten Schwellenwert; ist dies der Fall, wird der Motor abgeschaltet.

Die genannten Kriterien werden zweckmäßigerweise alternativ betrachtet, so dass der Bremsmotor während des Nachspannvorganges abgeschaltet wird, sobald eines der Kriterien erfüllt ist.

Zusätzlich kann auch noch das weitere Abschaltkriterium berücksichtigt werden, dass der Nachspannvorgang abgebrochen wird, falls der vom Bremskolben zurückgelegte Nachspannweg einen zugeordneten Grenzwert überschreitet. Der dem Nachspannweg zugeordnete Grenzwert kann auf einen festen Wert gesetzt werden, beispielsweise auf 200 μηη. Falls der Nachspannweg zuerst den Grenzwert überschreitet, also noch bevor der Motorstrom oder die Drehzahl den jeweils zugeordneten Grenzwert erreicht, wird der Nachspannvorgang ebenfalls abgebrochen. Der dem Motorstrom zugeordnete Grenzwert wird beispielsweise auf den Einschaltstrompeak gesetzt, welcher beim Einschalten des elektrischen

Bremsmotors entsteht. Hierbei kann entweder ein gerätetypischer

Einschaltstrompeak verwendet werden oder der Einschaltstrompeak aus einem aktuellen Zuspannvorgang, insbesondere während des Nachspannvorganges.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass ein Fehlersignal für den Fall erzeugt wird, dass die geforderte Soll-Klemmkraft nicht allein über den elektrischen Bremsmotor erzeugt werden kann und zugleich keine ausreichende hydraulische Unterstützung über die Fahrzeugbremse erfolgt. Kann beim Nachspannen die Soll-Klemmkraft nicht vom Bremsmotor gestellt werden, ist es erforderlich, dass die Klemmkraftdifferenz über den hydraulischen Bremsdruck erzeugt wird. Falls kein hydraulischer Bremsdruck anliegt bzw. dieser nicht ausreicht, wird ein Fehlersignal erzeugt, das in geeigneter weise weiterverarbeitet werden kann, beispielsweise dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden kann.

Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, den Nachspannvorgang in

Abhängigkeit der Bremsscheibentemperatur durchzuführen. Insbesondere bei länger andauernden Bremsvorgängen während der Fahrt des Fahrzeuges kann die Bremsscheibentemperatur erheblich ansteigen und schließlich zu einer Durchwärmung der Bremsscheibe führen, bei der über die axiale Dicke der Bremsscheibe eine zumindest annähernd gleiche Temperatur herrscht. Falls bei heißer und durcherwärmter Bremsscheibe nach dem Abstellen des Fahrzeuges die Feststellbremse betätigt und über den elektrischen Bremsmotor zugespannt wird, kann bei der anschließenden Abkühlung der Bremsscheibe durch das thermisch bedingte Zusammenziehen ein Klemmkraftverlust auftreten, welcher über den Nachspannvorgang wieder kompensiert wird. Soweit Informationen über die Bremsscheibentemperatur vorliegen, kann der Nachspannvorgang von der Bremsscheibentemperatur beeinflusst sein, beispielsweise dergestalt, dass die Zeitspanne zwischen dem ersten Zuspannen über den elektrischen

Bremsmotor und dem Nachspannvorgang variabel von der

Bremsscheibentemperatur bestimmt wird oder die Entscheidung, ob

nachgespannt wird, von der Bremsscheibentemperatur abhängt. Um sicherzustellen, dass ein ausreichender Hydraulikdruck gestellt werden kann, wird zweckmäßigerweise während des Nachspannvorgangs der Hydraulikdruck überwacht, beispielsweise in einem ESP-Steuergerät oder durch Auswerten einer aktuellen elektrischen oder mechanischen Zustandsgröße des

Bremsmotors, beispielsweise des Motorstroms, wobei von einem nicht ausreichenden Hydraulikdruck ausgegangen werden kann, falls der Gradient des Motorstroms des elektrischen Bremsmotors einen zugeordneten Grenzwert überschreitet.

Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil der Feststellbremse 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, mit einem elektrischen Bremsmotor zur Erzeugung einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf verschiedener Zustandsgrößen der

Feststellbremse bei einem Zuspannvorgang der Feststellbremse,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf verschiedener Zustandsgrößen der

Feststellbremse bei einem Nachspannvorgang der Feststellbremse, wobei die geforderte Soll-Klemmkraft nicht erreicht wird,

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zur Bereitstellung der das Fahrzeug im Stillstand festsetzenden Klemmkraft durch die

Feststellbremse mit Unterstützung durch den Hydraulikdruck der Fahrzeugbremse.

