DE10325414A1 - Verfahren zum Betrieb einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einer Feststellbremsvorrichtung und einer Betätigungseinheit, die zur Erzeugung einer Bremskraft eine elektromechanische Antriebseinheit aufweist, von der mindestens ein mechanisch-rotatorisches Element durch eine Verriegelungseinheit mit einem Verriegelungselement verriegelbar ist, sowie mit einem Spannkraftsensor oder einem Sensor zur Erkennung der Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements. DOLLAR A Nach der Betätigung eines Verriegelungselements zum Verriegeln des mechanisch-rotatorischen Elements ist es möglich, dass sich das mechanisch-rotatorische Element entgegen der Zuspannrichtung um einen sogenannten Aktivierungswinkel zurückdreht und sich damit ein unerwünschter Spannkraftverlust einstellt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb vor, dass das mechanisch-rotatorische Element nach Einstellung der für einen Feststellbremsvorgang erforderlichen Zuspannkraft vor der Betätigung des Verriegelungselements um einen bestimmten Winkelbetrag in diejenige Richtung weiter gedreht wird, die einer Erhöhung der Zuspannkraft entspricht.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einer Feststellbremsvorrichtung und einer Betätigungseinheit, die zur Erzeugung einer Bremskraft eine elektromechanische Antriebseinheit aufweist, von der mindestens ein mechanisch-rotatorisches Element durch eine Verriegelungseinheit mit einem Verriegelungselement verriegelbar ist, sowie mit einem Spannkraftsensor oder einem Sensor zur Erkennung der Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements.
- Eine derartige elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse ist aus der Patentanmeldung
DE 198 07 328 A1 bekannt. Die vorbekannte Scheibenbremse weist eine Spindel/Muttergetriebeanordnung auf, deren Spindel drehfest mit einem Zahnkranz verbunden ist. Zum Verriegeln eines als mechanisch-rotatorisches Element ausgebildeten Rotors während einer Feststellbremsvorgang ist als Verriegelungselement eine Sperrklinke vorgesehen. - Als weniger vorteilhaft ist beim Betrieb der vorbekannten Scheibenbremse anzusehen, dass die zur Verriegelung des Rotors betätigte Sperrklinke nicht in jeder Winkelstellung des Rotors eine sofortige Verriegelung/Blockierung bewirkt. Der Rotor dreht sich um einen sogenannten Aktivierungswinkel entgegen der Richtung, die eine Erhöhung der Zuspannkraft entsprechen würde, zurück bis die Sperrklinke die Verriegelungsposition erreicht hat. Dies hat jedoch zur Folge, dass die eingestellte Zuspannkraft verringert wird, was als nachteilig angesehen wird.
- Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse der eingangs genannten Gattung derart zu betreiben, dass eine Verringerung der für einen Feststellbremsvorgang eingestellten Zuspannkraft vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mechanisch-rotatorische Element nach Einstellung der für einen Feststellbremsvorgang erforderlichen Zuspannkraft vor der Betätigung des Verriegelungselementes um einen bestimmten Winkelbetrag in diejenige Richtung weiter gedreht wird, die einer Erhöhnung der Zuspannkraft entspricht.
- Zur Konkretisierung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Verriegelungseinheit durch eine Sperrklinke und ein Zahnrad gebildet wird, dessen Teilungswinkel den Winkelbetrag bestimmt.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes wird der Winkelbetrag aus einem zusätzlichen Zuspannkraftbetrag bestimmt, der durch die Anzahl der Verriegelungspositionen der Verriegelungseinheit und aus einem Sicherheitsbetrag bestimmt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Sicherheitsbetrag mit Hilfe der Steifigkeit des Bremssattels und der Betätigungseinheit, sowie mit der ermittelten oder geschätzten Temperatur der Scheibenbremse bestimmt wird.
- Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes werden die Verriegelungspositionen der Verriegelungseinheit mit Hilfe des Sensors zur Erkennung der Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements ermittelt und in einem elektronischen Speichermedium gespeichert werden und der Winkelbetrag zum Weiterdrehen des mechanischrotatorischen Elements aus dem Vergleich der aktuellen Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements und der gespeicherten Verriegelungspositionen bestimmt.
- Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine Ausführung einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse im Axialschnitt, an der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, -
2 eine schematische Darstellung einer Verriegelungseinheit, die aus einem Zahnrad und einer Sperrklinke gebildet ist, im nicht verriegelten Zustand, -
3 eine schematische Darstellung einer Verriegelungseinheit mit betätigter Sperrklinke und -
4 eine schematische Darstellung einer Verriegelungseinheit im verriegelten Zustand. - Die in der Zeichnung dargestellte, elektromechanisch betätigbare Scheibenbremse, an der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, wird aus einer Betätigungseinheit und einem lediglich schematisch angedeutetem Brems sattel, der in einem nicht gezeigten feststehenden Halter verschiebbar gelagert ist, gebildet. Ein Paar von Reibbelägen
4 und5 ist im Bremssattel derart angeordnet, dass sie der linken und der rechten Seitenfläche einer Bremsscheibe6 zugewandt sind. - Nachstehend wird der in der Zeichnung rechts gezeigte Reibbelag
4 als erster Reibbelag und der andere, mit5 bezeichnete Reibbelag als zweiter Reibbelag bezeichnet. - Während der erste Reibbelag
4 mittels eines Betätigungselements15 durch die Betätigungseinheit direkt mit der Bremsscheibe6 in Eingriff bringbar ist, wird der zweite Reibbelag5 durch die Wirkung einer bei der Betätigung der Anordnung vom Bremssattel aufgebrachten Reaktionskraft gegen die gegenüberliegende Seitenfläche der Bremsscheibe6 gedrückt. - Die Betätigungseinheit, die mittels nicht gezeigter Befestigungsmittel am Bremssattel angebracht ist, weist einen modularen Aufbau auf und besteht im wesentlichen aus drei selbständig handhabbaren Baugruppen bzw. Modulen, und zwar aus einer elektromechanischen Antriebseinheit
1 , einem den ersten Reibbelag4 betätigenden ersten Untersetzungsgetriebe2 und einem zwischen der elektromechanischen Antriebseinheit1 und dem ersten Untersetzungsgetriebe2 wirkungsmäßig geschalteten zweiten Untersetzungsgetriebe3 . - Die vorhin erwähnte elektromechanische Antriebseinheit
1 besteht aus einem Elektromotor11 , der im dargestellten Beispiel als ein permanentmagneterregter, elektronisch kommutierter Motor ausgebildet ist, dessen Stator9 unbeweglich in einem Motorgehäuse12 angeordnet ist und dessen Rotor10 durch einen ringförmigen Träger13 gebildet ist, der mehrere Permanentmagnetsegmente14 trägt. Zwischen dem Torque-Motor11 und dem vorhin erwähnten Betätigungselement15 ist wirkungsmäßig das erste Untersetzungsgetriebe2 angeordnet, das als ein Kugelgewindetrieb16 bis18 ausgebildet ist, das in einem Getriebegehäuse19 gelagert ist. Der Kugelgewindetrieb besteht dabei aus einer Gewindemutter16 sowie einer Gewindespindel17 , wobei zwischen der Gewindemutter16 und der Gewindespindel17 mehrere Kugeln18 angeordnet sind, die bei einer Rotationsbewegung der Gewindemutter16 umlaufen und die Gewindespindel17 in eine axiale bzw. translatorische Bewegung versetzen. - Die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass der Rotor
10 des Motors11 unter Zwischenschaltung des zweiten Untersetzungsgetriebes3 die Gewindemutter16 antreibt, während die Gewindespindel17 mittels einer Druckstange24 mit dem vorhin erwähnten Betätigungselement15 zusammenwirkt, das vorzugsweise durch eine Kraftübertragungsplatte gebildet ist, die sich am ersten Reibbelag4 abstützt. Die Druckstange24 , die von einer in der Gewindespindel17 ausgebildeten, konischen Bohrung25 aufgenommen wird, stützt sich verdrehgesichert einerseits mittels eines Mehrkants28 in einem axialen Fortsatz26 der Kraftübertragungsplatte15 und andererseits am Boden der Bohrung25 ab. Um die im Betrieb der Betätigungseinheit auftretenden Querkräfte in das Getriebegehäuse19 einzuleiten ist die Kraftübertragungsplatte15 mit zwei radial gegenüberliegenden Führungsbolzen20 versehen, die in im Getriebegehäuse19 ausgebildeten Führungsflächen