DE102004046870B4

DE102004046870B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsfeststellung eines Federelements in einer Bremseinrichtung

Info

Publication number: DE102004046870B4
Application number: DE200410046870
Authority: DE
Inventors: Joerg Haffelder; Dieter Blattert; Frank Baehrle-Miller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: FR2875878A1; DE102004046870A1

Abstract

Verfahren zur Feststellung einer Funktion eines Federelements (7) in einer automatisierten Bremseinrichtung (1), wobei die Bremseinrichtung (1) einen Bremskolben (2), einen Hilfskolben (3), einen zwischen dem Bremskolben (2) und dem Hilfskolben (3) angeordneten Fluidraum (4), eine mit dem Hilfskolben (3) über eine Gewindeverbindung (6) verbundene Spindeleinrichtung (5) und einen Antrieb (13) für die Spindeleinrichtung (5) umfasst, wobei das Federelement (7) den Hilfskolben (3) in Richtung des Fluidraums (4) vorspannt und wobei die Federfunktion durch eine Betätigung der Spindeleinrichtung (5) mittels des Antriebs (13) in vorbestimmten Positionen der Bremseinrichtung in Abhängigkeit eines Druckniveaus im Fluidraum (4) festgestellt wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung einer Funktion eines Federelements in einer automatisierten Bremseinrichtung, insbesondere in einer elektrohydraulischen Bremseinrichtung, die als kombinierte Betriebs-Feststellbremse ausgebildet ist.
Bremseinrichtungen für Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Alternativ zu mechanischen, hydraulischen oder pneumatischen Bremseinrichtungen werden in Fahrzeugen in jüngster Zeit auch verstärkt elektrohydraulische oder elektromechanische Bremsen eingesetzt.
Bekannt sind aus der DE69104052T1 beispielsweise Feststellbremsen bei denen Mittel vorgesehen sind, die synchron mit der hydraulischen Druckbeaufschlagung oder anschließend daran eine Mutter drehbar entlang eines Gewindes in eine Anlagestellung bewegen um eine Bewegung der Kolbenstange aus ihrer Einrückstellung zu verhindern und die mit der Kolbenstange zusammenwirkenden Bremsbacken in Anlage mit einer Bremsscheibe zu halten.
Elektromechanische Bremsen sind als kombinierte Betriebs-Feststellbremsen bekannt. Die Feststellbremse (Parkbremse) wird beispielsweise durch einen einfachen Schalter im Fahrzeuginneren vom Fahrer betätigt. Der Feststellbremswunsch des Fahrers wird dabei einer Steuerung zugeführt, welche beispielsweise einen am Bremskolben angeordneten elektrischen Motor betreibt, um den Feststellbremswunsch auszuführen. Derartige elektrohydraulische oder elektromechanische Bremseinrichtungen können so ausgebildet sein, dass sie ein Federelement umfassen.
Bekannt sind beispielsweise Hydraulische Fahrzeugbremsen aus der DE10320800A1 bei denen ein Bremskolben zusammen mit einem Steuerkolben zum Betrieb der Feststellbremse verwendet wird und der Steuerkolben über ein Federelement mit einem Betriebsdruckraum, zusammenwirkend mit dem Bremskolben, zusammenwirkt.
Federelemente sind zwar üblicherweise bekannte und ausgereifte Bauteile, jedoch weisen die bisher bekannten Bremseinrichtungen keine Einrichtung zur Überprüfung der Federelemente im Betrieb auf. Neben der Tatsache, dass Federelemente brechen oder zerstört werden können, kann bei den Federelementen auch eine Verringerung der Federvorspannung auftreten. Hierdurch kann jedoch die Bremsleistung negativ beeinflusst werden, so dass es wünschenswert ist, eine Überwachung des Federelements in Bremseinrichtungen zu ermöglichen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Feststellung einer Funktion eines Federelements in einer automatisierten Bremseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine Feststellung der Federfunktion möglich ist. Erfindungsgemäß kann hierbei sowohl ein Bruch einer Feder als auch ein Verlust bzw. eine Verringerung der Federvorspannung erfasst werden. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Federfunktion durch Betätigung einer Spindeleinrichtung in einer vorbestimmten Position der Bremseinrichtung überprüft wird. Dabei wird auch ein Druckniveau in einem Fluidraum der Bremseinrichtung festgestellt. Die Tatsache, ob die Spindeleinrichtung in der vorbestimmten Position betätigbar ist oder nicht, wird als Maß für die Funktionsfähigkeit des Federelements herangezogen.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Funktionsfeststellung des Federelements dann durchgeführt, wenn sich die Bremseinrichtung im Feststellbremszustand befindet.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren nach Beendigung eines Betriebsbremsvorgangs des Fahrzeugs im Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt.
