DE19843123A1

DE19843123A1 - Elektrische Bremse mit Haltebremsfunktion

Info

Publication number: DE19843123A1
Application number: DE19843123A
Authority: DE
Inventors: Hans Heckmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-20
Also published as: JP2000102238A; US6460661B1

Abstract

Eine elektrische Bremse mit Haltefunktion, insbesondere für eine elektromechanische Bremse in Kraftfahrzeugen, wird beschrieben. Die Bremse enthält einen elektrischen Motor mit einer Haltebremsfunktion. Zur Generierung der Haltebremsfunktion ist ein elektrischer Motor mit ausgeprägten Stator- (1, 2, 3) und Rotorpolen (A, B) vorgesehen. Der Motor (10) wird mit einem definierten Haltestrom derart beaufschlagt, daß dadurch die Pole (1, 2, 3, A, B) des Motors (10) in eine Rastposition verbracht und dort gehalten werden oder in einer Rastposition gehalten werden. Vorteilhafterweise wird nach Aktivierung der Haltebremsfunktion und nach Erreichen einer Rastposition der dem Motor zum Bremsen zugeführte Strom ganz wesentlich vermindert. Die elektrische Bremse kann gegebenenfalls mit einer Spindel und einem Getriebe auf eine Bremszange wirken, wobei der elektrische Motor die Spindel antreibt bzw. bremst.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektrischen Bremse, insbesondere einer elektromechanischen Bremse für Kraftfahrzeuge, wobei die Bremse durch einen elektrischen Motor realisiert ist und mit einer Haltebremsfunktion ausgestattet ist, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bekannt ist eine elektrische Bremse, insbesondere eine elektromechanische Bremse für Kraftfahrzeuge, die durch einen elektrischen Motor realisiert ist und mit einer Haltebremsfunktion ausgestattet ist. Diese Haltebremsfunktion wird bei bekannten elektromechanischen Bremsen, bei denen der Elektromotor gegebenenfalls über eine Spindel und ein Getriebe, die Bremszange zuspannt, dadurch realisiert, daß eine separate Haltebremse an den Motor angebaut ist. Diese hält den Rotor fest und damit die Spindel, auf die der Elektromotor wirkt. Bei Gleichstrommotoren, wie sie heute hauptsächlich für elektromechanische Bremsen eingesetzt werden, wird die Haltebremse durch eine Reibschlußbremse realisiert, die über eine Elektromagnetkupplung gesteuert wird und auf die Rotorwelle wirkt. Wenn das Motormoment gehalten werden soll, wird die Kupplung geschlossen und der Rotor wird über die Reibungskraft der Bremsbeläge festgehalten.

Ein besonderes Problem bei den bekannten elektromechanischen Bremsen besteht darin, daß der Elektromotor thermisch überlastet wird, wenn der Rotor des Motors in einer Position festgehalten werden soll und dabei ein großer Strom fließt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Bremse längere Zeit betätigt wird, indem beispielsweise der Fahrer eines Kraftfahrzeuges mit seinem Fuß auf der Bremse stehen bleibt. Um diese Gefahr der elektrischen und thermischen Überlastung zu verhindern, wird die genannte separate Haltebremse an den Motor angebaut. Wird der Rotor dieses Motors durch die mechanische Bremse angehalten, kann der Motorstrom abgeschaltet werden. Vor dem Weiterdrehen des Motors wird die Haltebremse gelöst und der Motor kann wieder bestromt werden. In dem vorstehend genannten Beispiel, in welchem die Haltebremse durch eine elektromagnetisch betätigte Reibschlußbremse verwirklicht wird, kann nach der Aktivierung der Haltebremse der Motor stromlos gemacht werden. Wenn sich der Motor wieder drehen soll, wird der Reibschluß über die Kupplung gelöst und der Rotor freigegeben. Dadurch kann in einer Überlappungszeit der Zustand auftreten, daß der Elektromotor bestromt wird, während die Haltebremse noch geschlossen ist. Dies führt zu einem erhöhten Verschleiß der Reibbeläge. In der Regelung führt dies zu einem Dynamikverlust und zu unerwünschten Totzeiten, wenn dieser Überlappungszustand regelungstechnisch verhindert werden soll.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektrische Bremse mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, eine thermische Entlastung des Motors ohne eine zusätzliche Haltebremse zur Verfügung zu stellen. Es gibt keine Totzeiten für die Regelung während des Ansteuerns und des Lösens der Haltebremsfunktion. Weiterhin gibt es keine Überlappung von Motorbestromung und dem Festhalten des Elektromotors durch die Haltebremse. Die Sicherheit wird durch Einsparung von Bauteilen erhöht, die mechanische Antriebskonstruktion ist vereinfacht, es tritt eine Verringerung der Aktuatormasse und eine Verkleinerung des Bauvolumens ein.

