Feststellbremse und Verfahren zum Betreiben derselben

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feststellbremse mit einem Aktuator, wobei der Aktuator mit einem in zwei Richtungen betreibbaren Gleichstrommotor angetrieben wird, der einen Kolben des Aktuators und hierdurch über ein selbsthemmendes Getriebe des Aktuators mindestens eine Bremsbacke zum Zuspannen oder Lösen der Feststellbremse bewegt, wobei eine Steuereinheit für die Steuerung o- der Regelung der Bewegung des Gleichstrommotors vorgesehen ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Feststellbremse.

Eine elektrisch betätigbare Feststellbremse ist beispielsweise aus DE 10 361 042 B3 bekannt. Diese weist einen Elektromotor auf, der mit einem Bremskolben zusammen wirkt. Ferner ist ein Getriebe mit einer hohen Untersetzung vorgesehen, das dazu dient, die Drehbewegung des E- lektromotors in eine Längsbewegung des Bremskolbens zur Betätigung der Bremsbacken (Reibbeläge) umzusetzen. In

der Druckschrift wird dargestellt, dass insbesondere bei kraftsensorlosen Fahrzeugbremsen davon ausgegangen wird, dass eine vorbestimmte Zuspannkraft erreicht ist (und der Elektromotor abgeschaltet werden kann) , wenn die Stromaufnahme des Elektromotors einen vorbestimmten Wert, den Abschalt- oder Maximalstromwert, erreicht hat. Bei dem bekannten Verfahren wird ferner zum Erzielen einer vorbestimmten Zuspannkraft die Größe eines Abschaltstroms des Elektromotors in Abhängigkeit einer Ereigniszahl eines gezählten Ereignisses, beispielsweise die Betätigung der Bremse, das Anhalten des Fahrzeugs, das Abschließen des Fahrzeugs und/oder andere derartige Ereignisse, variiert. Weitere Korrekturfaktoren können weitere erfasste Kenngrößen wie Temperatur und Widerstand des Elektromotors bei der Abschaltstromanpassung berücksichtigen.

In der Druckschrift DE 19 732 168 C2 wird ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben einer Feststellbremse beschrieben, bei dem während des Zuspannens eine Spindel mittels eines Elektromotors so lange angetrieben wird, bis ein zuvor festgelegter, maximaler Wert der Stromaufnahme erreicht ist, der mit einer gewünschten Zuspannkraft korrespondiert. Sobald dieser Wert erreicht ist, wird der Elektromotor abgeschaltet und die Fahrzeugbremse erfüllt ihre Feststellfunktion insbesondere dadurch, dass das Getriebe selbsthemmend ausgebildet ist.

Auch die Druckschrift EP 0 478 642 Bl beschreibt eine Betätigungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse bei der ein als Gleichstrommotor ausgeführter Elektromotor, der in seiner Laufrichtung umgeschaltet werden kann, eingesetzt wird. Die Steuer- und Regeleinrichtung, welche die

Feststellbremse in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs und/oder des Elektromotors steuert, kann den Elektromotor selbsttätig ausschalten, wenn der Motorstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt oder aber wenn er sich eine bestimmte Zeit lang nicht mehr dreht.

Eine elektrische Park- oder Feststellbremse hat die grundlegende Aufgabe, ein Kraftfahrzeug mittels elektrisch angetriebener Reibungsbremsen gemäß den gesetzlichen und/oder den kundenspezifischen Anforderungen sicher festzustellen. Der Fahrer eines Kraftfahrzeugs mit einer solchen elektrischen Feststellbremse muss sich dabei auf die funktionale Zuverlässigkeit dieses "brake by wire"-Bremssystems verlassen können.

Eine zentrale Kundenanforderung schreibt vor, bei jedem Zu- spannen mindestens eine vordefinierte Spannkraft (z.B. 18,5 kN) einzustellen, unabhängig von den Umwelteinflüssen oder sonstigen Randbedingungen. Diese Forderung berücksichtigt bereits alle fahrzeug- und herstellerspezifischen Ak- tuatoren, insbesondere die maximal zu erwartende Steigung, den Bremsschreibendurchmesser, die Reibwerte der Beläge usw. Es muss außerdem sichergestellt werden, dass beim Lösen der elektrischen Feststellbremse ein ausreichend großes Lüftspiel eingestellt wird so dass es im weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht zu einer überhitzung der Bremse kommt .

Ein Grundproblem heutiger Steuerungen/Regelungen von Feststellbremsen besteht darin, dass die Zuspannkraft aus Kostengründen nicht direkt gemessen wird, sondern aus anderen Parametern indirekt bestimmt wird. Beispielsweise verwen-

den, wie oben dargestellt, bekannte Verfahren zum Zuspannen der Feststellbremse einen vorher festgelegten Maximal- oder Abschaltstrom als Abschaltkriterium, bei dem angenommen wird, dass die gewünschte Zuspannkraft erreicht ist. Nach heutiger Erkenntnis arbeiten die bekannten Verfahren jedoch noch nicht genau genug, so dass die geforderte Zuverlässigkeit des "brake by wire"-Bremssystems häufig nicht gegeben ist .

Es besteht somit die Aufgabe, eine Feststellbremse zu schaffen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Feststellbremse anzugeben, durch die eine genauere Einstellung der gewünschten Zuspannkraft beim Zuspannen bzw. eine genauere Einstellung des Lüftspiels beim Lösen der Feststellbremse ermöglicht wird.

Die vorliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem bei Steuerung oder Regelung der Bewegung des Gleichstrommotors zum Zuspannen und/oder Lösen der Feststellbremse durch die Steuereinheit ein hydraulischer Vordruck, welcher im Fall des Zuspannens aktuell am Kolben anliegt oder im Fall des Lösens beim vorangegangenen Zuspannen am Kolben angelegen hat, berücksichtigt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, dass der Kolben in einem Bremsengehäuse angeordnet ist und sich - wie auch Spindel und Mutter des Aktuators - in Bremsflüssigkeit bewegt. Entsprechend liegt am Kolben ein hydraulischer Bremsdruck an, der abhängig von der Bremspedal- Stellung des Kraftfahrzeugs veränderlich ist, wobei das Bremspedal durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient wird. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Erkenntnis,

dass der im System herrschende hydraulische Vordruck sich additiv mit der eingestellten Zuspannkraft überlagert, so dass die Summe der Kräfte aus dem hydraulischen Vordruck und der eingestellten Zuspannkraft eine resultierende Zuspannkraft ergibt. Für das Lösen ist der hydraulische Vordruck insbesondere hinsichtlich der Anlegepunkterkennung zu beachten. Demzufolge lässt sich die Genauigkeit der Einstellung der Zuspannkraft bzw. des Lüftspiels dadurch erhöhen, dass erfindungsgemäß der aktuell im System anliegende hydraulische Vordruck beim Zuspannen und/oder der beim vorangegangenen Zuspannen anliegende hydraulische Vordruck beim Lösen der Feststellbremse berücksichtigt wird.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Steuereinheit zur Steuerung oder Regelung der Bewegung des Gleichstrommotors zum Zuspannen der Feststellbremse mit einer gewünschten, vorgegebenen Zuspannkraft ein vom Gleichstrommotor aufgenommener Maximalstromwert bestimmt, das Zuspannen durch eine entsprechende Bewegung des Gleichstrommotors durchgeführt und nach Erreichen des Maximalstromwerts die zum Zuspannen der Feststellbremse führende Bewegung des Gleichstrommotors beendet. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei der Bestimmung des Maximalstromwerts als erste Komponente ein vom Gleichstrommotor eingenommener Leerlaufström und als zweite, additive Komponente eine vom hydraulischen Vordruck abhängige Komponente berücksichtigt.

Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass der Maximalstromwert aus der gewünschten Zuspannkraft, dem hydraulischen Vordruck, einem geometrischen Wert sowie dem Leerlaufstrom und lediglich einem einzigen, beispielsweise in

einem Kennfeld abgelegten Parameter bestimmt werden kann. Die Berechnung des Maximalstromwerts ist somit einfach und schnell durchführbar.

Weiter kann die Genauigkeit der Einstellung der Zuspann- kraft verbessert werden, wenn zusätzlich bei der Bestimmung des Maximalstromwerts als dritte, additive Komponente ein temperaturabhängiger Korrekturwert, der vorzugsweise die Temperatur des Gleichstrommotors zu Beginn des Zuspannvor- gangs umfasst, und/oder als vierte, ebenfalls additive Komponente ein von der Zahl der bisherigen Betätigungen der Feststellbremse abhängiger Korrekturwert berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung dieser Korrekturen hat den Vorteil, dass Temperatureffekte und Abnutzungen der mechanischen Komponenten in die Bestimmung des für die erforderliche Zuspannkraft zu erreichenden Maximalstromwerts einfließen .

Es ist ebenfalls bevorzugt, dass durch die Steuereinheit beim Zuspannen und/oder Lösen mittels eines Motormodells fortlaufend ein zurückgelegter Betätigungsweg des Gleichstrommotors ermittelt wird. Hierbei entspricht der Betätigungsweg des Gleichstrommotors auch dem Weg, den die Mutter auf der Spindel, die durch den Motor angetrieben wird, oder der Kolben zurücklegt. Aufgrund dieser vorteilhaften Vorgehensweise ist es, wie im Folgenden beschrieben wird, sehr einfach, die Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks beispielsweise bei der Kalibrierung der Kolbenposition auf den Anlegepunkt durchzuführen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Steuereinheit ein während des Zuspannens überschrittener

Anlegepunkt ermittelt und eine mittels eines Motormodells ermittelte Kolbenposition unter Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks auf den ermittelten Anlegepunkt oder die ermittelte Position beim Erreichen des vorgegebenen Maximalstromwerts kalibriert. Hierbei ist die Kalibrierung auf den Anlegepunkt bevorzugt, wobei auf die Position beim Erreichen des Maximalstroms beispielsweise dann kalibriert wird, wenn der Anlegepunkt nicht ermittelt werden konnte.

Wie oben bereits dargestellt wurde, muss bei der realisierten Zuspannkraft auch der an dem Kolben anliegende hydraulische Vordruck berücksichtigt werden, der sich mit der eingestellten Zuspannkraft überlagert. Mit Hilfe des hydraulischen Vordrucks lässt sich, wie unten gezeigt wird, die nur mit Hilfe eines Motormodells ermittelte Kolbenposition auf den Anlegepunkt oder auf den Punkt am Ende des Zu- spannvorgangs kalibrieren. Dies ist eine besonders einfache Möglichkeit der Positionskalibrierung, die eine genaue Steuerung oder Regelung der Aktuatorbewegung beim Zuspannen oder Lösen ermöglicht.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird durch die Steuereinheit aus dem Betätigungsweg zwischen dem ermittelten Anlegepunkt und der Betätigungsposition beim Erreichen des vorgegebenen Maximalstromwerts ein zurückgelegter Zuspannweg ermittelt und anschließend der zurückgelegte Zuspannweg mit einem der gewünschten Zuspannkraft entsprechenden Normzuspannweg verglichen, wobei bei einer signifikanten Abweichung des zurückgelegen Zuspannwegs vom Normzuspannweg, nämlich dann, wenn der zurückgelegte Zuspannweg deutlich kleiner als der Normzuspannweg ist, eine Nachspannfunktion der Steuereinheit aktiviert wird. Bei-

spielsweise kann bei einer Abweichung des zurückgelegten Zuspannwegs vom Normzuspannweg von mehr als 50%, d.h., wenn der zurückgelegte Zuspannweg deutlich kleiner als 50% des Normzuspannwegs ist, ein Nachspannen ausgelöst.

Dieses Ausführungsbeispiel geht davon aus, dass auch nach dem Erreichen des Abschalt-/Maximalstromwerts und dem Beenden des Zuspannvorgangs keine Information über die tatsächlich erreichte Zuspannkraft verfügbar ist. Unter der Vorraussetzung, dass der Anlegepunkt, d.h. der Punkt, bei dem die Bremsbeläge gerade an der Bremsscheibe anliegen, bekannt ist, kann mit Hilfe des Vergleichs des vom Anlegepunkt bis zum Erreichen des Maximalstromwerts zurückgelegten Wegs (zurückgelegter Zuspannweg) und des anhand einer Normsattelkennlinie ermittelten Normzuspannwegs geprüft werden, ob die erforderliche Zuspannkraft aller Wahrscheinlichkeit nach auch wirklich eingestellt wurde. Der Normzuspannweg ergibt sich dabei aus der Normsattelkennlinie der Feststellbremse für die gewünschte Zuspannkraft. Die Normsattelkennlinie ist hierbei der Zusammenhang zwischen Zuspannkraft und Verformung der Feststellbremsenelemente (bzw. Kolbenweg), der sich aus der Steifigkeit der Elemente ergibt .

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet die Nachspannfunktion eine Wegregelung, wobei das Nachspannen vorzugsweise direkt nach Beendigung des Zuspannvorgangs durchgeführt wird. Dieses Vorgehen ist von Vorteil, da aus Versuchen bekannt ist, dass zum Wiederanlaufen des Aktuators ein deutlich höherer Strom benötigt wird als der Strom, der beim letzten Zuspannen verwendet wurde. Aus diesem Grund wird ein Nachspannkonzept realisiert, das ohne

den beim oben beschriebenen Zuspannen definierten Abschaltoder Maximalstromwert auskommt.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird durch das Steuergerät zum Nachspannen eine "Knock-Funktion" verwendet, wobei auch bei diesem Ausführungsbeispiel das Nachspannen vorzugsweise direkt nach Beendigung des Zuspannvorgangs durchgeführt wird. Die "Knock-Funktion" ist eine vorteilhafte Maßnahme beim Zuspannen, bei der vorzugsweise abhängig von der Aktuatortemperatur, der zur Verfügung stehenden Spannung und dem erreichten Abschaltstrom am Ende eines Zuspannvorgangs eine Anzahl von Drehmomentimpulsen auf den Aktuator gegeben wird, so dass sich eine höhere Zuspann- kraft einstellt. Ein Beispiel für eine derartige "Knock- Funktion" wird unten erläutert.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Steuereinheit zum Lösen der Feststellbremse eine Steuerung der Mutterbewegung in Löserichtung durchgeführt, wobei bei der Berechnung des für die Steuerung der Mutterbewegung verwendeten Sollverfahrwegs der beim letzten Zuspannen unter Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks ermittelte Anlegepunkt sowie ein vorgegebenes Lüftspiel berücksichtigt wird. Die Bestimmung des Sollverfahrwegs wird somit vereinfacht und ist durch die Verwendung des ermittelten Anlegepunkts auch vergleichsweise genau, da eine Integration von Fehlern so vermieden wird.

Die obige Aufgabe wird ferner durch eine Feststellbremse gelöst, bei der die Steuereinheit einen hydraulischen Vordruck, welcher am Kolben anliegt, bei Steuerung oder Rege-

lung der Bewegung des Gleichstrommotors zum Zuspannen oder Lösen der Feststellbremse berücksichtigt. Die erfindungsgemäße Feststellbremse weist die oben hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens genannten Vorteile auf. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Feststellbremse entsprechen den oben zu dem erfindungsgemäßen Verfahren erläuterten Ausführungsbeispielen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen einer erfindungsgemäßen Feststellbremse bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer solchen Feststellbremse anhand von Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.

