Titel

Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Feststellbremse sowie entsprechende

Vorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Feststellbremse mit einem elektrischen Aktuator zur Einstellung einer definierten Klemmkraft für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest die folgenden Schritte:

- Ermittlung eines Nachlaufs des elektrischen Aktuators,

- Einstellung der definierten Klemmkraft unter Berücksichtigung des ermittelten Nachlaufs des elektrischen Aktuators. Weiterhin betrifft die Erfindung die Anwendung des Verfahrens sowie eine Vorrichtung eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise eine elektromechanische

Feststellbremse bekannt. Derartige System besitzen bspw. einen elektromechanischen Steller an der Radbremse. Über einen Elektromotor wird ein Moment erzeugt, welches wiederum über eine Getriebe- und Spindeleinheiten in eine Klemmkraft umgewandelt wird. Der Strom der Elektromotoren wird während dem Betrieb der Parkbremse gemessen. Er ist direkt proportional zur erreichten Klemmkraft. Wenn der für die gewünschte Klemmkraft benötigte Strom erreicht ist, wird der Motor über einen Kurzschluss bis zum Stillstand gebremst. Während dieser Zeit sind die Motorspannung und der Motorstrom (gemäß Definition im VDA305-100) nicht messbar. Trotz der Bremsung des Motors kommt es abhängig von der bereits erreichten Klemmkraft durch ein Ausdrehen des Motors zu einer weiteren Erhöhung der Klemmkraft. Offenbarung der Erfindung

Vorteilhaft ermöglicht hingegen das erfindungsgemäße Verfahren ein genaues Einstellen einer gewünschten Klemmkraft. Insbesondere ermöglicht das Verfahren kleine Bremskräfte und eine Vorpositionierung der Bremse gleichmäßig gut über Temperatur- und Spannungsvariationen einzustellen.

Ermöglicht wird dies gemäß der Erfindung durch die in den unabhängigen

Patentansprüchen angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer automatisierten

Feststellbremse mit einem elektrischen Aktuator zur Einstellung einer definierten Klemmkraft für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest die folgenden Schritte:

- Ermittlung eines Nachlaufs des elektrischen Aktuators,

- Einstellung der definierten Klemmkraft unter Berücksichtigung des ermittelten Nachlaufs des elektrischen Aktuators.

Als Einstellung einer definierten Klemmkraft ist insbesondere der Aufbau einer definierten Klemmkraft zu verstehen. Im diesem Sinne kann das Verfahren insb. während einem Schließvorgang der Feststellbremse eingesetzt werden um bspw. eine definierte Bremskraft zu erzielen. Unter dem Begriff Nachlauf (auch als Ausdrehen bezeichnet) soll ein Ausrollen des elektrischen Aktuators (Elektromotor) der

Feststellbremse bei einer Abbremsung verstanden werden. Eine Abbremsung wird insbesondere durch einen Kurzschluss bis zum Stillstand erzielt. Weiterhin soll hierunter auch der Nachlaufweg, bzw. Ausrollweg oder verstanden werden. In dem Verfahren wird also der Nachlauf ermittelt, d.h. berechnet oder abgeschätzt, welcher sich einstellen würde, wenn die Abbremsung durch bspw. Kurzschluss zum aktuellen Zeitpunkt gestartet werden würde. Dieser so ermittelte Nachlauf wird beim Start der tatsächlichen Abbremsung berücksichtigt, um möglichst exakt die gewünschte Klemmkraft - nach dem Nachlauf - zu treffen und damit im System einzustellen.

Diese Erfindung ermöglicht die Berechnung der erwarteten weiteren Erhöhung der Klemmkraft durch den Nachlauf. Damit kann während des Klemmkraftaufbaus eine Vorhersage über die tatsächlich gestellte Klemmkraft getroffen werden. Dies ist insbesondere von Vorteil beim Stellen kleiner Klemmkraftstufen wie z.B. während des Rollenprüfstandmodus oder bei der mechanischen Verzögerung (IFA). Damit können die Motoren entsprechend früher abgeschaltet werden.

