DE102006034597A1

DE102006034597A1 - Aktuator mit Funktionsüberwachung

Info

Publication number: DE102006034597A1
Application number: DE102006034597A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Gaul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-01-31
Also published as: WO2008012123A1; US20090308701A1; CN101495352A; EP2049375A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (10), insbesondere einen Bremsaktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebselement (20, 200), einem Abtriebselement (30, 32, 300), das mit dem Antriebselement (20, 200) über mindestens ein elastisches Element (40, 42, 44, 46, 400) gekoppelt ist, einem ersten Sensor (60, 600) zum Erfassen einer Lageänderung des Antriebselements (20, 200) und einem zweiten Sensor (62, 620) zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements (30, 32, 300). Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators (10) sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator, insbesondere einen Bremsaktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Ausführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Beim Einsatz von elektromechanisch oder elektromotorisch betriebenen Aktuatoren zur Betätigung einer Feststellbremse in einem Kraftfahrzeug ist eine Überwachung der einwandfreien Funktion aus sicherheitstechnischen Gründen erforderlich.
Eine aus dem Stand der Technik bekannte konventionelle Feststellbremsanlage besteht in der Regel aus je einer Radbremse an den beiden Hinterrädern des Kraftfahrzeugs, einer Seilzugmechanik und einem feststellbaren Handhebel zur Betätigung durch den Fahrzeugführer.
Bei einer elektromechanisch betätigten Feststellbremsanlage ist der Handhebel durch eine elektromechanisch angetriebene Stellvorrichtung ersetzt, die vom Fahrzeugführer über einen Betätigungsknopf oder von einer übergeordneten Steuereinheit fahrsituationsabhängig in Betrieb gesetzt wird. Der Feststell- und Lösevorgang wird dann durch die Stellvorrichtung, ggf. in Abhängigkeit von aktuellen Fahrzeug- und Betriebsparametern, etwa Fahrerwunsch, Fahrgeschwindigkeit, Fahrzeuggewicht, Fahrzeugneigung, Antriebsdrehmoment, Getriebestellung, usw., elektronisch gesteuert bzw. geregelt.
Aus den ermittelten Fahrzeug- und Betriebsdaten wird dann von der Steuer- bzw. Regelungseinheit ein Sollwert für die zu erzeugende Bremskraft ermittelt und der Antrieb so angesteuert, dass, eine einwandfreie Funktion der Übertragungsmechanik vorausgesetzt, diese Sollbremskraft an den Radbremsen erreicht wird. Da jedoch durch wechselnde Umgebungsparameter, bspw. Temperatur, Feuchtigkeit, usw., und durch Verschleißerscheinungen die erreichten Bremskraftwerte bei gleicher Sollwertvorgabe variieren, ist es erforderlich, das Erreichen der Sollwertvorgabe durch Messung geeigneter Größen an geeigneter Stelle der Bremsanlage zu überwachen und durch Rückführung und Verarbeitung dieser Werte in die Steuer- bzw. Regelungseinheit eine Regelung vorzusehen, wobei die gemessene Ist-Bremskraft der errechneten Sollwertvorgabe durch entsprechende Variation der Stellgrößen kontinuierlich angenähert wird und diese schließlich mit Sicherheit erreicht.
Wird als Antrieb ein Elektromotor eingesetzt so kann z. B. mit den Stellgrößen Stromstärke, Betriebsspannung und Pulsweitenmodulation auf das erzeugte Antriebsdrehmoment Einfluß genommen werden.
Ein Maß für die erreichte Ist-Bremskraft stellen prinzipiell alle entlang der Kraftübertragungsmechanik messbaren Stellkräfte dar. Je weiter man sich dabei jedoch mit der Messstelle im Kraftfluß von der Radbremseinheit entfernt, desto größer wird der Einfluß von Störgrößen, die auf die Übertragungsmechanik zwischen der Radbremse und der Messstelle einwirken und somit die Messwerte unsicher machen.
Ein Beispiel dafür wäre die Messung der erzeugten Zugkraft in einem Bremsseil, wobei die Zugkraft-Messstelle sich an dem der Stellvorrichtung zugewandten Seilende befindet. Wenn nun der Seilzug auf der Strecke, zwischen Messstelle und Radbremse blockiert ist, etwa durch ein Einfrieren bei niedrigen Temperaturen, so würde zwar eine Bremskraft gemessen, es würde aber an der Radbremse keine Bremskraft erzeugt. Eine si chere Messung müsste also möglichst direkt in jeder Radbremseinheit vorgenommen werden.
