DE19841170C1 - Verfahren zur sparsamen Nutzung der von einem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator benötigten elektrischen Energie - Google Patents

Abstract

Verfahren zur sparsamen Nutzung der in einem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator zur Erzeugung einer auf eine Bremsscheibe wirkenden Zuspannkraft benötigten elektrischen Energie, wobei man während eines Bremsvorgangs den Bremsaktuator nur dann mit dem vollen zur Aktivierung erforderlichen Strom beaufschlagt, wenn durch eine Änderung der Bremsanforderung eine Änderung der Zuspannkraft erfolgen soll, und daß man, wenn keine Änderung der Bremsanforderung erfolgt, den Bremsaktuator lediglich mit einem geringeren, zur Aufrechterhaltung der stationär gewünschten Zuspannkraft erforderlichen Strom beaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sparsamen Nutzung der in einem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator zur Erzeugung einer auf eine Bremsscheibe wirkenden Zuspannkraft benötigten elektrischen Energie.

In Bremssystemen mit elektrisch betätigbaren Bremsaktuatoren, wie sie z. B. aus der DE 196 01 983 C1 in Verbindung mit der DE 34 10 006 bekannt sind, wird die elektrische Versorgung im Regelfall vom Bordnetz abgedeckt. Gesetzliche Vorschriften verlangen für Fahrzeuge zwei voneinander unabhängige Bremskreise. Für Fahrzeuge mit elektrisch betätigbaren Bremsaktuatoren fordert der Gesetzgeber einen elektrischen Hilfsenergiespeicher je Bremskreis, d. h. für zwei unabhängige Bremskreise sind zwei elektrische Hilfsenergiespeicher gefordert.

Wenn ein Bremskreis des Bremssystems aufgrund eines Fehlers nicht mehr aus dem Bordnetz versorgt werden kann, dann übernimmt der Hilfsenergiespeicher die elektrische Versorgung des Bremskreises. Dafür muß die Kapazität des Hilfsenergiespeichers nach dem Gesetz so groß dimensioniert sein, daß noch neun Betriebsbremsungen mit einer vollen Betätigung der Bremsanlage ohne Zugriff auf andere Energiequellen möglich sind. Je kleiner der elektrische Energieverbrauch des Bremskreises während der gesetzlich vorgeschriebenen neun Bremsungen aus dem Energiespeicher ist, umso kleiner kann auch die Kapazität dieses elektrischen Energiespeichers bemessen werden.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die elektrisch betätigbaren Bremsaktuatoren mit möglichst wenig Energie betreibbar sein sollten, damit sie die elektrische Energiequelle, aus denen die elektrische Energie bereitgestellt wird, möglichst wenig belasten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur sparsamen Nutzung der in einem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator zur Erzeugung einer auf eine Bremsscheibe wirkenden Zuspannkraft benötigten elektrischen Energie zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, daß der Bremsaktuator zur Aufrechterhaltung einer stationären Zuspannkraft nur mit einem Strom beaufschlagt zu werden braucht, der geringer ist als der zu der Erzeugung der Zuspannkraft notwendige Strom. Somit wird während der Aufrechterhaltung der Zuspannkraft weniger elektrische Energie verbraucht und die Energiequelle, aus der die elektrische Energie bereitgestellt wird, wird geschont. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Bremssystem mit den elektrisch betätigbaren Bremsaktuatoren im Notbetrieb betrieben wird, in dem die elektrische Energie aus einem Hilfsenergiespeicher bezogen wird.

Im Folgenden wird erläutert, wie die Einsparung von elektrischer Energie während der Aufrechterhaltung einer stationären Zuspannkraft im Bremsaktuator möglich ist: Das zum Betätigen des Bremsaktuators erforderliche Drehmoment setzt sich zusammen aus der Überwindung der ruhenden und der gleitenden Reibung in den Lagern des elektrischen Antriebsmotors, der Reibung in der Getriebespindel, der Reibung in sonstigen Lagern und Führungselementen und in der Aufbringung der gewünschten Zuspannkraft.

Die mit dem Bremsaktuator auf eine Bremsscheibe aufgebrachte Zuspannkraft erzeugt in dem Bremsaktuator eine Rückstellkraft. Zur Aufrechterhaltung der Zuspannkraft ist eine Kraft zu erzeugen, die diese Rückstellkraft kompensiert. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß von dem Bremsaktuator ein dieser Kraft entsprechendes Drehmoment erzeugt wird. Dieses Drehmoment ist offensichtlich niedriger als das insgesamt zur Erzeugung der Zuspannkraft notwendige Drehmoment, da im stationären Zustand des Bremsaktuators innere Gleitreibungskräfte nicht überwunden zu werden brauchen und darüber hinaus die in dem Bremsaktuator vorliegende Haftreibung die von der Zuspannkraft aufgebaute Rückstellkraft reduziert.