Bei der elektrischen Bremse gemäß der Erfindung wird dazu prinzipiell zur Generierung der Haltebremsfunktion ein elektrischer Motor mit ausgeprägten Stator- und Rotorpolen vorgesehen, und der elektrische Motor wird mit einem definierten Haltestrom derart beaufschlagt, daß dadurch die Pole des Motors in eine Rastposition verbracht und dort gehalten werden oder in einer Rastposition gehalten werden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen elektrischen Bremse möglich.

Entsprechend einer besonders zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird, bei Aktivierung der Haltebremsfunktion und nach dem Erreichen einer Rastposition, danach der dem Motor zum Bremsen zugeführte Strom, d. h. der Brems- bzw. Motorstrom, ganz wesentlich vermindert. Damit ist auf jeden Fall sichergestellt, daß der Motor bei aktivierter Haltebremsfunktion thermisch nicht überlastet wird. In vorteilhafter Ausgestaltung dieser Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Haltestrom wesentlich kleiner als der eingeregelte Maximalstrom ist, und zwar insbesondere weniger als 10% desselben.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bremse ist vorgesehen, daß als elektrischer Motor ein Reluktanzmotor oder ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor vorgesehen ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrische Bremse über eine Spindel, und gegebenenfalls ein Getriebe auf eine Bremszange wirkt, wobei der elektrische Motor auf die Spindel arbeitet.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird in einem vorteilhaften Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Bremse, die einen Bremsmotor mit Haltebremsfunktion besitzt, dadurch gelöst, daß bei längerem Anstehen des Bremsstromes die Haltefunktion eingeschaltet wird und der elektrische Motor mit einem definierten Haltestrom derart beaufschlagt wird, daß dadurch die Pole des Motors in eine Rastposition verbracht und dort gehalten werden, oder in einer Rastposition gehalten werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieses Verfahrens ist vorgesehen, daß, bei Aktivierung der Haltebremsfunktion und nach Erreichen einer Rastposition, danach der dem Motor zum Bremsen zugeführte Strom, d. h. der Bremsstrom bzw. der Motorstrom, ganz wesentlich vermindert wird, insbesondere auf den Haltestrom.

