DE10021601A1 - Elektromechanische Fahrzeug-Bremslage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage, bei welcher für die Betriebsbremse sowie für die Feststellbremse dieselben Reibungsbremselemente verwendet werden, wobei eine zugespannte Feststellbremse zumindest über einen gewissen Zeitraum nach erfolgter Zuspannung hinsichtlich ihrer Feststell-Wirkung überwacht und bei mangelhafter Wirkung automatisch nachgespannt wird. Es kann zur Überwachung der Feststell-Wirkung die Größe der auf das Reibungsbremselement aufgebrachten Spannkraft überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeug selbst auf geringfügige Bewegung, hervorgerufen durch nicht ausreichende Feststell-Wirkung, hin überwacht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei Betätigen der Feststellbremse zunächst nur eine Basishaltekraft aufgebracht wird, die deutlich unterhalb eines Maximalwertes für die Zuspannkraft liegt, und wenn erst bei Erkennung einer mangelhaften Feststell-Wirkung die maximal mögliche Zuspannkraft aufgebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage, bei welcher für die Betriebsbremse sowie für die Feststellbremse dieselben Rei­ bungsbremselemente verwendet werden. Zum technischen Umfeld wird ne­ ben der DE 196 01 983 C1 auf die DE 198 36 687 A1 sowie auf die DE 196 39 686 A1 verwiesen.

Beispielsweise in der letztgenannten Schrift ist eine elektromechanische Bremsanlage in Verbindung mit einer Teilbelag-Scheibenbremse als sogenanntem Reibungsbremselement beschrieben. Ein Vorteil eines solchen oder allge­ mein beliebiger elektromechanischer Bremssysteme ist die technisch einfa­ che Darstellbarkeit und Integrationsmöglichkeit einer Feststellbremsanlage (auch Parkbremse genannt) in den sogenannten Aktuator der Bremsanlage, der an­ sonsten das Reibungsbremselement im Sinne einer Betriebsbremse betätigt, d. h. das fahrende Fahrzeug dem Wunsch des Fahrzeugführers entspre­ chend abbremst.

Es sind Einrichtungen bekannt, die kraft- oder formschlüssig den rotierenden oder sich linear bewegenden Teil des Aktuators in jeder beliebigen Lage und jeder sogenannten Zuspannhöhe (diese besagt im wesentlichen, wie stark die Rei­ bungsbremselemente gegeneinander angepreßt werden) fixieren können; vgl. hierzu beispielsweise auch die eingangs erstgenannte DE 196 01 983 C1. Vor­ zugsweise wird die Feststellbremseinrichtung auf der krafterzeugenden Seite des Aktuators (vorzugsweise direkt auf der Welle eines üblicherweise ver­ wendeten Elektromotors) angebracht, da hier nur das um die Gesamtüber­ setzung verringerte Haltemoment aufgebracht werden muss.

Die Feststellbremseinrichtung kann im übrigen an mindestens einem, aber auch an den (bei einem zweispurigen Kraftfahrzeug) beiden Aktuatoren einer Achse oder auch allen am Fahrzeug vorhandenen Brems-Aktuatoren vor­ handen sein. Generell wird dabei die Zuspannkraft zum Festhalten des Fahrzeugs auf die vorhandene Bremsscheibe oder dgl. der Betriebsbremse aufgebracht, die Bremsscheibe bildet zusammen mit den an sich bekannten Bremsbelägen die allgemein sog. Reibungsbremselemente.

Es ist jedoch bekannt, daß eine Feststellbremsanlage, die auf die Brems­ scheibe oder allg. auf die Reibungsbremselemente der Fahrzeug- Betriebsbremse wirkt, eine Reihe von Nachteilen besitzt. So liegt ein ungün­ stiges thermomechanisches Verhalten vor, wenn die Feststellbremskraft auf eine zeitlich vorher thermisch hoch beanspruchte Bremsscheibe aufgebracht wird, da sich während der darauf folgenden Abkühlphase der Bremsscheibe (oder dgl.) die sogenannte Zuspannkraft, mit welcher beispielsweise ein an die Bremsschei­ be angepreßter Bremsbelag/Teilbelag angepreßt wird, verringert. Ursäch­ lich hierfür ist die mit einer Abkühlung der Bremsscheibe sowie der Brems­ beläge einhergehende Volumenreduzierung. Die damit verbundene Dicken­ reduzierung, insbesondere der Bremsbeläge, reduziert den ursprünglichen Vorspannweg oder Zuspannweg. Bedingt durch die hohe Steifigkeit eines die Bremsbeläge tragenden Bremssattels sowie des zugehörigen Aktuators führen erfahrungsgemäß bereits geringe thermische Dickenreduzierungen zu merklichen Spannkraftverlusten.