Andererseits ist eine solche Konzeption konstruktiv und montagetechnisch sehr aufwendig, teuer und wiederum aufgrund der großen Signalübertragungswege störanfällig. Aus dieser Blickrichtung wäre also eine Ist-Bremskrafterfassung möglichst zentral, d.h. nahe bei der Steuereinheit, wünschenswert, wobei die Steuereinheit direkt am oder im Gehäuse des Aktuators bzw. der Stellvorrichtung angeordnet ist.
Dieser Zielkonflikt wird dadurch gelöst, dass bei der zentralen Messung nahe bei oder gar in der Stellvorrichtung zur Verifikation des Bremskraftmesswertes zumindest eine zweite, mit der Bremskraft in Relation stehende Stellgröße gemessen wird. Hierzu bietet sich der Stellweg der Bremselemente, etwa der Bremsbacken, in den Radbremseinheiten an. Auch dieser überträgt sich entlang der Übertragungsmechanik, bspw. einem Bremsseil oder einem Bremsgestänge, hin zur Stellvorrichtung und kann dort ebenfalls zentral und dicht bei der Steuereinheit erfasst werden.
Die beiden Größen Stellkraft und Stellweg stehen in einer eindeutigen Relation zueinander, die zwar auch bestimmten Schwankungen unterliegt, z.B. temperaturbedingten Längeänderungen innerhalb der Übertragungsmechanik oder alterungs- oder verschleißbedingten Einflüssen, allerdings jedoch keinen sprunghaften Veränderungen ausgesetzt und somit einfach verfolgbar und erfassbar ist.
Bei einwandfreier Funktion kann einem bestimmten Stellweg eindeutig eine bestimmte Stellkraft zugeordnet werden. Dieser Verlauf der Stellkraft über dem Stellweg kann als Vergleichskurve in der Steuereinheit abgelegt werden. Bei jedem Stellvorgang, d.h. jedem Anziehen oder Lösen der Bremse, kann nun der aktuell gemessene Stellkraft-/Stellweg – Verlauf mit dem in der Steuereinheit abgelegten Soll-Verlauf verglichen werden. Bei einer Blockierung der Übertragungsmechanik würde nun die gemessene Stellkraft bereits nach einem wesentlich kürzeren Stellweg ansteigen oder bei gebrochener Übertragungsmechanik würde auch bei wesentlich größerem Stellweg kein Stellkraftanstieg zu messen sein. Auf diese Weise können eine Fehlfunktion der Bremseinheit mit Sicherheit erfasst und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden.
Bisher existieren für die Messung der beiden Stellgrößen unterschiedliche Lösungen. So wird die Stellkraft in der in dem Dokument EP 0 966 376 B1 offenbarten Lösung in oder an einem Bremsseil gemessen. Für die Messung der Stellkraft werden bisher ausschließlich Federweg-Messelemente wie in den Dokumenten EP 0 988 203 B1 und DE 101 02 685 B4 dargestellt eingesetzt. Dabei wird die lineare Längenänderung einer im Kraftfluss angeordneten Feder mit einem Abstandssensor erfasst und aus der Abstandsänderung mit Hilfe der Federkonstanten die Stellkraft ermittelt.
Der Stellweg oder Hubweg der Bremselemente wird ebenfalls am Bremsseil erfasst wozu auch hier eine Messeinheit erforderlich ist, mit der ein linearer Hubweg erfasst werden kann. In anderen Stellvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, z.B. in Fensterheberantrieben, wird der Stellweg der Fensterscheibe über die Umdrehungszahl der Antriebswelle eines Elektromotors erfasst. Die Erfassung des Hubweges in einer Stellvorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Feststellbremse mit Hilfe der Umdrehungszahl eines Antriebsrades ist auch in Dokument US 5,180,038 bereits offenbart.
Für die Messung der Umdrehungszahl einer Welle sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Möglichkeiten mit mechanischen, magnetischen oder optischen Sensoranordnungen bekannt. Zum Beispiel kann mit Hilfe von Hallsensoren und entsprechenden Gebereinheiten auf der Welle auf einfache, robuste und zuverlässige Weise eine Erfassung der Umdrehungszahl vorgenommen werden. Dazu wird beispielsweise ein segmentweise entgegengesetzt magnetisiertes Geberrad auf der Welle angeordnet, dessen Magnetsegmente sich bei Drehung der Welle an ei nem gegenüber dem Geberrad angeordneten passiven Hallsensor vorbei bewegen und diesen im Wechsel bedämpfen. Gleichfalls kann ein passives Geberrad mit einer einfachen metallischen Zahnung und ein aktiver Hallsensor zum Einsatz kommen. Die Genauigkeit der Anordnung von Geberrad und Sensoreinheit ist dabei unkritisch, da nur der Wechsel der Bedämpfung der Sensoreinheit gemessen werden muss, der innerhalb eines größeren Toleranzbereiches bezogen auf die Anordnung gewährleistet werden kann.