Gemäß einer noch anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren während der Betätigung der Feststellbremse durchgeführt.
Besonders bevorzugt verwendet das erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsfeststellung des Federelements die Erfassung einer Bewegung der Spindeleinrichtung mittels eines Sensors, insbesondere eines Drehzahlgebers oder eines optischen Sensors.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Bewegung der Spindeleinrichtung mittels eines Hallsensors an einem Antrieb der Spindeleinrichtung erfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird eine Bewegung der Spindeleinrichtung mittels einer Messung eines aufgenommenen Motorstroms des Antriebs der Spindeleinrichtung erfasst.
Vorzugsweise wird bei Feststellung eines Funktionsfehlers des Federelements einem Fahrer eine Fehlermeldung angezeigt. Die Fehlermeldung wird vorzugsweise mittels einer optischen oder akustischen Einrichtung ausgeführt.
Besonders bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei jedem Feststellvorgang für die Feststellbremse und/oder bei jeder Betriebsbremsung mit nachfolgendem Stillstand des Fahrzeugs ausgeführt. Dadurch kann eine ständige Überwachung des Federelements sichergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung einer Federfunktion in einer automatisierten Bremseinrichtung arbeitet nach einem der vorhergehend beschriebenen Verfahren. Dabei umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuereinheit und Sensoren, um die Bewegung bzw. die Nichtbewegung der Spindeleinrichtung feststellen zu können. Wenn die Bremseinrichtung aufgrund anderer Anforderungen schon beispielsweise über Sensoren am Antrieb der Spindeleinrichtung verfügt, sind keine weiteren Komponenten für die erfindungsgemäße Vorrichtung notwendig, sondern es können die vorhandenen Sensoren usw. mehrfach genutzt werden. Dadurch können die Kosten minimal gehalten werden.
Zeichnung
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
1 eine schematische Darstellung einer Bremseinrichtung in einem drucklosen Zustand und
2 eine schematische Darstellung der Bremseinrichtung von 1 in einem druckbeaufschlagten Zustand.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine automatisierte Bremseinrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Bremseinrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist eine elektrohydraulische Bremseinrichtung.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, umfasst die erfindungsgemäße Bremseinrichtung 1 einen Bremskolben 2, einen Hilfskolben 3 und einen zwischen dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordneten Fluidraum 4. Ferner ist eine Spindel 5 vorgesehen, welche über eine Gewindeverbindung 6 mit dem Hilfskolben 3 verbunden ist. Ein Federelement 7 ist zwischen dem Hilfskolben 3 und einem Gehäuseteil 11 der Bremseinrichtung 1 angeordnet und übt eine Federkraft auf den Hilfskolben 3 derart aus, dass der Hilfskolben 3 in Richtung des Bremskolbens 2 nach unten gedrückt wird. Dabei liegt der Hilfskolben 3 auf einem Gehäusebereich 11a auf, wenn kein Druck im Fluidraum 4 vorhanden ist. Die Bremseinrichtung 1 befindet sich in dem in 1 gezeigten Zustand in der gelösten Stellung, d. h. die Feststellbremse ist außer Eingriff.
