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Die
Erfindung betrifft eine Antriebssteuerung für eine elektrische Parkbremse
und bezieht sich im Besonderen auf eine Steuerung zum Schutz des
Antriebs vor Beschädigung
beim Übergang
in eine Endposition.
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Parkbremsen
dienen dazu die Bewegung eines Fahrzeugs auch dann zu unterbinden,
wenn die Betriebsbremse bzw. die Betriebsbremsen des Fahrzeugs nicht
aktiviert sind. Damit wird der Gefahr eines unkontrollierten Rollens
des Fahrzeugs vorgebeugt. Eine Parkbremse ist typischerweise als
Feststellbremse ausgeführt,
die über
einen Seilzug, z. B. einen Bowdenzug, angezogen und gelöst werden kann.
Um ein automatisches Feststellen und Lösen der Parkbremse zu ermöglichen,
wird der Seilzug über
einen elektrischen Antrieb betätigt.
Der Antrieb weist zumeist eine Motor-Getriebeeinheit auf, die über eine
der Parkbremse zugeordnete Steuerung betrieben wird. Zum Anziehen
wie auch zum Lösen der
Parkbremse wird der Motor des Antriebs in Drehung versetzt. Die
Motordrehung wird über
das Getriebe auf das Seil übertragen.
Beim Feststellen bzw. Anziehen der Parkbremse wird das Seil des
Seilzugs über
das beispielsweise als Spindeltrieb ausgebildete Getriebe gegen
die entlang seiner Verlaufsrichtung wirkende Zuspannkraft der Parkbremse
zur Motor-Getriebeeinheit hingezogen. Beim Lösen der Parkbremse wird das
Seil mit Unterstützung
der entlang seiner Verlaufsrichtung wirkenden Zuspannkraft der Parkbremse
von der Motor-Getriebeeinheit weggezogen.
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Die
von der Motor-Getriebeeinheit zum Feststellen der Parkbremse aufzubringende
Kraft bemisst sich nach der für
ein sicheres Abstellen des Kraftfahrzeugs erforderlichen Zuspannkraft
der Parkbremse. Der Motor der Motor-Getriebeeinheit ist so ausgelegt, dass
er das hierzu erforderliche Drehmoment aufbringen kann. Eine Fehlfunktion
in der Steuerlogik kann beim Lösen
der Bremse dazu führen,
dass der Motor nach dem Lösen
der Parkbremse weiterläuft und
die Motor-Getriebeeinheit mit voller Drehzahl gegen einen Endanschlag
fährt.
Aufgrund des hohen Drehmoments des Motors kann es hierbei zu einer Beschädigung der
Motor-Getriebeeinheit kommen. In ähnlicher Weise kann auch eine
Störung
im mechanischen Kraftübertragungssystem
zwischen der Motor-Getriebeeinheit und der Bremsenmechanik, beispielsweise
ein Bruch des Bowdenzugs beim Zuspannen der Parkbremse, zu einer
Beschädigung der
Motor-Getriebeeinheit
führen.
Um eine Beschädigung
der Motor-Getriebeeinheit
bei derartigen Störungen
zu vermeiden, kann die Motor-Getriebeeinheit mit einer mechanischen
Rutschkupplung ausgestattet werden, die das vom Motor aufgebrachte Drehmoment
beim Erreichen einer Endposition der Motor-Getriebeeinheit mechanisch reduziert.
Eine solche Rutschkupplung benötigt
jedoch zusätzlichen Bauraum,
wodurch sich die Motor-Getriebeeinheit vergrößert und ihr Einbau im Fahrzeug
erschwert wird. Zudem erhöhen
sich durch die mechanische Rutschkupplung die Kosten der Motor-Getriebeeinheit.
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
für eine
elektrische Parkbremse anzugeben, die eine Beschädigung der Motor-Getriebeeinheit
bei Störungen
der Steuerlogik oder des mechanischen Kraftübertragungssystems vermeidet.
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Die
Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der
Erfindung gelöst.
