DE102012203335A1

DE102012203335A1 - Feststellbremse in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012203335A1
Application number: DE102012203335A
Authority: DE
Inventors: Oliver Leibfried; Alexander PAESSLER
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-05
Also published as: US20130228402A1; GB2499870A; FR2987586A1; GB201221354D0

Abstract

Eine Feststellbremse in einem Fahrzeug weist jeweils eine Radbremseinheit an zwei Fahrzeugrädern mit jeweils einem Gleichstrom-Bremsmotor zum Erzeugen einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft auf. Die elektrischen Bremsmotoren sind über eine Steuerungseinrichtung ansteuerbar, wobei jedem Bremsmotor eine H-Brücke zugeordnet ist und die H-Brücken in der Weise zusammengeschaltet sind, dass ein gemeinsamer Halbbrückenzweig mit Schaltern für die Steuerung beider Bremsmotoren gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Feststellbremse in einem Fahrzeug.
Stand der Technik
Bekannt sind elektromechanische Feststellbremsen zum Erzeugen einer das Fahrzeug im Stillstand festsetzenden Klemmkraft mithilfe eines elektrischen Bremsmotors. Bei der Betätigung des Bremsmotors wird ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, gegen eine Bremsscheibe gedrückt. Eine derartige Feststellbremse ist beispielsweise aus der DE 103 61 042 B3 bekannt.
Üblicherweise wirkt die Feststellbremse an den Radbremseinheiten beider Räder der Hinterachse, wobei jeder Radbremseinheit ein elektrischer Bremsmotor zum Erzeugen der gewünschten Klemmkraft zugeordnet ist. Beim Zuspannvorgang zum Aufbauen der Klemmkraft werden die elektrischen Bremsmotoren über eine zugeordnete Ansteuerungselektronik in eine Richtung angesteuert, zum Lösen der Klemmkraft werden die Bremsmotoren in Gegenrichtung angesteuert. Typischerweise umfasst die Steuerungseinrichtung pro Bremsmotor eine H-Brückenschaltung und eine zugeordnete Treibereinheit zur Ansteuerung der elektromechanischen Relais oder Transistoren in den H-Brücken.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine Feststellbremse in einem Fahrzeug, die Radbremseinheiten mit jeweils einem Bremsmotor an zwei Fahrzeugrädern aufweist, in einfacher und Platz sparender Weise anzusteuern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Feststellbremse kann in Fahrzeugen eingesetzt werden, um eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft zu erzeugen. Die Feststellbremse weist eine elektromechanische Bremseinrichtung auf, die einen elektrischen Gleichstrom-Bremsmotor umfasst. Der Feststellbremse sind zwei Radbremseinheiten mit jeweils einem elektrischen Bremsmotor zugeordnet. Die Radbremseinheiten mit elektrischem Bremsmotor befinden sich vorzugsweise an den gegenüberliegenden Rädern einer gemeinsamen Achse, insbesondere der Hinterachse des Fahrzeugs.
Bei einer Rotationsbewegung des elektrischen Bremsmotors führt ein Stellglied eine Stellbewegung aus, über die ein Bremskolben, welcher Träger eines Bremsbelages ist, axial gegen eine Bremsscheibe der Radbremseinheit zum Erzeugen der gewünschten Klemmkraft gedrückt wird. Dieser Zuspannvorgang wird so lange durchgeführt, bis die gewünschte Soll-Klemmkraft erreicht ist. Zum Lösen der Feststellbremse wird der Bremsmotor in Gegenrichtung betätigt, so dass der Bremskolben und der Bremsbelag von der Bremsscheibe entfernt werden.
Gegebenenfalls kann auch der hydraulische Druck der regulären Fahrzeugbremse auf den Bremskolben wirken, um das Fahrzeug während der Fahrt abzubremsen. Grundsätzlich kann der hydraulische Druck der Fahrzeugbremse auch im Stillstand des Fahrzeugs wirksam sein und zu einer Zusatzklemmkraft führen, welche sich zu der elektromechanisch erzeugten Klemmkraft des Bremsmotors addiert.
