DE102011004716A1

DE102011004716A1 - Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011004716A1
Application number: DE201110004716
Authority: DE
Inventors: Karsten Bieltz; Ullrich Sussek; Sven Ohr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30
Also published as: CN102649424B; FR2971987A1; CN102649424A

Abstract

Bei einem Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse, die eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor umfasst, wird der Einstellvorgang der Feststellbremse abgebrochen, wenn die Temperatur in einem elektrischen Bauteil der Bremsvorrichtung einen Schwellenwert überschreitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
In der DE 103 61 042 B3 wird eine Feststell- bzw. Parkbremse für ein Fahrzeug beschrieben, über die eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist Die Feststellbremse ist elektromechanisch ausgeführt und umfasst als Aktuator einen elektrischen Bremsmotor, bei dessen Betätigung ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial in Richtung auf eine Bremsscheibe verstellt wird. Zum Lösen der Feststellbremse und damit verbundenem Klemmkraftabbau muss der elektrische Bremsmotor in Gegenrichtung verstellt werden.
Aus Sicherheitsgründen ist es daher erforderlich, dass elektrische Bauteile bzw. Komponenten, welche einem Regel- bzw. Steuergerät zugeordnet sind, einen Temperatur-Schwellenwert nicht überschreiten, um einen Ausfall des Bauteils bzw. der Komponente zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine thermische Beschädigung eines elektrischen Bauteils in einer elektromechanischen Bremsvorrichtung in einer Feststellbremse zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf eine elektromechanische Feststellbremse in einem Fahrzeug, die mit einem elektrischen Bremsmotor versehen ist Beim Zuspann- bzw. Klemmvorgang wird die Rotationsbewegung des Bremsmotors in eine axiale Stellbewegung eines Stellglieds übertragen, beispielsweise einer Spindel, wobei das Stellglied den Bremskolben mit dem Bremsbelag axial gegen die Bremsscheibe drückt. Der Lösevorgang erfolgt durch eine Ansteuerung des elektrischen Bremsmotors in Gegenrichtung, wodurch das Stellglied bzw. der Bremskolben axial sich von der Bremsscheibe entfernt und die Klemmkraft abgebaut wird.
Es kann zweckmäßig sein, die Feststellbremse mit einer Zusatzbremsvorrichtung zu versehen, über die bedarfsweise zusätzlich zur elektromechanischen Klemmkraft eine Zusatzklemmkraft bereitgestellt wird. Bei der Zusatzbremsvorrichtung handelt es sich insbesondere um die hydraulische Fahrzeugbremse des Fahrzeugs, deren Hydraulikdruck auf den Bremskolben wirkt.
Um eine thermische Schädigung eines elektrischen Bauteils bzw. einer elektrischen Komponente zu vermeiden, die Bestandteil der elektromechanischen Bremsvorrichtung ist und insbesondere einem Regel- bzw. Steuergerät der Feststellbremse zugeordnet ist, wird der Einstellvorgang der Feststellbremse abgebrochen, falls festgestellt wird, dass die Temperatur des elektrischen Bauteils einen Schwellenwert überschreitet Die Temperatur wird aus einem Temperaturmodell bestimmt, wobei der Motorstrom, insbesondere die elektrische Leistung der Feststellbremse in das Temperaturmodell einfließt Dies hat den Vorteil, dass auf einen Temperatursensor zur Ermittlung der Temperatur des betreffenden Bauteils verzichtet werden kann. Die Temperatur wird vielmehr aus dem elektrischen Strom in der Feststellbremse ermittelt wird. Es genügt somit, lediglich die an sich vorhandene Sensorik der Feststellbremse, über die die Stromaufnahme bestimmt werden kann, einzusetzen. Darüber hinaus sind keine weiteren Sensoren erforderlich, insbesondere keine Temperatursensoren.
Es wird insbesondere die elektrische Verlustleistung in dem betreffenden elektrischen Bauteil ermittelt, dessen Temperatur überwacht werden soll. Grundsätzlich möglich ist es aber auch, die elektrische Verlustleistung an weiteren Stellen in der elektromechanischen Feststellbremse zu ermitteln, beispielsweise die elektrische Verlustleistung im Bremsmotor.