Alternativ ist es möglich, im Bremsaktuator die Haftreibung so stark zu erhöhen, daß sie die Rückstellkraft im Bremsaktuator kompensiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der Läufer des Bremsaktuators statisch verriegelt wird, um die stationäre Zuspannkraft aufrechtzuerhalten, wie es auch in Anspruch 2 beansprucht ist. Ein Bremsaktuator mit einem Verriegelungsmechanismus, der eine derartige Reibungserhöhung ermöglichen würde, ist aus der eingangs genannten DE 196 01 983 C1 bekannt. Der Vorteil der Weiterbildung gemäß Anspruch 2 ist darin zu sehen, daß der Verriegelungsmechanismus, mit dessen Hilfe der Läufer des Bremsaktuators statisch verriegelt wird, energiearm betätigt werden kann und im Verriegelungszustand überhaupt keine elektrische Energie verbraucht, wodurch eine besonders große Energieersparnis möglich wird.

Der Vorteil gemäß den Weiterbildungen der Ansprüche 3 und 4 ist darin zu sehen, daß während des gesamten "Durchfahrens" des Bremswunschintervalls bzw. während des gesamten Zeitintervalls eine bestimmte Zuspannkraft aufrechterhalten wird und somit nur wenig Energie im Bremsaktuator verbraucht wird.

In dem Diagramm ist die vom Drehmoment des Bremsaktuators erzeugte Zuspannkraft dargestellt. Ein Drehmoment x_o erzeugt an der Bremsscheibe eine Zuspannkraft y_o. Bei Rückführung des Motordrehmoments von x_o auf x₁ bleibt die Zuspannkraft y_o bestehen, d. h. die Zuspannkraft kann mit einem deutlich verringerten Motormoment gehalten werden. Bei Beendigung des Bremsvorganges, d. h. bei Rückführung des Drehmoments auf Null, sinkt die Zuspannkraft von dem Wert y_o auf den Wert y_SII, also auf denjenigen Wert, der durch den Schnittpunkt der Kennlinie mit der y-Achse (Zuspannkraft-Achse) vorgegeben ist. Bei dieser verbleibenden Zuspannkraft y_SII befindet sich die Rückstellkraft der Radbremse mit der inneren Reibungskraft im Gleichgewicht. Bei der Zuspannkraft y_SII tritt also eine Selbsthemmung ein. Eine vollständige Freistellung der Radbremse (Zuspannkraft = 0) ist nur unter Einwirkung eines negativen Motormoments möglich. Der erläuterte Vorgang wird allgemein als mechanische Hysterese bezeichnet.

Daraus ist ersichtlich, daß ein großer Teil des elektrisch erzeugten Drehmoments durch Reibung verlorengeht. Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zunutze, indem sie im Notfall, d. h. bei Ausfall des Bordnetzes bzw. der Bordnetzbatterie, nur dann eine Betätigung der Bremse, d. h. eine erhöhte Bestromung des elektrischen Bremsaktuators, vornimmt, wenn der Fahrer die (Größe der) Bremsstärke durch Änderung des über das Bremspedal eingegebenen Bremssignals über ein bestimmtes Maß hinaus zu ändern wünscht.

Wird die Bremse hingegen in einer bestimmten Position gehalten, so wird der jeweilige Bremsaktuator lediglich mit dem geringen, zur Erhaltung der eingestellten Zuspannkraft erforderlichen (Halte-)Strom beaufschlagt. Auf die zur Überwindung der Reibung erforderliche Bestromung kann im Fall des Haltens der Bremse in seiner jeweils eingestellten Bremsstärke-Position verzichtet werden.

Praktisch geht man beispielsweise so vor, daß man das Bremsmoment nicht nur bei völliger Konstanthaltung des Bremswunsches (Konstanthaltung der Zuspannkraft) auf den Haltestrom zurückführt, sondern man gibt im Notfall bezüglich dar einstellbaren Zuspannkraft absolute oder relative Intervalle (Amplituden-Stufen) vor, in denen jeweils keine Änderung der Bremseinstellung erfolgt, so daß während des gesamten "Durchfahrens" des Bremswunschintervalls der Bremsaktuator lediglich die geringe, für die Aufrechterhaltung der Zuspannkraft erforderliche Bestromung erhält.