Der Zuspann- und der Lösevorgang der beiden elektrischen Bremsmotoren an den verschiedenen Rädern erfolgt zeitgleich. Die Ansteuerung wird mithilfe einer Steuerungselektronik durchgeführt, die bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Feststellbremse als H-Brücke ausgebildet ist. Jedem Bremsmotor ist eine H-Brücke zugeordnet, wobei die H-Brücken in der Weise zusammengeschaltet sind, dass die beiden H-Brücken einen gemeinsamen Halbbrückenzweig mit zwei Schaltern, insbesondere Transistoren aufweisen und der gemeinsame Halbbrückenzweig für die Steuerung beider Bremsmotoren herangezogen wird. Es gibt somit eine gemeinsame Ansteuerungselektronik für beide Bremsmotoren, wobei die Ausführung mit doppelter H-Brücke mit einem gemeinsamen Halbbrückenzweig eine unabhängige Schaltung der beiden Bremsmotoren erlaubt, jedoch mit gleichlaufender Drehrichtung der Motoren während des Zuspann- bzw. Löseprozesses.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass gegenüber zwei separaten H-Brücken ein Halbbrückenzweig mit zwei Schaltern eingespart werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung besteht die Ansteuerungselektronik aus insgesamt drei Halbbrückenzweigen, wobei der mittlere Halbbrückenzweig beiden Gleichstrombremsmotoren zugeordnet ist. Durch die Einsparung eines Halbbrückenzweigs mit zwei Schaltern bzw. Transistoren kann auch Leiterplattenplatz eingespart werden, so dass die Steuerungseinrichtung kleiner baut.
Zweckmäßigerweise werden vollelektronische H-Brücken mit Transistoren als Schalter eingesetzt, beispielsweise MOSFETs. Grundsätzlich möglich sind aber auch H-Brücken mit elektromechanischen Relais.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung weist die Steuerungseinrichtung eine gemeinsame Treibereinheit zur Ansteuerung der Schalter in den H-Brücken auf. Über die gemeinsame Treibereinheit für die H-Brücken der beiden Bremsmotoren können die insgesamt sechs Schalter in den drei einzelnen Halbbrückenzweigen so angesteuert werden, dass der Strom in die eine oder andere Richtung durch die beiden Elektromotoren fließt, um den Zuspann- bzw. Lösevorgang durchzuführen. Bei der Treibereinheit kann es sich beispielsweise um eine sogenannte B6- bzw. Drehstrom-Brückenschaltung handeln, die als Standardschaltung zur Verfügung steht und üblicherweise für Drehstrommotoren eingesetzt wird. Beim Einsatz in der erfindungsgemäßen Feststellbremse, die zwei Gleichstrom-Bremsmotoren aufweist, können über die B6-Brückenschaltung die sechs Schalter der H-Brücken angesteuert und geschaltet werden.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind Messeinrichtungen zur Messung der Motorströme durch die beiden Bremsmotoren vorgesehen. Aus dem Motorstrom kann auf die aktuelle Klemmkraft geschlossen werden, so dass beim Zuspannvorgang die elektrischen Bremsmotoren so lange betätigt werden, bis die gewünschte Soll-Klemmkraft erreicht worden ist.
Insbesondere bei Verwendung einer B6-Brückenschaltung als Treibereinheit kann diese insgesamt drei Messeinrichtungen aufweisen, von denen zwei Messeinrichtungen zur Strommessung der Bremsmotoren eingesetzt werden und die dritte Messeinrichtung zur redundanten Strommessung verwendet werden kann, insbesondere zur Plausibilisierung der Strommessungen durch die beiden Bremsmotoren.
Die Bremsmotoren sind vorteilhafterweise als Gleichstrommotoren ausgeführt. Die Ansteuerung der Bremsmotoren kann, gemäß zweckmäßiger Ausführung, ohne Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen, indem der Stromfluss so lange aufrechterhalten bleibt, bis die gewünschte Soll-Klemmkraft erreicht worden ist. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Ansteuerung und Regelung über eine PWM.
Um eine Verpolung mit falschem Polanschluss zu verhindern, ist in die Spannungsversorgungsleitung der elektrischen Bremsmotoren zweckmäßigerweise ein Verpolschutz integriert.
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, mit einem elektrischen Bremsmotor zur Erzeugung einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft,
2 ein Schaltbild zur Ansteuerung elektrischer Bremsmotoren in einem Fahrzeug,
3 ein weiteres Schaltbild zur Ansteuerung elektrischer Bremsmotoren mit Messeinrichtungen zur Strommessung.