bzw. Bohrungen21 geführt sind. Der Lagerung der Gewindemutter16 im Getriebegehäuse19 dient ein Axiallager bzw. Kugellager, das aus einem an der Gewindemutter16 ausgeformten radialen Kragen29 , mehreren, nicht näher bezeichneten Kugeln sowie einem Lagerring22 besteht. Zwi schen dem Lagerring22 und einer im Getriebegehäuse19 ausgebildeten ringförmigen Abstützfläche ist ein Spannkraftsensor23 angeordnet, der der Ermittlung der von der Betätigungseinheit aufgebrachten Spannkraft dient. - Um die Funktion einer Feststellbremse realisieren zu können weist die Betätigungseinheit elektromechanische Mittel auf, die, mit dem Rotor
10 des Elektromotors11 zusammenwirkend, sein Verriegeln ermöglichen. Im in1 gezeigten Ausführungsbeispiel trägt der Rotor10 zu diesem Zweck einen Zahnkranz37 , mit dessen Verzahnung eine Sperrklinke38 in Eingriff bringbar ist. Die der Sperrklinke38 zugeordnete elektrische Aktuatorik7 ist in der Art eines mechanischen Flip-Flops aufgebaut, dessen Zustand bei jeder kurzen Bestromung geändert wird. Bei der dargestellten Ausführung ist die Sperrklinke38 mit einem lediglich schematisch angedeuteten Permanentmagneten39 versehen, der mit Hilfe einer Spule40 bewegt wird. Außerdem kann die Sperrklinke39 mit Rastmitteln ausgestattet sein, die mit dem Bezugszeichen41 versehen sind und die ein Verrasten der Sperrklinke39 in der betätigten sowie in der unbetätigten Stellung ermöglichen. Dabei ist es besonders sinnvoll, wenn der vorhin erwähnte Zahnkranz37 einen Bestandteil eines Radiallagers43 bildet, in dem der Rotor10 gelagert ist. Außerdem ist der Zahnkranz37 als Teil eines nicht näher dargestellten Lageerkennungssystems46 ausgebildet sein, mit dessen Hilfe die aktuelle Winkelstellung des Rotors10 ermittelt wird. Die Lageinformation wird mittels eines Hallsensors oder eines magnetoresistiven Elements ermittelt. - Die in
2 vereinfacht dargestellte Verriegelungseinheit, weist die bereits erwähnte Sperrklinke38 , den Zahnkranz37 , sowie die elektrische Aktuatorik7 auf. Der Pfeil stellt die Drehrichtung des Rotors10 dar, die eine Erhöhung der Zuspannkraft bewirkt. Bei dem in2 dargestellten Zustand, ist die Sperrklinke38 nicht betätigt und somit ist der Rotor10 nicht verriegelt. - Zum Einleiten eines Feststellbremsvorgangs wird die Sperrklinke
38 betätigt, indem die Spule40 kurzzeitig bestromt wird um den Permanentmagneten39 zu bewegen. Dabei ist es möglich, dass die Sperrklinke38 gerade auf einen Zahn des Zahnkranzes37 trifft, wie es in3 dargestellt ist. Der Rotor10 ist in diesem Zustand nicht verriegelt und wird sich um den sogenannten Aktivierungsdrehwinkel entgegen der Drehrichtung, die eine Erhöhung der Zuspannkraft bewirken würde (Pfeil), zurückdrehen bis die Sperrklinke38 eine Verriegelungsposition erreicht hat (4 ). - Das Zurückdrehen des Rotors
10 um den Betrag des Aktivierungswinkels, entgegen der Richtung, die eine Erhöhung der Zuspannkraft bewirken würde, hat einen unerwünschten Verlust der Zuspannkraft zur Folge. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Rotor10 nach Einstellung der für einen Feststellbremsvorgang erforderlichen Zuspannkraft vor der Betätigung der Sperrklinke38 um einen bestimmten Winkelbetrag in diejenige Richtung weiter gedreht wird, die einer Erhöhnung der Zuspannkraft entspricht. Dabei wird die Winkelstellung des Rotors10 vom bereits erwähnten Lageerkennungssystems46 bestimmt und der Winkelbetrag zum Weiterdrehen des Rotors entspricht dem Teilungswinkel α des Zahnkranzes37 , der von der Anzahl der Zähne des Zahnkranzes37 abhängt. Dadurch erreicht die Sperrklinke38 die nächste Verriegelungsposition in derjenigen Drehrichtung, die eine Erhöhung der Zuspannkraft bewirkt. Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, dass der Rotor10 in einem Zustand verriegelt wird, bei dem die Zuspannkraft mindestens gleich groß, wie die eingestellte Zuspannkraft ist. - Alternativ kann der Winkelbetrag zum Weiterdrehen des Rotors