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Die
Erfindung umfasst eine Steuerung für eine elektrische Parkbremse,
wobei die Steuerung zum Empfangen von Messsignalen von zumindest einem
Wegsensor und zum Bestimmen einer Weggröße aus den Messsignalen des
zumindest einen Wegsensors und/oder zum Empfangen von Messsignalen
von zumindest einem Kraftsensor ausgebildet ist, und wobei die Steuerung
ausgebildet ist, in Abhängigkeit
der Weggröße und/oder
der von dem zumindest einen Kraftsensor empfangenen Messsignale
Motorsteuerungssignale zu erzeugen, die die Drehzahl eines Motors
zum Antrieb der elektrischen Parkbremse repräsentieren.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser
Beschreibung und den Ansprüchen
zur Aufzählung
von Merkmalen verwendeten Begriffe ”umfassen”, ”aufweisen”, ”beinhalten”, ”enthalten” und ”mit”, sowie deren grammatikalische Abwandlungen,
generell eine nichtabschließende Aufzählung von
Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen,
Größen und
dergleichen bezeichnen, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer
oder zusätzlicher
Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt. Ferner
wird darauf hingewiesen, dass sofern im Einzelnen nicht explizit
anders angegeben, in dieser Schrift durchgehend und abweichend vom
deutschen Sprachgebrauch der Begriff 'steuern' gleichbedeutend mit dem Begriff 'regeln' verwendet wird.
Dies betrifft auch alle grammatikalischen Abwandlungen beider Begriffe.
In dieser Schrift kann daher der Begriff 'Steuerung' ebenso eine Rückführung einer Regelgröße bzw.
deren Messwerts umfassen, wie sich der Begriff 'Regelung' auf eine einfache Steuerkette beziehen
kann.
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Die
Erfindung umfasst ferner eine Parkbremse mit einer wie oben bezeichneten
Steuerung.
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Die
Erfindung wird in ihren abhängigen
Ansprüchen
weitergebildet.
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Eine
Reduktion der Wucht, mit der die Motor-Getriebeeinheit einer elektrischen
Parkbremse in einen Endanschlag gefahren wird, kann vorteilhaft dadurch
erreicht werden, dass die Motorsteuerungssignale bis zu einer bestimmten
Entfernung zu einem der Endanschläge eine erste Drehzahl und
bei Unterschreiten dieser bestimmten Entfernung eine zweite, niedrigere
Drehzahl repräsentieren.
Hierzu repräsentieren
die Motorsteuerungssignale bei Annäherung an eine erste festgelegte
Weggröße eine
erste Drehzahl und bei Entfernen von der ersten festgelegten Weggröße eine
zweite Drehzahl, die niedriger als die erste Drehzahl ist. Der Wert
der ersten festgelegten Weg größe hängt dabei
von der jeweiligen Drehrichtung des Motors ab, d. h. davon, ob die
elektrische Parkbremse festgestellt oder gelöst wird. Um eine schlagartige
Veränderung
der Drehzahl des Motors zu verhindern und die Leistungsfähigkeit
der Parkbremse im vollen Umfang aufrechtzuerhalten, nimmt die von
den Motorsteuerungssignalen repräsentierte Drehzahl
kontinuierlich mit kleiner werdendem Abstand zu einem der Endanschläge ab, d.
h. mit abnehmender Differenz einer jeweils bestimmten aktuellen
Weggröße zu einer
zweiten festgelegten Weggröße.
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Alternativ
wie zusätzlich
können
die Motorsteuerungssignale bei einem Messsignal des zumindest einen
Kraftsensors, das eine Kraft repräsentiert, die größer als
eine bestimmte Kraft ist, eine erste Drehzahl und bei einem Messsignal
des zumindest einen Kraftsensors, das eine Kraft repräsentiert,
die kleiner als eine bestimmte Kraft ist, eine zweite Drehzahl repräsentieren,
die kleiner als die erste Drehzahl ist. Zum Vermeiden schlagartiger
Drehzahländerungen
nimmt die von den Motorsteuerungssignalen repräsentierte Drehzahl vorzugsweise
kontinuierlich mit der, von den Messsignalen des zumindest einen Kraftsensors
repräsentierten
Kraft ab.