1 zeigt eine elektromechanische Feststellbremse 1 in einem Fahrzeug, wobei über die Feststellbremse eine das Fahrzeug im Stillstand festsetzende Klemmkraft erzeugbar ist. Die Feststellbremse 1 weist einen Bremssattel 2 mit einer Zange 9 auf, welche eine Bremsscheibe 10 übergreift. Als Stellglied der Feststellbremse 1 fungiert ein als Elektromotor ausgeführter Bremsmotor 3, der eine Spindel 4 rotierend antreibt, auf der ein Spindelbauteil 5 verstellbar gelagert ist. Das Spindelbauteil 5 wird axial verstellt, wenn die Spindel 4 rotiert. Das Spindelbauteil 5 bewegt sich innerhalb eines Bremskolbens 6, der Träger eines Bremsbelages 7 ist, welcher von dem Bremskolben 6 gegen die Bremsscheibe 10 gedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Bremsscheibe 10 ist ein weiterer Bremsbelag 8 angeordnet, der ortsfest an der Zange 9 gehalten ist.
Das Spindelbauteil 5 kann sich innerhalb des Bremskolbens 6 im Falle einer Drehbewegung der Spindel 4 axial nach vorne in Richtung auf die Bremsscheibe zu bzw. bei einer entgegengesetzten Drehbewegung der Spindel 4 axial nach hinten bis zum Erreichen eines Anschlags 11 bewegen. Um eine gewünschte Soll-Klemmkraft zu erzeugen, beaufschlagt das Spindelbauteil 5 die innere Stirnseite des Bremskolbens 6, so dass der axial in der Feststellbremse 1 verschieblich gelagerte Bremskolben 6 mit dem Bremsbelag 7 gegen die zugewandte Stirnfläche der Bremsscheibe 10 gedrückt wird.
Auf den Bremskolben kann außerdem der hydraulische Druck der regulären, hydraulischen Fahrzeugbremse wirken, mit der das Fahrzeug während der Fahrt abgebremst wird. Der hydraulische Druck kann auch im Fahrzeugstillstand bei Betätigung der Feststellbremse unterstützend wirksam sein, so dass sich die Gesamt-Klemmkraft aus dem elektromotorisch gestellten Anteil und dem hydraulischen Anteil zusammensetzt.
2 zeigt ein Schaltbild zur Ansteuerung der elektrischen Gleichstrom-Bremsmotoren 28 und 29, die Teil der Feststellbremse sind und den Aufbau gemäß 1 aufweisen. Die beiden Bremsmotoren befinden sich am linken und rechten Rad der Hinterachse eines Fahrzeugs und werden über eine Steuerungseinrichtung 20 angesteuert, um den Zuspannvorgang bzw. Lösevorgang auszuführen.
Die Steuerungseinrichtung 20 umfasst eine Ansteuerungselektronik 21 mit zwei zusammengeschalteten H-Brücken 23 und 24 sowie eine Treibereinheit 22, über die die Transistoren 30 bis 35 der beiden H-Brücken 23, 24 angesteuert werden.
Jedem Bremsmotor 28, 29 ist eine H-Brücke 23 bzw. 24 zugeordnet, die jedoch so verschaltet sind, dass die H-Brücken einen gemeinsamen, mittleren Halbbrückenzweig 26 aufweisen. Somit ist dem Bremsmotor 28 die erste H-Brücke 23 mit den beiden Halbbrückenzweigen 25 und 26 zugeordnet, zwischen denen der Bremsmotor 28 liegt, und dem zweiten Bremsmotor 29 die zweite H-Brücke 24 mit den Halbbrückenzweigen 26 und 27, zwischen denen der Bremsmotor 29 angeordnet ist. In jedem Halbbrückenzweig 25, 26, 27 befinden sich jeweils zwei Transistoren 30 und 31, 32 und 33 bzw. 34 und 35. Jedem Transistor ist eine Diode zugeordnet.
Die beiden H-Brücken 23, 24 liegen an einer Spannungsversorgungsleitung 36 an, in die ein Verpolschutz 37 integriert ist.
