WO2010100276A1

WO2010100276A1 - Elektromechanisch betätigbare feststellbremse für kraftfahrzeuge und betriebsverfahren für eine feststellbremse

Info

Publication number: WO2010100276A1
Application number: PCT/EP2010/052886
Authority: WO
Inventors: Oleg Bauer; Eduard Wiens; Rüdiger PUFF
Original assignee: Continental Teves Ag & Co. Ohg
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2010-03-08
Publication date: 2010-09-10
Also published as: DE102010002648A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse für Kraftfahrzeuge, und ein zugehöriges Betriebsverfahren, umfassend mindestens eine elektronische Steuereinheit (ECU), die eine implementierte Software umfassend eine Regelstrategie zwecks gesteuerter oder geregelter elektrischer Versorgung der Feststellbremse aufweist, und zu diesem Zweck elektrisch mit wenigstens einem reversierbaren Aktuator (15), sowie mit einem oder mit mehreren Sensoren (S) und/oder Gebern (G) zur Informationsversorgung verbunden ist, um unter Anwendung der Regelstrategie eine rotatorische Antriebsdrehbewegung einer Betätigungseinheit (2) in eine translatorische Abtriebsbewegung derart umzuwandeln, dass Bremsbacken (3, 4) mit definierter Zuspannkraft gegen einen Rotor (5) gepresst werden, oder umgekehrt. Zur Verbesserung bekannter Regelstrategien, unter Vermeidung einer unmittelbaren Messung der Zuspannkraft F, ist vorgesehen, dass der Steuereinheit (ECU) wenigstens eine Information über eine Stromaufnahme des Aktuators sowie eine Drehinformation des Aktuators zur Kalkulation einer fiktiven Zuspannkraft (25) zugeführt wird, und dass die ermittelte fiktive Zuspannkraft (25), oder eine davon abgeleitete Regelgröße, zur Ansteuerung der Betätigungseinheit (2) herangezogen wird.

Description

Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse für Kraftfahrzeuge und Betriebsverfahren für eine Feststellbremse

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse für Kraftfahrzeuge und ein zugehöriges Betriebsverfahren.

In Hinblick auf elektromechanisch betätigbare Feststellbremsen (EPB) stehen einige konstruktiv sehr unterschiedlich aufgebaute technische Systeme zueinander in Konkurrenz, die jeweils ganz unterschiedliche konstruktiv begründete Vorzüge und auch Eigenschaften aufweisen. Beispielhaft seien die elektromechanischen Bremsen (EMB) , die sogenannten Seilzug- Aktuatoren (CP für „cable-pull") und die bei einem hydraulischen Bremssattel integrierte elektromechanische Parkbremsaktuatorik (EPB-Ci, Ci für „caliper integrated") genannt. Eine besondere Variante stellen sogenannte elektromechanisch betätigbare Duo-Servo-Feststellbremssysteme dar, weil diese eine integrierte Verstärkungsfunktion und beispielsweise in drum-in-hat-Ausführung zusätzlich zu einer Scheibenbremse für die Feststellbremsfunktion eine vollständig redundant, gesondert zur Betriebsbremse vorgesehene, Radbremsvorrichtung aufweisen.

Der besonderere konstruktive Vorzug von Duo-Servo- Feststellbremssystemen ist ein drehrichtungsunabhängiger Selbstverstärkungseffekt, so dass mit verhältnismäßig geringen Zuspannkräften hohe Bremskräfte erzeugt werden können, wobei ein sogenannter C*-Wert um ein wesentliches größer als bei Scheibenbremsen ist. Dadurch ist diese konstruktive Variante ganz besonders für schwere Personenkraftfahrzeuge, Geländefahrzeuge wie auch für Lieferwagen und leichte Lastkraftwagen aber auch beispielhaft für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeuge prädestiniert, die infolge rekuperativem Bremsbetrieb ggf. auf Hochleistungs- Scheibenbremssysteme (auf einer oder mehreren Achse) verzichten können. Derartige Systeme verfügen weiterhin im Vergleich mit einer Kombination enhaltend sogenannten Kombisättel (hydraulisch betätigbarer Betriebsbremssattel mit einer Feststellbetätigungsvorrichtung) und Seilzug-Aktuatoren, deren Feststellbremsvorrichtung auf ohnehin vorhandene Bremsscheiben eines Betriebsbremssystems einwirken, über den prinzipiellen Vorteil, dass nach dem Abstellen des Fahrzeuges mit heißer Bremse prinzipiell kein Zuspannkraftverlust infolge thermischer Schwindungsprozesse als Folge der thermischen Abkühlung eintritt. Mit anderen Worten ist die Gefahr durch unzureichend fest gesicherte Fahrzeuge minimiert, und sogenannte Nachspannstrategien beim Heißabstellen sind grundsätzlich rationalisiert. Durch Entfall des Nachspannens ist die Gesamtanzahl der Betätigungszyklen des elektromechanischen Feststellbremssystems reduziert. Ein weiterer grundsätzlicher Vorteil besteht darin, dass das elektrische Fahrzeugbordnetz, einschließlich dessen elektrische Versorgung durch die integrierte Selbstverstärkung geschont wird, weil die Stromaufnahme abgesenkt ist.

