Verfahren zum Betätigen eines Blockierstössels, Betätigungseinheit und Fahrzeugbremse

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen eines Blockierstößels, welcher mittels eines Elektromagneten betätigbar ist und in zumindest einer Stellung in eine strukturierte Oberfläche eingreift. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine zugehörige Betätigungseinheit sowie eine zugehörige Fahrzeugbremse.

Bremsen werden häufig in Fahrzeugen verwendet, um diese gezielt zu verzögern. Bislang werden diese in den meisten Fällen hydraulisch betätigt, jedoch ist auch eine elektrische Betätigung möglich und wird voraussichtlich zukünftig stärker verwendet werden. Dementsprechend steigt auch die Anforderung, in derartige elektrisch betriebene Bremsen Parkbremsfunktionalitäten zu integrieren. Hierzu kann beispielsweise ein Blockierstößel verwendet werden, welcher in eine strukturierte Oberfläche eingreifen kann und somit nach einem Zuspannen ein Entsperren einer Bremse verhindern kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Betätigung von Blockierstößeln nicht immer optimal verläuft.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betätigen eines Blockierstößels vorzusehen, welches im Vergleich zu bekannten Ausführungen alternativ oder besser ausgeführt ist. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Betätigungseinheit für eine Fahrzeugbremse zur Ausführung eines solchen Verfahrens sowie eine Fahrzeugbremse mit einer solchen Betätigungseinheit vorzusehen. Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Betätigungseinheit sowie eine Fahrzeugbremse gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betätigen eines Blockierstößels, welcher mittels eines Elektromagneten betätigbar ist und in zumindest einer Stellung in eine

Ersatzblattl strukturierte Oberfläche eingreift. Dadurch verhindert der Blockierstößel eine Drehung der strukturierten Oberfläche in zumindest eine Drehrichtung. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:

Verbringen der strukturierten Oberfläche in eine vorgegebene Orientierung, und dann

Anlegen einer Versorgungsspannung an den Elektromagneten, so dass sich der Blockierstößel in Eingriff mit der strukturierten Oberfläche bewegt, während die strukturierte Oberfläche in der vorgegebenen Orientierung verbleibt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein aktives Verbringen der strukturierten Oberfläche in eine Orientierung erfolgen, in welcher der Blockierstößel besonders problemlos in die strukturierte Oberfläche eingreifen kann. Fehlbetätigungen, welche beispielsweise durch ein Aufsetzen des Blockierstößels auf einen Vorsprung entstehen können, können dadurch vermieden werden.

Der Blockierstößel dient typischerweise dazu, eine Drehung der strukturierten Oberfläche in zumindest einer Drehrichtung zu verhindern. Hierzu greift er in die strukturierte Oberfläche ein und kann dabei beispielsweise in eine Ausnehmung der Oberfläche eingreifen. Die Wirkung kann in nur einer Drehrichtung blockierend sein, oder sie kann auch in beiden Drehrichtungen blockierend sein.

Die strukturierte Oberfläche kann insbesondere auf einer Welle oder auf einem Klinkenrad ausgebildet sein, welches mit einer Welle drehfest verbunden ist. Dadurch kann letztlich eine Drehung der Welle blockiert werden. Die Welle kann beispielsweise zum Betätigen einer Bremse verwendet werden. Hierzu kann die Welle beispielsweise mittels eines Elektromotors angetrieben werden.

Die vorgegebene Orientierung kann beispielsweise in einer Steuerungsvorrichtung eingespeichert sein. Sie kann beispielsweise mittels eines Winkelsensors oder durch Verwendung eines Schrittmotors ansteuerbar sein und/oder überwacht werden. Die Versorgungsspannung kann insbesondere zur Erzeugung eines Magnetfelds führen, welche den Blockierstößel bewegt. Insbesondere kann der Blockierstößel mittels des Elektromagneten in beiden Richtungen bewegbar sein. Er kann insbesondere so gelagert sein, dass er eindimensional bewegbar ist.

Die Orientierung kann insbesondere eine vorgegebene Winkellage sein oder innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Winkellagen liegen. Eine vorgegebene Winkellage kann insbesondere ein bestimmter Wert sein. Ein vorgegebener Bereich von Winkellagen kann Winkel innerhalb des Bereichs umfassen, welche insbesondere für einen zuverlässigen Eingriff des Blockierstößels in die strukturierte Oberfläche vorteilhaft erscheinen. Beispielsweise kann die Orientierung so angefahren werden, dass sie sich innerhalb des vorgegebenen Bereichs befindet.