Auch die Abstandsmessung zur Ermittlung der Stellkraft kann mit Hilfe von Hallsensoren erfolgen. Um hierbei jedoch die erforderliche Genauigkeit zu erreichen, ist die exakte Positionierung der Sensor- und Gebereinheiten Voraussetzung. Dies erfordert aber einen erhöhten Aufwand bei Konstruktion, Montage und ggf. Justage. Dementsprechend ist diese Art der Messung auch gegenüber Bauteiltoleranzen und Umwelteinflüssen relativ empfindlich, was vor allem bei einem Einsatz in einem besonders rauhen und wechselnden Umfeld, dem ein Kraftfahrzeug in der Regel ausgesetzt ist, nicht unproblematisch ist.
Es besteht also ein Bedarf an einem Aktuator mit einer möglichst einfachen, robusten und störungssicheren Anordnung zur Messung von Stellkraft und Stellweg, die gleichermaßen hohe Genauigkeit bei niedrigen Kosten gewährleistet. Des weiteren sollte der Aktuator eine möglichst kompakte Bauform und eine dicht beieinander liegende Anordnung der Sensoren aufweisen. Er soll insbesondere als Bremsaktuator für eine Feststellbremse geeignet sein.
Zusammenfassung der Erfindung
Dazu werden ein Aktuator nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators nach Anspruch 22, ein Computerprogramm nach Anspruch 23 und ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 24 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Der Aktuator umfasst dabei ein Antriebselement, ein Abtriebselement, das mit dem Antriebselement über mindestens ein elastisches Element gekoppelt ist, einen ersten Sensor zum Erfassen einer Lageänderung des Antriebselements und einen zweiten Sensor zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements.
Die vorgeschlagene Lösung sieht vor, sowohl die Stellkraft als auch den Stellweg anhand einer Differenzwegmessung zu ermitteln. Dazu kann entweder der Hub- oder Drehweg zweier über ein elastisches Element gekoppelter Elemente (Antriebs- und Abtriebselement) die im Kraftfluss angeordnet sind, gegenüber der feststehenden Umgebung gemessen werden. Das Antriebs- und das Abtriebselement können also entweder rotatorisch oder translatorisch bewegbar angeordnet sein. Der Hub- oder Drehweg kann dabei über einfache Impulsgebereinheiten gemessen werden.
Das Antriebselement kann dabei von der Antriebsseite her zum Beispiel von einem Elektromotor angetrieben sein. Die Antriebsbewegung wird über das elastische Element auf das Abtriebselement übertragen, das wiederum fest mit der Abtriebsseite der Getriebeeinheit gekoppelt ist. Es kann mindestens ein Zugelement vorgesehen sein, das mit dem Abtriebselement verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform kann der betrieben Aktuator als Bremsaktuator für die Feststellbremse eines Kraftfahrzeugsausgebildet sein. Dies soll im Folgenden erläutert werden:
Beim Anziehen der Bremse bewegen sich Antriebselement und Abtriebselement gleichförmig, bis die Bremselemente in den Radbremsen zur Anlage kommen. Der zurückgelegte Stellweg von Antriebselement und Abtriebselement wird dabei unabhängig voneinander erfasst. Sobald die Bremselemente in den Radbremsen zur Anlage kommen, wird das Abtriebselement in seiner Bewe gung gestoppt. Bei weiterhin aktiviertem Antrieb wird das Antriebselement gegenüber dem nun stillstehenden Abtriebselement weiter gegen die Federkraft des elastischen Elements bewegt. Dadurch erhöht sich die Stellkraft kontinuierlich entsprechend der Federkonstanten der Federeinheit und der Stellweg des Antriebselements vergrößert sich entsprechend und wird weiter fortlaufend erfasst. Dadurch ergibt sich für das Antriebselement ein insgesamt größerer Stellweg als für das Abtriebselement. Aus dem Vergleich der Stellwege von Antriebs- und Abtriebselement in einer Steuereinheit, die innerhalb oder außerhalb des Aktuators angeordnet sein kann, ergibt sich eine Stellwegdifferenz, die ein Maß für die aufgebaute Stellkraft darstellt. Die Stellwegdifferenz wird von der Steuereinheit kontinuierlich ermittelt und der Antrieb bleibt so lange aktiviert bis die dem Stellkraft-Sollwert entsprechende Stellwegdifferenz erreicht ist.