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Eine
Drehzahländerung
basierend auf einer Kombination der Messsignale des Wegsensors und des
Kraftsensors bietet eine erhöhte
Betriebssicherheit bei Ausfall oder Störung eines der Sensoren.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Ansprüchen
sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform
gemäß der Erfindung
je für
sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung
einiger Ausführungsbeispiele
der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen,
von denen
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1 eine
elektrische Parkbremse mit einer Drehzahlsteuerung zum Endanschlagschutz
des Antriebsmotors und
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2 ein
Verfahren zur Steuerung der Drehzahl des Antriebsmotors der Parkbremse
zur Realisierung eines Endanschlagschutzes zeigt.
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1 zeigt
eine elektrische Parkbremse 1 mit einer Steuerung 2,
einer Bremsenmechanik 3, einer Motor-Getriebeeinheit 4 und
einem zwischen der Motor-Getriebeeinheit 4 und der Bremsenmechanik 3 angeordneten
mechanischen Kraftübertragungssystem 5.
Die Steuerung 2 ist zur Zustandsbestimmung der Parkbremse
mit Sensoren 31 und 32 verbunden. Die Sensoren 31 und 32 können wie
in 1 dargestellt im Bereich der Bremsenmechanik 3 angeordnet sein.
Sie können
aber auch im Bereich der Motor-Getriebeeinheit 4, zum Beispiel
am Motor 41 oder am Getriebe 42, oder im Bereich
des mechanischen Kraftübertragungssystems 5 angeordnet
sein. Es können
jeweils ein oder mehrere Wegsensoren 31 bzw. Kraftsensoren 32 verwendet
werden, wobei diese an unterschiedlichen Orten der Parkbremse angeordnet
sein können.
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Das
Feststellen der Parkbremse erfolgt durch Drücken eines Reibbelags gegen
einen Bremskörper,
beispielsweise eine Bremsscheibe oder eine Bremstrommel der Parkbremse.
Die Normalkraft, mit der der Reibbelag beim Feststellen der Parkbremse
gegen den Bremskörper
drückt,
wird Zuspannkraft genannt. Zum Lösen
der Parkbremse wird der Reibbelag vom Bremskörper zurückgezogen. Der Weg, den der
Reibkörper
zwischen dem gelösten und
dem festgestellten Zustand der Parkbremse zurücklegt, wird als Zuspannweg
bezeichnet. Der Zuspannweg kann über
einen Wegsensor 31, die Zuspannkraft über einen Kraftsensor 32 erfasst
werden.
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Die
Ausgangssignale von Wegsensoren enthalten in der Regel keine Information über die
absolute Position des Messobjekts, sondern geben dessen relative
Positionsänderung
an. Die tatsächliche Position
des Reibbelags in Relation zum Bremskörper kann daher in der Regel
nur mit Kenntnis seiner Anfangsposition bestimmt werden.
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Als
Wegsensoren können
bei einer Parkbremse beispielsweise an der Drehachse des Motors 41 befestigte
Magnete verwendet werden, die sich bei einer Rotation des Motors 41 an
Hallsensoren vorbeibewegen, und so mit jeder Umdrehung der Motordrehachse
ein Signal erzeugen. Da die Drehung der Motorachse über das
Getriebe 42 in eine Verschiebung eines auf die Reibbelagposition
einwirkenden Elements des mechanischen Kraftübertragungssystems 5 umgesetzt
wird, kann über
das Sensorsignal somit indirekt die Verschiebung des Reibbelags relativ
zum Bremskörper
bestimmt werden.
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Als
mechanisches Kraftübertragungssystem 5 kann
ein Bowdenzug verwendet werden, dessen Seil über das z. B. als Spindeltrieb
ausgebildete Getriebe 42 gegen die Zuspannkraft der Parkbremse
zur Motor-Getriebeeinheit hingezogen (Feststellen der Parkbremse)
oder mit Unterstützung
der Zuspannkraft von dieser weggezogen wird (Lösen der Parkbremse).
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Die
Steuerung des Motors 41 erfolgt über die Steuerung 2.