Zwar kann dieser bekannte Nachteil bei manuell betätigten Festellbremsan­ lagen in Kauf genommen werden, wenn durch geeignete mechanische Übersetzung der Feststell-Betätigungseinrichtung die auf die Reibungs­ bremselemente aufgebrachte Zuspannkraft derart überhöht wird, daß eine ausreichende Sicherheitsreserve gegen Wegrollen des Fahrzeuges beim Abkühlen der Reibungsbremselemente vorliegt. Praktisch jedoch nicht mög­ lich ist diese Vorgehensweise bei schweren Fahrzeugen, auch schwereren Personenkraftwagen. Die bei einer üblichen Teilbelag-Scheibenbremse feh­ lende Selbstverstärkung sowie die Anordnung der Feststellbremseinrichtung an der Hinterachse mit baulich kleineren Bremsen erfordert insbesondere bei schweren Fahrzeugen oder im Hängerbetrieb derart hohe Zuspannkräfte, dass sie über die heute üblichen Hand- oder Fusshebel vom Fahrzeugführer nicht mehr aufgebracht werden können.

Grundsätzlich könnten bei einer elektromechanischen Bremsanlage die das soeben beschriebene, thermomechanische Fading kompensierenden, hohen Zuspannkräfte zwar aufgebracht werden; jedoch ist eine aus Sicherheits­ gründen künstliche Überhöhung der Zuspannkraft zur Kompensation dieser thermomechanischen Effekte nicht akzeptabel. Das Belastungsprofil für die elektromechanischen Aktuatoren der Bremsanlage würde sich dadurch nachteiligerweise nämlich signifikant erhöhen. Insbesondere bei Verwen­ dung automatisierter Feststellbremsanlagen mit häufigen Lastspielen ginge dies deutlich zu Lasten der Lebensdauer der Brems-Aktuatoren, die im übri­ gen überdimensioniert sein müßten, d. h. höhere Zuspannkräfte aufzubringen in der Lage sein müßten, als dies unter üblichen Umständen erforderlich ist. Daß dies hinsichtlich Bauraum, Gewicht und Kosten nachteilig ist, liegt auf der Hand.

Ein weiterer Nachteil sind die bei hohen Temperaturen und hohen Spann­ kräften stattfindenden Diffusionen von Bremsbelag-Material auf die Brems­ scheibe. Der dadurch entstehende Belagauftrag auf die Bremsscheibe führt über deren Oberfläche betrachtet zu Dickenschwankungen, die sich in Um­ fangskraftschwankungen beim Bremsen abbilden. Eine Folge hiervon kön­ nen Komfortbeeinträchtigungen sein, wie bspw. Lenkradschwingungen beim PKW, aber auch Bremsen-Rubbeln, Geräusche, und andere unerwünschte Vibrationen. Dabei hat sich gezeigt, dass dieser Effekt der Diffusion von Bremsbelag-Material irreversibel ist.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zuge­ spannte Feststellbremse zumindest über einen gewissen Zeitraum nach er­ folgter Zuspannung hinsichtlich ihrer Feststell-Wirkung überwacht und bei mangelhafter Wirkung automatisch nachgespannt wird. Dabei kann zur Überwachung der Feststell-Wirkung die Größe der auf das Reibungs­ bremselement aufgebrachten Spannkraft überwacht werden; alternativ oder gleichzeitig kann zur Überwachung der Feststell-Wirkung aber auch das Fahrzeug selbst auf geringfügige Bewegung, hervorgerufen durch nicht aus­ reichende Feststell-Wirkung, hin überwacht werden.