Es zeigen schematisch:

Fig. 1 einen ersten Teil der Komponenten einer erfindungsgemäßen Feststellbremse in Form einer Schaltskizze,

Fig. 2 einen zweiten Teil der Komponenten der erfindungsgemäßen Feststellbremse gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von der Seite,

Fig. 3 den Motor und die Getriebestufen der erfindungsgemäßen Feststellbremse gemäß Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht von der Seite (teilweise Explosionsdarstellung) ,

Fig. 4 ein Kennfeld des beim Zuspannen zu realisierenden Maximalstromwerts (einzustellender Strom in A) , um eine Zuspannkraft von 16 kN zu erhalten, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur (in ⁰ C) und der Eingangsspannung des Gleichstrommotors (in V) ohne Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks,

Fig. 5 ein Diagramm, das die quadratische Abhängigkeit der Zuspannkraft F _caliper von dem Kolbenweg x _pist on für F _caliper ≥ 0 darstellt, und

Fig. 6 ein Diagramm, aus dem der Verlauf der Ableitung des Motorstroms i nach der Zeit t (di/dt) in Abhängigkeit von der Zeit t beim Zuspannen zu entnehmen ist.

1. Beschreibung der erfindungsgemäßen Feststellbremse

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Feststellbremse für ein Kraftfahrzeug weist für jedes Rad einen Aktuator 5 auf, der jeweils über eine Steuer-/Regelleitung 7 mit einer Steuereinheit 10 verbunden ist. Fig. 1 zeigt ferner die Verbindung der Steuereinheit 10 über eine (ggf. mehrfache) Steuer-/Regelleitung 12 zum Betätigungsschalter 14 der Feststellbremse, mit dem das Zuspannen oder Lösen der Feststellbremse durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs initiiert werden kann. Die Steuereinheit 10 weist eine Spannungsversorgung 15 auf und ist mit den Aktuatoren 5 auch jeweils mit einer Leitung 16 verbunden, welche die Temperatur des jeweiligen Aktuators 5 an die Steuereinheit 10 übermittelt.

Den Fig. 2 und 3 ist zu entnehmen, dass jeder Aktuator 5 mit einer im hydraulisch betätigbaren Bremskolben 20 liegenden Spindel versehen ist, auf der sich die verdrehgesicherte Mutter mit der Drehbewegung der Spindel in axialer Richtung bewegt und bei Kontakt mit dem Bremskolben beim Zuspannen eine Spannkraft auf die Bremsbeläge 22 und die nicht dargestellte Bremsscheibe aufbringt. Die Steifigkeit des Systems wird u.A. durch den Bremssattel 23 erzeugt.

Die Spindel wird über ein doppelstufiges Schneckengetriebe 24 mit einer ersten Getriebestufe 25 und einer zweiten Getriebestufe 26 von einem bürstenbehafteten, in zwei Richtungen betreibbaren Gleichstrommotor 28 angetrieben. Die erzeugte Spannkraft wird durch das Axiallager abgestützt. Durch die zweite Stufe 26 des Schneckengetriebes wird die für die Parkbrems-/Feststellbremsfunktion erforderliche Selbsthemmung realisiert. Die Selbsthemmung beinhaltet, dass eine einmal vom Gleichstrommotor 28 aufgebrachte Spannkraft auch ohne Strom aufrecht erhalten wird.

Zur Einstellung der erforderlichen Zuspannkraft wird der Motorstrom gemessen und die an den Motor angelegte Spannung über die Steuereinheit 10, die mit einer nicht dargestellten H-Brücke verbunden ist, in die erforderliche Richtung festgelegt. Die Zuspannkraft selbst wird aus Kostengründen nicht gemessen. Gleiches gilt auch für die Motorposition bzw. die Drehzahl des Motors 28.

Optional kann mit Hilfe eines umgebauten Raddrehzahlsensors die Drehbewegung des Motors gemessen werden. Dies erfolgt über die Generierung von Drehzahlimpulsen, die der Sensor

erfasst. Allerdings ist keine Drehrichtungserkennung vorgesehen, vielmehr muss die Motorbewegungserfassung aufgrund der Ansteuerung des Motors die Drehrichtung selbständig ermitteln. Da hierdurch nicht alle Fälle berücksichtigt werden können, z.B. wenn der Motor sich in negativer Richtung bewegt, obwohl eine positive Spannung anliegt und ein positiver Strom fließt, ist die Positionserfassung auch in diesem Ausführungsbeispiel nicht fehlerfrei möglich.

Bei den im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für die nachfolgend aufgeführten Elemente und physikalischen Größen der Feststellbremse die folgenden Symbole verwendet:

Motor 28

Motorkonstante: k _t Motorwicklungswiderstand (inkl. Zuleitung) : R _mot

Motorinduktivität (inkl. Zuleitung) : L _mot

Temperaturabhängigkeit Motorkonstante: c _kt

Massenträgheitsmomente (geschätzt) : θ

Norminaistrom: i _nom

Nominalspannung: u _nom

Nominaldrehzahl: n _nom

Nominaldrehmoment : M _nom

Getriebe 24

übersetzung erste Stufe 25: U ₁

übersetzung zweite Stufe 26: U ₂

Steigung/Wirkungsgrad: p

Aktuator 5

Gesamtgetriebeübersetzung ü

Gesamtwirkungsgrad η

Konstantreibungsmoment M _R0

Stattelsteifigkeit c

Kolben

Wirksamer Durchmesser: d

Wirksame Fläche: A _eff

Kernstück der Aktuatoransteuerung der Steuereinheit 10 ist ein Wegregler, der folgende Funktionen erfüllt:

- Position im Rahmen der Möglichkeiten einregeln,

- Abschalten beim Erreichen der vorgegebenen Strombegrenzung (Maximalstromwert), und

- Abschalten beim Erreichen eines stationären Zustands.

Der Wegregler gibt in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung folgende Größen für die Ansteuerung der mit dem Gleichstrommotor 28 verbundenen H-Brücke vor:

- Pulsweitenmodulation (-1 = Löserichtung, 0 = Bremsbetrieb, +1 = Zuspannrichtung)

- H-Brücken-Enable .

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Wegregler der Steuereinheit 10 derart gestaltet, dass er nur die Spannung ein- bzw. ausschalten kann, die Einstellung von Spannungszwischenwerten ist nicht möglich. Es liegt deshalb ein so genannter Dreipunkt-Regler vor. Das Einregeln der gewünschten Position des Kolbens bzw. der Bremsbacken geschieht dadurch, dass beim überfahren der gewünschten Posi-

tion in den Bremsbetrieb geschaltet wird. Die sich dann ergebende Regeldifferenz kann toleriert werden. Diese Form der echten Dreipunkt-Regelung wird beim Lösen und beim Nachspannen der Feststellbremse verwendet.

Weiterhin muss der Regler auch beim Erreichen der Stellgrößenbegrenzung (d.h. bei Erreichen des Maximal- bzw. Minimalstromwerts) abschalten. Hierfür wird der Strom auf die überschreitung der vorab bestimmten Stromgrenzen überwacht. Es ist allerdings sicherzustellen, dass der hohe Anlaufstrom des Gleichstrommotors 28 hinsichtlich der Abschaltbedingung ignoriert wird, da er grundsätzlich über den vorgegebenen Maximalgrenzen liegt. Hierfür wird die überwachung hinsichtlich des Erreichens der Stromgrenzen erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit, (z.B. 50 bis 150 ms) nach dem Einschalten des Wegreglers gestartet. Das Abschalten beim Erreichen des vorgegebenen Maximalstromwerts wird beim Zu- spannen dadurch erreicht, dass als Positionssollwert ein vom Aktuator 5 nicht zu erreichender Sollwert vorgegeben wird .