Die Steuerung 2 weist eine Eingangsschnittstelle 21,
eine Verarbeitungseinrichtung 22 und eine Ausgangsschnittstelle 23 auf.
Die Eingangsschnittstelle 21 ist mit dem Wegsensor 31 und dem
Kraftsensor 32 verbunden. Die Verbindung kann als Datenbus
oder als Signalleitung ausgebildet sein. Die Schnittstelle besteht
im einfachsten Fall aus einer Möglichkeit
zum Anschließen
der Sensoren, sie kann aber auch eine Elektronik zum Aufbereiten
der von den Sensoren 31 und 32 ausgegebenen Messsignale
für die
Verarbeitungseinrichtung 22 umfassen.
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Die
Verarbeitungseinrichtung 22 erzeugt Motorsteuerungssignale,
die an die Ausgangsschnittstelle 23 übergeben werden. Die Ausgangsschnittstelle 23 weist
eine Anschlussmöglichkeit
für den
Motor 41 auf. In der Regel ist die Leistung der von der Verarbeitungseinrichtung 22 erzeugten
Motorsteuerungssignale zu gering, um den Motor 41 direkt
anzusteuern, so dass die Ausgangsschnittstelle außer einer
Anschlussmöglichkeit
für den
Motor 41 üblicherweise
noch eine Leistungsstufe umfasst.
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Um
Beschädigungen
der Motor-Getriebeeinheit beim Verfahren dieser in eine ihrer Endpositionen
zu vermeiden, erfolgt die von der Verarbeitungseinrichtung 22 mittels
der Motorsteuerungssignale vorgenommene Steuerung des Motors 41 in
Abhängigkeit
des Zuspannwegs des Reibbelags und der Zuspannkraft der Parkbremse.
Zuspannweg und Zuspannkraft werden von der Verarbeitungseinrichtung 22 vermittels
der vom Wegsensor 31 und vom Kraftsensor 32 erhaltenen
Messsignale bestimmt.
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Zum
Anziehen der Parkbremse steuert die Verarbeitungseinrichtung 22 den
Motor 41 üblicherweise
zunächst
so lange an, bis der Reibbelag mit einer bestimmten Bezugskraft
gegen den Bremskörper der
Bremsenmechanik 3 gedrückt
wird. Nach Erreichen der Bezugskraft wird der Reibbelag noch um
einen bestimmten Bezugsweg weiter gegen den Bremskörper verfahren.
Die Bezugskraft kann, wenn sich der Kraftsensor an einer geeigneten
Stelle der Bremsenmechanik befindet, eine direktes Maß der Zuspannkraft
sein, sie kann aber auch, wenn sich der Kraftsensor an der Motorgetriebeeinheit
oder an dem mechanischen Kraftübertragungssystem
befindet, durch eine Zugkraft oder ein Drehmoment an einer dieser
beiden Einrichtungen bestimmt sein. Ebenso kann, wenn sich der Wegsensor
nicht an einer geeigneten Stelle der Bremsenmechanik 3 befindet,
der über
den Sensor erfasste Bezugsweg vom tatsächlichen Verstellweg des Reibbelags
abweichen. Befindet sich der Wegsensor wie oben beschrieben beispielsweise
an der Motorachse, so besteht zwischen dem über den Wegsensor erfassten
Bezugsweg und dem tatsächlichen
Verfahrweg des Reibbelags zumeist ein nichtlinearer Zusammenhang.
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Beim
Lösen der
Parkbremse wird ähnlich
wie beim oben beschriebenen Feststellen der Motor 41 zunächst solange
angesteuert, bis die Bezugskraft einen bestimmten Wert unterschritten
hat. Nach Unterschreiten der Bezugskraft dreht die Verarbeitungseinrichtung 22 den
Motor 41 dann noch einen be stimmten Bezugsweg weiter, um
sicher zu stellen, dass sich der Reibbelag soweit vom Bremskörper entfernt
hat, dass keine Restkraft auf der Parkbremse verbleibt.
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Falls
keine mechanische Verbindung zwischen Motor-Getriebeeinheit 4 und
Bremsenmechanik 3 besteht, z. B. bei einem Bowdenzugbruch,
wird die Bezugskraft beim Zuspannen der Parkbremse nicht erreicht.