Erfindungsgemäß wird quasi ein Regelsystem bezüglich der mittels einer elektromechanischen Fahrzeug-Bremsanlage, die sowohl als Betriebsbrem­ se als auch als Feststellbremse fungiert, erzeugten Feststell-Bremskraft oder Feststell-Wirkung vorgeschlagen. Überwacht werden soll somit, ob die beab­ sichtigte Feststell-Wirkung ausreichend hoch ist, d. h. im wesentlichen, ob das Fahrzeug mittels der Feststellbremse daran gehindert werden kann, sich selbsttätig fortzubewegen. Dabei wurde erkannt, daß diese Überwachung nur für eine gewisse Zeitspanne, ausgehend von einer erfolgten Betätigung oder Zuspannung der Feststellbremse, durchgeführt werden muß. Der im wesentlichen einzige Einflußfaktor, der nämlich zu einer Herabsetzung der Feststell-Bremswirkung führen könnte, ist der oben erläuterte, thermomecha­ nische Effekt, der aufgrund von Abkühlungsvorgängen und daraus resultie­ renden Schrumpfungsvorgängen an zunächst erwärmten Reibunsgbrems­ elementen eine Verringerung der Feststellbremswirkung, auch Feststell- Wirkung genannt, hervorruft bzw. hervorrufen kann. Demzufolge muß die . besagte Überwachung praktisch auch nur solange durchgeführt werden, bis sich die Reibungsbremselemente des (Kraft-)Fahrzeugs ausgehend von ei­ ner möglichen Maximaltemperatur auf (eine übliche) Umgebungstemperatur bzw. auf eine sogenannte Nichtbetriebs-Temperatur abgekühlt haben. Wird dann im Laufe dieser zeitlich begrenzten Überwachung festgestellt, daß die sogenannte Feststellwirkung mangelhaft ist bzw. nicht mehr ausreichend sein könnte, so wird die (reduzierte) Zuspannkraft erfindungsgemäß automatisch wieder ver­ größert, d. h. es erfolgt gesteuert ein Nachspannen der Bremse(n).

Grundsätzlich bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Überprüfung der sog. Feststell-Wirkung. So kann zum einen direkt die Größe der auf das (oder die) Reibungsbremselement(e) aufgebrachten Spannkraft überwacht werden. Voraussetzung hierfür ist ein elektromechanisches Bremssystem, bei welchem die sogenannte Zuspannkraft, mit der Bremsbeläge oder dgl. gegen eine Bremsscheibe oder dgl. angepreßt werden, sensierbar, d. h. meßbar ist. Für eine sog. (vorzugsweise feste, ggf. aber auch variable) Überwachungs­ zeit, die sich aus der Abkühlkurve der Bremsanlage ableiten lässt, kann dann der gemessene Zuspannkraft-Wert, der bei Betätigen der Feststell­ bremsanlage aufgebracht wird, permanent (kontinuierlich) gemessen und auf Abweichungen vom Startwert hin überprüft werden, d. h. es kann ein Soll-Ist- Vergleich durchgeführt werden.

Ist das Ergebnis dieses (in einer elektronischen Steuereinheit durchgeführ­ ten) Soll-Ist-Vergleiches derart, daß die aktuelle Spannkraft oder Zuspann­ kraft der Reibungsbremselemente infolge der eingangs erläuterten thermo­ mechanischer Bewegungen von bspw. Bremsscheibe und Bremsbelägen um einen definierten Wert abgefallen ist, so kann der Aktuator nachgeregelt werden, und zwar bevorzugt soweit, bis der ursprünglich aufgebrachte Spannkraft-Wert, ggf. zuzüglich eines Sicherheitsaufschlags, wieder erreicht ist.

In diesem Zusammenhang sei nochmals auf die eingangs bereits angespro­ chene DE 196 39 686 A1 hingewiesen, in der eine elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage mit einem Kraftsensor beschrieben ist. Mit diesem bekannten Kraftsensor wird jedoch die vom aufgebrachten Bremsmoment erzeugte Umfangskraft an einer Bremsscheibe gemessen, wohingegen für die vorliegende Erfindung direkt die Zuspannkraft oder Spannkraft gemessen werden soll, mit der die Reibungsbremselemente (bspw. Bremsscheibe und Bremsbeläge) gegeneinander gepreßt werden.