Anhand der WO 2008/017613A1 wurde eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse vom Duo-Servo-Typ, sowie eine Regelung vorgeschlagen, wobei eine Feststellkraft auf Grundlage des zeitlichen Verlaufs einer einzigen gemessenen Größe, nämlich auf Grundlage einer geänderten Stromaufnahme über der Zeit (geändertes Stromprofil) des elektrischen Aktuators, eingestellt wird, und wobei in dem System der Feststellbremse mindestens ein vorgespanntes Federelement vorgesehen ist, welches die Steifigkeit der Feststellbremse beeinflusst. Dadurch wird ein gesicherter Betrieb des Duo-Servo- Feststellbremssystems, unabhängig von thermischen Umgebung- und Betriebsbedingungen, ermöglicht. In diesem Zusammenhang wurde (vgl. WO2008/017613, Seite 13, letzter Absatz) eine Modellbildung derart vorgeschlagen, dass während der Entwicklung des Bremssystems im Sinne einer Referenz, Kennlinien von Stromaufnahme, Motordrehzahl und Zuspannkraft des Aktuators aufgenommen und in einer elektronischen Steuereinheit abgespeichert werden, so dass während des Betriebs eines Feststellbremssystems ausschließlich mit Strommessung gearbeitet werden kann.

Aus der DE 103 61 042 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Feststellbremse bekannt, wobei eine Steuereinheit zum Erzielen einer vorbestimmten Zuspannkraft die Größe eines Abschaltstroms eines Elektromotors in Abhängigkeit einer Ereigniszahl eines gezählten Ereignis - wie insbesondere einer Anzahl von Bremsbetätigungen - variiert.

Unter worst-case-Betrachtung sind jedoch besondere Betätigungsfälle möglich, die in Verbindung mit einer elektromechanisch betätigbaren Feststellbremse vom Duo-Servo- Typ eine anspruchsvolle Problemlösung erfordern, die bei Feststellbremssystemen vom Scheibenbremstyp, und insbesondere den bremssattelintegrierten konstruktiven Lösungen (EPB-Ci), prinzipiell nicht gegeben sind. Denn wenn ein Fahrzeug umfassend ein Duo-Servo-Feststellbremssystem unter besonders tiefen Umgebungstemperaturen von beispielsweise minus 40⁰C mit besonders heißer Betriebsbremse von beispielsweise mehreren Hundert ⁰C abgestellt wird, hat dies abgeänderte Auswirkungen auf die Feststellbremsfunktion und insbesondere die Änderung der Zuspannkraft zur Folge. Denn die räumliche Nähe der Komponenten von Betriebs- und Feststellbremse zueinander und die bevorzugte Anordnung der Feststellbremse in einem Topf der Scheibenbremse (drum-in-hat) bewirkt eine Aufheizung der Feststellbremsbauteile - insbesondere von der Bremstrommel - obwohl diese prinzipiell an einer Betriebsbremsung nicht beteiligt sind. An einen Abstell- und Zuspannvorgang der Feststellbremse schließen sich Abkühlprozesse der Bremstrommel an, die zu einem unerwünscht hohen Anstieg der Zuspannkräfte der Duo-Servo-Feststellbremse führen können. Eine weiterhin unerwünschte und dennoch prinzipiell mögliche, mithin nachteilige, Folge von diesen Zusammenhängen besteht darin, dass das Lösen der Feststellbremse nach Spannkraftzunahme bei einem besonders niedrigen elektrischen Bordspannungspotential (erschöpfte Batterie) - beispielsweise unter

Tieftemperaturbedingungen - erschwert sein kann. Eine weitere Eigenheit der Duo-Servo-Bremssysteme besteht darin, dass der Reibwert der Reibbeläge auf die Feststellbremsfunktion optimal einstellbar ist, wobei dieser Reibwert über dessen Lebensdauer hinweg jedoch vergleichsweise unterschiedliche Reibbedingungen aufweisen kann. Dies wird beispielsweise hervorgerufen, weil die Reibbeläge des Feststellbremssystems weitgehend ausschließlich für die Feststellbremsfunktion eingesetzt werden, daher kaum verschleißen, und deshalb zu Verglasung neigen können. Also wirken sich Reibwertschwankungen vergleichsweise stark aus.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine intelligent verbesserte Ansteuerung einer Feststellbremse zu ermöglichen, die die Nachteile bekannter Systeme beseitigt, eine präzisere Positionierung und Zuspannkräftdosierung der involvierten Stellmittel ermöglicht, und auch unter worst-case- Gesichtspunkten wie insbesondere bei Tieftemperaturen einen gesicherten Betrieb eines Duo-Servo-Feststellbremssystems ermöglicht. In diesem Zusammenhang soll insbesondere den Besonderheiten eines Duo-Servo-Feststellbremssystems, vorzugsweise in thermischer Hinsicht, mit einer dennoch kostengünstigen Lösung Rechnung getragen werden.

Zur Lösung des Problems wird erfindungsgemäß eine elektromechanische Feststellbremse vorgeschlagen, wobei der reversierbare Aktuator Mittel zur Erfassung einer Drehinformation aufweist, welche einer elektronischen Steuereinheit zugeführt werden, dass die elektronische Steuereinheit Mittel zur Erfassung der elektrischen Stromaufnahme des Aktuators aufweist, welche der elektronischen Steuereinheit zugeführt werden, und dass zumindest diese Informationen im Rahmen eines regelungstechnischen Feststellbremsmodells prädiktiv zur Kalkulation einer fiktiven Zuspannkraft zwecks Steuerung oder Regelung der Bestromung des Aktuators für den Zuspann- und/oder Löseprozess herangezogen werden. Erfindungsgemäß wird die Funktion des Systems durch Verwendung von wenigstens zwei gemessenen Systemgrößen eine erhöhte Stellgenauigkeit erzielt wird. Ein weiterer Wesentlicher Vorteil besteht darin, dass bei verbesserter Funktion auf eine unmittelbare Kraftmessung mit Hilfe eines gesonderten Kraftsensors verzichtet werden kann, so dass eine verbesserte und dennoch kostengünstige Problemlösung gegeben ist.

Ein korrelierendes Verfahren zum Betrieb einer elektromechanischen Feststellbremse sieht vor, dass der reversierbare Aktuator auf Grundlage eines fiktiven Spannkraftmodells gesteuert oder geregelt wird, und dass zur prädiktiven Bildung eines regelungstechnischen Zuspannkraftmodells in einer elektronischen Steuereinheit wenigstens eine gemessene Drehinformation des Aktuators, wie insbesondere eine Aktuatordrehzahl, und wenigstens zusätzlich eine gemessene Stromaufnahme des Aktuators herangezogen wird.

Erfindungsgemäß wird also im laufenden Betrieb vom Aktuator periodisch wiederholend unter Heranziehung der beschriebenen Größen modellhaft jeweils eine fiktive Zuspannkraft prädiktiv bestimmt, und eine geänderte Stellgröße wird dem Regelsystem auf dieser Grundlage zugeführt. Das gleiche gilt sinngemäß umgekehrt für jeden beabsichtigten Löseprozess von dem Feststellbremssystem, jeweils mit dem Ziel einer dosierten Zuspannkraftreduktion, so dass der Zuspannbetätigungsprozess gewissermaßen reversiert, mit veränderten Vorzeichen, durchgeführt wird.

Der Wesentliche Punkt der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, das physikalische Analogon zur mechanisch geleisteten Arbeit (Kraft x Weg) , nämlich die elektrisch geleistete Arbeit (Spannung x Stromaufnahme) auf Grundlage von entsprechenden Messgrößen zur Bildung eines Regelungsmodell der Zuspannkraft eines Aktuators für eine Feststellbremse heranzuziehen .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils vorgesehen, dass das Spannkraftmodell iterativ periodisch gebildet wird, und dass für die iterative Berechnung die jeweilig erfassten oder gemessenen Momentanwerte des Systems herangezogen werden.

Vorteilhafterweise ist eine Taktfrequenz für die periodisch wiederholte Kalkulation auf Grundlage des Spannkraftmodells fest vorgebbar oder variabel definiert. Es ist insbesondere prinzipiell denkbar die Taktfrequenz während ablaufender Zuspann- oder Löseprozesse nach bestimmten Vorgaben, wie beispielsweise auf Grundlage einer jeweils ermittelten oder gemessenen Regelabweichung zu variieren, um insbesondere besonders große Regelabweichungen besonders schnell zu eliminieren .

Es versteht sich, dass das Zuspannverfahren gewissermaßen reversiert ausführbar ist, um einen Löseprozess durchzuführen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus Unteransprüchen zusammen mit der Beschreibung anhand der Zeichnung hervor. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektromechanisch betätigbaren Feststellbremse vom Duo-Servo-Typ für Kraftfahrzeuge am Beispiels von Fig. 1 der WO2008/017613A1,

Fig. 2 schematisch ein Wirkungsplan des Regelkreises eines elektromechanischen Aktuators einer Feststellbremse,

Fig. 3 schematisch ein Diagramm mit Kennlinienschar zur qualitativen Verdeutlichung des Kraft-Weg-Verlaufs für verschiedene thermische Betriebszustände, einschließlich worst-case-Kennlinien (hot/cold) ,

Fig. 4 Diagramm wie in Fig. 3 ausschließlich mit zwei worst- case-Kennlinien (hot/cold) ,

Fig. 5 qualitativ-modellhaftes Schaubild zur Verdeutlichung von Stromaufnahme I, Zuspannkraft F und Spannung U, jeweils über dem Weg s eines Stellglieds, beim Spannvorgang eines elektromechanischen Aktuators.

