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Fachhochschule Deggendorf

Fachbereich Elektrotechnik

Die Elektromechanische

Feststellbremse (EMF)

Referat: Fahrzeugelektronik

Anton Ludwik 167622

Abgabedatum: 23.10.2006

Blattzahl (inklusive Deckblatt): 9


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

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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)

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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

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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

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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

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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

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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.

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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.

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