Konstruktionsbedingt sind Antriebs- und Abtriebsbauteil in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet, was auch eine dicht beieinanderliegende Anordnung der Sensoren, zum Beispiel auf einer gemeinsamen Trägereinheit, im umgebenden Gehäuse ermöglicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Zugelement eine Spindel ist.
Des weiteren kann vorgesehen sein, dass das Abtriebselement eine Spindelmutter ist, an der ein Abtriebszahnrad angebracht ist.
Des weiteren können die Spindelmutter und das Abtriebszahnrad vorteilhafterweise einstückig miteinander ausgebildet sein.
Das Antriebselement kann ein Antriebszahnrad sein, das mittels mindestens einem Mitnahmefinger oder ein anderes geeignet gestaltetes Mitnahmeelement und über das mindestens eine elastische Element in Mitnahmeverbindung mit dem Abtriebszahnrad steht.
Das Antriebszahnrad kann drehbar auf der Spindelmutter gelagert sein.
Das elastische Element kann aus mehreren einzelnen Druck- oder Zugfedern bestehen, die beispielsweise auf einer Kreislinie zwischen Antriebs- und Abtriebsrad angeordnet sind. Es kann jedoch auch aus einer konzentrisch angeordneten Spiralfeder, einem Elastomerbauteil oder einem anderen elastischen, in geeigneter Weise angeordneten Bauteil bestehen.
Der Aktuator kann als sogenannter "180°-Zweiseil-Zieher" ausgebildet sein. Dabei ist die Spindelmutter geteilt mit gegenläufigen Gewinden ausgebildet und an jedem Ende der Spindelmutter ist eine Spindel mit einem Bremsseil angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind das Antriebselement und das Abtriebselement translatorisch bewegbar angeordnet.
Dabei kann das Abtriebselement ein linear bewegbar gelagerter Abtriebsschlitten sein, der mit einem Bremsseil verbunden ist.
Des weiteren kann das Antriebselement ein linear bewegbar gelagerter Antriebsschlitten sein, wobei der Antriebsschlitten und der Abtriebsschlitten mittels des elastischen Elements gegeneinander verspannt sind.
Das elastische Element kann in dieser Ausführungsform mit Vorteil eine Zug-Druck-Feder sein.
Der Antriebsschlitten kann mit einer Antriebsspindel verbunden sein, die mit einer Antriebsspindelmutter in Eingriff steht, die mit einem Antriebszahnrad gekoppelt ist.
Sowohl der Antriebsschlitten als auch der Abtriebsschlitten können mit einer entsprechenden Außenzahnung entlang ihrer jeweiligen Längserstreckung versehen sein.
Die Messanordnung zum Erfassen der Funktionsfähigkeit des Aktuators kann also zwischen einer Spindel und einem mit der Spindel über die Messanordnung gekoppelten Zugseil angeordnet sein.
Generell kann das Antriebszahnrad von einem Elektromotor angetrieben sein. Wie bereits beschrieben wurde, steht der Elektromotor dann beispielsweise über eine Schnecke mit einem Zahnrad in Eingriff, das die Spindelmutter antreibt. So wird die rotatorische Bewegung des Elektromotors in eine translatorische Bewegung umgesetzt. Dadurch ergeben sich die beschriebenen Möglichkeiten, eine Messanordnung zum Erfassen der Lageänderungen im Kraftfluss entweder so anzuordnen, dass rotatorische Lageänderungen gemessen werden, oder aber an anderer Stelle so anzuordnen, dass translatorische Lageänderungen gemessen werden.
Generell kann auch lediglich ein einziges Zugelement vorgesehen sein. Der Aktuator kann also auch als sogenannter "Einseilzieher" ausgebildet sein.
Der erste Sensor und der zweite Sensor können Hall-Sensoren sein, wobei vorteilhafterweise der erste Sensor gegenüber einer Außenzahnung des Antriebselements und der zweite Sensor gegenüber einer Außenzahnung des Abtriebselements angeordnet ist.
Wie bereits beschrieben, wird so eine besonders einfache und störungsunempfindliche Erfassung der Lageänderungen breitgestellt.