Der Wegregler der Steuereinheit 10 muss ferner beim Erreichen eines stationären Zustands (Bewegungsstillstand) abgeschaltet werden. Hier wird das Regelungsziel bzw. die Stellgrößenbeschränkung nicht erreicht. Diese Situation entsteht beim Zuspannen beispielsweise immer dann, wenn die zur Verfügung stehende Spannung nicht für das Erreichen des vorgegebenen Maximalstromwerts ausreicht. Insbesondere ist hierbei die Erkennung des Stillstands kritisch, da das Vorliegen einer Bewegung nur geschätzt und nicht überwacht wird. Es kann daher zu Situationen kommen, in denen ein Stillstand des Aktuators 5 nicht erkannt wird. Um einen

solchen Fall zu vermeiden, kann als Abschaltkriterium beispielsweise die Verlustleistung verwendet werden. Diese kann, da sie nicht direkt gemessen wird, z.B. aus dem für den jeweiligen Vorgang aufgewendeten Quadrat des Stroms ermittelt werden. Alternativ ist die überwachung des einfachen Stromintegrals (Integral des Strombetrags) möglich, die den Vorteil bietet, dass auch lange, mit kleinen Strömen arbeitende Vorgänge erkannt und abgeschaltet werden können .

2. Beschreibung des Motormodells

Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, dass die Bewegung des Gleichstrommotors mittels des bekannten Modells "Gleichstrommaschine" beschrieben werden kann. Dabei ergibt sich die Besonderheit, dass das mittels der Software zu realisierende Motormodell mit abgetasteten Werten arbeitet und zeitdiskret ist. Bei in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Abtastzeiten von T ₀ = 10 ms wird der Strom nicht mehr schnell genug abgetastet, um dem Einfluss der Induktivität des Motors auf das Verhalten zu erfassen. Aus diesem Grund wird die Induktivität im zeitdiskreten Motormodell ignoriert. Das Motormodell vereinfacht sich demnach auf die folgende Darstellung:

u(k-T ₀ )=R _mot -i(k-T ₀ )+ω(k-T ₀ )-k _t (Gl. 1),

wobei u ... die Spannung, ύ) ... die Drehzahl des Gleichstrommotors sind und k-T ₀ den aktuellen Abtastwert angeben.

Aus dieser Gleichung kann durch einfaches Umformen sowohl die aktuelle Motordrehzahl als auch fortlaufend die Motor-

Position (Betätigungsposition) bzw. der Betätigungsweg durch Integration der Drehzahl ermittelt werden:

u(k-T ₀ )-R _mot -i(k-T ₀ ) ω(k-T _n ) =

(Gl. Ia und Ib) φ(k-T ₀ ) = φ((k-l)-T ₀ ) + ω(k-T ₀ )-T ₀

3. Funktionsweise der erfindungsgemäßen Feststellbremse

Beim Zuspannen der erfindungsgemäßen Feststellbremse wird der Motor in Richtung Zuspannen, das heißt beispielsweise mit einer positiven anliegenden Spannung, über die H-Brücke angetrieben. Nach dem Anlaufen des Motors sinkt der Strom schnell auf einen Minimalwert, den sogenannten Leerlaufstrom, während sich die Maximaldrehzahl einstellt. Nachdem die Beläge zur Anlage an der Bremsschreibe gekommen sind, d.h. nach überwindung des Lüftspiels, baut sich eine Kraft auf und der Strom steigt an. Nun wird der Aktuator so lange durch den Gleichstrommotor angetrieben, bis sich ein Maximalstromwert einstellt bzw. dieser überschritten wird. Dann ist die dem entsprechenden Strom zugeordnete Zuspannkraft erreicht .

Beim Lösen der Feststellbremse wird der Gleichstrommotor in die entgegen gesetzte Richtung, beispielsweise durch Anlegen einer negativen Spannung, betrieben. Wie unten erläutert wird, führt die Steuereinheit beim Lösen der Feststellbremse eine Steuerung durch, um den Löseweg einzustellen .

4. Zuspannen der erfindungsgemäßen Feststellbremse

Für das beschriebene Vorgehen beim Zuspannen ist es notwendig, den Maximalstromwert für die gewünschte Zuspannkraft vorab zu ermitteln. Dieser Stromwert hängt unter anderem von der Temperatur und der zur Verfügung stehenden Spannung ab. Die Temperatur beeinflusst den Motorwiderstand, die Motorkonstante und die Eigenschaften der Schmierung und damit den Wirkungsgrad. Der Motorwiderstand nimmt mit zunehmender Temperatur zu, die Motorkonstante hingegen ab. Die Eigenschaften des Schmiermittels (Fett) werden mit abnehmender Temperatur schlechter, da es zu einer Verdickung kommt. Bei sehr hohen Temperaturen wird das Fett hingegen zu flüssig, so dass sich seine Eigenschaften auch verschlechtern. Dafür sind die Eigenschaften des Fetts über den für die Feststellbremse relevanten Temperaturbereich im Wesentlichen konstant .

Am einfachsten kann ein Maximalstromwert dadurch ermittelt werden, dass die Aktuatoreigenschaften experimentell vermessen werden und die entsprechenden Maximalstromwerte in einem Kennfeld gespeichert werden. Ein derartiges Kennfeld ist in Fig. 4 dargestellt. Es zeigt den erforderlichen Maximalstromwert für eine Zuspannkraft von 16 kN in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur und der Eingangsspannung des Motors. Das messtechnisch erfasste Kennfeld wurde jedoch ohne die Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks aufgenommen .

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für bestimmte hydraulische Vordrücke, die am Kolben des Aktua- tors anliegen, jeweils ein in Fig. 4 gezeigtes Kennfeld ermittelt und die so erzeugten Kennfelder für die Ermittlung

des Maximalstromwerts abhängig vom hydraulischen Vordruck sowie Umgebungstemperatur und Eingangsspannung in der Steuereinheit der erfindungsgemäßen Feststellbremse zur Verfügung gestellt. Für hydraulische Vordrücke, die zwischen den Werten liegen, für die Kennfelder existieren, kann der entsprechende Wert für den Maximalstrom interpoliert werden.

Um nicht für jeden neuen Baustand des Aktuators Kennfelder unter Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks neu aufnehmen zu müssen, was zeitaufwendig ist, wird im Folgenden ein Verfahren dargestellt, mit dem der Abschalt- /Maximalstromwert algorithmisch bestimmt werden kann.

Die gewünschte Zuspannkraft F _epb in Abhängigkeit von dem Maximalstromwert i _max ergibt sich bei konstant angenommenen Wirkungsgraden im Wesentlichen aus dem folgenden Zusammenhang zwischen erreichter Zuspannkraft und sich einstellendem Strom am Ende der Bewegung:

r epb — :GI. 2;

P

Die eingestellte, gewünschte Zuspannkraft hängt somit von geometrischen Daten (Spindelsteigung und übersetzungsverhältnis ü) des Aktuators, von der Motorkonstanten k _tr vom Gesamtwirkungsgrad η und der zu berücksichtigenden Konstantreibung M _R0 ab. Der Zusammenhang zwischen eingestellter Maximalkraft und dem Maximalstromwert ist somit linear.

Während die geometrischen Daten das Aktuators bekannt sind und als konstant angenommen werden können, ist die Motorkonstante temperaturabhängig. Der Wirkungsgrad des Aktua-

tors und die Konstantreibung ändern sich nicht nur in Abhängigkeit von der Temperatur (Schmiermittel) sondern sind auch abhängig vom Verschleiß, d.h. sie sind beispielsweise abhängig von der Anzahl der Betätigungen der Feststellbremse .