Der Fluidraum 4 ist mittels drei Dichtelementen 8, 9 und 10 abgedichtet und wird über eine nicht dargestellt Hydraulikleitung mit Hydraulikdruck versorgt. Genauer dichtet das Dichtelement 8 den Bremskolben 2 gegen die äußere Umgebung in Richtung einer nicht dargestellten Bremsscheibe ab. Das Dichtelement 9 ist zwischen dem Bremskolben 2 und dem Hilfskolben 3 angeordnet und verhindert, dass Hydraulikfluid in den Bereich der Gewindeverbindung 6 strömt. Das Dichtelement 10 ist zwischen dem Hilfskolben 3 und dem Gehäuseteil 11 der Bremseinrichtung angeordnet. Somit dichten die Dichtelemente 8 und 9 den Fluidraum 4 gegen einen Raum 12 ab, in welchem die Spindel 5 und das Federelement 7 angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spindel 5 und das Federelement 7 außerhalb des Hydraulikfluids angeordnet sind. Es sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich auch ein Betrieb der Spindel 5 im Hydraulikfluid möglich ist.
Das Dichtelement 8 ist als Dichtmanschette ausgebildet und übt eine Rückstellkraft auf den Bremskolben 2 in Richtung des Hilfskolbens 3 aus, sobald der Bremskolben 2 von seiner in 1 dargestellten Ausgangslage nach unten bewegt wird.
Weiterhin ist im Bremskolben 2 an dessen zum Hilfskolben 3 gerichteten Seite ein Bereich 2b mit verringertem Querschnitt ausgebildet, in welchem eine Sacklochbohrung 2a ausgebildet ist. Die Sacklochbohrung 2a dient insbesondere zur Aufnahme des Endes der Spindel 5 und bildet einen Anschlag für die Spindel 5. Es sind aber auch Ausführungen mit flachen/stumpfem Querschnitt ohne Sacklochbohrung denkbar.
Im Hilfskolben 3 ist eine stufenförmige Durchgangsbohrung 3a gebildet, wobei ein Teil der Durchgangsbohrung 3a mit einem Gewinde versehen ist und die Gewindeverbindung 6 mit der Spindel 5 bereitstellt. In dem Bereich der Stufenbohrung 3a mit etwas größerem Durchmesser ist der Teil 2b des Bremskolbens 2 aufgenommen.
Die Spindel 5 wird über einen Elektromotor 13 angetrieben. Zwischen dem Elektromotor 13 und der Spindel 5 ist ein Getriebe mit einem ersten Zahnrad 14 und einem zweiten Zahnrad 15 angeordnet. Das erste Zahnrad 14 ist mit einer Abtriebswelle 13a des Elektromotors 13 direkt verbunden. Am Kopf der Spindel 5 ist eine Verzahnung 5a ausgebildet, welche sich mit dem zweiten Zahnrad 15 im Eingriff befindet. Eine Drehachse des Zahnrads 15 ist mit dem Bezugszeichen 15a bezeichnet. Das durch die Zahnräder 14, 15 und 5a gebildete Getriebe ist ein Untersetzungsgetriebe, um die relativ hohe Drehzahl des Elektromotors 13 für die Spindel 5 zu verringern.
Die in den 1 und 2 gezeigte automatisierte Bremseinrichtung ist sowohl eine Feststellbremse als auch eine normale Betriebsbremse des Fahrzeugs. Wenn die Bremseinrichtung als Feststellbremse verwendet wird, wird der gleiche Bremskolben 2 wie für die normale Betriebsbremsung verwendet.
Nachfolgend wird die Betätigung der Bremseinrichtung 1 beschrieben. 1 zeigt hierbei den Ausgangszustand der Bremseinrichtung 1.
Wenn ein Feststell-Bremsvorgang ausgeführt werden soll, wird in einem ersten Schritt der Elektromotor 13 betrieben und das Drehmoment des Elektromotors über das Getriebe auf die Spindel 5 übertragen. Dadurch dreht sich die Spindel 5 nach unten, bis sie am Boden der Sacklochbohrung 2a anliegt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, kann die Spindel 5 den Bremskolben 2 nicht weiter nach unten in Richtung der Bremsscheibe bewegen, da die Leistung des Motors 13 dafür nicht ausreichend ist oder weil ein Anschlag für die Spindel 5 vorgesehen ist.