Ein entsprechendes Verfahren zur Funktionsüberwachung eines Aktuators umfasst die Schritte des Bestimmens der Lageänderung des Antriebselements mittels des ersten Sensors, des Bestimmen der Lageänderung des Abtriebselements mittels des zweiten Sensors, des Berechnens einer Differenz der Lageänderungen, des Ermittelns einer Bremskraft aus der berechneten Differenz und einer bekannten Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen Elements, und des Bestimmens der Funktionsfähigkeit der Feststellbremse mittels eines Vergleichs eines aus den bestimmten Lageänderungen ggf. unter zusätzlicher Heranziehung der ermittelten Bremskraft gebildeten Wertepaares bzw. Wertetripels mit bekannten kritischen Wertepaaren bzw. Wertetripeln.
Als kritisches Wertetripel kann bspw. keine Lageänderung des Abtriebselements, eine beliebige Lageänderung des Antriebselements und die daraus resultierende Differenz abgelegt sein. Ein derartiges Wertetripel könnte etwa eine verklemmte Bremsanlage wiedergeben.
Ein Computerprogramm zum Durchführen eines oben beschriebenen Verfahrens weist Programmcode-mittel auf, um alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer dem Aktuator zugeordneten Steuereinheit, ausgeführt wird.
Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger, wie Festplatten, Disketten, CD-ROMs, DVDs etc., gespeichert sind, um alle Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer dem Aktuator zugeordneten Steuereinheit, ausgeführt wird.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines Aktuators.
2 zeigt eine erste Ausgestaltung eines elastischen Elements einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang einer Linie A-A in 1.
3 zeigt eine zweite Ausgestaltung eines elastischen Elements einer ersten Ausführungsform der Erfindung entlang einer Linie A-A in 1.
4 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs eines erfindungsgemäßen Aktuators in einer zweiten Ausführungsform.
5 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Funktionsüberwachung einer Feststellbremse in Schritten S1 bis S6.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1, 2 und 3 ist ein Aktuator 10 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Der Aktuator 10 wird im vorliegenden Beispiel zur Betätigung einer Feststellbremse in einem Kraftfahrzeug verwendet.
Bei diesem Aktuator 10 wird ein konventioneller Elektromotor (nicht dargestellt) mit einer Antriebsschnecke 74 als Antriebseinheit verwendet. Ein aus einem Antriebszahnrad 20, einem Abtriebszahnrad 30 und einer Spindelmutter 32 bestehendes Spindelgetriebe wird zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors (nicht dargestellt) in eine lineare Hubbewegung eingesetzt.
Das Abtriebszahnrad 30 ist einstückig mit der Spindelmutter 32 ausgebildet und steht über Mitnahmefinger 80, 82, 84 und zumindest ein elastisches Element 40, 42, 44, 46 in Mitnahmeverbindung mit dem Antriebszahnrad 20, das mittels eines Lagers 93 drehbar auf der Spindelmutter 32 gelagert ist.
Bei dem elastischen Element kann es sich um auf einer Kreislinie angeordnete Zug-Druck-Federn 40, 42, 44 handeln, wie in 2 dargestellt ist. Es kann jedoch auch eine Spiralfeder 46 vorgesehen sein, wie in 3 dargestellt ist.
Die Spindelmutter 32 ist drehbar mittels zweier Lager 90, 92 in einem Gehäuse 94 gelagert. Das Antriebszahnrad 20 steht im Eingriff einer Antriebsschnecke 74, die von dem Elektromotor angetrieben wird. Der in 1 dargestellte Aktuator ist als sogenannter „180°-Zweiseil-Zieher" ausgeführt, so dass die Spindelmutter 32 mit gegenläufigem Gewinde versehen ist und zwei gegenläufigen Spindeln 50, 54 vorgesehen sind. Die Spindeln 50, 54 stehen im Eingriff mit der Spindelmutter 32 und sind gegenüber dem Gehäuse 94 linear beweglich aber gegen Verdrehung gesichert. An den Spindeln 50, 54 ist jeweils ein Bremsseil 52, 56 befestigt, auf das die Linearbewegung der entsprechenden Spindel 50,54 übertragen wird.