Die Orientierung der strukturierten Oberfläche oder der Welle kann insbesondere mittels eines Winkellagesensors überwacht werden. Der Winkellagesensor kann gemäß einer möglichen Ausführung mehrere Segmente definieren, innerhalb welcher er Winkellagen unterscheiden kann. Der Winkellagesensor kann dabei gemäß einer Ausführung die Segmente nicht voneinander unterscheiden. Dies entspricht typischen Ausführungen von Winkellagesensoren, welche nur innerhalb eines vorgegebenen Bereichs von Winkeln messen können, jedoch nicht messen können, in welchem Segment sich der tatsächliche Winkel befindet. Beispielsweise können fünf Segmente vorgegeben werden, welche jeweils einen Winkelbereich von 72° abdecken können. Der Winkel kann dann nur innerhalb eines jeweiligen Segments bestimmt werden, beträgt also an einer Ausgangsgröße zwischen 0° und 72°. Der Winkellagesensor kann jedoch nicht feststellen, in welchem Segment sich der tatsächliche Winkel befindet.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung hat die strukturierte Oberfläche entlang eines Umfangs so viele Zähne und/oder Ausnehmungen wie die Anzahl der Segmente multipliziert mit einer natürlichen Zahl. Dadurch kann die strukturierte Oberfläche an die Funktionalität des Winkellagesensors angepasst werden, da es dann beim Verbringen der strukturierten Oberfläche in die vorgegebene Orientierung nicht darauf ankommt, in welchem Segment sich der Winkel befindet. Es genügt eine Messung innerhalb eines jeweiligen Segments.

Gemäß einer Ausführung wird die Welle zum Kalibrieren bei eingreifendem Blockierstößel in blockierter Richtung bis zu einem Anschlag gedreht. Der Winkellagesensor kann dann insbesondere basierend auf diesem Anschlag kalibriert werden. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Kalibrierung des Winkellagesensors, welche insbesondere auch dann verwendet werden kann, wenn keine produktionsbedingte Festlegung eines Winkels der strukturierten Oberfläche relativ zum Winkellagesensor verwendet wird. Das Verfahren zum Kalibrieren kann insbesondere auch regelmäßig wiederholt werden, beispielsweise bei jedem Start eines Kraftfahrzeugs, da grundsätzlich zwischenzeitlich auch Komponenten ausgetauscht werden können.

Insbesondere kann bei der Orientierung der Blockierstößel in eine Ausnehmung der strukturierten Oberfläche eingreifen. Dies ermöglicht es, dass diese Orientierung bewusst angefahren wird, so dass ein möglichst unproblematisches Eingreifen des Blockierstößels erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung verhindert der Blockierstößel im Eingriff eine Drehung nur in einer Drehrichtung. Dadurch kann eine Drehung in der anderen Drehrichtung erfolgen. Diese ist beispielsweise unproblematisch, da sie beispielsweise eine zugespannte Bremse weiter zuspannen würde.

Die strukturierte Oberfläche kann insbesondere vor einem Lösen des Blockierstößels in eine Löseorientierung verbracht werden. Der Blockierstößel kann aus dem Eingriff wegbewegt werden, während die strukturierte Oberfläche in der Löseorientierung verbleibt. Dadurch kann das Lösen erleichtert werden. Das Verbringen der strukturierten Oberfläche in die Löseorientierung kann insbesondere mittels eines Elektromotors erfolgen, welcher die strukturierte Oberfläche bzw. eine Welle, welche damit drehfest verbunden ist, antreibt. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Betätigungseinheit für eine Fahrzeugbremse. Die Betätigungseinheit weist einen Elektromagneten auf. Sie weist eine Welle mit einer strukturierten Oberfläche auf. Sie weist einen Blockierstößel auf, welcher mittels des Elektromagneten betätigbar ist und in zumindest einer Stellung in die strukturierte Oberfläche eingreift, wobei der Blockierstößel eine Drehung der strukturierten Oberfläche in zumindest eine Drehrichtung verhindert. Die Betätigungseinheit weist eine Steuerungsvorrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, ein hierin beschriebenes Verfahren auszuführen. Bezüglich des Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Insbesondere können mit Bezug auf das Verfahren beschriebene Merkmale auch bei der Betätigungseinheit entsprechend angewandt werden, und umgekehrt.

Die Betätigungseinheit kann insbesondere ferner einen Elektromotor zum Antreiben der Welle aufweisen. Dies ermöglicht ein zuverlässiges Antreiben der Welle.

Die Betätigungseinheit kann insbesondere einen Winkellagesensor zum Erfassen einer Orientierung der Welle aufweisen. Auf die oben bereits gegebene Beschreibung bezüglich eines Winkellagesensors sei verwiesen.

Der Winkellagesensor kann insbesondere ein Motorwinkelsensor des Elektromotors sein. Dies ermöglicht eine besonders kompakte und integrierte Ausführung.

Die strukturierte Oberfläche kann beispielsweise direkt auf der Welle aufgebracht sein, oder sie kann auf einem Klinkenrad aufgebracht sein, welches mit der Welle drehfest verbunden ist.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Fahrzeugbremse mit mindestens einer Bremsbacke und mindestens einer Betätigungseinheit wie hierin beschrieben. Bezüglich der Betätigungseinheit kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Die Welle kann insbesondere zur Betätigung der Bremsbacke ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann insbesondere zum Verriegeln einer Parkbremsfunktion zunächst eine gewünschte Sollspannkraft eingeregelt werden. Im nächsten Schritt kann ein Hubmagnet aktiviert werden und damit eine Klinke in Richtung Klinkenrad bewegt werden. Während die Kraft auf die Klinke aufrechterhalten wird, kann das Motordrehmoment abgesenkt werden und ein Drehwinkel und eine Spannkraft können beobachtet werden. Wenn erfolgreich verriegelt wurde, bleiben die Winkelposition und die Spannkraft stehen.

Eine Klinke kann beispielsweise entweder auf eine Lücke in einem Klinkenrad oder einen Zahn des Klinkenrads oder auf einen Bereich dazwischen treffen. Nicht jede dieser Auftreffarten ist dabei optimal.

Die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Verriegelung kann gesteigert werden, wenn das Klinkenrad gezielt so positioniert wird, dass die Klinke bzw. ein Blockierstößel mittig in eine Lücke eingefahren werden kann. Das Klinkenrad kann starr mit einer Motorwelle verbunden werden und weist typischerweise eine bekannte Zähnezahl mit äquidistanter Teilung auf. Weiterhin kann insbesondere ein Motorlagesensor verwendet werden, dessen Periodizität pro mechanischer Umdrehung einen ganzzahligen Teiler der Zähnezahl darstellt. Beispielsweise kann ein Motorlagensensor einen Winkel von 0° bis 360° mechanisch liefern, was einer Periode pro Umdrehung entspricht. Die Zähnezahl kann somit beliebig sein. Liefert der Motorlagesensor beispielsweise einen Winkel von 0° bis 72° mechanisch, so entspricht dies fünf Perioden pro Umdrehung, weshalb es vorteilhaft ist, wenn die Zähnezahl durch fünf teilbar ist.

Dadurch kann insbesondere gewährleistet werden, dass über alle Sensorperioden sich an denselben Stellen jeweils ein Zahn oder eine Lücke eines Klinkenrads befindet.

Zum Abgleich eines Winkel-Offsets zwischen Klinkenrad und Motorlagesensor kann mindestens einmal eine Verriegelungsposition mittels eines Kalibrierverfahrens angefahren werden und die ermittelte Winkelposition in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden.

Aus der Konstruktion kann vorher ermittelt werden, um welchen Winkel das Klinkenrad aus dieser Position weiter in Zuspannrichtung gedreht werden sollte, damit die Klinke die Lücke im Klinkenrad mit gleich verteiltem Freigang trifft. Wenn gewünscht, kann auch der korrigierte Wert abgespeichert werden.

Zur Verriegelung der Spannkraft kann insbesondere folgendermaßen verfahren werden:

Einregeln der Sollspannkraft,

Berechnen der Position der nächsten Lücke in Richtung Zuspannen, Verfahren des Antriebs in Positionsregelung auf die Lückenposition, Einfahren der Klinke in die Lücke des Klinkenrads, Reduktion des Drehmoments, Prüfen, ob stabile Position erreicht.

Zum Lösen der Bremse kann ebenso die Position der Lücke berechnet und diese im Positionsregelmodus angefahren werden. Anschließend kann die Klinke dann herausgefahren werden (beispielsweise aktiv oder durch Federkraft).

Die Position im verriegelten Zustand kann mit der gespeicherten verglichen werden, um Abweichungen zu entdecken, beispielsweise ob ein Zahn abgebrochen ist. Ebenso können die gelernten Werte im Betrieb weiter nachgelernt werden und damit eventueller Verschleiß erkannt oder kompensiert werden.

Insbesondere kann dadurch eine sichere Verriegelung ohne Gefahr des Lösens wegen knapper Überschneidung erreicht werden. Es kann auch eine schnelle Verriegelung erreicht werden, weil die optimale Position angefahren wird. Der Verschleiß kann verringert werden. Ebenso kann die Geräuschentwicklung verringert werden. Die hierin beschriebene Ausführung kann beispielsweise für eine Parksperre, jedoch beispielsweise auch für ein Lenkradschloss oder andere Anwendungen verwendet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:

Fig. 1 : eine Fahrzeugbremse.