Der Einstellvorgang, bei dem die Temperatur des elektrischen Bauteils überwacht wird, kann der Zuspannvorgang und/oder der Lösevorgang der Feststellbremse sein. Wird während des Betätigens der Feststellbremse in Zuspann- bzw. Löserichtung ein Überschreiten des Temperatur-Schwellenwerts festgestellt, erfolgt der Abbruch des betreffenden Einstellvorgangs. Dies kann, gemäß vorteilhafter Ausführung, zwei- bzw. mehrstufig erfolgen, indem mit dem Erreichen eines ersten, unteren Temperatur-Schwellenwerts zwar der Einstellvorgang abgebrochen wird, jedoch der elektrische Bremsmotor in Löserichtung verstellbar bleibt. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug trotz des Erreichens des Temperatur-Schwellenwerts bewegt werden kann, auch wenn der Abbruch des Einstellvorgangs zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem noch in der Feststellbremse eine Klemmkraft erzeugt wird.
Mit dem Erreichen eines zweiten, oberen Temperatur-Schwellenwerts wird dagegen vorteilhafterweise der elektrische Bremsmotor abgeschaltet, auch wenn noch eine Klemmkraft von der Feststellbremse ausgeübt wird, so dass auch eine Verstellung in Löserichtung ausgeschlossen ist. Damit soll sichergestellt werden, dass die Temperatur in der elektrischen Komponente unterhalb eines kritischen Wertes bleibt, der zu einer Schädigung führen würde.
Nachdem der Einstellvorgang der Feststellbremse abgebrochen worden ist, ist eine Fortführung zweckmäßigerweise erst dann möglich, wenn die elektrische Komponente so weit abgekühlt ist, dass eine Starttemperatur unterschritten ist.
Aus dem Motorstrom wird, gemäß vorteilhafter Ausführung, die elektrische Verlustleistung des elektrischen Bauteils, dessen Temperatur überwacht werden soll, bzw. eines sonstigen Bauteils der elektromechanischen Bremsvorrichtung bestimmt. Das Temperaturmodell des elektrischen Bauteils kann zum einen die thermische Leistung berücksichtigen, welche aus der Wärmeaufnahmefähigkeit der Komponente resultiert, zum andern kann die thermische Leistung, welche aus der Wärmeabgabe an die Umgebung resultiert, berücksichtigt werden. Diese beiden Terme werden addiert und können mit der elektrischen Leistung gleichgesetzt werden, wobei aus der sich ergebenden Differenzialgleichung die Temperatur bzw. die Temperaturänderung der elektrischen Komponente bestimmt werden kann. Zum Erreichen der Absoluttemperatur wird der Temperaturänderung eine Starttemperatur aufaddiert, welche zweckmäßigerweise so gewählt wird, dass eine ungünstige Umgebungstemperatur berücksichtigt wird. Die Starttemperatur kann auch von der Position eines Regel- bzw. Steuergerätes im Fahrzeug abhängen, über das die Ansteuerung der elektromechanischen Feststellbremse erfolgt.
Bei dem elektrischen Bauteil handelt es sich beispielsweise um einen Transistor in dem Regel- bzw. Steuergerät, der eine verhältnismäßig hohe Temperaturanfälligkeit aufweist. Möglich ist es aber auch, die Temperatur beispielsweise eines Messwiderstandes zu ermitteln, über den die elektrischen Zustandsgrößen im System aufgenommen werden.
Der elektrische Widerstand der betrachteten elektrischen Komponente soll als konstanter, bekannter Wert angenommen werden, der im Regel- bzw. Steuergerät hinterlegt wird. Eventuell auftretende dynamische Änderungen im elektrischen Widerstand, beispielsweise bei Schaltvorgängen des Transistors, bei denen der Widerstand größer und auch die Verlustleistung höher ist, sollen vernachlässigt werden. Da der elektrische Bremsmotor für das Zuspannen bzw. Lösen nur einmalig ein- und ausgeschaltet wird, sind Ein- und Ausschalteverluste vernachlässigbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft in einem Regel- bzw. Steuergerät im Fahrzeug ab, das Bestandteil des Feststellbremssystems sein kann.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine elektromechanische Feststellbremse für ein Fahrzeug, bei der die Klemmkraft über einen elektrischen Bremsmotor erzeugt wird,
2 ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild für die elektromechanische Feststellbremse,
3 ein thermisches Ersatzschaltbild für ein elektrisches Bauteil der Feststellbremse.