Weiterhin kann der während der Bremsung verfahrene Weg berechnet werden und damit z.B. bei einer Vorpositionierung des Aktuators für einen HAP-Vorgang (Highly Autonomous Parking) eine höhere Genauigkeit bei der Einstellung eines reduzierten Zuspannwegs erzielt werden.

Der gebremste Motor kann als ein gedämpftes Feder- Masse-System aufgefasst werden. Ein erster Energiespeicher ist bspw. der rotierende Anker. Ein weiterer Energiespeicher ist bspw. die Bremszange mit einer Federkonstante, die proportional zur Steifigkeit ist. Die Dämpfung wird durch den Motorwiderstand bestimmt. Der Initialzustand des Systems ergibt sich aus der Drehzahl des Motors zu Beginn des Bremskurzschlusses. Die absinkende Drehzahl wird berechnet und zum Kolbenweg integriert. Dieser Kolbenweg kann über die Steifigkeit des Systems in eine Klemmkraft umgerechnet werden. Wird diese Vorhersage beim Klemmkraftaufbau entsprechend berücksichtigt, lässt sich die gewünschte Klemmkraft mit hoher Genauigkeit einstellen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses wenigstens einen der weiteren folgenden Schritte:

Ermittlung einer Klemmkrafterhöhung durch den Nachlauf,

Ermittlung eines Zeitpunktes zur Deaktivierung des elektrischen Aktuators, um eine definierte Klemmkraft nach Abschluss des Nachlaufs zu erzielen.

Hierunter wird verstanden, dass die Klemmkraftsteigerung berechnet oder zumindest abgeschätzt wird, die sich aufgrund, bzw. während einem Nachlauf des Elektromotors bei der Abbremsung ergibt. Diese Klemmkraftsteigerung kann bspw. durch den ermittelten Nachlaufweg sowie die Steifigkeit der Bremszange berechnet werden.

Als Aktivierung soll die aktive Ansteuerung des elektrischen Aktuators verstanden wissen. Als Gegenteil hierzu ist die Deaktivierung zu verstehen. Als Deaktivierung ist bspw. eine Beendigung der Ansteuerung zu verstehen. Weiterhin ist als Deaktivierung insbesondere auch de Abbremsung des elektrischen Aktuators bis zum Stillstand, insbesondere mittels Anlegen eines Kurzschlusses zu verstehen. In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest einer der folgenden Schritte während einer Aktivierung des elektrischen Aktuators der Feststellbremse ausgeführt - d.h. während eines Betreibens der Feststellbremse, insbesondere während der Ausführung eines Zuspannvorgangs der Feststellbremse:

Ermittlung des Nachlaufs des elektrischen Aktuators,

Ermittlung einer Klemmkrafterhöhung durch den Nachlauf,

Ermittlung eines Zeitpunktes zur Deaktivierung des elektrischen Aktuators um eine definierte Klemmkraft im Anschluss an den Nachlauf einzustellen.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens erfolgt eine Deaktivierung des elektrischen Aktuators vor Erreichung der definierten Klemmkraft.

Hierunter wird verstanden, dass eine Ansteuerung des Elektromotors bereits vor einem tatsächlichen Erreichen der gewünschten Klemmkraft beendet wird. Der Aufbau der finalen Klemmkraft - d.h. die Einstellung der definierten Klemmkraft - erfolgt erst mit Abschluss des Nachlaufens des Elektromotors.

In einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt eine Deaktivierung des elektrischen Aktuators derart, dass die definierte Klemmkraft aufgrund des Nachlaufs des elektrischen Aktuators erreicht wird.