Wenn im System ein hydraulischer Vordruck Phyd am Kolben mit der wirksamen Fläche A _eff anliegt, so überlagert sich dieser mit der eingestellten Zuspannkraft nach (Gl. 2) . Dies kann wie folgt dargestellt werden:

:GI. 3:

Aus einer Umstellung von (Gl. 3) nach i _max ergibt sich der erfindungsgemäße Zusammenhang, der den hydraulischen Vordruck berücksichtigt:

i _^ = ^(Fepb~P : ^'A f ^'PSp ₊ ^=(F _epb -p _v -A _eff ) ^. _m (n) ₊ b(n) (Gl. 4). η-u-π-k _t k _t

Der Maximalstromwert setzt sich in (Gl. 4) aus zwei Komponenten zusammen. Die erste Komponente erzeugt die eigentliche Kraft unter der Randbedingung, dass die Konstantreibung Null ist. Die zweite Komponente berücksichtigt den Anteil des Stroms, der gebraucht wird, um überhaupt eine Drehung des Motors zu bewirken. Beide Komponenten hängen nicht nur vom Verschleiß sondern auch über die Motorkonstante von der Temperatur ab.

Bei der Berechnung des Maximalstromwerts muss berücksichtigt werden, dass die erste Komponente niemals kleiner als Null werden darf. Dies bedeutet, dass immer

F _e≠ ≥P _V -A _eff (Gl. 5)

gelten muss. Somit müssen Kraftanforderungen, die kleiner sind als der momentan herrschende hydraulische Vordruck (Pedaldruck), entsprechend angehoben werden und in entsprechenden Kennfeldern für die Berechnung von i _max zur Verfügung gestellt werden.

Die zunächst unbekannten Parameter m (η) und b (η) aus

(Gl. 4) können in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durch entsprechende Versuche vorab ermittelt werden.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann b (η) , da es den Stromanteil repräsentiert, der für die Bewegung des Motors an sich gebraucht wird, durch den bei einem Zuspannvorgang ermittelten Leerlaufström iieeriauf als guten Schätzwert ersetzt werden. Hieraus ergibt sich:

i _n^ =(F _epb -p _v -A _eff )-m(η)+i _leerlαuf (Gl. 6) .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch der Parameter m(η) der krafterzeugenden Komponente in Abhängigkeit von iiee _r iau _f ausgedrückt werden (m(η) = m(i _leerlauf ) ) .

Zur Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit des Maximalstromwerts wird eine Korrekturkomponente i _korr (T) berücksichtigt, die beispielsweise die in der unten stehenden Ta-

belle aufgeführten Werte (in A) für die angegebenen Temperaturbereiche Tl bis T4 (Aktuatortemperatur ) aufweist:

Das Kennfeld wird dabei in folgenden Felder unterteilt:

• Tl: -4O ⁰ C < T < -2O ⁰ C

• T2: -2O ⁰ C < T < O ⁰ C

• T3: O ⁰ C < T < 8O ⁰ C

• T4: 8O ⁰ C < T < 100 ⁰ C

Alternativ kann auch eine Korrektur durchgeführt werden, die zusätzlich zur Temperaturabhängigkeit die am Gleichstrommotor anliegende Spannung (Spannungsbereiche Ul bis U4) berücksichtigt:

Das Kennfeld wird dabei in folgenden Felder unterteilt

• Tl: -4O ⁰ C < T < -2O ⁰ C Ul: 8 V < u < 10 V

• T2: -2O ⁰ C < T < O ⁰ C U2: 10 V < u < 12 V

• T3: O ⁰ C < T < 8O ⁰ C U3: 12 V < u < 14 V

• T4: 8O ⁰ C < T < 100 ⁰ C U4: 14 V < u < 16 V

Aus obigem Modell folgt, dass der Korrekturwert Null für den Nominalfall gilt, nämlich u = 13 V und Raumtemperatur. Beide Tabellen können auch wesentlich mehr Stützstellen beinhalten. Zwischen den angegebenen Stützstellen wird linear interpoliert.

Für die Bestimmung des richtigen Korrekturwerts muss die Temperatur des Aktuators bekannt sein. Sollte eine Messung der Temperatur direkt am Aktuator aus Kostengründen nicht möglich sein, kann anstelle der Temperatur des Aktuators insbesondere für die Bereiche Tl bis T3 die Umgebungstemperatur verwendet werden. Sollte die Aktuatortemperatur größer sein als die gemessenen Umgebungstemperaturen, so wirkt sich das auf die eingestellte Zuspannkraft nur dahingehend aus, dass diese zu groß wird. In Bezug auf die Fahrzeugsicherheit ist dies aber tolerierbar.

Der Bereich T4 kann nicht durch eine Messung der Umgebungstemperatur ermittelt werden. Die Temperaturen aus dem Bereich T4 ergeben sich allerdings auch nur dann, wenn der Aktuator sich selbst sehr stark aufheizt (crazy-driver ) o- der durch eine heiße Bremsanlage von außen aufgeheizt wird. Diese Fälle können jedoch durch Temperaturmodelle abgedeckt werden. Der Bereich T4 wird demnach durch eine Kombination einer Umgebungstemperaturmessung und zwei Temperaturmodelle ( Selbstaufheizung des Aktuators und Aufheizung durch Bremsanlage) realisiert.

Aus obigen Betrachtungen zur Temperaturkorrektur und ggf. Spannungskorrektur ergibt sich die folgende Gleichung für die Bestimmung des Abschaltstroms:

i _n∞ = ( ^F _epb ^~ P _V ^■ δ _eff ) - m{η) + i _leerlauf +i _korr (T, ggf. u) ( Gl . 7 ) .

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Verschleiß durch eine Abhängigkeit der Parameter m(η) bzw. i _kOrr von der Anzahl der bisher erfolgten Betätigungen n des Aktua- tors abhängig gestaltet werden. Das bedeutet

m(η) = g(n) ; i _korr = f(T, ggf. u, n) (Gl. 9) .

Da auch am Ende oder nach Abschluss des Zuspannvorgangs die tatsächlich aufgebrachte Kraft nicht explizit bekannt ist, kann in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, um zu überprüfen, ob die erreichte Zuspannkraft ausreichend ist und dem vorgegebenen Wert entspricht, der beim Zuspannen zurückgelegte Zuspannweg x _c iam _P , d.h. der Betätigungsweg aus ^¬ gehend vom Anlegepunkt ermittelt werden. Wenn die Sattelkennlinie der Feststellbremse gerade der "Normsattelkennlinie" entspricht, kann aus dieser anhand der gewünschten Zuspannkraft ein Normzuspannweg ermittelt werden. Bei einem Vergleich des tatsächlich zurückgelegten Zuspannweges mit dem Normzuspannweg kann abgeschätzt werden, ob die erreichte Zuspannkraft auch der gewünschten Zuspannkraft entspricht. Sollte der eingestellte Zuspannweg deutlich kleiner sein als die Normwegdifferenz, so wird in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel durch die Steuereinheit eine Nachspannfunktion aktiviert.

Bevorzugt wird das Nachspannen ohne das explizite Ausschalten der H-Brücke direkt im Anschluss an den Zuspannvorgang durchgeführt, da aus Versuchen bekannt ist, dass zum Wider- anlaufen des Aktuators ein deutlich höherer Strom benötigt wird, als beim letzten Zuspannen. Der direkte Anschluss der

Nachspannfunktion an den Zuspannvorgang hat den Vorteil, dass nicht noch einmal ein sehr hoher Einschaltstrom auftritt.