Anhand von Fig. 1 wird beispielhaft eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremse beschrieben, die im Wesentlichen eine an sich bekannte Radbremse vom Trommelbremstyp der konstruktiven Ausführung „Duo-Servo" sowie einen elektromechanischen Aktuator 15 aufweist. Diese Trommelbremse ist aus der Fig. 1 der WO 2008/017613A1 prinzipiell bekannt, und deren Offenbarungsgehalt wird, auch in Hinblick auf das prinzipielle Betriebsverfahren und die Erläuterungen begleitend, ausdrücklich in den Offenbarungsgehalt einbezogen. Obwohl ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren primär am konstruktiven Beispiel einer elektromechanisch betätigbaren Duo-Servo-Feststellbremsvorrichtung mit einem elektromechanischen Aktuator erläutert wird, scheint eine Übertragung auf andere elektromechanische Betriebsbrems- oder Feststellbremssysteme grundsätzlich möglich und sinnvoll.

Im Einzelnen verdeutlicht Fig. 1 eine elektromechanisch betätigbare Trommelbrems-Feststellbremse vom „Duo-Servo"-Typ enthaltend eine Betätigungseinheit 2 in Gestalt eines Spreizschloss mit einem elektromechanischen Aktuator 15. Ein Rotor 5, in Gestalt einer Bremstrommel, ist fest mit einem Kraftfahrzeugrad verbunden und wird nur teilweise gezeigt. In bevorzugter Ausführungsform verfügt der Rotor 5 zusätzlich über einen Reibring für eine Betriebsbremsvorrichtung vom Scheibenbremstyp (drum-in-hat-Bauweise) . Bremsbacken 3, 4 verfügen über Reibbeläge 10,11. Die Betätigungseinheit 2 dient zur Wandlung einer rotatorischen Antriebs-Drehbewegung des elektromechanischen Aktuators 15 in eine translatorische Zuspannbewegung der Bremsbacken 3,4. In der Folge werden die Reibbeläge 10, 11 der Bremsbacken 3, 4 mit einer Reibfläche des Rotors 5 in Eingriff gebracht. Ein charakteristisches Merkmal einer Trommelbremse vom Typ „Duo-Servo" ist eine schwimmend zwischen den Bremsbacken 3,4 angeordnete Abstützvorrichtung 16, welche dem Spreizschloss 2 parallel gegenüber liegend angeordnet ist. Die Betätigungseinheit 2 umfasst im Wesentlichen eine Gewindemutter-Spindel-Anordnung 8 und zwei Druckstücke 13, 14. Das Druckstück 13 wirkt mit der Spindel 7 zusammen, und das Druckstück 14 wirkt mit der Gewindemutter 6 zusammen .

Wie in Fig. 1 verdeutlicht, wird die Gewindemutter-Spindel- Anordnung 8 von einem Antriebsrad 1 betätigt, das vom elektromechanischen Aktuator 15 unter Zwischenschaltung eines schematisch verdeutlichten Untersetzungsgetriebes 12 angetrieben wird. Zu diesem Zweck weist die Gewindemutter 6 am Umfang eine Verzahnung auf, die parallel zur Achse der Gewindemutter 6 verläuft. Mit dieser Geradverzahnung der Gewindemutter 6 bildet das eben erwähnte Antriebsrad 1 ein Antriebsgetriebe. Der Drehantrieb des Antriebsrad 1 versetzt die Gewindemutter 6 in eine Rotationsbewegung. Die Drehbewegung der Gewindemutter 6 wird durch die Spindel 7 der Gewindemutter- Spindel-Anordnung 8 in die gewünschte Translationsbewegung umgewandelt, und bringt die beiden Bremsbacken 3, 4 mit der gewünschten Zuspannkraft mit den Reibflächen vom Rotor 5 in Eingriff .

Zur stromlosen Verriegelung einer elektromotorisch ausgeführten Feststellbremsbetätigung, ist entweder das Untersetzungsgetriebe 12 oder die Gewindemutter-Spindel- Anordnung 8 selbsthemmend ausgebildet. In Hinblick auf andere Bremssysteme können grundsätzlich Kugel-Gewindetriebe zum Einsatz kommen.