Ebenso kann ein fehlerhafter Wegsensor beim Lösen der Parkbremse dazu führen, dass der
Bezugsweg falsch gemessen wird. In beiden Fällen könnte der Motor 41 die
Motor-Getriebeeinheit 4 in einen Endanschlag fahren.
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Um
zu vermeiden, dass der Motor 41 die Motor-Getriebeeinheit 4 mit
vollem Drehmoment in einen der Anschläge fährt und diese dadurch beschädigt wird,
steuert die Verarbeitungseinrichtung 22 den Motor 41 mittels
der von ihr erzeugten Motorsteuerungssignale in einer ersten Ausführungsform
so an, dass die Drehzahl des Motors nach einem bestimmten Hub reduziert
wird. Der Hub entspricht dabei einer Weggröße, d. h. einer relativen Positionsänderung,
die die Verarbeitungseinrichtung 22 aus den Messsignalen
des Wegsensors 31 bestimmt. Durch die Reduktion der Drehzahl
wird das wirksame Drehmoment des Motors 41 reduziert und
damit die Wucht, mit der die Motor-Getriebeeinheit in einen Endanschlag
gefahren wird.
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In
einer zweiten Ausführungsform
der Steuerung 2 ist die Verarbeitungseinrichtung 22 dazu
ausgebildet, die Messsignale des Wegssensors einer Plausibilitätsprüfung zu
unterziehen. Sind beispielsweise aufgrund eines Defekts keine oder
die tatsächliche
Positionsänderung
nur unzureichend wiedergebenden Messsignale des Wegssensors verfügbar, kann
dies aus einem Missverhältnis
zwischen den über
die Motorsteuersignale bestimmbaren Motorumdrehungen und der auf
Grundlage der Messsignale des Wegsensors bestimmten Weggröße erkannt
werden. Daher ermittelt die Verarbeitungseinrichtung 22 dieser
Ausführungsform
die Weggröße aus den
Messsignalen des Wegsensors und stellt die so ermittelte Weggröße in Relation
zu der aus den Motorsteuerungssignalen ermittelten Anzahl von Motorum drehungen.
Sobald das Missverhältnis
zwischen beiden Größen einen
bestimmten Wert überschreitet,
erzeugt die Verarbeitungseinrichtung 22 Motorsignale, die
den Motor zu einer Drehung mit reduzierter Drehzahl veranlassen.
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Bei
einer dritten Ausführungsform
der Steuerung 2 ist die Verarbeitungseinrichtung 22 dazu
ausgebildet, die Drehzahl des Motors 41 kontinuierlich mit
der aus den Messsignalen des Wegsensors 31 bestimmten Weggröße zu reduzieren.
Bei einem Missverhältnis
zwischen Weggröße und Anzahl
der Motorumdrehungen kann die Drehzahlreduktion auch kontinuierlich
mit dem Missverhältnis
oder den Motorumdrehungen vorgenommen werden. Die Reduktion kann
linear als auch nichtlinear zu den oben genannten Bezugsgrößen vorgenommen
werden. Mit einer kontinuierlichen Reduktion der Drehzahl muss diese
nicht schlagartig verringert werden, so dass die Leistungsfähigkeit
der elektrischen Parkbremse nicht weiter eingeschränkt wird.
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Eine
vierte Ausführungsform
der Steuerung 2 sieht eine Verarbeitungseinrichtung 22 vor,
bei der die Motordrehzahl abhängig
von den Messsignalen des Kraftsensors 32 gesteuert wird.
Je nach Einbauort des Kraftsensors repräsentieren die Messsignale die
aktuelle Zuspannkraft der Parkbremse oder eine Ausgabekraft der
Motor-Getriebeeinheit. Bei dieser Ausführungsform ist die Verarbeitungseinrichtung 22 dazu
ausgebildet, die Drehzahl des Motors 41 zu reduzieren,
falls die Messsignale des Kraftsensors 32 eine Kraft repräsentieren,
die einen bestimmten Schwellwert unterschreitet. In einer modifizierten Ausführungsform
erzeugt die Verarbeitungseinrichtung 22 die Motorsteuerungssignale
so, dass die Drehzahl des Motors 41 kontinuierlich mit
der Kraft verändert
wird, die die Messsignale des Kraftsensors 32 repräsentieren.