Eine Ausführungsmöglichkeit zum Nachspannen besteht darin, mittels einer Wegregelung ein weiteres Zuspannen der Feststellbremse durchzuführen. Hierbei geht man von der beim Ende des Zuspannvorgangs vorliegenden Position aus. Die Wegregelung verwendet ausgehend hiervon einen Positionssollwert, der einen um dx größeren Wert aufweist als die Position am Ende des Zuspannvorgangs. Bei der um dx größeren Position wird davon ausgegangen, dass die Bremsbacken mit einer entsprechend größeren Kraft zugespannt werden. Der Wegregler versucht beim Nachspannen, den um dx größeren Wert in Zuspannrichtung einzustellen. Hierbei wird die für den eigentlichen Zuspannvorgang verwendete Grenze (Maximalstromwert) nicht angewendet, jedoch ein weiterer ("aufgeweichter") Stromgrenzwert vorgegeben, der überwacht wird. Der weitere Stromgrenzwert ist charakteristisch für den Zustand, bei dem der Aktuator am Ende seiner physikalischen Möglichkeiten ist, d.h. der Aktuator überschreitet einen absoluten Maximalstromwert nicht. Das Nachspannen wird durch die Steuereinheit entweder beim Erreichen des um dx größeren Weges gestoppt oder, wenn dieser nicht erreicht wird, beim Erreichen des weiteren Stromgrenzwerts.

Eine weitere Möglichkeit, eine Nachspannfunktion zu realisieren, besteht in der sogenannten "Knock-Funktion" . Diese spezielle Variante des Nachspannens kann in Abhängigkeit von der Aktuatortemperatur, der zur Verfügung stehenden Spannung und dem erreichten Abschaltstrom am Ende des Zuspannvorgangs durchgeführt werden. Hierbei wird eine Anzahl

von Drehmomentimpulsen auf den Aktuator gegeben, so dass sich eine höhere Zuspannkraft einstellt. Zur Erzeugung der Drehmomentimpulse wird die H-Brücke für eine definierte Zeit eingeschaltet. Danach wird eine vorgegebene Zeit gewartet (z.B. 150 ms) . Wird während dieser Einschaltphase nach Ablauf einer minimalen Zeit (z.B. 50 ms) der maximal vorgegebene Strom (weiterer Stromgrenzwert oder Maximalstromwert) überschritten, so wird dieser Drehmomentimpuls abgebrochen und wieder die bestimmte, vorgegebene Zeit gewartet. Beispielsweise kann die folgende Anzahl von Drehmomentimpulsen (auch "Knocks" genannt) angewendet werden:

T n Knock ,: = trunc ( hl ) : GI . I O ; io°c

Die Impulse n _Knocks sind jeweils 150 ms lang und folgen alle 300 ms aufeinander.

Die „Knock-Funktion" kann auch analog während des „normalen" Zuspannvorgangs, insbesondere an dessen Ende, durchgeführt werden. Ihre Anwendung ist somit nicht auf das Nachspannen beschränkt.

Für die Bestimmung des Maximalstromwerts wird, wie oben dargestellt, der aktuelle Leerlaufström berücksichtigt. Der Leerlaufström wird beim überfahren des Lüftspiels vermessen. Als Realisierung zur Vermessung des LeerlaufStroms kann das betragsmäßige Minimum des Stroms beim Zuspannen als Leerlaufstromwert verwendet werden. Hierdurch muss der Anlaufstrom nicht gesondert berücksichtigt werden und es wird auch dann ein Ergebnis ermittelt, wenn kein Lüftspiel vorhanden ist. Das Minimum des Stroms kann in diesem Fall

ebenfalls als Ersatzwert verwendet werden, wobei der so gefundenen Wert für den Leerlaufström auf einen Maximalwert zu begrenzen ist.

Zur Bestimmung der zur Maximalstromwertberechnung verwendeten Temperatur muss aus den gemessenen Aktuatortemperaturen diejenige Temperatur gewählt oder berechnet werden, die letztendlich zur Berechnung des Maximalstromwerts verwendet wird. Insbesondere liegen bei der Verwendung von Feststellbremsen auf beiden Seiten des Kraftfahrzeugs zwei Aktuato- ren vor, bei welchen Temperaturmessungen durchgeführt werden. Sollten die Messungen an beiden Aktuatoren nicht erkennbar falsch sein, so wird in vorteilhafter Weise für die Berechnung des Abschaltstroms diejenige Temperatur gewählt, die von beiden einen höheren Abschaltstrom erzeugen würde. Sollte eine der beiden Temperaturmessungen erkennbar falsch sein, so wird der Messwert der intakten Messung zur Bestimmung des Maximalstromwerts herangezogen. Falls beide Messungen der Temperatur erkennbar falsch sind, so kann eine "worst case"-Temperatur , beispielsweise -4O ⁰ C, für die Berechnung des Maximalstromwerts herangezogen werden.

Alternativ zur Verwendung einer Strombegrenzung, um die gewünschte Zuspannkraft einzustellen, kann die gewünschte Zu- spannkraft über einen vorher ermittelten Zuspannweg eingestellt werden. Hierbei wird der unten im Zusammenhang mit dem Lösen der Feststellbremse diskutierte Zusammenhang zwischen Zuspannkraft und Kolbenweg bzw. der Verformung des Bremssattels und der Beläge genutzt werden. Dieser Zusammenhang ergibt sich aus der Steifigkeit des Systems und setzt sich im Wesentlichen aus der Steifigkeit der Bremsfaust (material- und geometrieabhängig) und der Bremsbeläge

zusammen. Diese Steifigkeit spielt allerdings erst eine Rolle, wenn der Anlegepunkt erreicht ist. Demzufolge ist die Voraussetzung für die Anwendung dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung eine sichere Erkennung des Anlegepunkts, die analog zu der unten im Kapitel "Lösen der Feststellbremse" erläuterten Anlegepunkterkennung unter Berücksichtigung des hydraulischen Vordrucks erfolgt. Analog zu unten stehendem Verfahren kann auch die Positionskalibrierung durchgeführt werden, die zur Kalibrierung des Kennlinienzusammenhangs zwischen Zuspannkraft und Kolbenweg dient .

Bei der Bestimmung des durch den Aktuator zurückzulegenden Wegs für eine bestimmte, gewünschte Zuspannkraft muss weiterhin berücksichtigt werden, dass die Steifigkeit des Ak- tuators änderungen unterliegt, die beispielsweise aus dem Zustand der Bremsbeläge (Verschleiß, Temperatur, Temperatur der Bremsscheibe) herrühren. Um diese änderungen zu berücksichtigen, wird entweder mit einer "worst-case-Kennlinie" gearbeitet, die aufgrund von Sicherheitsbetrachtungen die genannten änderungen abdeckt. Allerdings führt eine solche "worst-case-Kennlinie" zu einer erhöhten mechanischen Belastung des Aktuators. Alternativ können für die verschiedenen änderungsfälle unterschiedliche Kennlinien ermittelt und in der Steuereinheit hinterlegt werden (z.B. Scheiben- temperaturmodell mit schneller änderung, Modell für Verschleiß oder Anzahl der Bremsbetätigungen mit langsamer änderung bei gelegentlichem Vermessen) . Abhängig von der jeweiligen änderung kann dann die jeweils gültige Kennlinie ausgewählt und bei der Ermittlung des zurückzulegenden Wegs des Aktuators angewendet werden.

Grundsätzlich lassen sich die Zuspannkonzepte "Maximalstromwertbegrenzung" und "Zuspannwegbegrenzung" auch kombinieren. Beispielsweise kann ein Konzept als Masterkonzept ausgewählt werden und mit dem jeweils anderen Konzept überprüft werden. So ist es sinnvoll, nach einem Zuspannen gemäß "Maximalstromwertbegrenzung" zu überprüfen, ob sich der gefahrene Weg im Rahmen des Konzepts "Zuspannwegbegrenzung" bewegt. Ggf. kann eine Nachspannfunktion (siehe oben) der Steuereinheit aktiviert werden.

