用于补充夹紧机电式制动器的方法以及机电式制动器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于补充夹紧机电式制动器的方法，所述机电式制动器具有由电动机驱动的执行器，所述执行器为了实现驻车制动功能在力提高时使制动元件压在制动体上，其中，为了补充夹紧，实施多个在时间上彼此相继的力提高，所述方法应尽可能有效且可靠地进行补充夹紧过程。为此，所述制动器的夹紧力一低于预给定的夹紧力最小给定值，就分别实施所述力提高，其中，这样实施各个力提高，使得预给定的最大夹紧力不被超过，其中，基于所述制动体的起始温度和所述制动体的所预料的最终温度确定可预料的总夹紧力损失，其中，这样选择最后的力提高的时刻，使得在该时刻由到目前为止的力提高、所述最后的力提高和仍可预料的夹紧力损失构成的总和超过所述可预料的总夹紧力损失。
【专利说明】用于补充夹紧机电式制动器的方法以及机电式制动器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于补充夹紧(Nachspannen)机电式制动器的方法，所述机电式制动器具有由电动机驱动的执行器，所述执行器为了实现驻车制动功能在力提高(Krafthub)时使制动元件压在制动体上，其中，为了补充夹紧，实施多个在时间上彼此相继的力提高。此外，本发明涉及相应的机电式制动器。
【背景技术】
[0002]在机电式制动器(EMB)或者说可机电操作的制动器中，相应的车轮纯电动地通过电动运行的执行器来制动。通常，这种制动器构造成盘式制动器，其中，在制动过程中由电动机通过由其驱动的丝杠传动装置使制动活塞压在制动盘上。这种制动器通常由控制和调节单元控制，并且通常分别在制动钳上包括自己的电子装置，以便调节依车轮而定的制动力。EMB可在线控制动系统中使用，在所述线控制动系统中，纯电动地制动四个车轮任意之一。另外，所述EMB可在所谓的组合式制动系统中使用，在所述组合式制动系统中例如液压地制动前桥上的车轮并且电动地制动后桥上的车轮。对EMB的另一个要求是在一定程度上模拟传统车辆中的手刹的驻车制动功能。
[0003]这种驻车制动功能以及常规或者说行车制动功能基于电子要求通过另外的电子装置或者说在软件上实现的程序来提供。对于驻车制动功能在此存在法定要求:在允许的范围内全负荷的车辆必须在20%斜坡上停住而不溜车。在实际中在此存在要求:以热的制动盘停车的车辆相应可靠地停住。即如果在制动盘热着时在制动衬与制动盘之间调节确定的夹紧力，则该值随着冷却而减小，由此可造成车辆溜车。
[0004]出于此原因，或者必须通过通常具有缺点的结构措施限制可能的力损失，或者电子控制装置必须以合适的方式保证所需的夹紧力在制动盘冷却时也得到保证，例如其方式是在确定的时间间隔内使制动盘上的夹紧力通过补充夹紧又由低的水平达到较高的水平。在结构上可通过制动钳的较小的刚度实现在冷却期间力下降的减小，但这在操作行车制动器时可导致可察觉出较差的特性。
[0005]夹紧力在此应始终处于保证车辆可靠停住的范围内。参与这种补充夹紧过程的控制器必须在该时间期间继续通电，以便避免不期望的力损失。相应的控制器仍工作的这种时间段应尽可能短，以便节省能量以及保持故障风险尽可能小。但所述时间段必须足够长，以便可通过充分分配补充夹紧过程来保证在控制器去激活时以及在制动盘完全冷却时使车辆在保险状态中停车。在确定的时间间隔内提闻制动器的夹紧力的公知系统中，补充夹紧的时间段必须选择得非常长，以便保证在最后的补充夹紧过程之后在制动盘冷却时存在的夹紧力足以使车辆停住。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的在于，尽可能有效且可靠地进行补充夹紧过程。
[0007]关于所述方法，根据本发明，所述目的这样来实现:制动器的夹紧力一低于预给定的夹紧力最小给定值，就分别实施力提高，其中，这样实施各个力提高，使得预给定的最大夹紧力不被超过，其中，基于制动体的起始温度和制动体的可预料的最终温度确定可预料的总夹紧力损失，其中，这样选择最后的力提高的时刻，使得在该时刻由到目前为止的力提高、最后的力提高和仍可预料的夹紧力损失构成的总和超过可预料的总夹紧力损失。
[0008]本发明的有利构型是从属权利要求的主题。
[0009]本发明的出发点在于这样的构思:对于尽可能有效且时间上尽可能短地持续的跟踪策略对于EMB而言需要关于总体可预料的夹紧力损失的了解或者说估算。如果所述可预料的总夹紧力损失首先就已知，则由此可计算在跟踪策略或者说补充夹紧过程期间所需的力提闻的总和。