Die WO 2008/017613A1 beschreibt, dass beim Abstellen am Hang der Mechanismus eintritt, dass nach Abbau einer (meist hydraulisch hervorgerufenen) Betriebsbremswirkung im Betriebsbremssystem eine Übernahme des Feststellbremssystems durch elektromechanische Zuspannbremsbetätigung der Feststellbremse erfolgt. Bei konventionellen Duo-Servo Bremssystemen erfolgt in diesem Zusammenhang eine kaum merkliche Rückrolltendenz des Kraftfahrzeugs in Richtung Hangabtriebskraft. In diesem Prozess dreht sich der Rotor 5 geringfügig um einen bestimmten Winkelbetrag, bis unvermeidliche Setzerscheinungen abeschlossen sind, und die Reibbeläge in Umfangsrichtung drehfest abgestützt sind. Als nachteilige Folge einer Rückrolltendenz ist es dadurch prinzipiell möglich, dass die eingestellte elektromechanische Zuspannkraft zumindest geringfügig beeinflusst, nämlich reduziert wird. Als Gegenmaßnahme ist daher gemäß WO 2008/017613Al vorgeschlagen worden, dass in dem Kraftfluss zwischen der Gewindemutter-Spindel-Anordnung 8 und dem, mit der Gewindemutter 6 zusammenwirkenden, Druckstück 14 ein Federelement 9 angeordnet ist, das eine Reduktion der Zuspannkraft kompensiert.

Zur Verdeutlichung der Funktion ist in Fig. 5 ein schematisierter Kennlinienverlauf einer Zuspannkraft F, ein Kennlinienverlauf einer Stromaufnahme I sowie ein Kennlinienverlauf einer Spannung U jeweils in Abhängigkeit vom Weg s eines Stellglieds beim Zuspannen der Feststellbremse aufgetragen. Kennzeichnungen mit "beziehen sich jeweils auf Kennlinien, Daten, Werte, Bezugsziffern oder andere Angaben in Verbindung mit geänderten Kennlinienverläufen, wie insbesondere eine worst-case-Kennline (heiße Kennlinie) bei veränderten Randbedingungen gemäß Fig. 4 (rechter Kennlinienverlauf) . Derartig veränderte Randbedingungen können durch abgenutzte Reibbeläge 10,11 und abgenutzten Rotor 5, verschlechterte Reibwerte, heißem Bremssystem oder ähnlichen

Betriebsbedingungen verursacht sein. Die qualitative Auswirkung auf Kraft-Weg-Kennlinien ist aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich. Dabei verdeutlicht Fig. 3 eine Kennlinienschar zur Verdeutlichung vieler, prinzipiell denkbarer, Kurvenverläufe und Fig. 4 zwei Extremfälle sowie gestrichelt den Zuspann- und den Löseprozess anhand der gesetzten Trigger T. Dabei ist eine Referenzkennlinie (abgenommen im Rahmen einer Bremsen- Kalibrierung im Neuzustand bei Raumtemperatur) im Vergleich zu einer worst-case-Kennlinie als kritischen Grenzfall bei kritischsten Randbedingungen am rechten Diagrammrand ersichtlich. Die qualitative Auswirkung aller negativen Einflussgrößen besteht demnach darin, dass eine Kennlinie, in Abhängigkeit von der Betriebseinflussgrößen und Randbedingung, in den Diagrammen jeweils nach rechts in Richtung verlängerte Betätigungswege verschoben ist. Dies motiviert die vorliegende Erfindung in Hinblick auf eine verbesserte, sowie in dem Zuspann- oder Löseprozess verbessert Steuerung oder Regelung des Aktuators 15. Die erfindungsgemäß Regelstrategie ermöglicht die Berücksichtigung der oben beschriebenen Randbedingungen und Einflussgrößen im Sinne einer Präzisierung und Korrektur bisher verwendeter idealer Modelle, indem die fiktiven Zuspannkraft auf Grundlage der elektrischen Arbeit kalkuliert wird, was nachstehend im Einzelnen näher erläutert wird.