Fig. 1 zeigt eine Fahrzeugbremse 5 rein schematisch gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fahrzeugbremse 5 weist eine Bremsscheibe 8 sowie eine Bremsbacke 7 auf, welche auf die Bremsscheibe 8 wirken kann. Dies ist hier rein schematisch dargestellt und kann unterschiedliche Ausführungen annehmen. Zur Betätigung der Bremsbacke 7 weist die Fahrzeugbremse 5 eine Betätigungseinheit 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auf.

Die Betätigungseinheit 10 weist einen Elektromotor 20 mit einem integrierten Winkellagesensor 25 auf. Der Elektromotor 20 ist dazu ausgelegt, eine Welle 30 anzutreiben, auf welcher sich ein Klinkenrad 35 befindet. Die Welle 30 ist dazu ausgebildet, die Bremsbacke 7 linear zu verschieben. Dies kann durch eine geeignete, nicht dargestellte Rotations-Translations-Umsetzung erfolgen.

Auf dem Klinkenrad 35 befindet sich außenseitig eine strukturierte Oberfläche 37. Diese ist in Form von Zähnen oder Vorsprüngen ausgebildet. Benachbart zur strukturierten Oberfläche 37 befindet sich ein Blockierstößel 40, welcher mittels eines Elektromagneten 45 eindimensional betätigbar ist.

Zur Steuerung der Fahrzeugbremse 5 weist diese eine Steuerungsvorrichtung 50 auf. Diese kann sowohl den Elektromotor 20 ansteuern wie auch den Elektromagneten 45 mit Strom versorgen und den Winkellagesensor 25 abfragen. Soll die Fahrzeugbremse 5 eine Parkbremsfunktionalität ausführen, so wird der Elektromotor 20 zunächst so betätigt, dass die Bremsbacke 7 zuspannt und damit eine Drehung der Bremsscheibe 8 verhindert wird. Dann wird der Elektromotor 20 so angesteuert, dass die strukturierte Oberfläche 37 in eine vorgegebene Winkellage verbracht wird. Diese ist so ausgewählt, dass der Blockierstößel 40 in einen geeigneten Zwischenraum zwischen zwei Zähnen eingreift. Während die strukturierte Oberfläche 37 in dieser Orientierung verbleibt, wird der Elektromagnet 45 so betätigt, dass der Blockierstößel 40 ausfährt und in die strukturierte Oberfläche 37 eingreift. Ein Drehen der Welle 30 ist dann zumindest in einer Richtung nicht mehr möglich.

Um die Funktionalität zur Einstellung einer geeigneten Orientierung zu verbessern, weist die strukturierte Oberfläche 37 eine Anzahl von Zähnen auf, welche einem ganzzahligen Vielfachen einer Anzahl von Sektoren des Winkellagesensors 25 entspricht. Beispielsweise kann ein Elektromotor 20 mit fünf Polen verwendet werden, wobei in solchen Fällen typischerweise ein Winkellagesensor 25 verwendet wird, welcher in fünf Segmente unterteilt ist, d.h. nur Ausgangswerte im Bereich von 0° bis 72° ausgibt und die Segmente untereinander nicht unterscheiden kann. In diesem Fall beträgt die Anzahl der Zähne der strukturierten Oberfläche 37 bevorzugt ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl 5, so dass die Einschränkung bei der Messung des Winkels keine Rolle mehr spielt.

Zum Kalibrieren kann der Blockierstößel 40 in Eingriff gebracht werden und der Elektromotor 20 kann so betätigt werden, dass sich die Welle 30 in einer zu blockierenden Richtung so lange dreht, bis sie nicht mehr weiter gedreht werden kann. Der entsprechende Winkel kann mit dem Winkellagesensor 25 gemessen und abgespeichert werden. Dadurch kann sowohl unmittelbar nach einer Herstellung mit Undefinierter Winkelbeziehung wie auch beispielsweise beim Start eines Kraftfahrzeugs, welches grundsätzlich während einer Standzeit einem Komponententausch unterlegen haben kann, eine zuverlässige definierte Winkelbeziehung zwischen strukturierter Oberfläche 37 und der Messfunktionalität des Winkellagesensors 25 hergestellt werden. Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden, soweit dies technisch sinnvoll ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.

Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.

Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.

Bezugszeichenliste

5 Fahrzeugbremse

7 Bremsbacke 8 Bremsscheibe

10 Betätigungseinheit

20 Elektromotor

25 Winkellagesensor

30 Welle 35 Klinkenrad

37 strukturierte Oberfläche

40 Blockierstößel

45 Elektromagnet

50 Steuerungsvorrichtung