In 1 ist eine elektromechanische Feststellbremse 1 zum Festsetzen eines Fahrzeugs im Stillstand dargestellt. Die Feststellbremse 1 umfasst einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied weist die Feststellbremse 1 einen Elektromotor als Bremsmotor 3 auf, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 drehbar gelagert ist. Bei einer Rotation der Spindel 4 wird das Spindelbauteil 5 axial verstellt. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelags 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 befindet sich ein weiterer Bremsbelag 8, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
Innerhalb des Bremskolbens 6 kann sich das Spindelbauteil 5 bei einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe 10 zu bzw. bei einer entgegen gesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 11 bewegen. Zum Erzeugen einer Klemmkraft beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, wodurch der axial verschieblich in der Feststellbremse 1 gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
Die Feststellbremse kann erforderlichenfalls von einer hydraulischen Fahrzeugbremse unterstützt werden, so dass sich die Klemmkraft aus einem elektromotorischen Anteil und einem hydraulischen Anteil zusammensetzt. Bei der hydraulischen Unterstützung wird die dem Bremsmotor zugewandte Rückseite des Bremskolbens 6 mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid beaufschlagt.
In 2 ist ein Ersatzschaltbild für die elektromechanische Feststellbremse mit elektrischem Bremsmotor dargestellt. Bei geschlossenem Schalter s1 ist ein geschlossener Stromkreis gebildet, welcher von der Batteriespannung U_Batt gespeist wird. Der Stromkreis setzt sich aus einem Steuergerät-Ersatzwiderstand R_ECU, Leitungswiderständen R₀ sowie einem Motorwiderstand R_M zusammen, wobei gegebenenfalls auch ein Batteriewiderstand berücksichtigt werden kann. Bei geschlossenem Schalter s1 kann die gesamte anliegende Spannung über dem Bremsmotor 3 als Messspannung U_Mess ermittelt werden, die sich aus den Einzelspannungen U_R0 über den Leitungswiderständen R₀ sowie den Motorspannungen U_RM über dem Motorwiderstand R_M, der Induktionsspannung U_LM über dem Induktionswiderstand L_M und der elektromotorischen Kraft U_EMK zusammensetzt. Das Steuergerät enthält verschiedene elektrische Bauteile bzw. Komponenten, unter anderem eine H-Brücke mit mehreren Transistoren, die jeweils den elektrischen Widerstand R_DS aufweisen.
In 3 ist ein thermisches Ersatzschaltbild einer elektrischen Komponente, beispielsweise eines Transistors im Steuergerät dargestellt. Die elektrische Komponente kann in einem Temperaturmodell, das einen Kondensator mit der Wärmekapazität C_th und einem parallel geschalteten elektrischen Widerstand R_th aufweist, abgebildet werden. Die thermische Leistung p₁, welche aus der Wärmeaufnahmefähigkeit des Kondensators mit der Wärmekapazität C_th resultiert, kann gemäß p₁ = C_th· dΔT / dt. beschrieben werden, wobei mit ΔT die Temperaturänderung in der betrachteten elektrischen Komponente bezeichnet ist.
Im elektrischen Widerstand R_th fällt die thermische Leistung p₂ an, welche aus der Wärmeabgabe an die Umgebung resultiert:
Insgesamt bestimmt sich die thermische Leistung an dem elektrischen Bauteil durch Addition der Einzelleistungen p₁ und p₂.