Hierunter wird verstanden, dass auf Basis des ermittelten Nachlaufs eine sich einstellende Klemmkrafterhöhung abgeschätzt wird. Hierzu kann bspw. eine

Federkonstante angesetzt werden, die proportional zur ermittelten Steifigkeit der Bremszange ist. Die Abbremsung des elektrischen Aktuators mittels Kurzschluss erfolgt in einer Weise, dass der Nachlauf die zu diesem Zeitpunkt erforderliche Erhöhung der Klemmkraft ermöglicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung eines Zeitpunktes zur Deaktivierung des elektrischen Aktuators, wobei der Zeitpunkt so bestimmt ist, dass nach einem erfolgten Nachlauf des elektrischen Aktuators die definierte Klemmkraft eingestellt ist. Hierunter wird verstanden, dass die Deaktivierung zu einem Zeitpunkt erfolgt, so dass aufgrund der allgemeinen technischen Eigenschaften des Systems (insbesondere Motorwiderstand, Motorkonstante und Steifigkeit Bremszange) sowie unter

Berücksichtigung der aktuellen Situation des Systems (insbesondere aktuellen Drehzahl des Motors, Position der Feststellbremse) die gewünschte Klemmkraft am Ende des sich ergebenden Nachlaufens eingestellt wird.

In einer möglichen Ausführung des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung einer

Klemmkrafterhöhung auf Basis des ermittelten Nachlaufs. Hierunter wird verstanden, dass eine Ermittlung einer zukünftigen Klemmkrafterhöhung erfolgt, durch einen bevorstehenden Nachlauf bei einer jetzigen Deaktivierung des elektrischen Aktuators

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung einer Klemmkrafterhöhung durch den Nachlauf des elektrischen Aktuators unter

Berücksichtigung wenigstens einer der Faktoren:

Motorwiderstand,

Motorkonstante,

Bremszangensteifigkeit,

Leerlaufstrom.

Die ermittelten Parameter können vorteilhaft bei der Berechnung des Nachlaufs des elektrischen Aktuators, bzw. bei der Berechnung der Klemmkrafterhöhung durch den Nachlauf eingesetzt werden.

In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung des Motorwiderstands durch Auswertung der Stromwerte und/oder Spannungswerte während dem Einschaltvorgang der Feststellbremse. In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung der Motorkonstante durch Auswertung der Stromwerte und/oder Spannungswerte während dem Einschaltvorgang der

Feststellbremse. In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt eine Ermittlung der Bremszangensteifigkeit während eines Zuspannvorgangs der

Feststellbremse.

In einer alternativen Ausführung des Verfahrens werden mehrerer definierte

Klemmkraftstufen während eines Zuspannvorgangs der Feststellbremse eingestellt. Hierunter wird verstanden, dass während einem Feststellbremsvorgang nicht nur eine definierte Klemmkraft eingestellt wird, sondern mehrere verschiedene Klemmkräfte eingestellt werden. Insbesondere werden dabei mehrere Klemmkraftstufen in ansteigender Höhe eingestellt. Bspw. zuerst 10% der Maximalkraft, dann 20% der Maximalkraft, bis schließlich die Maximalkraft eingestellt wird. Eine derartige

Einstellung von Klemmkraftstufen wird auch Incremental Force Application (IFA) bezeichnet. Vorteilhaft kann ein solches Verfahren einen verzögerten

Bremskraftaufbau ermöglichen. Dies ist bspw. bei einer Verzögerung des Fahrzeugs mittels der Feststellbremse vorteilhaft, insbesondere aus höheren Geschwindigkeiten. Auch kann ein solches Verfahren eingesetzt werden, wenn sich das Fahrzeug auf einem Rollenprüfstand befindet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird ermittelt, ob sich das Fahrzeug in einem Rollenprüfstand befindet. In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird ermittelt, ob eine Verzögerung des Fahrzeugs mittels der

Feststellbremse auszuführen ist. Bspw. wird überprüft ob eine definierte manuelle Betätigung des Feststellbremstasters während der Fahrt erfolgt.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen eine Anwendung des beschriebenen Verfahrens in zumindest einer der folgenden Situationen:

- wenn sich das Fahrzeug im Rollenprüfstandsmodus befindet,

- wenn mittels der Feststellbremse eine Verzögerung des Fahrzeugs ausgeführt wird.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.

Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden

werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle

aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen

bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen

Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben

anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Als Vorrichtung ist insbesondere zu verstehen eine Bremsvorrichtung und/oder ein Steuergerät und/oder eine

elektromechanische Feststellbremse und/oder eine Bremsanlage.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder

Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das

Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Ausführungsformen

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeit der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von

Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren.

Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Bremsvorrichtung mit einer automatischen

Feststellbremse in„motor on caliper“ Bauweise; und

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für einen gebremsten Elektromotor; und

Fig. 3 einen Spannungsverlauf beim Nachlauf eines Elektromotors; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Verfahrensausführung. Figur 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Bremsvorrichtung 1 für ein Fahrzeug. Die Bremsvorrichtung 1 weist dabei eine automatisierte Feststellbremse 13 auf (auch automatische Feststellbremse, elektromechanische Feststellbremse oder automatisierte Parkbremse, kurz APB genannt), die mittels eines elektromechanischen Aktuators 2 (Elektromotor) eine Klemmkraft zum Festsetzen des Fahrzeugs ausüben kann. Der elektromechanische Aktuator 2 der dargestellten Feststellbremse 13 treibt hierfür eine in einer axialen Richtung gelagerte Spindel 3, insbesondere eine

Gewindespindel, an. An ihrem dem Aktuator 2 abgewandten Ende ist die Spindel 3 mit einer Spindelmutter 4 versehen, die im zugespannten Zustand der automatisierten Feststellbremse 13 an dem Bremskolbens 5 anliegt. Die Feststellbremse 13 übertragt auf diese Weise eine Kraft auf die Bremsbeläge 8, 8‘, bzw. die Bremsscheibe 7. Die Spindelmutter liegt dabei an einer inneren Stirnseite des Bremskolbens 5 (auch Rückseite des Bremskolbenbodens oder innerer Kolbenboden genannt) an. Die Spindelmutter 4 wird bei einer Drehbewegung des Aktuators 2 und einer resultierenden Drehbewegung der Spindel 3 in der axialen Richtung verschoben. Die Spindelmutter 4 und der Bremskolben 5 sind in einem Bremssattel 6 gelagert, der eine Bremsscheibe 7 zangenartig übergreift. Der Bremskolben 5 ist gegenüber der Umgebung mittels eines Kolbendichtring 12 abgedichtet.

Die automatisierte Feststellbremse 13 ist bspw. wie abgebildet als„motor on caliper“ System ausgebildet und mit der Betriebsbremse 14 kombiniert. Die Betriebsbremse 14 ist in Fig. 1 als hydraulisches System ausgestaltet, wobei der hydraulische Aktuator 10 durch die ESP-Pumpe oder einen elektromechanischen Bremskraftverstärker (bspw. Bosch iBooster) unterstützt oder durch diese um gesetzt werden kann. Auch weitere Ausführungsformen des Aktuators 10 sind denkbar, bspw. in Form einer sogenannten IPB (Integrated Power Brake).

Die Ansteuerung der Bremsaktuatoren 2 und 10 erfolgt mittels einer oder mehrere Endstufen, d.h. mittels eines Steuergeräts 9, bei dem es sich bspw. um ein Steuergerät eines Fahrdynamiksystems, wie des elektronischen Stabilitätsprogramms (ESP) oder ein sonstiges Steuergerät handeln kann. Eine Bremsanlage 15 des Fahrzeugs umfasst zumindest eine Bremsvorrichtung 1 bestehend aus einer Betriebsbremse und einer elektrischen Feststellbremse zur Bremsung eines Rades, vorzugsweise eine

Betriebsbremse zur Bremsung von vier Rädern sowie zwei Feststellbremsen zur Bremsung von zwei Räder. Figur 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild für einen gebremsten Elektromotor. Hieraus lässt sich der Strom- und Spannungsverlauf eines Elektromotors während des Bremsens mit steigender Last ableiten. Während des Einschaltpeaks werden der Motorwiderstand RM und die Motorkonstante KM bestimmt. Die Steifigkeit der