Fig. 1 zeigt eine elektromechanische Feststellbremse 1 in einem Fahrzeug, wobei über die Feststellbremse eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist. Die Feststellbremse 1 weist einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9 auf, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied der Feststellbremse 1 fungiert ein als Elektromotor ausgeführter Bremsmotor 3, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 axial verstellbar und gegenüber dem Gehäuse rotationsfest gelagert ist. Das Spindelbauteil 5 wird axial verstellt, wenn die Spindel 4 rotiert. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelages 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 ist ein weiterer Bremsbelag 8 angeordnet, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.

Das Spindelbauteil 5 kann sich innerhalb des Bremskolbens 6 im Falle einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe zu bzw. bei einer entgegengesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 1 1 bewegen. Um eine gewünschte Soll-Klemmkraft zu erzeugen, beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, so dass der axial in der Feststellbremse 1 verschieblich gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.

Auf den Bremskolben wirkt außerdem der hydraulische Druck der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse, mit der das Fahrzeug während der Fahrt abgebremst wird. Der hydraulische Druck kann aber auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der Feststellbremse unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Klemmkraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt. In Fig. 2 ist ein Schaubild mit dem Stromverlauf I, der Spannung U, dem

Drehzahlverlauf n des elektrischen Bremsmotors, dem Stellweg s des

Spindelbauteils 5, der erzeugten Klemmkraft F _K i sowie dem Hydraulikdruck p zeitabhängig für einen Zuspannvorgang dargestellt. Am Anfang von Phase 1 beginnt der Zuspannvorgang, indem eine elektrische Spannung aufgebracht und der Bremsmotor bei geschlossenem Stromkreis unter Strom gesetzt wird. Am

Ende von Phase 1 haben die Spannung U und die Motordrehzahl n ihr Maximum erreicht. Die Phase 2 stellt die Leerlaufphase dar, in welcher der Strom I sich auf einem Minimumniveau bewegt. Daran schließt sich die Kraftaufbauphase 3 mit ansteigender elektromechanischer Klemmkraft an, in der die Bremsbeläge an der Bremsscheibe anliegen und mit zunehmender Klemmkraft gegen die

Bremsscheibe gedrückt werden. In der Phase 4 wirkt zusätzlich der hydraulische Druck p der Fahrzeugbremse auf den Bremskolben, so dass die gesamte Klemmkraft F _K i sich aus dem vom elektrischen Bremsmotor gestellten Klemmkraftanteil und dem hydraulischen Anteil additiv zusammensetzt. Am Ende von Phase 4 erfolgt das Abschalten des elektrischen Bremsmotors durch Öffnen des Stromkreises, außerdem wird der Pumpenmotor der hydraulischen Fahrzeugbremse abgeschaltet. Demzufolge fallen der hydraulische Druck p, der Strom I, die Spannung U und die Drehzahl ω des Bremsmotors 3 auf Null. Die Gesamt-Klemmkraft F _K i wird dabei gehalten.

In Fig. 3 sind die Signalverläufe der Zustandsgrößen während eines

Nachspannvorganges dargestellt, welcher sich an den ersten Zuspannvorgang in zeitlichem Abstand anschließt, um beispielsweise ein Nachlassen der

Klemmkraft aufgrund der Abkühlung der Bremsscheibe zu kompensieren. Bereits vor dem Einschalten des elektrischen Bremsmotors wirkt der hydraulische Druck p, der auf annähernd konstantem Niveau gehalten wird. Zum Zeitpunkt t-ι wird der elektrische Bremsmotor eingeschaltet, woraufhin der Motorstrom I auf einen Einschaltstrompeak l _max ansteigt. Wie bereits bei Fig. 2 beschrieben, sinkt der Motorstrom I anschließend wieder ab und steigt erneut an, wenn Getriebespiel einer den Bremsmotor umfassenden Motor-Getriebe-Einheit überwunden ist und die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe gedrückt werden.

Im Nachspannvorgang soll die zusätzliche Klemmkraft AF _RC erzeugt werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erreicht jedoch die Gesamt-Klemmkraft F _K i, welche sich aus dem elektromotorischen Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt, nicht die Zielklemmkraft F _K i, _S oii- Dies ist jedoch unkritisch, solange gewährleistet ist, dass die tatsächliche Klemmkraft F _K i höher ist als die für das Festsetzen des Fahrzeugs erforderliche Klemmkraft. In Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten zur Bereitstellung einer

Klemmkraft durch die Feststellbremse mit Unterstützung durch den

Hydraulikdruck der Fahrzeugbremse dargestellt. Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt 20 die Höhe der Soll-Klemmkraft sowie der zusätzlichen Klemmkraft festgelegt, welche im Nachspannvorgang zusätzlich aufgebracht werden soll. Der nächste Verfahrensschritt 21 kennzeichnet den ersten

Zuspannvorgang zum Aufbringen der Soll-Klemmkraft, die durch den elektrischen Bremsmotor mit Unterstützung durch den Hydraulikdruck der Fahrzeugbremse eingestellt wird.