Das Antriebszahnrad 20 weist eine Außenverzahnung 24 auf. Das Abtriebszahnrad 30 weist eine Außenverzahnung 34 auf. Im Bereich der Außenverzahnungen 24, 34 des Antriebszahnrads 20 und des Abtriebsrads 30 ist je ein aktiver Hallsensor 60, 62 angeordnet. Der jeweilige Hallsensor 60, 62 wird durch die entsprechende Außenverzahnung 24, 34 von dem Antriebszahnrad 20 bzw. dem Abtriebszahnrad 30 bedämpft. Bei einer Rotation des Antriebs- 20 bzw. des Abtriebszahnrads 30 entsteht durch die sich an den Hallsensoren 60, 62 vorbei bewegenden Verzahnungen 24, 34 ein Impuls pro Zahn. Durch Auszählung der Impulse kann so der jeweilige Drehwinkel des Antriebs- 20 und des Abtriebszahnrads 30 ermittelt werden. Durch eine vorgegebene Getriebeübersetzung des Spindelgetriebes lässt sich so aus der Impulszahl des Abtriebsrades der lineare Hubweg der Spindel und somit auch der Bremszüge ermitteln. Aus der Differenz der Impulszahlen von Antriebs- 20 und Abtriebszahnrad 30 lässt sich der Differenzdrehwinkel zwischen Antriebs- und Abtriebsrad und das durch das elastische Element 40, 42, 44, 46 übertragene Drehmoment ermitteln, das wiederum proportional zur Stellkraft ist.
Die erfassten Messdaten werden an eine Steuer- bzw. Regelungseinheit (nicht dargestellt) übertragen, die die Messdaten auswertet und den Elektromotor entsprechend steuert.
Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist die konstruktive Einfachheit sowie die zentrale, räumlich dicht benachbarte Anordnung der Elemente. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass dieser Aktuator 10 mit kombinierter Stellweg-Stellkraft-Messung gleichermaßen als „Einseilzieher" oder „180°-Zweiseil-Zieher" ausgeführt sein kann.
In 4 ist ein Aktuator 100 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. In dieser Ausführungsform ist ein entsprechendes Bremsseil 500 über eine Messanordnung mit einer Spindel 700 verbunden. Eine Bewegung der Spindel 700 wird durch ein Spindelgetriebe und einen Elektromotor ähnlich zu der ersten Ausführungsform bewirkt, wobei die Spindelmutter 720 selbstverständlich ohne Zwischenschaltung der in Figur dargestellten Messanordnung, sondern direkt über ein Antriebszahnrad mit einem Elektromotor verbunden ist.
Die Messvorrichtung in der zweiten Ausführungsform besteht aus einem Antriebsschlitten 200, der mit der Spindel 700 gekoppelt ist und des weiteren aus einem Abtriebsschlitten 300, der mit einem Bremsseil 500 gekoppelt ist. Die beiden Schlitten 200, 300 sind in einem Gehäuse 940 unabhängig voneinander linear beweglich gelagert. Zwischen dem Antriebs- 200 und dem Abtriebsschlitten 300 ist eine Druckfeder 400 angeordnet, die als erfindungsgemäßes elastisches Element dient und die bei den Schlitten 200, 300 gegeneinander verspannt. Bei einer Betätigung des Aktuators wird die Zugkraft vom Antriebsschlitten 200 über die Druckfeder 400 auf den Abtriebsschlitten 300 übertragen.
Jeder Schlitten 200, 300 weist eine linear angeordnete Verzahnung 240, 340 auf einer Außenseite auf. Gegenüber der jeweiligen Verzahnung ist ein Hallsensor 600, 620 angeordnet, der von den einzelnen Zähnen bedämpft wird.
Bei Betätigung des Aktuators bzw. beim Anziehen der Bremse bewegen sich beide Schlitten 200, 300 gleichförmig, bis die Bremselemente der Radbremsen (nicht dargestellt) zur Anlage kommen. Dadurch wird der Abtriebsschlitten 300 in seiner Bewegung gestoppt. Bleibt der Antrieb aktiviert, so bewegt sich der Antriebsschlitten 200 weiter in Anzugsrichtung (in 4 nach rechts), bis die gewünschte Bremskraft erreicht ist.
Bei der Linearbewegung der beiden Schlitten 200, 300 bewegen sich die einzelnen Zähne der linearen Verzahnung 240, 340 an den Hallsensoren 600, 620 vorbei und erzeugen entsprechende Impulse. Die Stellwegdifferenz ist ein Maß für die Zugkraft in dem Bremsseil 500. Durch Zählung der Impulse kann der jeweilige Stellweg des Antriebs- 200 und des Abtriebsschlittens 300 gegenüber dem feststehenden Gehäuse 940 sowie die Stellwegdifferenz bestimmt werden.