Die erfindungsgemäß gestaltete Bremse und das erfindungsgemäße Verfahren wird zweckmäßig verwendet bei einer Anordnung, bei der die Bremse an solchen Spindeln, Achsen oder Rädern eingesetzt ist, auf die keine Feststell- oder Handbremse wirkend vorgesehen sind. Dies ist in einem solchen Betriebsfall von besonderer Bedeutung, bei dem auch mit der Haltebremse die Feststellbremse, allgemein bekannt als Handbremse, realisiert wird, da in einem solchen Fall nicht auf eine separate Haltebremse verzichtet werden kann, brauchen diese jedoch nur an denjenigen Rädern vorgesehen werden, auf welche die Feststellbremse bzw. die Handbremse wirkt, beispielsweise nur an den Hinterrädern. Die anderen Räder brauchen dann keine mechanische Haltebremse, wie dies im Stand der Technik der Fall ist.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch in einem Schnittbild einen Reluktanzmotor mit Rotor- und Statorpolen sowie der an den Statorpolen angebrachten Wicklungen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip wird anhand des dargestellten Schnittbildes eines Reluktanzmotors 10 dargestellt. Dieser Reluktanzmotor 10 weist einen Stator 20 und einen Rotor 30 auf. Der Stator 20 seinerseits enthält drei Polpaare 1, 2 und 3, bei denen sich jeweils die zu einem Polpaar gehörenden Pole 180° gegenüberstehen. Diese Pole sind mit Spulen 4, 5 und 6 versehen. Bei der Spule 1 ist die Wicklung 4 mit Stromflußrichtung eingezeichnet, um darzustellen, daß dann, wenn in dieser in der Fig. 1 dargestellten Stellung, diese Spule 4 um das Polpaar 1 herum bestromt wird, ein Anzugsmoment M entsprechend dem dargestellten Pfeil entsteht. Dieses Anzugsmoment M versetzt den Rotor 30 in eine Rechtsdrehung. Der Rotor 30 ist im dargestellten Beispiel mit zwei Polpaaren A und B versehen, die sich ebenfalls um 180° versetzt gegenüberstehen. Durch fortlaufende Versorgung der Spulen 3 und 2 mit Strom wird auf diese Weise ein Drehfeld erzeugt, mit dem der Rotor 30 rechts herum in Richtung der Pfeile M gedreht wird.

Wird der Motor 10, wie in der gezeichneten Darstellung der Fig. 1, allein in der Spule 2 bestromt, dann entsteht eine Kraft F, die auf das Polpaar B wirkt. In diesem Fall wird kein Drehmoment erzeugt und der Rotor 30 bleibt in dieser Lage stehen. Mit einem verhältnismäßig kleinen Haltestrom in der Spule 2 wird der Rotor 30 in dieser Position gegen Verdrehung geschützt gehalten. Diese Position kann man auch eine ausgerichtete oder "aligned position" nennen und sie entspricht der Haltefunktion bei einem Gleichstrommotor, wenn die Haltebremse geschlossen ist. Der dem Motor als Bremsstrom zugeführte Motorstrom wird nunmehr nach Erreichen einer Rastposition stark reduziert, solange das Rastmoment im Sinne der Haltebremsfunktion erwünscht ist.

Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise eine Eigenschaft des Motors, die an und für sich für den drehenden Motor störend ist, hier aber in eine nutzbringende Funktion umgewandelt und als solche ausgenutzt wird.

Die Größe des einzustellenden Haltestromes hängt vom aktuellen Motormoment, von der gegebenenfalls vorgesehenen Spindel und dem gegebenenfalls vorgesehenen Getriebe und allgemein von der Hysterese im Antrieb ab. Versuche und Abschätzungen haben jedoch gezeigt, daß er kleiner als 10% des eingeregelten Maximalstroms sein kann, um eine wirkungsvolle Haltebremsfunktion zu gewährleisten. Eine derart bedeutende Reduzierung der Verlustleistung führt damit zu der gewünschten thermischen Entlastung des Motors. Man kann somit auf eine mechanische oder elektromechanische separat angebrachte Haltebremse verzichten.

Falls der Motor 10 in einer nicht dargestellten Zwischenposition steht, wenn also kein Statorpol A oder B mit einem der Polpaare 1, 2 oder 3 ausgerichtet ist, und die Haltebremsfunktion aktiviert wird, wird der Rotor 30 in die nächstliegende ausgerichtete Position gefahren. Diese geringfügige Positionsänderung ergibt zwar eine Verstellung der auf die Bremse wirkenden Kraft, die aber aufgrund ihrer Geringfügigkeit und in dem speziellen Betriebszustand, tolerierbar ist. So ergibt sich beispielsweise bei einer Zangenkennlinie von 15 kN/mm eine Kraftänderung von 125 N bei einem Winkel von 30° und einer Spindel von 2 mm sowie einem Getriebe von 20.