Wenn eine Steuerung beispielsweise anhand des aufgenommenen Motorstroms des Elektromotors 13 feststellt, dass die Spindel 5 am Bremskolben 2 anliegt (sehr hoher Motorstrom), wird der Elektromotor angehalten und Hydraulikfluid wird in den Fluidraum 4 zugeführt. Dadurch bewegt sich der Hilfskolben 3 mitsamt der Spindel 5 nach oben, bis die Spindel 5 an einem Anschlag 16 anliegt. Der Anschlag 16 ist aus einem kugelförmigen Element 16a und einem elastischen Element 16b gebildet und verhindert eine zu große Reibung zwischen dem Kopf der Spindel 5 und dem Gehäuse 11. Weiterhin bewegt sich durch das Zuführen des Hydraulikfluids in den Fluidraum 4 der Bremskolben 2 nach unten, bis er an der Bremsscheibe (nicht dargestellt) anliegt und den Bremswunsch des Fahrers ausführt. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt.
In den in 2 gezeigten Zustand ist das Federelement 7 teilweise komprimiert. Die Federkraft des Federelements 7 ist dabei derart gewählt, dass sie auf ein vorbestimmtes Druckniveau im Fluidraum 4 vorgespannt ist. D. h. unterhalb dieses vorbestimmten Druckniveaus kann sich der federbelastete Hilfskolben 3 nicht aus seiner in 1 gezeigten Ruheposition abheben, da die Druckkraft aus dem Fluidraum 4 kleiner als die Federkraft des Federelements 7 ist. Die Spindel 5 kann bei einem Druck im Fluidraum 4 unterhalb des vorbestimmten Druckniveaus frei gedreht werden, bis sie am Anschlag 16 bzw. am Bremskolben 2 anschlägt. Wenn, wie in 2 gezeigt, der Druck im Fluidraum 4 über das vorbestimmte Druckniveau ansteigt, wird die Spindel 5 mit ihrem Kopf gegen den Anschlag 16 an der Gehäusewand des Gehäuses 11 gedrückt (2). Dadurch kann die Spindel 5 nicht mehr frei gedreht werden.
Eine Überprüfung des Federelements 7 kann somit über eine Überprüfung der Verdrehbarkeit der Spindel 5 durchgeführt werden. Wenn ein Fahrzeug über die normale Betriebsbremseinrichtung abgebremst wird und sich im Stillstand befindet, muss bei Drücken kleiner als das vorbestimmte Druckniveau (z. B. 65 × 10⁵ Pascal) die Spindel 5 frei gedreht werden können, d. h., der Motor nimmt einen normalen Betriebsstrom auf. Kann die Spindel 5 nicht gedreht werden, so ist die von dem Federelement 7 aufgebrachte Kraft kleiner als die hydraulisch erzeugte Druckkraft im Fluidraum 4. D. h., bei einer nicht bewegbaren Spindel 5 unterhalb des vorbestimmten Druckniveaus im Fluidraum 4 hat sich die Federkennlinie verändert oder die Feder ist gebrochen. Wenn dies festgestellt wurde, wird eine entsprechende Information an einen Fahrer gegeben. Wenn sich die Spindel 5 dagegen bei einem Druckniveau im Fluidraum 4 unterhalb des vorbestimmten Druckniveaus frei drehen kann, ist das Federelement 7 nicht beschädigt.
Prinzipiell ist dieser Test auch bei einer gebremsten Fahrt möglich. Hierbei besteht jedoch das Risiko einer ungewollten Verriegelung der Bremse, falls die Spindel 5 zu weit bewegt wird. Von daher ist von einer Überprüfung der Funktion der Feder während eines Bremsvorgangs, ohne dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, abzusehen.
Die Erkennung, ob sich die Spindel 5 dreht oder nicht, kann durch Auswertung von Signalen am Motor (z. B. Hallsensor, Messung der Aufnahme des Motorstroms usw.) oder durch Sensoren an der Spindel 5 (Drehzahlsensor, optischer Sensor usw.) erreicht werden.