Aus der elektrischen Verlustleistung in der elektrischen Komponente, welche gemäß p_In = I 2 / M·R_DS aus dem Motorstrom I_M und dem Widerstand R_DS des elektrischen Bauteils ermittelt wird, kann durch Gleichsetzen mit der thermischen Leistung, bestehend aus der Addition von p₁ und p₂, die folgende Differenzialgleichung für die Temperaturänderung ΔT aufgestellt werden:
Durch Lösen der Differenzialgleichung wird die Temperaturänderung ΔT in der elektrischen Komponente bestimmt. Hierbei kann eine Starttemperatur T_start berücksichtigt werden, um gemeinsam mit der Temperaturänderung ΔT den Wert der absoluten Temperatur zu erhalten. Die ermittelte Temperatur der elektrischen Komponente wird auf Überschreiten eines ersten, unteren Temperatur-Schwellenwerts T_lim,1 überprüft. Wenn dieser Temperatur-Schwellenwert überschritten wird, wird der aktuelle Einstellvorgang in der elektromechanischen Feststellbremse unterbrochen. Ein Verstellen in Löserichtung bleibt aber noch möglich.
Erreicht dagegen die ermittelte Temperatur des elektrischen Bauteils einen zweiten, oberen Temperatur-Schwellenwert T_lim,2, so wird der elektrische Bremsmotor abgeschattet, eine Verstellung in Löserichtung ist nicht möglich.
Nach dem Abbrechen des Einstellvorgangs sinkt die Temperatur des elektrischen Bauteils entsprechend der thermischen Zeitkonstante T_th, die sich gemäß τ_th = R_th·C_th durch Multiplikation des Wärmewiderstands R_th des elektrischen Bauteils mit der Wärmekapazität C_th berechnet. Sinkt die Temperatur unter die Starttemperatur T_start, kann die Feststellbremse erneut betätigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10361042 B3 [0002]

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Feststellbremse (1), die eine elektromechanische Bremsvorrichtung mit einem elektrischen Bremsmotor (3) zum Erzeugen einer elektromechanischen Klemmkraft (F_Kl) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellvorgang der Feststellbremse (1) abgebrochen wird, wenn die Temperatur (T) in einem elektrischen Bauteil der elektromechanischen Bremsvorrichtung einen Schwellenwert (T) überschreitet, wobei die Temperatur (T) aus einem Temperaturmodell des elektrischen Bauteils in Abhängigkeit des Motorstroms (I_M) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verlustleistung (p_In) aus dem Motorstrom (I_M) und einem Widerstand (R_DS) des elektrischen Bauteils ermittelt wird: p_In = I 2 / M·R_DS
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell die Wärmekapazität (C_th) des elektrischen Bauteils berücksichtigt: p₁ = C_th· dΔT / dt wobei p₁ die thermische Leistung, welche aus der Wärmeaufnahmefähigkeit resultiert, ΔT die Temperaturänderung in dem elektrischen Bauteil bezeichnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell den Wärmewiderstand (R_th) des elektrischen Bauteils berücksichtigt:
wobei p₂ die thermische Leistung, welche aus der Wärmeabgabe an die Umgebung resultiert, bezeichnet.
Verfahren nach Anspruch 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturänderung (ΔT) aus einem Vergleich der elektrischen Leistung (p_In) mit der thermischen Leistung aus dem Temperaturmodell bestimmt wird: p_In = p₁ + p₂
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) im Bauteil der elektromechanischen Bremsvorrichtung aus einer Temperaturänderung (ΔT) und einer Starttemperatur (T_start) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen eines ersten Temperatur-Schwellenwerts (T_lim,1) die Feststellbremse (1) in Löserichtung verstellbar bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen eines zweiten Temperatur-Schwellenwerts (T_lim,2) der elektrische Bremsmotor (3) abgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abbrechen des Einstellvorgangs der Feststellbremse (1) eine Fortführung in Schließrichtung erst möglich ist, wenn eine Starttemperatur unterschritten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil ein Transistor in einem Regel- bzw. Steuergerät ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Bauteil ein Messwiderstand ist.
Regel- bzw. Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Feststellbremse (1) in einem Fahrzeug mit einem Regel- bzw. Steuergerät nach Anspruch 12.