Die Drehzahländerung
kann dabei sowohl linear als auch nichtlinear mit dieser Kraft verknüpft sein.
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Bei
einer fünften
Ausführungsform
der Steuerung 2 ist die Verarbeitungseinrichtung 22 zu
einer Drehzahlsteuerung des Motors 41 basierend auf einer
Kombination der vom Wegsensor 31 erhaltenen Messsignale
und der vom Kraftsensor 32 erhaltenen Messsignale ausgebildet.
Die Drehzahlsteuerung ist im Flussdiagramm der 2 als
Verfahren veranschaulicht. Nach Erhalt eines Betätigungssignals in Schritt SO
des Verfahrens, d. h. nachdem das Feststellen oder Lösen der
Parkbremse durch eine Steuereinrichtung des Fahrzeugs oder über eine
Benutzerschnittstelle durch einen Fahrgast des Fahrzeugs veranlasst
wurde, wird in Schritt S1 zunächst
das Einlesen der Messsignale des Wegsensors 31 und des
Kraftsensors 32 aktiviert. Gleichzeitig oder nachfolgend
wird in Schritt S2 der Motor 41 der Motor-Getriebeeinheit
von der Verarbeitungseinrichtung 22 so angesteuert, dass
er sich mit einer ersten Drehzahl dreht. Gleichzeitig werden die
Messsignale des Wegsensors und des Kraftsensors wie oben angegeben
ausgewertet, d. h. aus den Messsignalen des Wegsensors wird eine
Weggröße bzw.
ein Hub bestimmt und aus den Messsignalen des Kraftsensors wird
erforderlichenfalls eine Kraftgröße abgeleitet.
In Schritt S3 wird geprüft,
ob die Weggröße einem
vorgegebenen Wert entspricht, bzw. ob der Hub eine Hubvorgabe überschreitet.
Ist dies der Fall, so wird die Drehzahl des Motors in Schritt S5
reduziert. Ist dies nicht der Fall, so wird in Schritt S4 geprüft, ob die von
den Messsignalen des Kraftsensors 32 repräsentierte
Kraft kleiner als eine Kraftvorgabe ist. Ist dies nicht der Fall,
so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgeführt, andernfalls wird das Verfahren
bei Schritt S5 mit der Reduzierung der Motordrehzahl fortgeführt. Schritt
S3 und Schritt S4 können
auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden. Die fünfte Ausführungsform
stellt somit eine ODER-Verknüpfung der
zuvor ausgeführten
wegabhängigen Drehzahlsteuerung
mit der zuvor ausgeführten kraftabhängigen Drehzahlsteuerung
dar.
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Selbstverständlich kann
auch die fünfte
Ausführungsform
der Steuerung 2 so modifiziert werden, dass die Reduzierung
der Motordrehzahl nicht Abrupt bzw. stufenweise erfolgt, sondern
kontinuierlich zu Weggröße bzw.
Kraft.
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Eine
mit einer Steuerung 2 nach einer der oben beschriebenen
Ausführungsformen
ausgestattete elektrische Parkbremse zeichnet sich gegenüber Parkbremsen
mit mechanischen Rutschkupplungen vor allem durch eine reduzierte
Baugröße als auch durch
geringere Herstellungskosten aus.
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- 1
- elektrische
Parkbremse
- 2
- Steuerung
- 21
- Eingangsschnittstelle
der Steuerung
- 22
- Verarbeitungseinrichtung
der Steuerung
- 23
- Ausgangsschnittstelle
der Steuerung
- 3
- Bremsenmechanik
- 31
- Wegsensor
- 32
- Kraftsensor
- 4
- Motor-Getriebeeinheit
- 41
- Motor
der Motor-Getriebeeinheit
- 42
- Getriebe
der Motor-Getriebeeinheit
- 5
- mechanisches
Kraftübertragungssystem
- S0–S5
- Verfahrensschritte