Der in Fig. 1 dargestellte Motor hat zwölf stabile Positionen und kann damit alle 30° elektrisch arretiert werden. Die Anzahl der Stellungen hängt von der Anzahl der Pole des Rotors 30 und des Stators 20 ab.

In dem besonderen Betriebsfall, in welchem mit der Haltebremse auch die Feststellbremse, allgemein bekannt als Handbremse, realisiert wird, kann auf eine separate Haltebremse nicht verzichtet werden. Trotzdem verringert sich der Aufwand um 50%, denn die Haltebremse braucht nur dort installiert zu werden, wo die Handbremse wirkt, also beispielsweise nur an den Hinterrädern eines Kraftfahrzeuges.

Die Vorteile der vorstehend beschriebenen elektrischen Bremse, bei der neben dem dargestellten Reluktanzmotor auch ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor verwendet werden kann, liegen in der Ersparnis einer zusätzlichen Haltebremse und der gleichzeitig erreichbaren thermischen Entlastung. Die Haltebremsfunktion wird erreicht durch das Anfahren einer ausgerichteten ("aligned posititon") mit anschließender Stromreduzierung. Es gibt keine Totzeiten für die Regelung durch Ansteuern und Lösen einer separaten Haltebremse. Es gibt keine Überlappung von Motorbestromung und Festhalten des Motors durch eine separate Haltebremse. Die Sicherheit wird durch Einsparung von Bauteilen erhöht, die mechanische Antriebskonstruktion ist vereinfacht, es ergibt sich eine Verringerung der Aktuatormasse und eine Verkleinerung des Bauvolumens.

Claims

1. Elektrische Bremse, insbesondere elektromechanische Bremse für Kraftfahrzeuge, wobei die Bremse durch einen elektrischen Motor realisiert ist und mit einer Haltebremsfunktion ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Generierung der Haltebremsfunktion ein elektrischer Motor (10) mit ausgeprägten Stator- (1, 2, 3) und Rotorpolen (A, B) vorgesehen ist, und der elektrische Motor (10) mit einem definierten Haltestrom derart beaufschlagt wird, daß dadurch die Pole (1, 2, 3, A, B) des Motors (10) in eine Rastposition verbracht und dort gehalten werden oder in einer Rastposition gehalten werden.

2. Elektrische Bremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, bei Aktivierung der Haltebremsfunktion und nach Erreichen einer Rastposition, danach der dem Motor (10) zum Bremsen zugeführte Strom ganz wesentlich vermindert wird.

3. Elektrische Bremse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom wesentlich kleiner als der eingeregelte Maximalstrom ist, insbesondere weniger als 10 W desselben.

4. Elektrische Bremse nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Motor ein Reluktanzmotor (10) oder ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor vorgesehen ist.

5. Elektrische Bremse nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie über eine Spindel, und gegebenenfalls ein Getriebe auf eine Bremszange wirkt, wobei der elektrische Motor auf die Spindel arbeitet.

6. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Bremse, die einen Bremsmotor mit Haltebremsfunktion besitzt, insbesondere einer elektrischen Bremse gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei längerem Anstehen des Bremsstromes die Haltefunktion eingeschaltet wird, und
der elektrische Motor mit einem definierten Haltestrom derart beaufschlagt wird, daß dadurch die Pole des Motors in eine Rastposition verbracht und dort gehalten werden oder in einer Rastposition gehalten werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß, bei Aktivierung der Haltebremsfunktion und nach Erreichen einer Rastposition, danach der dem Motor zum Bremsen zugeführte Strom ganz wesentlich vermindert wird, insbesondere auf den Haltestrom.

8. Anordnung zur Verwendung einer elektrischen Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder dem Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Bremse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie an solchen Spindeln, Achsen oder Rädern eingesetzt ist, auf die keine Feststell- oder Handbremse wirkend vorgesehen sind.