Zu Beginn jeder Zuspann-Betätigung befindet sich die Feststellbremse in einem gelösten Zustand, d.h. die Position der Bremsbacken 3, 4 beträgt „null" und die Zuspannkraft F beträgt „null", wie es gemäß Wegmarke S₀ in der Zeichnung dargestellt ist. Gemäß Fig. 3 korreliert dieser Zustand der vorgeschlagenen Regelstrategie auf Fzero (Fig. 3) auf Grundlage einer fiktiven, negativ angenommenen Zuspannkraft zwischen den Wegmarken so, sl und s2 und auf der Annahme, dass ein Kennlinienzweig mit negativem Vorzeichen und einer konstant angenommenen Steigung α2 der Zuspannkraft F über dem Weg s vorliegt. Dadurch ist ein erstes regelungstechnisches Korrektiv gegeben. Im Anschluss an sθ in Fig. 5 verdeutlicht der weitere Kurvenverlauf im Abschnitt A das Ingang-Setzen des Aktuators 15 zu Beginn eines Zuspannvorgangs, der einen vergleichsweise hohen Anlaufstrom I mit abnehmender Tendenz erfordert, was insbesondere eine Überwindung mechanischer Trägheits- und Reibkräfte widerspiegelt. Daran schließt sich zwischen Wegmarke sl und s2 gewissermaßen eine Leerlauf- und Anlegephase B an, in der beispielsweise Lüftspiele mit geringstem Strombedarf aufgefahren und die Reibbeläge 10,11 schließlich an den Rotor 5 angelegt werden. Entsprechend Wegmarke S₂ sind die Reibbeläge 10, 11 im Wesentlichen zur Anlage an den Rotor 5 gelangt, ein Trigger Tl wird gesetzt und die Zuspannkraft F steigt an. Die Zuspannkraft F steigt während der folgenden Zuspannphase C bis zur Wegmarke S₃ mit einer etwa proportional verlaufenden Steigung an. Dies korreliert in Fig. 3 mit dem Kraftverlauf der Steigung α2 zwischen 0 und Fl. Nahezu parallel zu dem beschriebenen Kurvenverlauf in Fig. 5 erstreckt sich die Kennlinie der ansteigenden Stromaufnahme I. Beginnend mit Wegmarke S₃ knickt die Steigung der Zuspannkraft F während der Phase D ab - auch der Kennlinienverlauf der Stromaufnahme I beschreibt im Wesentlichen ab S₃ einen Wendepunkt. Der Trigger T2 wird gesetzt. In der Phase D zwischen S₃ und S₄ wird das elastische Element in Gestalt von wenigstens einem Federelement 9 komprimiert. Da das Federelement 9 definiert vorgespannt ist, ist auch bekannt, wie groß die mit der Wegmarke S₃ korrelierende Referenzkraft Fl ist. Die zusätzliche Aufschaltung des Federelementes 9 ist in Fig. 3 durch einen Kennlinienteil verdeutlicht, der mit einer geänderten, konstant angenommenen, Steigung αl korreliert. Mit fortlaufendem Weg s führt die fortgesetzte Spreizung der Bremsbacken 3, 4 zur fortschreitenden Kompression des Federelementes 9. In diesem Zusammenhang ist die Zunahme der Zuspannkraft F zwischen den Wegmarken S₃ und S₄ folglich reduziert, weil die mechanische Arbeit zumindest teilweise reversibel in dem Federelement 9 zwischengespeichert wird. Beginnend mit Wegmarke S₄ ist das Federelement 9 vollständig komprimiert, beziehungsweise auf Block gepresst. Daher beschreibt die Stromaufnahme in der Phase E beginnend mit der Wegmarke S₄ in Fig. 5 erneut einen Wendepunkt. Im Anschluss an diesen Wendepunkt (Wegmarke S₄) verläuft die weitere Spannkraftzunahme in dem Abschnitt E mit erhöhter Steigung, was mit einem Kennlinienbereich oberhalb von F2 in Fig. 3 korreliert. Wie zu ersehen ist, erfolgt die Zuspannkraftzunahme in der Phase E nach Abschaltung der elektrischen Versorgung.

Mit der Wegmarke S₅ erreicht die Zuspannkraft F schließlich einen. Gleichzeit findet keine weitere Verschiebung bzw. Spreizung der Bremsbacken 3, 4 statt und die Position S der Bremsbacken 3, 4 verändert sich nach der Wegmarke S₅ im Wesentlichen nicht mehr. Es hat sich erwiesen, dass Bedarf besteht, eine verbesserte Regelung der Zuspann- und Lösevorgänge einer Feststellbremse vom Duo-Servo-Typ in Hinblick auf ein verbesserten Regelungsmodell zu ermöglichen.