Diese Ausführungsform eignet sich vor allem für sogenannte Einseilzieher und hat den Vorteil, dass die Zugkraft im Bremsseil 500 hier unmittelbar, d.h. ohne Einflüsse einer Getriebeübersetzung, gemessen werden kann. Bei einem Zweiseil-Zieher ist gegebenenfalls in jedem Seil eine separate Messvorrichtung vorzusehen. Des weiteren bietet sich der Vorteil, dass die Hallsensoren 600, 620 an fest vorgegebener Stelle im Gehäuse 940, ggf. auf einem gemeinsamen Trägerelement, beispielsweise einem als Leiterplatte ausgebildeten Schaltungs träger, in räumlich kompakter Anordnung montiert werden können.
In beiden Ausführungsformen ist die Verwendung von Hallsensoren 60, 62, 600, 620 besonders vorteilhaft, da sie eine vergleichsweise große Toleranz gegenüber Fehlpositionierungen von Sensor und Gebereinheit aufweisen. Dadurch kann auf aufwendige Justagearbeiten während der Montage verzichtet werden. Des weiteren ist die Positionierung der Sensoren 60, 62, 600, 620 im Gehäuse 94, 940 während der Montage ohne direkten Bezug zu den Gebereinheiten bzw. den Außenverzahnungen 24, 34, 240, 340 und anschließenden Abgleich der Messwerte möglich.
Es wird also eine besonders einfache und schnelle und damit kostengünstige Montage des Aktuators ermöglicht.
5 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Funktionsüberwachung einer Feststellbremse, die einen Aktuator aufweist. Das Verfahren beinhaltet die in 5 mit S1 bis S6 gekennzeichneten Ablaufschritte:
Schritt S1: Ermitteln der Lageänderung des Antriebselements 20, 200 mittels des zweiten Sensors 60, 600.
Schritt S2: Ermitteln der Lageänderung des Abtriebselements 30, 32, 300 mittels des zweiten Sensors 62, 620.
Die Ermittlung der Werte in Schritt S1 und S2 erfolgt zeitlich parallel.
Schritt S3: Berechnen einer Differenz der Lageänderungen.
Schritt S4: Berechnen einer Bremskraft aus der Differenz der Lageänderung und einer bekannten Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen Ele ments 40, 42, 44, 46, 400, gegebenenfalls unter Heranziehung weiterer systemspezifischer Kennwerte, die zusammen mit der Federkraft-Federweg-Kennlinie in einem Speicher SK zur Verfügung gestellt werden.
Schritt S5: Bestimmen der Funktionsfähigkeit der Feststellbremse 10, 100 mittels eines Vergleichs von aus den ermittelten und/oder berechneten Werten gebildeten Wertekombinationen mit in einem Speicher WK hinterlegten, vorgegebenen Wertekombinationen.
Sofern in Schritt S5 die einwandfreie Funktionsfähigkeit der Feststellbremse festgestellt wird, erfolgt im Verzweigungsschritt V eine Verzweigung zum Ablaufschritt S6.
Schritt S6: Ausgeben eines Signals zur Funktionsbestätigung an die Steuereinheit des Aktuators und oder an den Bediener.
Sofern in Schritt S5 eine Fehlfunktion der Feststellbremse festgestellt wird, erfolgt im Verzweigungsschritt V eine Verzweigung zum Ablaufschritt S7.
Schritt S7: Ausgeben eines Signals zur Initialisierung einer Notfallroutine in der Steuereinheit und zur Erzeugung eines Anzeigesignals, das der Bediener auf die Fehlfunktion hinweist.

10: Bremsaktuator
20: Antriebszahnrad
24: Außenzahnung
30: Abtriebszahnrad
32: Spindelmutter
34: Außenzahnung
40, 42, 44: Zug-Druck-Feder
46: Spiralfeder
50, 54: Spindel
52, 56: Bremsseil
60, 62: Hall-Sensor
74: Antriebsschnecke
80, 82, 84: Mitnahmefinger
90, 92, 93: Lager
94: Gehäuse
100: Bremsaktuator
200: Antriebsschlitten
240: Außenzahnung
300: Abtriebsschlitten
340: Außenzahnung
400: Zug-Druck-Feder
500: Bremsseil
600, 620: Hall-Sensor
700: Antriebsspindel
720: Antriebsspindelmutter
940: Gehäuse
SK: Speicher
WK: Speicher
V: Verzweigungsschritt
S1, ..., S7: Verfahrensschritte

Claims

Aktuator für eine Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs, mit: – einem Antriebselement (20, 200), – einem Abtriebselement (30, 32, 300), das mit dem Antriebselement (20, 200) über mindestens ein elastisches Element (40, 42, 44, 46, 400) gekoppelt ist, – einem ersten Sensor (60, 600) zum Erfassen einer Lageänderung des Antriebselements (20, 200), und – einem zweiten Sensor (62, 620) zum Erfassen einer Lageänderung des Abtriebselements (30, 32, 300).