Die folgenden Verfahrensschritte kennzeichnen den Nachspannvorgang, welcher sich in einem definierten zeitlichen Abstand an den ersten Zuspannvorgang anschließt. Der Nachspannvorgang wird beispielsweise durchgeführt, wenn die Neigung der Straße, auf der das Fahrzeug abgestellt ist, einen Grenzwert übersteigt. Möglich ist auch die Durchführung des Nachspannvorganges, wenn die Bremsscheibentemperatur oberhalb eines Schwellenwertes liegt.

Im Verfahrensschritt 22 wird abgefragt, ob im ersten Zuspannvorgang die geforderte Soll-Klemmkraft erreicht worden ist und vom Hydrauliksystem Druck bereitgestellt werden kann. Ist eine dieser Bedingungen nicht erfüllt, wird der Nein-Verzweigung („N") folgend zum Verfahrensschritt 23 fortgefahren und ein Fehlersignal erzeugt, mit dem beispielsweise der Fahrer informiert wird.

Anschließend wird zum Verfahrensschritt 24 fortgefahren, das Verfahren ist beendet. Der Grund für das Fehlersignal liegt darin, dass im Ausführungsbeispiel die geforderte Soll-Klemmkraft nicht allein über den elektrischen Bremsmotor gestellt werden kann, so dass eine hydraulische Unterstützung zwingend erforderlich ist.

Sind die in Verfahrensschritt 22 abgefragten Kriterien beide erfüllt, wird der Ja- Verzweigung („Y") folgend zum Verfahrensschritt 25 fortgefahren, gemäß dem der Nachspannvorgang durch erneutes Zuspannen des elektrischen

Bremsmotors begonnen wird. Der Nachspannvorgang wird so lange

durchgeführt, bis eine der in den Verfahrensschritten 26, 27 und 28 formulierten Abschaltbedingungen erfüllt ist, die während des Nachspannvorgangs laufend abgefragt werden.

Gemäß Verfahrensschritt 26 wird der elektrische Bremsmotor abgeschaltet, wenn der vom Bremskolben zurückgelegte Nachspannweg einen zugeordneten Grenzwert überschreitet. Der Bremskolben wird von dem elektrischen

Bremsmotor verstellt. Gemäß Verfahrensschritt 27 erfolgt die Abschaltung des Bremsmotors, wenn der

Motorstrom I einen zugeordneten Grenzwert übersteigt. Dieser Grenzwert für den Motorstrom kann beispielsweise auf den Einschaltstrompeak l _max (Fig. 3) gesetzt werden. Es kann beispielsweise beim aktuell laufenden Nachspannvorgang der Einschaltstrompeak l _max bestimmt und als Grenzwert herangezogen werden.

Gemäß Verfahrensschritt 28 erfolgt die Abschaltung des Bremsmotors, wenn die Motordrehzahl ω einen zugeordneten Grenzwert unterschreitet. In diesem Fall ist eine weitere Bewegung des Bremsmotors nicht möglich, es droht ein Blockieren, wodurch die mechanischen und elektrischen Komponenten zusätzlich belastet würden.

Wird der Nachspannvorgang abgebrochen, wenn die Bedingung im

Verfahrensschritt 26 vorliegt, also ein definierter Bremsweg von dem vom Bremsmotor beaufschlagten Stellglied zurückgelegt worden ist, wird zum

Verfahrensschritt 30 fortgefahren und das Verfahren beendet. Wenn dagegen eine der Abschaltbedingungen 27 bzw. 28 erfüllt ist, wird zum Verfahrensschritt 29 vorgerückt und eine verlängerte Nachlaufzeit des Regel- bzw. Steuergeräts des Bremsmotors angefordert. Das Steuergerät bleibt dadurch länger aktiv und kann über Raddrehzahlfühler die Fahrzeugbewegung überwachen. Beim

Vorliegen eines Raddrehsignals kann auf ein Wegrollen des Fahrzeugs geschlossen werden, woraufhin ein erneuter Nachspannvorgang ausgelöst wird. Erst wenn während der erweiterten Nachlaufzeit kein Wegrollen des Fahrzeugs detektiert wird, wird das Steuergerät abgeschaltet.

Im Anschluss an Verfahrensschritt 29 wird zum Verfahrensschritt 30 vorgerückt, das Verfahren ist beendet.