Nachstehend wird daher näher auf Fig. 2 eingegangen, die einen bevorzugt softwaretechnisch realisierte, und in einer elektronischen Steuereinheit ECU der Feststellbremsvorrichtung integriert ausgebildete, elektronische Regelvorrichtung und einen entsprechenden Regelungsprozess näher beschreibt. Entsprechend Fig. 2 weist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Regelkreis eine Führungsgröße 20 auf, die nachstehend als angeforderte Zuspannkraft Freq bezeichnet ist. Die Führungsgröße 20 wird einem Reglermodul 17 zur Steuerung oder Regelung vom elektrischen Motor 18/M aufgeprägt. Daneben ist ein Reglermodul 19 ersichtlich, das eine Softwaremaßnahme mit einem Algorithmus umfasst, welcher die Zuspannkraft modellhaft abbildet, und prinzipiell dazu dient eine virtuelle Zuspannkraftabschätzung oder eine davon abgeleitete Regelgröße zur Auswertung einer Regelabweichung prädiktiv, sowie periodisch-zyklisch mit einer vorgegeben festen oder variierbaren Taktfrequenz im Wesentlichen in Echtzeit auf Grundlage eingespeister Daten, Werte oder Informationen bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der ECU, und insbesondere deren Reglermodul 19 die aktuelle Stromaufnahme 24, eine Information über eine Motorwellendrehzahl 23, sowie die anliegende Versorgungsspannung 22 zugeführt wird. Im Sinne einer Rückführung wird die derart modellhaft gebildete, prädiktive (fiktive) Zuspannkraft 21 im Summationspunkt von der Führungsgröße 20 abgezogen. Die gebildete Differenz wird der Regelstrecke aufgeprägt. Das derart gebildete Modell für eine Zuspannkraftregelung anhand einer fiktiven Zuspannkraft 25 beinhaltet demzufolge zumindest eine gemessene oder ermittelte Systemgröße, welche die aktuelle Stromaufnahme I und eine gemessene oder ermittelte Systemgröße welche die aktuelle Motordrehzahl n vom Aktuator 15 repräsentiert. Störgrößen 26, die insbesondere infolge von Reibungs- und Verschleißeinflüssen auftreten können, sind auf Grundlage dieses fiktiven Zuspannkraftmodells nicht sensorisch erfasst, und werden prinzipiell ignoriert oder anderweitig summarisch berücksichtigt, beispielsweise modellhaft anhand eines gesonderten Regelungsmoduls. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese Störgrößen 26 insbesondere auf Grundlage der Systemalterung einen erhöhten Stellenwert erlangen können, auf Basis von Erfahrungswerten in einem gesonderten Reglermodul vorgehalten, in einem gesonderten nichtflüchtigen, durch die ECU elektrisch lösch- und wiederbeschreibbaren Speicherbaustein 30 abgelegt, und nach Bedarf gesondert der Regelvorrichtung aufgeschaltet werden, ohne die Erfindung zu verlassen. Der Speicherbaustein 30 ist zu diesem Zweck bevorzugt als EEPPROM oder Flash-Baustein ausgebildet. Am Ausgang der derart gebildeten Regelstrecke ist die Regelgröße 27 in Gestalt der Zuspannkraft F ersichtlich. Ein Pfeil 28 verdeutlicht einen Bereich des Regelsystems, in dem Daten und Informationen mit Hilfe von intern integriert vorgesehenen oder extern der ECU angeordnete Sensoren S, Gebern G oder ähnlichen Maßnahmen konkret gemessen oder ermittelt werden, während der Pfeil 29 einen Systembereich verdeutlicht, in dem Daten und Informationen vorliegen, die nicht sensorisch gemessen oder ermittelt werden, sondern auf anderer Grundlage zur Verfügung gestellt werden. Zur Überwachung des Stillstandszustands stehen Sensoren S zur Verfügung die eine Bewegung des Fahrzeugs überwachen, wie insbesondere Raddrehsensoren, die ohnehin für ein Stabilitätsregelungsprogramm ESP erforderlich sind.

Erfindungsgemäß ist zusammenfassend jeweils vorgesehen, dass sowohl eine Drehinformation, beispielsweise eine Motorwellendrehzahl und zusätzlich die Stromaufnahme I vom Motor 18/M zur Bildung einer fiktiven Zuspannkraft ermittelt oder gemessen wird. In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist ein inkremental arbeitender Drehgeber für die Drehinformation vorgesehen.

Die Steuereinheit ECU für das Feststellbremssystem kann räumlich gesondert im Fahrzeug vorgesehen und elektronisch mit einer ESP-Regeleinheit ESP-ECU vernetzt sein. Alternativ ist es möglich, die ECU als integrierter Bestandteil einer ohnehin notwendigen ESP-Steuereinheit einer Betriebsbremsvorrichtung vorzusehen, was den Aufwand für eine mittelbare oder unmittelbare, gesonderte, elektronische Versorgung und Vernetzung sowie Anbindung an extern vorgesehene Geber G und Sensoren S vereinfacht und zur Rationalisierung beiträgt.

Es versteht sich, dass die elektronische Steuereinheit ECU eine Plausiblisierungsstufe aufweist, wobei eine Fehlermeldung an eine geeignete Mensch Maschine Schnittstelle MMI ausgebbar ist, falls Fehlerzustände detektiert wurden.

Be zugs zeichenl i ste

1 Antriebsrad

2 Betätigungseinheit/Spreizschloss

3 Bremsbacke/Bremsglied

4 Bremsbacke/Bremsglied

5 Rotor / Bremstrommel

6 Gewindemutter

7 Spindel

8 Gewindemutter-Spindeleinheit

9 Federelement

10 Reibbelag

11 Reibbelag

12 Untersetzungsgetriebe

13 Druckstück

14 Druckstück

15 Elektromechanischer Aktuator

16 AbstutzVorrichtung

17 Reglermodul

18 Motor / M

19 Reglermodul

20 Führungsgroße

21 Zuspannkraft / F

22 Versorgungspannung

23 Motorwellendrehzahl [l/min]

24 Stromaufnahme / I [A]

25 fiktive Zuspannkraft

26 Störgröße

27 Regelgröße

28 Pfeil

29 Pfeil

30 Speicherbaustein

A, B , C , D, E Phase ECU elektronische Steuereinheit

F Kraft [N]

I Stromaufnahme [A]

U Spannung [V]

PWM Pulsweitenmodulation

Fl Referenzkraft (Vorpannkraft des Federelementes 9 erreicht)

Kl Verstärkungsfaktor

ΔST Verstellweg [mm]