Die Überprüfung der Funktion des Federelements kann auch bei einer Betätigung der automatisierten Feststellbremse durchgeführt werden. Soll die Feststellbremse aktiviert werden, wird wieder zuerst die Spindel 5 in Richtung des Bremskolbens 2 bewegt, bis sie in der Ausnehmung 2a des Bremskolbens 2 anliegt. Nun wird jedoch der Elektromotor 13 nicht abgeschaltet, sondern weiterbetrieben. Nun wird der Druck im Fluidraum erhöht. Wenn der Druck im Fluidraum 4 die Vorspannkraft des Federelements 7 erreicht bzw. übersteigt, bewegt sich der federbelastete Hilfskolben 3 und mit ihm über die Gewindeverbindung 6 die Spindel 5 nach oben. Diese Bewegung des Hilfskolbens 3 nach oben kann nun an der Spindel 5 durch eine Freigabe (erneute Bewegung der Spindel 5) erkannt werden, da der Elektromotor 13 weiter betrieben wird. Hierbei kann nun durch einen Vergleich des Druckwerts im Fluidraum 4, zu welchem sich der Hilfskolben 3 nach oben bewegt und die Spindel 5 sich wieder bewegt, mit einem vorbestimmten Druckwert erkannt werden, ob das Federelement 7 in Ordnung ist oder nicht. Der Druck im Fluidraum 4 kann beispielsweise auch durch eine Druckschätzung ermittelt werden. Somit kann durch einen Vergleich des ermittelten Druckwertes im Fluidraum 4 die Funktion des Federelements 7 festgestellt werden.
Es sei angemerkt, dass üblicherweise in den automatisierten Bremseinrichtungen schon eine Vielzahl von Sensoren vorhanden ist, so dass für das erfindungsgemäße Verfahren keine zusätzlichen Sensoren notwendig sind, da die bereits vorhandenen Sensoren verwendet werden können. Hieraus resultieren Vorteile hinsichtlich der Systemarchitektur, da keine zusätzlichen Leitungen notwendig sind und die Kosten für ein erfindungsgemäßes Federerkennungsverfahren können minimal sein.

Claims

Verfahren zur Feststellung einer Funktion eines Federelements (7) in einer automatisierten Bremseinrichtung (1), wobei die Bremseinrichtung (1) einen Bremskolben (2), einen Hilfskolben (3), einen zwischen dem Bremskolben (2) und dem Hilfskolben (3) angeordneten Fluidraum (4), eine mit dem Hilfskolben (3) über eine Gewindeverbindung (6) verbundene Spindeleinrichtung (5) und einen Antrieb (13) für die Spindeleinrichtung (5) umfasst, wobei das Federelement (7) den Hilfskolben (3) in Richtung des Fluidraums (4) vorspannt und wobei die Federfunktion durch eine Betätigung der Spindeleinrichtung (5) mittels des Antriebs (13) in vorbestimmten Positionen der Bremseinrichtung in Abhängigkeit eines Druckniveaus im Fluidraum (4) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Federelements (7) nach Beendigung einer Betriebsbremsung bei einem Stillstand eines Fahrzeugs oder in einem Eingriffszustand der Feststellbremse durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Federelements (7) während einer Betätigung der Feststellbremse des Fahrzeugs überprüft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der Spindeleinrichtung (5) mittels eines Sensors erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der Spindeleinrichtung (5) mittels eines Sensors an dem Antrieb (13) der Spindeleinrichtung (5), welcher die Spindeleinrichtung (5) betätigt, erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung der Spindeleinrichtung (5) mittels einer Messung eines Motorstroms des Antriebs (13) der Spindeleinrichtung (5) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Fahrer eine Fehlermeldung angezeigt wird, wenn festgestellt wurde, dass die Funktion des Federelements (7) sich verschlechtert hat oder nicht mehr gegeben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei jeder oder bei einem bestimmten Anteil der Betriebsbremsungen mit nachfolgendem Stillstand des Fahrzeugs und/oder bei jeder Betätigung der Feststellbremse des Fahrzeugs durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Feststellung einer Funktion eines Federelements (7) in einer automatisierten Bremseinrichtung (1), wobei die Vorrichtung ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet.