Die Elektromechanische Feststellbremse (EMF)

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1 Fachhochschule Deggendorf Fachbereich Elektrotechnik Die Elektromechanische Feststellbremse (EMF) Referat: Fahrzeugelektronik Anton Ludwik Abgabedatum: Blattzahl (inklusive Deckblatt): 9

2 1. Einleitung 2. Die Technik 2.1 Aufbau des Systems 2.2 Autostopp (Parken/Halten) 2.3 Hillhold (Am Berg anfahren) 2.4 Notbremsfunktion 2.5 Wartung 3. Komponenten 3.1 Elektromagnetische Stelleinheit 3.2 Steuergerät 3.3 Bedien- und Anzeigeelemente 4. Fazit 2

3 1. Einleitung Die elektromechanische Feststellbremse, Sie ging in der jüngsten Generation des BMW 7er erstmals weltweit in Serie, ist eine Handbremse, die komfortabel und leicht über eine Taste in der Instrumententafel bedient wird. Neben dem Feststellen verfügt sie über die Funktionen Autostopp und Hillhold. Im Falle einer Notbremsung via Parkbremse lässt sich das Auto wesentlich effektiver abbremsen als mit einer konventionellen Handbremse, da in diesem Falle der Bremsvorgang über die normale Betriebsbremse erfolgt, unter Zuhilfenahme der ABS-Funktionen des Fahrzeugs. Schalter zum Betätigen der Elektrischen Feststellbremse (Quelle: Manager Magazin) 3

4 2. Die Technik 2.1 Aufbau des Systems Das System einer elektrischen Feststellbremse ist folgendermaßen aufgebaut, als Bdedienelement dient der Parkbremstaster, der sich im Bedienfeld des Fahrers befindet. Dieser ist mit dem Steuergerät verbunden, welche wiederum eine Kombination aus DSC-Hydraulik (Dynamic Stability Control), mit Eingriff auf alle 4 Räder, sowie einer mechanischen Stelleinheit, die über konventionelle Brembowdenzüge auf die Duo-Servo Feststellbremse der Hinterachse wirkt, verbunden ist. Das in die Stelleinheit integrierte Anbausteuergerät ist mit dem Steuergerät der DSC und der Fahrzeugperipherie (Insturmentenanzeigen, Motorsteurung, Getriebe..) über den CAN-Bus verbunden. D.h. alle Bremsvorgänge werden mechanisch durch die Hydraulik unterstützt und man muß als Fahrer keine Kraft aufwenden. Nur bei Ausfall der Systemverfügbarkeit oder unzureichender Energieversorgung, ist eine manuelle Notentriegelung vorgesehen, die über einen direkten Zugriff in die Getriebemechanik ein Lösen der Stelleinheit ermöglicht. 2.2 Autostopp-Funktion Die Neuerungen der Elektronischen Feststellbremse gegenüber den konventionellen Handbremse bestehen vor allem im Zusammenspiel mit dem DSC Hydraulik, der Autostopp-Funktion und der Hillhold-Funktion und dem geringeren Wartungsaufwand. Die Autostopp Funktion hält das Auto, z.b. beim parken, wie die manuelle Feststellbremse, jedoch vollkommen automatisiert. Das heißt wenn man, z.b. auf einen Parkplatz fährt, bremst man das Fahrzeug zuerst mit der normalen Bremse bis zum Stillstand. Steht das Auto, wird dies vom Sensoren erkannt, und die Parkbremse wird elektrisch über die Steuereinheit, bzw. die Stelleinheit betätigt. Will man 4

5 weiterfahren, muss der das Gaspedal betätigt werden, ein Sensor erfasst dies wiederum und gibt die Bremse wieder frei. Diese Funktion ist vor allem auch in städtischen Stopp and Go Verkehr sehr nützlich, wenn man an Ampeln oder Fußgängerüberwegen halten muss. Aus Sicherheitsgründen wird die Autostopp- Funktion beim verlassen des Fahrersitzes, beim öffnen der Motorhaube oder der Kofferraumklappe, in Getriebestellung R und beim Abstellen des Motors selbständig ausgeschaltet, nebenbei wird das Fahrzeug automatisch festgestellt. 2.2 Hillhold-Funktion Ähnlich ist die Funktionsweise bei der so genannten Hillhold-Funktion. Hier wird der Fahrer bei der Berganfahrt unterstützt. Früher musste man Handbremse, Kupplung und Gas zusammen betätigen, um am Berg anfahren zu können. Mit der neuen Parkbremse ist das kein Problem mehr. Ein Neigungssensor erkennt die Situation, und zusätzliche Sensoren an den Reifen erkennen, wann das Fahrzeug abzurutschen droht und zieht die Bremsbacken automatisch zusammen. Sobald der Fahrer wieder Gas gibt, wird die Bremse ohne Zeitverzögerung gelöst. 2.3 Notbremsung per Parkbremse Während Autostopp und Hillhold-Funktion vor allem mehr Komfort bieten, bietet die Notbremsung per Parkbremse mehr Sicherheit für den Fahrer. Stellt man sich folgendes Szenario vor, wären der Fahrt auf der Autobahn fällt ein Gegenstand so ungünstig in den Fußraum des Fahrzeuges, dass er das Bremspedal blockiert. Mit einer normalen, manuellen Handbremse in dieser Situation eine Notbremsung zu machen endet im Normalfall in Schleudern und nicht selten in einem schlimmen Unfall. Da die Bremskraft nicht optimal verteilt wird, da keine Elektronischen Helfer zur Verfügung stehen. Weil die Elektronische Handbremse mit der konventionellen Bremse in Verbindung steht, wird, wenn man eine Notbremsung machen muss, das Auto sicher zum stehen gebracht. Die Elektronik verwendet hierzu den ABS- Assistenten, der die optimale Bremskraftverteilung berechnet, die dann von der Hydraulik auf die 4 Räder verteilt wird. Es wird also nicht nur über die Bowdenzüge, bzw. die Duo-Servobremse gebremst. Jedoch muss aus Sicherheitsgründen der Schalter für die Dauer des Bremsvorgangs betätigt werden. Nach loslassen wird der Bremsdruck sofort wieder abgebaut, außer es wird bis zum Stillstand gebremst, dann wird das Auto automatisch festgestellt. 2.4 Festellen Wären dem normalen Feststellen mit der Parkbremse, wird ständig durch einen Software-Algorithmus errechnet, welche Soll-Stellkraft vom Antrieb aufgebracht werden muss. Der Antrieb verfügt dazu über ein inkrementelles Sensorsystem. In das Bürstenelement sind zwei Hall-IC s zur Drehzahl- und Positionserfassung integriert. Durch Einmessen der Motordrehzahl unter Berücksichtigung der momentanen Betriebsbedingungen(Motorspannung, Temperatur) und Einbeziehung der im Fertigungsprozess im Steuergerät abgelegten individuellen Motor-Charakteristik kann die am Antrieb anliegende Stellkraft berechnet werden. Systemänderungen durch Verschleiß z.b. werden automatisch berücksichtigt. Während laufendem Motor werden 5

6 alle statischen und dynamischen Feststellbremsvorgänge mit Hilfe der DSC und der Hydraulik umgesetzt. Es ist während der hydraulischen Haltephase ist eine Stillstandsüberwachung aktiv, die beim Erkennen einer geringfügigen Fahrzeugbewegung, welche über Sensoren, z.b. in den Reifen, überprüft wird, aktiv Druck nachfördert. Wird der Wagen an einem Hang abgestellt, baut die Bremse nur so viel den Druck auf, um den Wagen im Stand zu halten. Will man nun etwas zuladen, erhöht sich die Hangabtriebskraft und somit die Kraft auf die Bremsen. Das wird von den Sensoren erkannt und sie bauen mehr Druck auf, um den Wagen zu halten. 2.5 Wartung Zum Thema Verschleiß kann man sagen, das die elektronische Parkbremse einen geringeren Verschleiß aufweist, als die herkömmliche Handbremse. Das liegt zum einen daran, dass das Bremssystem stets nur soviel Bremskraft einsetzt, wie auch tatsächlich benötigt wird um das Auto zu halten, als auch daran, dass die Bremse elektronisch gesteuert wird und damit eine Vergessene Handbremse der Vergangenheit angehört. Zudem löst sie sich immer im Idealen Augenblick, so dass man beim anfahren nicht die Bremskraft zusätzlich überwinden muss. Beim anfahren am Berg musste man die Kupplung etwas schleifen lassen Gas geben und die Handbremse langsam los lassen, dabei war nicht immer sichergestellt das man die Handbremse im Richtigen Zeitpunkt und in der Richtigen Dosierung los ließ. Zum Erneuern der Bremsbeläge kommt die manuelle Entriegelung zum Einsatz. 3. Komponenten 3.1 Elektromagnetische Stelleinheit... Für die elektrische Parkbremse stehen zwei Versionen zur Verfügung: 2-Seil-Zieher und 1-Seil-Zieher. Die Systeme unterscheiden sich darin, an welcher Stelle die 6

7 Bowden-Züge angebracht werden, so dass für alle Installationssituationen passende Lösungen angeboten werden können. Für den Typ 2-Seil-Zieher werden die Züge in einem Winkel von 180 Grad angebracht. Die zurzeit verwendete Technologie arbeitet nach dem 1-Seil-Zieher-Prinzip (Conduit Prinzip). Parallel dazu sind wir dabei, die zweite Generation des Typs 2-Seil-Zieher zur Markteinführung im Jahr 2007 zu entwickeln. Der Vorteil dieses Systems liegt in der Skalierbarkeit. Daher können für den Massenmarkt nur die Grundfunktionen verwendet werden; für das obere Fahrzeugsegment können zusätzliche Komfortfunktionen realisiert werden.... (Quelle:Siemens VDO) In Bild 3 sieht man den Aufbau der Elektromechanischen Stelleinheit. Sie wirkt über die Bowdenzüge auf die Duo-Servobremsen der Hinterachse. Das Kernstück bildet ein stabiles Gehäuse aus Aluminium- Druckguss. Es dient zur Aufnahme des Antriebsmotors, des Anbausteuergerätes, der Getriebebauteile und der Kraftübertragungselemente auf die Seile der Bowdenzüge. Der Waagebalken dient dem Ausgleich der Längentoleranzen und zur gleichmäßigen Aufteilung der Spindelkraft auf die linke und rechte Seite. Die aufgebrachte Stellkraft wird nach Erreichen des Sollwertes durch ein in das Getriebegehäuse integriertes Schlingfederelement, rein mechanisch, gehalten. 3.2 Steuergerät Es kommt ein Anbausteuergerät zum Einsatz, das sowohl die Steuerelektronik als auch die Schaltung der Leistungselektronik für den Antrieb enthält. Auf der Platine 7

8 sind Hallgeber zur Drehrichtungs-, Positions- und Drehzahlerfassung integriert. Der Motor wird mit einer H-Brücke aus diskreten P-MOSFET angesteuert. Außerdem stellt ein CAN-Treiber die Verbindung zum CAN des Fahrzeugs her. Durch die Flashbarkeit der Hardware können nach Auslieferung an den Kunden auch Updates und Funktionserweiterungen eingespielt werden, ohne die Hardware zu wechseln. Die Prozessorfunktion wird durch einen Watchdog erfasst und kontrolliert. Das Steuergerät muss bei einer Tasterbetätigung aus dem Sleep- Modus aufweckbar sein. Über den Wake Up Ausgang wird darauf hin das gesamte Fahrzeug - CAN geweckt. Dabei ist immer auf Redundanz geachtet, um ein großes Maß an Sicherheit bereitzustellen. In das Steuergerät ist eine Eigendiagnose integriert, welche erkannte Fehler auf ein EE-PROM ablegt. Durch dieses EE-PROM ist die Software in der Lage, Betriebsdaten unabhängig von der Spannungsversorgung nichtflüchtig abzulegen. Darüber hinaus können fahrzeugspezifische Daten oder Funktionsumfänge und Parameter durch Codierung flexibel festgelegt werden. Außerdem können in Verbindung mit einem Werkstattdiagnoserechner über die CAN-Schnittstelle die Daten analysiert und parametrisiert werden. 8

9 3.3 Bedien und Anzeigeelemente Hierbei wurde bei der Entwicklung vor allem auf Logik, Transparenz und Sicherheit geachtet. Durch die raumsparende Betätigungseinheit ergibt sich die Möglichkeit einer ergonomisch günstigen Anordnung. Außerdem kann die Bremsfunktion auf eine individuell programmierbare Taste eines Multifunktionslenkrades gelegt werden. Was die Sicherheit im Straßenverkehr zusätzlich erhöht. Die Bedienung der Prakbremse durchläuft in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugmotors mehrere Ebenen. Im Ruhezustand und in der manuellen Ebene bei eingeschalteter Zündung übernimmt die elektromechanische Stelleinheit die Feststellfunktion. Bei eingestecktem Zündschlüssel ist jederzeit durch Tasterbetätigung ein Anziehen und Lösen der Feststellbremse möglich. Bei Abgezogenem Zündschlüssel ist nur das Feststellen möglich, das Lösen wird aus Gründen der Sicherheit unterbunden. Ab Motorstart kommt die DSC-Hydraulik zum Einsatz. Diese Übergänge laufen automatisch ohne jedes Zutun des Fahrers ab. 3. Fazit Die Entwicklung neuer Hilfstechnologien unterstützt den Fahrer in schwierigen Verkehrssituationen, und tragen somit zur Verkehrssicherheit bei, zudem bieten sie dem Fahrer mehr Komfort. Jedoch sollte man nicht vergessen, dass darunter die Autobatterie zu leiden hat, welche eigentlich nur zum Starten des Autos gedacht war, und durch die vielen Features, die ein modernes Auto heutzutage mit sich bringt, schon sehr bald an Ihre Leistungsgrenze gelangt sein wird. 9