[0010]如现在已知的那样，制动盘上的夹紧力损失和制动体或者说制动盘的温度降低处于近似线性的关系。但在冷却期间温度变化曲线本身不可作为用于补充夹紧的判断值来使用，因为所述温度变化曲线与不可预知的环境条件如风和雨相关。即，视环境条件而定，制动盘可或快或慢地冷却，由此，很难预报冷却时间。
[0011]但可基于例如可由盘温度模型提供的制动盘温度在冷却过程期间计算可预料的(总)夹紧力损失。即，如果首先已知在例如汽车停车时制动盘起始温度和可预料的制动盘最终温度，则可借助于合适的参数化来计算可预料的总夹紧力损失。在这种构思中，最终的冷却时间于是不再重要。作为制动器上的最终温度典型地是环境温度，所述环境温度在车辆中例如作为“外部温度”来提供。夹紧力损失的计算在停车过程开始时一次进行。
[0012]当假设在制动盘温度或者说温度差与夹紧力损失之间没有线性关系，而是盘温度模型包含另外的函数关系时，所述方案也起作用。在此重要的是，可以以此方式确定总夹紧力损失。全部补充夹紧过程或者说相对应的力提高的总和于是必须补偿整个力损失，由此，在冷却阶段结束时又达到最初调节的可靠的力水平。对于在时间上的冷却变化曲线，即对于作为时间函数的温度发展，在第一次接近时可采用指数函数。所述指数函数在数学方面虽然渐进地接近其最终值，但绝不达到其最终值。
[0013]但如果将跟踪策略基于所述时间上的温度变化曲线，则这意味着，参与的控制器的跟踪阶段不能持续无限长时间，这当然决不会行得通。因为如上所述对于车辆的可靠停车而言制动盘的冷却的时间变化曲线甚至也不是重要的，而是总夹紧力损失，所以对于可靠停车仅须保证较高的力水平的夹紧力足够大于至少用于避免车辆溜车的夹紧力。这种安全缓冲可用于补偿夹紧力损失的在时间上最后的部分。由此在临近冷却阶段结束时达到最小夹紧力的力水平并且在最终的时间内完成最后的补充夹紧过程。
[0014]如果对于跟踪策略基于制动盘的冷却的时间变化曲线，则所需的补充夹紧过程的时刻由于上述环境影响只是难于求得。即需要对于对应的补充夹紧过程决定性的其它判据。在此有利的是，识别制动器的瞬时夹紧力。在此监测制动盘的夹紧力并且总是当确定的最小力值或者说夹紧力最小给定值被低于时才补充夹紧。在此，补充夹紧过程使夹紧力提闻到较闻的力水平。
[0015]这种力提高的最大值和在此待最大调节的夹紧力与制动器的设计相关并且是系统恒量，其通过结构上的决定条件限制。一方面，尽可能高的力提高是值得期望的，以便用于补充夹紧停车的车辆的制动器的力提高的最大数量保持尽可能小。另一方面，过强地调节的夹紧力也可导致材料受损。[0016]因为总夹紧力损失已计算并且现在已知，所以最后的力提高的时刻于是这样选择，使得在该时刻，由到目如为止的力提闻、最后待完成的力提闻和从该时刻起仍可预料的夹紧力损失构成的总和超过可预料的总夹紧力损失。换言之，已经作出的力提高的总和在该时刻相应于所预料的总力损失减去一个力提高的力。在此仍可将安全缓冲纳入计划，由此，这样选择最后的力提高，使得在结束时出现的夹紧力比停住机动车最小所需的夹紧力大所述安全缓冲的值。
[0017]在所述方法的一个优选实施形式中，最后的力提高的时刻选择得尽可能早。即，最后的力提高一足以这样补偿仍可预料的夹紧力损失，使得在结束时出现的夹紧力足够大并且同时在该力提高时出现的夹紧力小于最大夹紧力，就实施所述最后的力提高。通过确定了总夹紧力损失，在补充夹紧的任意时刻也已知仍保留的夹紧力损失，因为所述夹紧力损失简单地由总夹紧力损失减去到目前为止的力提高的数值而得到。因此，以此方式可确定必须完成最后的力提高的尽可能早的时刻。选择在时间上尽可能早的时刻允许尽可能早地关断控制器，由此，不必施加比整个补充夹紧过程所需的能量多的能量。
[0018]有利地这样选择最后的力提高的时刻，使得夹紧力的梯度在取值上低于预给定的梯度给定值。夹紧力的梯度在一定程度上表示夹紧力减低的速率。梯度越小，每时间单位夹紧力损失越小。通过将最后的力提高的时刻与夹紧力的在取值上的梯度不超过预给定的梯度给定值的这一条件相结合而保证，夹紧力损失的时间变化保持在一定的值以下并且由此夹紧力仅仍足够慢地变化或降低。
[0019]在所述方法的另一个优选实施形式中，最后的补充夹紧的时刻选择在最迟当第一力提闻与最后的力提闻之间的最大时间间隔被超过时。最大时间间隔也可定义在驻车制动器的闭锁或者说车辆的停车与最后的力提高之间。通过定义最大时间而保证不必给控制器过长地供电并且产生能量供应过弱以致不可执行最后的力提高的危险。最大时间允许不保证足够的夹紧力。因此，最大时间必须足够地包含安全缓冲并且通过系列试验来检验。但最大时间保证参与的控制器关断并且车辆电池不完全放电。最大时间可根据温度来实施。