Auch kann es durch Ausfall von Sensoren erforderlich werden, das jeweils andere Zuspannkonzept anzuwenden. Fällt beispielsweise der Temperatursensor aus, so kann alternativ das Konzept "Zuspannwegbegrenzung" oder das Konzept "Maximalstromwertbegrenzung" mit einer "worst-case-Temperatur" bis zur Reparatur des Sensors verwendet werden.

5. Lösen der erfindungsgemäßen Feststellbremse

Zum Lösen der Feststellbremse wird durch den Aktuator rein gesteuert ein bestimmter Verfahr- oder Löseweg <Ptotai_reiease in Löserichtung zurückgelegt. Hierbei wird der Sollverfahrweg aus dem aktuellen Abstand zur Anlegeposition (ohne Vordruck) ψciamp und einem vorzugebenden Luftspiel φ _ai rga _P _set (hierbei ist das maximale Lüftspiel des Kolbens, das durch die Position der Antriebsmutter im Kolben definiert wird, gemeint) ermittelt.

Es wird daher folgender Gesamtweg durchfahren:

ψ total _releαse ^~ ψ clαmp ^~ ^ ^~ ψ αirgαp _set ψ airgap _set ^ " ( Gl . 1 1 )

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit zusätzlich eine sogenannte "Disengage- Funktion/Engage-Funktion" auf. Mittels der Disengage- Funktion wird zusätzlich zu dem oben definierten Lüftspiel ein erweitertes Lüftspiel φtotai_reiease+φ _e rw vorgegeben und durch den Wegregler angefahren. Mittels der Engage-Funktion wird durch die Steuereinheit ein Zurückfahren auf das ursprünglich eingestellte Lüftspiel <Ptotai_reiease gesteuert. Mittels der Engage-/Disengage-Funktionen kann z.B. bei einer erkennbaren Erhitzung der Bremse ohne Bremswunsch ein sicheres Lüften der Feststellbremse realisiert werden. Hierbei weist das Steuergerät eine Notfunktion auf, die auch aus der "Disengage-Position" mit erweitertem Lüftspiel ein Zuspannen vorsieht, so dass der Anlegepunkt sicher erkannt werden kann.

Die Position der Bremsbacken oder die Position des Aktua- tor-Kolbens ist in der Regel, beispielsweise bei Anwendung obigen Motormodells (Gl. 1) zur Bestimmung der Position nicht genau bekannt, da das Modell Vereinfachungen enthält und auch die Motorparameter nicht präzise bekannt sind. Die durch die Ungenauigkeiten und Vereinfachungen entstandenen Fehler werden bei der Bestimmung der Position integriert und führen unter ungünstigen Umständen über mehrere Zu- spannvorgänge schnell zu Abweichungen, so dass das sichere Einstellen des Lüftspiels, das auf einer reinen Positionsregelung beruht, nicht mehr gewährleistet ist. Aus diesem Grund wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die durch das Modell ermittelte Position des Kolbens oder der Bremsbacken bei jedem Zuspannen kalibriert. Kalibrieren heißt hierbei, dass der aktuell mit

Hilfe eines Motormodells ermittelte Positionswert korrigiert wird.

Für die Kalibrierung der Position wird ein Bremssattelstei- figkeits-Modell verwendet, welches kennlinienbasiert oder parametrisch vorliegen kann. Unter der Annahme, dass die Zuspannkraft quadratisch von dem zurückgelegten Weg abhängt, sofern der Weg größer oder gleich Null ist, und keine Kraft aufgewendet werden muss, wenn der Weg kleiner als Null ist, und unter der weiteren Annahme, dass am Anlegepunkt lediglich eine Kraft verursacht durch den hydraulischen Vordruck anliegt, kann folgender parametrischer Zusammenhang abgeleitet werden, der zur Positionskalibrierung genutzt werden kann (p _P i _S ton • • • Druck am Kolben) :

Demnach kann bei bekanntem Anlegepunkt eine Kalibrierung der Position auf den Anlegepunkt mit dem in (Gl. 12) angegebenen Zusammenhang vorgenommen werden, indem der bekannte Anlegepunkt mit dem errechneten Positionswert x _cp verglichen wird.

Der Zusammenhang zwischen Zuspannkraft und vom Aktuator zurückgelegtem Weg wird noch einmal anhand des in Fig. 5 dargestellten Diagramms veranschaulicht. Die gepunktete Linie symbolisiert die Situation am Anlegepunkt, an dem der zurückgelegte Weg x _cp dem hydraulischen Vordruck F _hydr entspricht. über diesen Zusammenhang können die übrigen Positionen der Kennlinie entsprechend kalibriert werden.

Alternativ kann auch auf den Punkt des zurückgelegten Wegs, in dem sich der Maximalstromwert, d.h. die gewünschte Zu- spannkraft, einstellt, kalibriert werden. Dieser Punkt ist durch die gewünschte Zuspannkraft über das Motormodell e- benfalls zugänglich.

Sollte der Vordruck nicht verfügbar sein, so ist dennoch eine Positionskalibrierung erforderlich. In diesem Fall kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein fest vorgegebener Wert für den Vordruck (z.B. 40 bar) verwendet werden. Gegebenenfalls muss dann bei der Vorgabe des Lüftspielwegs φ _a irgap_set ein etwas größerer Wert eingestellt wer ^¬ den, so dass es auch dann nicht zu einem Schleifen der Bremse kommt, wenn der tatsächliche Vordruck deutlich größer als der angenommene Wert war.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der verwendete Vordruck abhängig von einer ggf. vorhandenen Hangneigung gewählt werden. Alternativ kann der verwendete Vordruckwert von der Sattelkennlinie abhängig bestimmt werden. Bei einer quadratisch verlaufenden Kennlinie kann beispielsweise der Vordruck verwendet werden, der dem halben Verfahrweg entspricht. Bei einem maximalen Druck von 200 bar könnte somit beispielsweise ein Vordruck von etwa 50 bar verwendet werden.

Voraussetzung für die Positionskalibrierung ist die Kenntnis des tatsächlichen Anlegepunkts, der sich im Laufe des Betriebs der Feststellbremse verschiebt und der mit der erfindungsgemäßen Feststellbremse ohne Kraftmessung nicht direkt gemessen werden kann.

Durch theoretische Betrachtungen ausgehend von der Erkenntnis, dass am Anlegepunkt die Ableitung der Zuspannkraft nach dem Zuspannweg größer als Null wird, ergibt sich als Kriterium für die Bestimmung des Anlegepunkts der Zusammenhang:

Eine robuste technische Umsetzung zur Anlegepunkterkennung entsprechend obigen Zusammenhangs berücksichtigt die folgenden störenden Randbedingungen:

- verrauschte Signale (Strom i und Spannung u)

- Temperaturabhängigkeit aller Größen {R _mot , k _tr M _R0 )

- überlagerte dynamische Effekte (Anlaufverhalten)

- qualitativ verändertes Zuspannverhalten aufgrund von Verschleiß

- Systemeinflüsse (z.B. durch An- bzw. Abschalten des "Nachbaraktuators" )

Für die technische Umsetzung der Anlegepunkterkennung werden Spannung und Strom zyklisch mit der Abtastzeit T ₀ er- fasst (siehe Motormodell (Gl. I)) . Die erfassten Werte werden anschließend nach der Zeit differenziert. Als robustes Verfahren hat sich hierfür die quadratische Approximation bewährt, wobei sich als besonders vorteilhaft die Anwendung eines Approximationsfilters dritter Ordnung herausgestellt, bei dem gerade 3 Messwerte für die Bildung einer Parabel verwendet werden.