Die Transistoren 30 bis 35 in den H-Brücken 23, 24 werden über die Treibereinheit 22 angesteuert und geschaltet, die als eine B6- bzw. Drehstrom-Brückenschaltung ausgeführt ist und die Einstellung sämtlicher Transistoren ermöglicht. Aufgrund des gemeinsamen Halbbrückenzweigs 26 können die beiden Bremsmotoren 28 und 29 trotz der unabhängigen Ansteuerung jeweils nur in gleicher Drehrichtung betrieben werden. Beispielsweise wird für den Zuspannvorgang über die Treibereinheit 22 für die Vorwärtsrichtung des ersten Bremsmotors 28 der Transistor 30 in dem ersten Halbbrückenzweig 25 und der Transistor 33 in dem zweiten Halbbrückenzweig 26 freigeschaltet. In analoger Weise wird für den Zuspannvorgang des zweiten Bremsmotors 29 von der Treibereinheit 22 auch der Transistor 34 im dritten Halbbrückenzweig 27 freigeschaltet. In der ersten H-Brücke 23 läuft somit während des Zuspannvorgangs der Stromfluss über den Transistor 30, den ersten Bremsmotor 28 und den Transistor 33, in der zweiten H-Brücke 24 dagegen über den Transistor 34, den zweiten Bremsmotor 29 und den Transistor 33. Während des Lösevorgangs wird die Drehrichtung der Bremsmotoren umgekehrt, es werden die Transistoren 31, 32 und 35 freigeschaltet, so dass der Stromfluss in der ersten H-Brücke 23 über den Transistor 32, den ersten Bremsmotor 28 und den Transistor 31 und in der zweiten H-Brücke 24 über den Transistor 32, den zweiten Bremsmotor 29 und den Transistor 35 läuft.
Wie dem Schaltplan gemäß 3 zu entnehmen, bei dem die Steuerungseinrichtung 20 grundsätzlich die gleiche Struktur hat wie im Ausführungsbeispiel gemäß 2, kann die Steuerungseinrichtung mit Messeinrichtungen 38, 39 und 40 zur Strommessung ausgestattet sein. Die Messeinrichtungen 38 bis 40 sind Bestandteil der Treibereinheit 22 bzw. es werden die Signale der Messeinrichtungen in der Treibereinheit 22 ausgewertet. Die Messeinrichtungen 38 bis 40 umfassen jeweils einen Messwiderstand, an dem der Spannungsabfall gemessen wird. Die erste Messeinrichtung 38 ist dem ersten Bremsmotor 28, die zweite Messeinrichtung 39 dem zweiten Bremsmotor 29 zugeordnet, um die betreffenden Motorströme zu ermitteln. Die dritte Messeinrichtung 40 liegt im gemeinsamen Strompfad beider Bremsmotoren und dient zur Plausibilisierung der den jeweiligen Bremsmotoren zugeordneten Messeinrichtungen, indem der in der dritten Messeinrichtung 40 gemessene Strom der Summe der Einzelströme entsprechen muss, die in der ersten und zweiten Messeinrichtung 38 bzw. 39 gemessen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10361042 B3 [0002]

Claims

Feststellbremse in einem Fahrzeug, mit jeweils einer Radbremseinheit an zwei Fahrzeugrädern, wobei jede Radbremseinheit einen elektrischen Gleichstrom-Bremsmotor zum Erzeugen einer das Fahrzeug festsetzenden Klemmkraft aufweist und die elektrischen Bremsmotoren (28, 29) über eine Steuerungseinrichtung (20) ansteuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuerungseinrichtung (20) jedem Bremsmotor (28, 29) eine H-Brücke (23, 24) zugeordnet ist, wobei die H-Brücken (23, 24) der beiden Bremsmotoren (28, 29) zusammengeschaltet sind und einen gemeinsamen Halbbrückenzweig (26) mit zwei Schaltern (32, 33) für die Steuerung beider Bremsmotoren (28, 29) aufweisen.
Feststellbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) eine gemeinsame Treibereinheit (22) zur Ansteuerung der Schalter (30 bis 35) in den H-Brücken (23, 24) aufweist.
Feststellbremse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibereinheit (22) eine B6- bzw. Drehstrom-Brückenschaltung ist.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Messeinrichtungen (38, 39, 40) zur Messung der Motorströme vorgesehen sind.
Feststellbremse nach Anspruch 2 oder 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen (38, 39, 40) in die Treibereinheit (22) integriert sind.
Feststellbremse nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bremsmotor (28, 29) eine Messeinrichtung (38, 39) zugeordnet und zusätzlich eine dritte Messeinrichtung (40) zur redundanten Strommessung vorgesehen ist.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter als Transistoren (30 bis 35), insbesondere als MOSFETs ausgeführt sind.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmotoren (28, 29) bürstenlose Gleichstrommotoren sind.
Feststellbremse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in die Spannungsversorgungsleitung (36) ein Verpolschutz (37) integriert ist.
Steuerungseinrichtung für eine Feststellbremse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.