[0020]制动器的瞬时夹紧力的确定可以以不同方式来进行。例如所述瞬时夹紧力可通过力传感器来求得，所述力传感器直接测量由制动活塞或者说制动衬施加在制动盘上的力。间接的但不太健壮且不太可靠的用于确定当前或者说瞬时夹紧力的方式可通过测量电动机的电机电流来执行，所述电动机驱动执行器。
[0021]制动体或者说制动盘的温度确定有利地借助于温度模型、尤其是基于制动体的夹紧力损失来进行。制动盘或者说制动体的温度与力损失相关联，所述力损失大致可在驻车制动器闭锁之后的第一分钟内测量。以此方式可确认盘温度。作为替换方案或与此组合，当期望或要求冗余时，也可直接测量制动盘温度。
[0022]典型的盘温度模型在冷却期间具有指数变化曲线，在所述指数变化曲线中，在制动器与环境空气之间的温度差高时计算相应高的温度下降。近似方程如下:
[0023]T(t) =Tend+[(Tanf-Tend) * (e-0^))]
[0024]在通过制动加热时，温度升高与夹紧力、制动衬的摩擦系数、车辆速度以及其它等等相关。
[0025]关于机电式制动器，上述目的通过具有用于执行上述方法的装置的控制和调节单元来实现。所述装置优选包括在硬件和/或软件方面实现的程序。这些程序例如可在已经存在的控制器中实现。作为对此的替换方案，也可设置分开的控制和调节单元，相应的方案或者说方法步骤在硬件和/或软件方面在所述控制和调节单元中实现。
[0026]本发明的优点尤其是在于，通过借助于制动体的起始和最终温度确定可预料的总夹紧力损失而不需要关于制动体的实际冷却过程的信息，而是最后的力提高的时刻仅与到目前为止的力提高和仍可预料的夹紧力损失的总和相关。如果最后的力提高的所述时刻选择得尽可能早，则控制器必须工作的持续时间保持尽可能少。
[0027]通过借助于温度模型、尤其是借助于制动体的夹紧力损失确定制动体的温度，可取消温度传感器或者说在存在温度传感器时可提供冗余。对于所述方法也不必需要测量或者说求得绝对温度，而是仅测量或者说求得起始温度与最终温度之间的温度差。
[0028]机电式制动器具有控制和调节单元，所述控制和调节单元具有用于执行上述方法的装置，所述机电式制动器允许节省能量地、尽管如此可靠地使相应车辆停车。为了执行所述方法，可一起使用用于其它调节过程的电子部件，例如其方式是作为软件方案实现所述方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]借助于附图详细描述本发明的实施例。极其示意性的附图表示:
[0030]图1示出用于补充夹紧机电式制动器的方法的优选实施形式的流程图，以及
[0031]图2示出在借助于图1中所示方法进行示例性补充夹紧过程期间制动器的夹紧力的时间变化曲线。
【具体实施方式】
[0032]图1中示出了根据本发明的方法的优选实施形式的流程图。在开始2，使车辆停车并且激活驻车制动功能。在框8中，借助于开始2之后第一分钟之内的夹紧力损失以及制动盘的起始温度Ta和可预料的最终温度Te或差Ta-Te来确定制动器的可预料的总夹紧力损失St。
[0033]总夹紧力损失St的计算也可不是如在此所示仅在该方法开始时而是在另外的方法步骤之间进行，由此，在一定程度上在需要时可补充校正开始获得的值。
[0034]在判断20中检验:是否瞬时存在的力或者说夹紧力F小于夹紧力最小给定值F1(I代表Limit)。如果情况如此，则该方法分支到框26，在该框中执行力提高Ki,通过该力提高使力或者说夹紧力再增大。在此保证，通过力提高调节的夹紧力不超过最大值Smax。由此避免制动器受损。如果夹紧力或力F仍高于夹紧力最小给定值F1，则不实施力提高。在当前实施例中，力提高Ki的最大数值取值为4000N。
[0035]在任意情况下，该方法现在进行到判断32，在该判断中形成到目前为止的力提高、剩余的夹紧力损失Sr和可能的最终的力提高Kf的总和，其中，仅考虑不允许所调节的夹紧力升高超过最大夹紧力值Smax的力提高Kf。如果所述总和小于仍可预料的总夹紧力损失ST，则该方法又分支到检验:是否瞬时的夹紧力小于预给定的夹紧力给定值。如果在判断32中形成的总和更大，则最后的最终的力提高足以保证于是存在的夹紧力在制动盘完全冷却之后足够大以使车辆停住。在此情况下，在框38中执行最终的力提高Kf，并且该方法在停止44中结束。[0036]图2中示出了在执行结合图1描述的方法期间示例性的力变化曲线。在横坐标60上绘制了以秒(s)为单位的时间，在纵坐标66上绘制了以牛顿(N)为单位的夹紧力。曲线72在此分别代表当时存在的夹紧力值。既不应在跟踪阶段或者说补充夹紧过程期间也不应在该过程结束之后被低于的夹紧力最小给定值78在当前例子中大约为19.5kN。