Die zeitliche Ableitung des Stroms ist in dem in Fig. 6 dargestellten Diagramm veranschaulicht. In dieser Darstellung wird deutlich, dass der Anlegepunkt durch einen Nulldurchgang der Ableitung des Stroms nach der Zeit charakterisiert ist. Bei einem größeren Lüftspiel kann es jedoch auch eine ausgedehnte Phase der ersten Ableitung des Stroms geben, in der die Ableitung in der Nähe von Null liegt. Um eine klare Abgrenzung zum Anlaufverhalten zu erreichen, wird die Erkennung des Anlegepunkts durch die Beobachtung von di/dt erst dann vorgenommen, wenn eine negative Ableitung auftritt.

Für das sichere und robuste Erkennen des Anlegepunkts wurde das im Folgenden dargestellte Verfahren entwickelt. Zunächst wird eine (positive) Schranke i _p0 für die betrachtete Größe (di/dt) festgelegt. Diese Schranke ist ein kleiner (verglichen mit den übrigen Werten di/dt) positiver Wert nahe Null. Wird diese Schranke durch di/dt überschritten, so wird die aktuelle Position als potentieller Anlegepunkt gespeichert und ein Zähler gestartet. Der Zähler zählt mit jedem neuen Messwert so lange weiter nach oben, so lange die betrachtete Größe größer ist als die Schranke i _p0 . Fällt die Größe unter die Schranke, dann wird der Zähler wieder auf Null gesetzt. Der potentielle Anlegepunkt wird genau dann als wirklicher Anlegepunkt betrachtet, wenn der Zähler einen vorgegebenen Wert n _Vorgabe erreicht. Damit wird sichergestellt, dass als Anlegepunkt die Position gewählt wird, nach der die zu betrachtende Größe mindestens n _Vorgabe mal hintereinander größer war als die vorgegebene Schranke. Dieses Verfahren hat sich in der Praxis bewährt und liefert auch bei ungewöhnlichen Stromprofilen sinnvolle Werte.

Eine Prüfung des gefundenen Anlegepunkts auf Plausibilität findet nicht statt, da die Position ja gerade auf den gefundenen Anlegepunkt kalibriert werden soll und somit keine (sinnvolle) Größe zum Vergleich vorliegt.

Bei Vorliegen eines hydraulischen Vordrucks wird ein analoges Verfahren verwendet. Allerdings kann es, je nach realer Sattelsteifigkeit, erforderlich sein, den Grenzwert n _Vorgabe herunterzusetzen, weil die Bewegung bei hohen Vordrücken schon vor Ablauf der bei Vordruck Null betrachteten n _Vorgabe Messwerten beendet ist. Es wird daher die folgende Abhängigkeit von n _Vθ rgahe vom Vordruck p ₀ vorgeschlagen:

Pz

"voπabe iPo )= iO -trWlc {

40 bar

Der oben beschriebene Algorithmus zur Anlegepunkterkennung eignet sich auch dafür, weitere Kalibrierpunkte zu ermitteln. Dies geschieht dadurch, dass die Schranke i _p o für einen weiteren Kalibrierpunkt anders gewählt wird. Man kann so versuchen, für die Plausibilitätsprüfung der eingestellten Zuspannkraft über den ermittelten Verfahrweg einen stabileren, d.h. linearen, Teil der Sattelkennlinie zu vermessen. Hierbei wird die Schranke i _p o zur Ermittlung des Kalibrierpunkts erhöht. Gegebenenfalls muss auch ein anderes (kleineres) n _Vorgabe für die Ermittlung des bei höherer Kraft gefundenen Kalibrierpunkts eingestellt werden.

Das Lüftspiel wird dadurch ermittelt, dass das vor dem aktuellen Zuspannvorgang eingestellte Lüftspiel durch Berechnung der Wegdifferenz zwischen Start des Zuspannvorgangs bis zum Finden des neuen Anlegepunkts ermittelt wird. Nach

dem Zuspannen liegen so Messungen für das davor eingestellte Lüftspiel vor. Sollte das vermessene Lüftspiel kleiner sein als das Lüftspiel, das eingestellt werden sollte, so könnte hierin eine fehlerhafte Einstellung liegen. Um den gleichen Fehler, also das Einstellen eines zu kleinen Lüftspiels beim nächsten Lösen zu verhindern, wird für den nächsten Lösevorgang der Sollwert für das Lüftspiel um einen festen Betrag vergrößert. Ist demgegenüber das vermessene Lüftspiel deutlich größer als der vorgegebene Wert, so kann der Sollwert für das nächste Lösen verkleinert werden. Aufgrund von Sicherheitsbetrachtungen ist es sinnvoll, das Lüftspiel in großen Schritten zu vergrößern und in wesentlich kleineren Schritten wieder zu verkleinern.

Nach einem harten Reset der Steuereinheit, in der diese nicht geordnet heruntergefahren wurde, ist der Status des Aktuators unbekannt. Insbesondere liegt keine kalibrierte Position vor, auf die sich die Ansteuerung beziehen könnte. Aus diesem Grund ist vor dem normalen Betrieb der Feststellbremse eine Initialisierungsfahrt des Aktuators notwendig. Die Initialisierungsfahrt startet bei Betätigung des Bedienelements der Feststellbremse. Beim Zuspannen wird die Initialisierung derart vorgenommen, dass beim Zuspannen der normale Maximalstromwert erreicht wird. Bei diesem Zuspannen wird jedoch eine Anlegepunkterkennung nicht durchgeführt. Anschließend wird einmalig, d.h. bis zur nächsten Bestimmung des Anlegepunkts die Position des Aktuators auf den Standardwert der Normkennlinie gesetzt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Sollzuspannkraft gerade mit dem Abschaltkriterium eingestellt wurde. Damit liegt ein Wert der Position vor, der beim nächsten öffnen/Lösen ein sicheres Einstellen des Lüftspiels garantiert.

Falls der Fahrer des Kraftfahrzeugs nach einem harten Reset der Steuereinheit die Feststellbremse lösen möchte, startet die Initialisierungsfahrt trotzdem zunächst in Richtung Zu- spannen, bis der normale Maximalstromwert erreicht wird. Die sich anschließende Initialisierungsprozedur erfolgt a- nalog zur obigen Prozedur. Anschließend wird die Feststellbremse gelöst und ein Lüftspiel sicher eingestellt.

Durch unterschiedlichen Verschleiß, durch Modellfehler oder aktuatorspezifische Gegebenheiten kann es zu einer deutlichen, d.h. für den Fahrer des Kraftfahrzeugs spürbaren A- synchronität zwischen zwei in einem Kraftfahrzeug angeordneten Aktuatoren kommen. Dies geschieht beispielsweise, wenn die Lüftspiele links und rechts sehr unterschiedlich eingestellt werden und ein Aktuator beim nächsten Zuspannen seinen Anlegepunkt wesentlich früher erreicht als der andere. Die Zeitdifferenz zwischen der Einstellung beider Anlegepunkte ist ein Maß für die Asynchronität der Aktuatoren. Sollte diese Zeitdifferenz größer werden als eine zulässige Schranke, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende änderung des Lüftspielsollwerts das synchrone Verhalten wieder hergestellt. Aus Sicherheitsgründen wird der Lüftspielsollwert des scheinbar „schnelleren" Ak- tuators vergrößert. Vorzugsweise wird diese Adaption in kleinen Schritten (pro Betätigung) durchgeführt, um die Varianz der Anlegepunkterkennung auszugleichen. Außerdem wird in vorteilhafter Weise die Korrektur der Lüftspielsollwerte beider Aktuatoren einzeln aufintegriert , um bei erreichter Synchronität die Korrektur auf beiden Seiten gleichzeitig zu reduzieren, bis das kleinere Lüftspiel dem Normlüftspiel entspricht .