Eine andere Methode zur Überprüfung der sogenannten Feststell-Wirkung einer elektromechanischen Fahrzeug-Feststellbremse besteht darin, das Fahrzeug selbst auf eine geringfügige Bewegung hin zu überwachen, welche aus einer nicht ausreichenden Feststell-Wirkung resultiert oder resultieren könnte. Heutige, moderne Kraftfahrzeuge, bspw. PKWs, sind bereits mit einer Viel­ zahl von Sensoren ausgestattet, so beispielsweise u. a. auch mit Fahrzeugrad- Drehzahlsensoren in Verbindung mit einem Antiblockier-Regelsystem für die Bremsanlage. Diese (vorhandenen) Rad-Drehzahlsensoren können bereits dann eine Fahrzeug-Bewegung sicher sensieren, wenn die Fahrzeug- Geschwindigkeit einen Minimalwert von 0,1 km/h übersteigt. Durch Berech­ nung läßt sich nachweisen, daß auch bei üblichen Steigungen oder besser Gefällen ein üblicher Personenkraftwagen bereits nach einer Strecke von wenigen Zentimetern wieder zum Anhalten gebracht werden kann, wenn nach Erkennen einer Fahrzeugbewegung (mit Hilfe der Rad- Drehzahlsensoren) die Feststellbremse bzw. die elektromechanische Fahr­ zeug-Bremsanlage automatisch auf einen bevorzugt maximalen Spannkraft- Wert nachgespannt wird, bei welchem dann die Reibungsbremselemente mit der maximal möglichen Anpreßkraft aneinandergedrückt werden.

In diesem Zusammenhang sei noch auf die eingangs ebenfalls bereits ge­ nannte DE 198 36 687 A1 hingewiesen, in der eine Vorrichtung und ein Verfahren für die fahrsituationsabhängige Betätigung einer elektrischen Feststellbremsanlage beschrieben ist. Um den Komfort eines durch eine Betätigung der Feststellbremsanlage ausgelösten Bremsvorganges zu erhö­ hen und gleichzeitig Beeinträchtigungen der Fahrstabilität weitgehend zu vermeiden, wird neben weiteren Eingangssignalen dabei auch die Fahrge­ schwindigkeit des Kraftfahrzeuges berücksichtigt. Von einer Überwachung einer einmal bereits zugespannten Feststellbremsanlage ist hierin jedoch nicht die Rede.

In Verbindung mit einer Überwachung der zugespannten Feststellbremsan­ lage insbesondere anhand einer Überwachung des Fahrzeugs auf geringfü­ gige Bewegung wird nun eine vorteilhafte Weiterbildung beschrieben, die als situative Anpassung zur Minimierung der Feststellbremskräfte im Bremsen- Aktuator bezeichnet werden kann. Demnach wird vorgeschlagen, alle auto­ matisierten Feststellbremsvorgänge während einer Fahrt und bei Betätigen der Feststellbremsanlage bei Anwesenheit des Fahrers im Fahrzeug über die Betriebsbremsfunktion durch Ansteuern sämtlicher Aktuatoren der elek­ tromechanischen Bremsanlage darzustellen. Ziel ist dabei, eine derartige Verteilung der Haltekraft zwischen den einzelnen Aktuatoren zu erzielen, daß für jeden einzelnen Aktuator die von ihm aufzubringende Spannkraft auf eine minimale sog. Basishaltekraft hin minimiert wird, um an diesen Aktuato­ ren Verbesserungen zu erreichen hinsichtlich Lebensdauer, Belastung etc.

Verlässt nun der Fahrzeugführer das Fahrzeug oder nimmt dieses außer Betrieb, so werden zur Erzielung der Feststell-Funktion zunächst sämtliche Aktuatoren auf ihre jeweilige minimale Basishaltekraft zugespannt und be­ vorzugt mechanisch verriegelt. Es hat sich gezeigt, daß die Betragshöhe dieser Basishaltekraft in der Größenordnung von einem Drittel der möglichen Maximalkraft liegt. Bei Verwendung von zwei Aktuatoren für die Feststell­ bremsfunktion reicht diese sogenannte Basishaltekraft aus, um einen teilbeladenen PKW an Steigungen bis ca. 25% sicher festzuhalten. Ein vollbeladener PKW steht dann an Steigungen bis 17% sicher, so daß bereits mit der Basishalte­ kraft der grösste Teil aller überhaupt möglichen Situationen bereits abge­ deckt ist.

Zeigt sich nun, daß diese Basishaltekraft nicht ausreicht, um das Fahrzeug sicher festzubremsen, d. h. wird bspw. ein Wegrollen des Kraftfahrzeugs ins­ besondere über die aktiven Raddrehzahlsensoren erkannt, so können die Aktuatoren der elektromechanischen Feststell-Bremsanlage auf ihren Maxi­ malwert nachgespannt werden, womit garantiert ist, dass dann das Fahr­ zeug sicher festgestellt ist und alle Zuspannreserven der Feststellbremsan­ lage mobilisiert sind. Mit dieser vorgeschlagenen Systematik ist es somit möglich, die Aktuatoren einer elektromechanischen Fahrzeug-Bremsanlage wesentlich anforderungsgerechter auszulegen, d. h. zu dimensionieren, nachdem zunächst generell nur die sogenannte Basishaltekraft eingestellt wird und nur in Ausnahmesituationen die maximal mögliche Zuspannkraft eingestellt wird. Dabei ist diese vorgeschlagene Systematik grundsätzlich generell an­ wendbar, wenn die zugespannte Feststellbremse hinsichtlich ihrer Feststell- Wirkung überwacht wird, d. h. nicht nur dann, wenn das Fahrzeug selbst auf geringfügige Bewegung hin überwacht wird.