Anstelle der amplitudenmäßigen Intervalle bezüglich der Zuspannkraft können auch zeitliche Intervalle vorgegeben werden, während der sich die Bremsposition nicht ändert.

Erfindungsgemäß ist eine elektrische Schaltung vorhanden, die die elektrischen Aktuatoren mit vergleichsweise kleinem Energieaufwand in einer gegebenen Position mit fester Bremskraft verharren läßt.

Im Notbetrieb werden Radbremskräfte eingestellt, die erst nach Ablauf einer Totzeit dem (neuen) Fahrerwunsch angepaßt werden.

Weil nur während der Anpassungsphasen der Motor verstärkt bestromt werden muß, treten nur während dieser Phasen erhöhte Kupferverluste sowie mechanische Verluste auf. Als Bedingung für die Einleitung eines Anpassungszyklus zwischen der aktuell eingestellten Bremskraft und dem neuen Fahrerwunsch wird vorzugsweise die Differenz zwischen der eingestellten und der neuen Bremskraft herangezogen. Ist die Differenz zu klein, so wird auf ein Bewegen des Motors verzichtet, was eine weitere Energieeinsparung bedeutet.

Zwischen zwei Anpassungsphasen kann der Läufer des Motors vorzugsweise mit einem energiearm betätigten Verriegelungsmechanismus festgehalten und der Motor selbst stromfrei geschaltet werden. Solch ein Verriegelungsmechanismus ist z. B. von der Feststellbremse gemäß DE 196 01 983.4 vorbekannt. Dabei entstehen zwischen zwei Anpassungsphasen, d. h. während der Verriegelungs- Haltephasen, keine Stillstandsverluste. Trotzdem bleibt die zuvor eingestellte Radbremskraft wirksam.

Besteht eine annähernd feste Beziehung zwischen Rotorlage und Bremskraft (z. B. Motor-Spindel-Kombinationen), so reicht es beispielsweise aus, den Motor gegen Drehen zu verriegeln. Dies kann auch mit der evtl. integrierten Feststellbremsbetätigung geschehen, wenn diese die oben genannte Anforderung erfüllt.

Im zeitlichen Mittel verringert sich die zur Betätigung des Bremsaktuators erforderliche Energie. Dies wiederum macht den Einsatz kleinerer Hilfsenergiespeicher möglich, da für die gesetzlich geforderten neun Bremsungen insgesamt weniger Energie benötigt wird.

Da Gewicht, Volumen und Kosten der elektrischen Energiespeicher mit ihrer Kapazität wachsen, bedeutet eine Reduzierung der gesetzlich vorgeschriebenen Kapazität der Hilfsenergiespeicher eine Reduzierung von Gewicht, Volumen und Kosten für die Hilfsenergiespeicher.

Bei gleicher Größe des Hilfsenergiespeichers ergibt das erfindungsgemäße Konzept eine Verlängerung der Nutzbarkeit der Bremse im Notfall.

Auch bei erschöpften Hilfsenergiespeichern ist eine Festbremsung möglich.

Dies gilt allerdings nur dann, wenn eine Verriegelung aktiv ist; andernfalls können nur die Selbsthemmungskräfte y_SII aufgebracht werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur sparsamen Nutzung der in einem elektrisch betätigbaren Bremsaktuator zur Erzeugung einer auf eine Bremsscheibe wirkenden Zuspannkraft benötigten elektrischen Energie dadurch gekennzeichnet, daß während eines Bremsvorganges der Bremsaktuator nur dann mit dem vollen zur Aktivierung erforderlichen Strom beaufschlagt wird, wenn durch eine Änderung der Bremsanforderung eine Änderung der Zuspannkraft erfolgen soll, und daß dann, wenn keine Änderung der Bremsanforderung erfolgt, der Bremsaktuator lediglich mit einem geringeren, zur Aufrechterhaltung der stationär gewünschten Zuspannkraft erforderlichen Strom beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer des Bremsaktuators statisch verriegelt wird, um eine stationäre Zuspannkraft aufrechtzuerhalten.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsaktuator nur dann mit der vollen, zur Neueinstellung der jeweiligen Zuspannkraft erforderlichen Bestromung beaufschlagt wird, wenn die Änderung der Bremsanforderung ein absolutes/relatives Differenzmaß (Intervall) übersteigt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsaktuator nur dann mit der vollen, zur Neueinstellung der jeweiligen Zuspannkraft erforderlichen Bestromung beaufschlagt wird, wenn seit der letzten Einstellung der Zuspannkraft ein vorgegebenes Zeitintervall überschritten ist.