Aktuator nach Anspruch 1, der des weiteren mindestens ein Zugelement (50, 54, 500) umfasst, das mit dem Abtriebselement (30, 32, 300) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Antriebselement (20, 200) und das Abtriebselement (30, 32, 300) rotatorisch bewegbar angeordnet sind.
Aktuator nach Anspruch 2 oder 3, bei dem das mindestens eine Zugelement (50, 54, 500) eine Spindel (50, 54) ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Abtriebselement (30, 32, 300) eine Spindelmutter (32) ist, an der ein Abtriebszahnrad (30) angebracht ist.
Aktuator nach Anspruch 5, bei dem die Spindelmutter (32) und das Abtriebszahnrad (30) einstückig ausgebildet sind.
Aktuator nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Antriebselement (20, 200) ein Antriebszahnrad (20) ist, das mittels mindestens einem Mitnahmefinger (80, 82, 84) und über das mindestens eine elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) in Mitnahmeverbindung mit dem Abtriebszahnrad (30) steht.
Aktuator nach Anspruch 7, bei dem das Antriebszahnrad (20) drehbar auf der Spindelmutter (32) gelagert ist.
Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) ein Elastomerbauteil ist.
Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) durch auf einer Kreislinie angeordnete Zug-Druck-Federn (40, 42, 44) gebildet ist.
Aktuator nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) durch eine Spiralfeder (46) gebildet ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem die Spindelmutter (32) geteilt mit gegenläufigen Gewinden ausgebildet ist und an jedem Ende der Spindelmutter (32) eine Spindel (50, 54) mit einem Bremsseil (52, 56) angeordnet ist.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Antriebselement (20, 200) und das Abtriebselement (30, 32, 300) translatorisch bewegbar angeordnet sind.
Aktuator nach Anspruch 1, 2 oder 13, bei dem das Abtriebselement (30, 32, 300) ein linear bewegbar gelagerter Abtriebsschlitten (300) ist, der mit einem Bremsseil (500) verbunden ist.
Aktuator nach Anspruch 1, 2, 13 oder 14, bei dem das Antriebselement (20, 200) ein linear bewegbar gelagerter Antriebsschlitten (200) ist, wobei der Antriebsschlitten (200) und der Abtriebsschlitten (300) mittels des elastischen Elements (40, 42, 44, 46, 400) gegeneinander verspannt sind.
Aktuator nach Anspruch 15, bei dem das elastische Element (40, 42, 44, 46, 400) eine Zug-Druck-Feder (400) ist.
Aktuator nach Anspruch 15 oder 16, bei dem der Antriebsschlitten (200) mit einer Antriebsspindel (700) verbunden ist, die mit einer Antriebsspindelmutter (720) in Eingriff steht, die mit einem Antriebszahnrad gekoppelt ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem sowohl der Antriebsschlitten (200) als auch der Abtriebsschlitten (300) mit einer entsprechenden Außenzahnung (240, 340) entlang seiner jeweiligen Längserstreckung versehen ist.
Aktuator nach Anspruch 5 oder 15, bei dem das Antriebszahnrad von einem Elektromotor angetrieben ist.
Aktuator nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der erste Sensor (60, 600) und der zweite Sensor (62, 620) Hall-Sensoren sind, wobei der erste Sensor (60, 600) gegenüber einer Außenzahnung (24, 240) des Antriebselements (20, 200) und der zweite Sensor (62, 620) gegenüber einer Außenzahnung (34, 340) des Abtriebselements (30, 32, 300) angeordnet ist.
Verfahren zur Funktionsüberwachung einer Feststellbremse, die einen Aktuator (10, 100) nach einem der Ansprüche 1 bis 21 aufweist, mit den folgenden Schritten: – Ermitteln der Lageänderung des Antriebselements (20, 200) mittels des ersten Sensors (60, 600), – Ermitteln der Lageänderung des Abtriebselements (30, 32, 300) mittels des zweiten Sensors (62, 620) – Berechnen einer Differenz der Lageänderungen, – Berechnen einer Bremskraft aus der Differenz der Lageänderungen und einer bekannten Federkraft-Federweg-Kennlinie des elastischen Elements (40, 42, 44, 46, 400), – Bestimmen der Funktionsfähigkeit des Aktuators (10, 100) mittels eines Vergleichs von aus den ermittelten und/oder berechneten Werten gebildeten Wertekombinationen mit hinterlegten, vorgegebenen Wertekombinationen.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 21 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach Anspruch 22 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.