10 vor der Betätigung der Sperrklinke38 auch aus einem zusätzlichen Zuspannkraftbetrag bestimmt werden. Dies ist vor allem dann sinnvoll und erforderlich, wenn kein Sensor zur Erkennung der Winkelstellung des Rotors10 vorgesehen ist. Nach der Einstellung der erforderlichen Zuspannkraft, die vom Spannkraftsensor23 ermittelt wird, wird der Rotor10 weitergedreht, bis der zusätzliche Zuspannkraftbetrag eingestellt ist. Dieser zusätzliche Zuspannkraftbetrag wird dabei derart gewählt, dass gewährleistet ist, dass die Sperrklinke38 die nächste Verriegelungsposition in derjenigen Drehrichtung, die eine Erhöhung der Zuspannkraft bewirkt, erreicht. Zudem kann der zusätzliche Zuspannkraftbetrag durch einen Sicherheitsbetrag bestimmt werden. Dieser Sicherheitsbetrag berücksichtigt die geschätzten oder experimentell ermittelten Temperaturen und Temperaturdehnungen in der Scheibenbremse sowie die Steifigkeit des Bremssattels und der Betätigungseinheit, wodurch eventuell auftretende Spannkraftverluste beim Abkühlen der Bremse keine sicherheitsrelevante Folge hat. - Eine weitere erfindungsgemäße Alternative für die Bestimmung des Winkelbetrags um den der Rotor
10 weitergedreht wird, ist die Erfassung der Verriegelungspositionen des Rotors10 . Dabei ermittelt das Lageerkennungssystem46 die Winkelstellung des Rotors10 , wenn die Sperrklinke38 eine Verriegelungsposition erreicht hat. Die Winkelstellungen der Verriegelungspositionen werden in einem elektronischen Speichermedium gespeichert, das sich in der elektronischen Steuer- und Regeleinheit der Scheibenbremse befinden kann. Der Winkelbe trag zum Weiterdrehen des Rotors10 nach Einstellung der erforderlichen Zuspannkraft ergibt sich dann aus dem Vergleich der aktuellen Winkelstellung des Rotors10 und der Kenntnis der Winkelstellung der nächsten in Zuspannrichtung gelegenen Verriegelungsposition. Durch diese Maßnahmen bleibt die erforderliche Zuspannkraft für einen Feststellbremsvorgang erhalten.
Claims (5)
- Verfahren zum Betrieb einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse für Kraftfahrzeuge mit einer Feststellbremsvorrichtung und einer Betätigungseinheit, die zur Erzeugung einer Bremskraft eine elektromechanische Antriebseinheit aufweist, von der mindestens ein mechanisch-rotatorisches Element durch eine Verriegelungseinheit mit einem Verriegelungselement verriegelbar ist, sowie mit einem Spannkraftsensor oder einem Sensor zur Erkennung der Winkelstellung des mechanischrotatorischen Elements, dadurch gekennzeichnet, dass das mechanisch-rotatorische Element nach Einstellung der für einen Feststellbremsvorgang erforderlichen Zuspannkraft vor der Betätigung des Verriegelungselementes um einen bestimmten Winkelbetrag in diejenige Richtung weiter gedreht wird, die einer Erhöhnung der Zuspannkraft entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungseinheit durch eine Sperrklinke und ein Zahnrad gebildet wird, dessen Teilungswinkel den Winkelbetrag bestimmt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelbetrag aus einem zusätzlichen Zuspannkraftbetrag bestimmt wird, der durch die Anzahl der Verriegelungspositionen der Verriegelungseinheit und aus einem Sicherheitsbetrag bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungspositionen der Verriegelungseinheit mit Hilfe des Sensors zur Erkennung der Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements ermittelt und in einem elektronischen Speichermedium gespeichert werden und der Winkelbetrag zum Weiterdrehen des mechanischrotatorischen Elements aus dem Vergleich der aktuellen Winkelstellung des mechanisch-rotatorischen Elements und der gespeicherten Verriegelungspositionen bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsbetrag mit Hilfe der Steifigkeit des Bremssattels und der Betätigungseinheit, sowie mit der ermittelten oder geschätzten Temperatur der Scheibenbremse bestimmt wird.
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