FSoll=Freq. Sollzuspannkraft

M Motor

MMI Mensch Maschine Schnittstelle

G Geber

S Sensor

Tl, T2 Trigger s Weg [mm] sx Wegmarke α Steigung

Claims

Patentansprüche

1. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse für Kraftfahrzeuge, und Betriebsverfahren dazu, umfassend mindestens eine elektronische Steuereinheit (ECU) , die eine implementierte Software umfassend eine Regelstrategie zwecks gesteuerter oder geregelter elektrischer Versorgung der Feststellbremse aufweist, und zu diesem Zweck elektrisch mit wenigstens einem reversierbaren Aktuator

(15), sowie mit einem oder mit mehreren Sensoren (S) und/oder Gebern (G) zur Informationsversorgung verbunden ist, um unter Anwendung der Regelstrategie eine rotatorische Antriebsdrehbewegung einer Betätigungseinheit

(2) in eine translatorische Abtriebsbewegung derart umzuwandeln, dass Bremsbacken (3, 4) mit definierter Zuspannkraft gegen einen Rotor (5) gepresst werden, oder umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit

(ECU) wenigstens ein Reglermodul (19) aufweist, dem wenigstens eine Information über eine Stromaufnahme des Aktuators (15) sowie eine Drehinformation des Aktuators

(15) zur Kalkulation einer fiktiven Zuspannkraft (25) zugeführt werden, und dass die ermittelte fiktive Zuspannkraft (25) , oder eine davon abgeleitete Regelgröße, zur Ansteuerung der Betätigungseinheit (2) herangezogen wird.

2. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalkulation der fiktiven Zuspannkraft (25), oder der abgeleiteten Regelgröße, iterativ-zyklisch, insbesondere periodisch, auf Grundlage einer vorgegebenen definierten Taktfrequenz im Wesentlichen in Echtzeit durch die Steuereinheit (ECU) vorgenommen wird.

3. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalkulation der fiktiven Zuspannkraft (25) iterativ-variabel auf Grundlage einer veränderbaren Taktfrequenz im Wesentlichen in Echtzeit durch die Steuereinheit (ECU) vorgenommen wird, und dass die Taktfrequenz im Bereich von Endlagen eines Stellglieds erhöht ist.

4. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) Mittel zur Messung der Stromaufnahme des Aktuators (15) aufweist, und dass einem Reglermodul (19) der Steuereinheit (ECU) Drehimpulse zur Kalkulation der fiktiven Zuspannkraft (25) zugeführt werden .

5. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelstrategie eine Plausibilisierungslogik aufweist, wobei überprüft wird, ob die kalkulierte fiktive Zuspannkraft (25) oder die abgeleitete Regelgröße, und die Informationen betreffend Stromaufnahme sowie Drehinformation plausibel sind, und wobei im Falle fehlender Plausibilität von der Steuereinheit (ECU) eine Fehlermeldung ausgegeben wird.

6. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reglermodul

(19) der Steuereinheit (ECU) wenigstens einen nichtflüchtigen, elektronischen Speicherabschnitt oder Speicherbaustein (30) aufweist, und dass in dem Speicherabschnitt oder Speicherbaustein definierte Mess-, Kenn-, Referenz- oder Betriebswerte der Feststellbremse lesbar abgelegt sind.

7. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherabschnitt oder Speicherbaustein (30) durch die Steuereinheit (ECU) löschbar und/oder beschreibbar ausgebildet ist.

8. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherbaustein (30) als EEPROM oder Flash-EEPROM ausgebildet ist.

9. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auslösung einer Parkbremsbetätigung die Regelstrategie eine Kalkulation auf Grundlage der Formel

F_soll = F₁ +k_γ -As₁, aufweist, mit Fsoll=Zuspannkraftsollwert = gesetzl. definiert, Fl=Referenzkraft = bekannt, kl=Verstärkungsfaktor, ΔST= unbekannt.

10. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erkennung einer Zuspannkraft der Höhe Fl, die Regelstrategie eine Kalkulation auf Grundlage der Formel

^F* = ^Fι + K - ^Asa_h aufwei st .

11. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) gesondert zu einem Steuereinheit eines ESP-Regelsystems (ESP-ECU) vorgesehen, und mit diesem ESP- Regelsystem elektronisch vernetzt vorgesehen ist, oder dass die Steuereinheit (ECU) als ein integrierter Teilbestandteil, Baustein oder Reglermodul mindestens teilweise räumlich in einer Steuereinheit eines Stabilitätsregelungsprogramms (ESP-ECU) integriert vorgesehen ist.

12. Elektromechanisch betätigbare Feststellbremse und Betriebsverfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, eine elektronische Steuereinheit (ECU) umfassend wenigstens eine unmittelbare elektrische Verbindung zu wenigstens einen Geber (G) , und/oder Sensor (S) und/oder eine ESP-ECU oder durch wenigstens eine mittelbare elektrische Verbindung zu wenigstens einen Geber (G) und/oder einen Sensor (S) jeweils unter Zwischenschaltung einer Steuereinheit eines Stabilitätsregelungsprogramms (ESPECU) .