[0037]从时刻t=0s起,制动盘冷却,直到所述制动盘在时刻t=150s达到夹紧力最小给定值78。在该时刻，执行数值为4000N的第一力提高84。由此，力F又到达23500N的高的力水平88，所述高的力水平也在时刻t=0s时存在。高的力水平88相应于待调节的夹紧力的预给定的最大值Smax,该最大值不应被超过，以便避免材料受损。
[0038]制动盘在第一力提高之后继续冷却，由此，夹紧力又变小并且在t大约为460s的时刻又达到夹紧力最小给定值78。出于此原因，现在执行第二力提高90，该第二力提高使夹紧力重新到达高的力水平88。制动盘现在继续冷却。在整个时间期间，可预料的总夹紧力损失St是已知的，由此，在任意时刻也已知仍可预料的夹紧力损失Sr多大。当当前的夹紧力就剩余的夹紧力损失Sr而言没有下降到预给定的水平以下时，精确地执行最后或者说最终的力提高96 (在当前例子中在大约t=850s时)。该水平可在夹紧力最小给定值78处，但优选稍高，由此允许一定的缓冲，所述缓冲补偿一定的不可靠性或各个数值的偏差。与力提闻84和90不同,最终的力提闻96仅取值大约为2000N。在选择最后的力提闻时附加的条件这样得到:通过所述力提高存在的夹紧力F不超过高的力水平88。
[0039]参考标号清单
[0040]2 开始
[0041]8 框
[0042]20 判断
[0043]26 框
[0044]32 判断
[0045]38 框
[0046]44 停止
[0047]60横坐标
[0048]66 纵坐标
[0049]72 曲线
[0050]78夹紧力最小给定值
[0051]84第一力提高
[0052]88高的力水平
[0053]90第二力提高
[0054]96最终的力提高
[0055]F 力
[0056]Kf最终的力提高
[0057]Fl夹紧力最小给定值
[0058]Fr剩余的夹紧力损失
[0059]Ki力提高
[0060]Sr夹紧力损失[0061]St总夹紧力损失
[0062]Ta起始温度
[0063]Te最终温度
【权利要求】
1.一种用于补充夹紧机电式制动器的方法，所述机电式制动器具有由电动机驱动的执行器，所述执行器为了实现驻车制动功能在力提高时使制动元件压在制动体上，其中，为了补充夹紧，实施多个在时间上彼此相继的力提高，其特征在于:所述制动器的夹紧力一低于预给定的夹紧力最小给定值，就分别实施所述力提高，其中，这样实施各个力提高，使得预给定的最大夹紧力不被超过，其中，基于所述制动体的起始温度和所述制动体的所预料的最终温度确定可预料的总夹紧力损失，其中，这样选择最后的力提高的时刻，使得在该时刻由到目前为止的力提高、所述最后的力提高和仍可预料的夹紧力损失构成的总和超过所述可预料的总夹紧力损失。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述最后的力提高的时刻选择得尽可能早。
3.根据权利要求1或2的方法，其中，这样选择所述最后的力提高的时刻，使得夹紧力的梯度低于预给定的梯度给定值。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其中，最后的补充夹紧的时刻选择在最迟当所述第一力提闻与所述最后的力提闻之间的最大时间间隔被超过时。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其中，通过力传感器求得所述夹紧力。
6.根据权利要求1至4之一的方法，其中，基于所述电动机的电机电流求得所述夹紧力。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其中，借助于温度模型、尤其是基于所述制动体的夹紧力损失来确定所述制动体的温度。
8.一种机电式制动器，具有控制和调节单元，所述控制和调节单元具有用于执行根据权利要求1至7之一的方法的装置。
【文档编号】F16D66/00GK103687767SQ201280035062
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年7月16日 优先权日:2011年7月19日
【发明者】W·理查特, C·布埃尔特 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司