Selbstverständlich kann dies sowie eine Vielzahl von Details durchaus ab­ weichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa­ tentansprüche zu verlassen. Stets erhält man mit den erfindungswesentli­ chen Merkmalen eine elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage, bei wel­ cher die Feststell-Bremsfunktion sicher und zuverlässig und dabei kosten­ günstig in die Betriebsbremse integriert werden kann. Deren konstruktive Auslegung kann sich dabei an den Erfordernissen einer guten Betriebs­ bremsfunktion orientieren, im wesentlichen ohne Berücksichtigung der An­ forderungen nach maximaler Feststell-Bremskraft.

Dabei sei noch erwähnt, daß hier zwei Möglichkeiten ausführlicher erläutert wurden, wie die sogenannte Feststell-Wirkung der zugespannten Feststellbremse überwacht werden kann; besonders vorteilhaft kann es jedoch sein, diese beiden Möglichkeiten miteinander zu kombinieren. Stets ist sichergestellt, daß zeitlich betrachtet über eine kritische Zeitspanne hinweg die gewünschte Funktion der Feststellbremse 100%ig sichergestellt ist, wobei nach Ablauf dieser Zeitspanne (bzw. des im Patentanspruch sogenannten Zeitraumes) das Über­ wachungssystem als solches abgeschaltet werden kann, um den oder die vorhandenen (und weiterhin benötigten) elektrischen Energiespeicher zu schonen. Ferner sei nochmals erwähnt, daß dieser Überwachungs-Zeitraum, während dessen die Überwachung der Feststell-Bremswirkung erfolgt, eine konstante, fest vorgegebene Zeitspanne sein kann, die ab einer Betätigung bzw. Inbetriebnahme der Feststellbremse zu laufen beginnt. Alternativ hierzu kann dieser Zeitraum hinsichtlich seiner Größe aber auch variabel gestaltet sein und in einer der Bremsanlage zugeordneten elektronischen Steuerein­ heit geeignet ermittelt bzw. festgelegt werden, bspw. anhand aktueller Tem­ peratur-Meßwerte an den Reibungsbremselementen. Dann wird bei abge­ stelltem Fahrzeug ein vorhandener elektrischer Energiespeicher tatsächlich nur solange belastet, als ein Nachlassen der Feststell-Bremswirkung über­ haupt auftreten kann. Sobald dies auszuschließen ist (oder wenn der ge­ nannte, ggf. fix festgelegte Überwachungs-Zeitraum abgelaufen ist), so kann die erläuterte Überwachung abgebrochen werden, so daß hieraus keine weitere Belastung des elektrischen Energiespeichers erfolgt.

Claims (4)

1. Elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage, bei welcher für die Be­ triebsbremse sowie für die Feststellbremse dieselben Reibungsbrems­ elemente verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine zugespannte Feststellbremse zu­ mindest über einen gewissen Zeitraum nach erfolgter Zuspannung hinsichtlich ihrer Feststell-Wirkung überwacht und bei mangelhafter Wirkung automatisch nachgespannt wird.

2. Elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Feststell-Wirkung die Größe der auf das Reibungsbremselement aufgebrachten Spann­ kraft überwacht wird.

3. Elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwachung der Feststell-Wirkung das Fahrzeug selbst auf geringfügige Bewegung, hervorgerufen durch nicht ausreichende Feststell-Wirkung, hin überwacht wird.

4. Elektromechanische Fahrzeug-Bremsanlage nach einem der voran­ gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Betätigen der Feststellbremse zu­ nächst eine Basishaltekraft aufgebracht wird, die deutlich unterhalb eines Maximalwertes für die Zuspannkraft liegt, und daß bei Erken­ nung einer mangelhaften Feststell-Wirkung die maximal mögliche Zu­ spannkraft aufgebracht wird.