Bremszange Stiff wird während vorheriger Zuspannvorgänge ermittelt. Die

Massenträgheit J, die Getriebeübersetzung V _Gear , der Getriebewirkungsgrad h und die Spindelsteigung SpPitch werden als bekannt vorausgesetzt, k ist der Laststrom des Motors zu Beginn der Bremsung. Aus dem Ersatzschaltbild lässt sich die

Differentialgleichung für die generatorische Spannung u des ausdrehenden Motors ableiten:

Der Spannungsverlauf des Systems u ergibt sich aus der Lösung von (1) als gedämpfte Schwingung ergänzt um den Anteil des Laststroms:

u = {u ₀ +I _L -R _M ) - e - cos {co-t) -I _L · R _M (2)

Uo ist die initiale Spannung (proportional zur Initialdrehzahl). Die Zeitkonstante t und die Kreisfrequenz w berechnen sich zu:

(3)

(4)

Typische Werte sind ca. 10...20ms für t und ca. 10s ^'1 für w. (bzw. f = 1,5Hz). Daher ist der Einfluss der Zeitkonstante dominierend und der Kosinus kann vernachlässigt werden (weitere Details finden sich bei der Beschreibung der Figur 3). ^u = (u ₀ +I _L - R _M ) ^{e t} - I _{L '} R _M (5)

Figur 3 zeigt einen generatorischen Spannungsverlauf beim Nachlauf eines

Elektromotors. Dargestellt ist der Spannungsverlauf von u berechnet nach:

- (1) u_num, (durchgezogene Linie), numerische Lösung

- (2) u_solv2, (gestrichelte Linie)

- (3) u_solvl, (punkt-gestrichelte Linie)

für den Anfangswert uO = 14,3V und IL = 0,7A. Die Schrittweite für u_num ist 100ps. Je kleiner die Schrittweite wird, umso mehr schmiegt sich (1) an (2) an.

Wegen u = KM w gilt für die Kreisfrequenz des rotierenden Motors COM:

Über die Integration von CO _M ergibt sich der verbleibende Spindelweg s:

t _off ist die Zeit, bis der Motor ausgedreht hat. Sie berechnet sich für u = 0 aus (5) zu:

Damit kann man den Weg aus (7) und (8) einfach berechnen: Damit ergibt sich für die zusätzliche Klemmkraft beim Bremsen d F _ci : In Figur 4 ist eine Darstellung der Verfahrensschritte einer Ausführungsform der

Erfindung gezeigt. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt S1 der Start des Verfahrens. Zunächst erfolgt in einem Schritt S2 die Ermittlung der benötigten Parameter. Diese sind bspw. Motorwiderstand, Motorkonstante und/oder Steifigkeit der Bremszange. In einem Schritt S3 erfolgt die Ermittlung des Ausrollwegs, d.h. des Nachlaufs des Elektromotors. Basierend hierauf erfolgt in S4 eine Ermittlung der Klemmkrafterhöhung durch diesen Ausrollweg. Zur Ermittlung kann auch die Steifigkeit der Bremszange berücksichtigt werden. Die Ermittlung der Klemmkrafterhöhung stellt eine Abschätzung, bzw. Berechnung einer zukünftigen Erhöhung der aktuell bestehenden Klemmkraft aufgrund eines Nachlaufens des Elektromotors, für den Fall, dass der Elektromotor im aktuellen Zeitpunkt durch einen Kurzschluss gebremst werden sollte. Im Schritt S5 erfolgt eine tatsächliche Abschaltung der Ansteuerung und Bremsung des

Elektromotors, um die gewünschte Klemmkraft an der Feststellbremse nach dem Ausrollen des Elektromotors einzustellen. Der Schritt S6 zeigt das Ende des

Verfahrens an.