用于操作电操作的摩擦制动器的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于操作电操作的、由电机驱动的摩擦制动器的方法，在其中对于制动过程为实现摩擦制动器的预规定的设定制动效果使制动衬片压紧到摩擦面上、即通过移动到与设定制动效果对应的摩擦制动器(1)的设定位置。
【背景技术】
[0002]摩擦制动器为了制动产生预规定的制动力矩、或类似地制动压紧力、概括来说特定的制动效果。基于已知的制动操作的力-行程特性可将希望的制动力矩或制动压紧力配置给操作行程、如操作角度，其必须被经过以便实现所希望的制动效果。由于制动力矩等于摩擦力乘以摩擦半径并且摩擦力等于制动压紧力乘以摩擦系数，因此每个值可被理解为制动效果。
[0003]电操作的摩擦制动器使用电机来操作摩擦制动器。电机一一可能通过中间传动机构或传递部件、如凸轮、偏心轮、杠杆、棒、楔形件、滚珠斜面的扭转、螺钉、螺纹中的滚动体(如滚珠丝杠)、液体、气体等一一在此驱动压紧装置，该压紧装置经过操作行程，以便将制动衬片压紧到摩擦面上。
[0004]如果电操作的摩擦制动器在电力故障时出于安全原因必须自动制动，则常常为此设置辅助能源、如张紧的弹簧、压力介质等形式，以便辅助操作摩擦制动器。这在机器中、如起重机、升降机等或在铁道制动时是特别必要的。
[0005]为了调节摩擦制动器，须调节制动效果(制动力矩、制动力、制动压紧力)或等效地调节操作行程，这在电子控制的摩擦制动器中通常借助制动控制单元、如PID控制器来进行。为此到目前为止例如以某种方式确定或估算制动压紧力。有时也将应变计安装到制动钳上，以便确定机械变形并且由此推导出压紧力。这种应变计连同其所需的处理放大器是昂贵且敏感的并且极大提高了制动器价格。相反，在液压或电液制动器中可简单地测得制动压力，用以极精确地推导出压紧力，因此在这种制动器中可通过制动效果简单地进行调节。在电操作的摩擦制动器中一一在其中电机通过压紧装置的传递元件、如杠杆、偏心轮、凸轮、绳索、螺杆、液体、气体等压紧制动衬片、如W02010/133463 A1中所述的明显类似于压力测量可测量电机中的电流，因为电流也决定力。也就是说，在理论上可与压力测量一样好地通过测量电机电流来测量制动压紧力。
[0006]但在实践中，电流测量仅有条件地适用于控制电操作的摩擦制动器。电机具有状态相关的(如受摩擦、温度等影响)静态电流，该静态电流干扰小电流测量并导致不准确性。压紧装置的传递元件具有或多或少不良的并且尤其是非恒定的效率，也就是说，在较差的传递效率下制动衬片上的制动压紧力与由电流测量决定的进入传递元件的输入力的关联并不简单。可存在非线性甚至非单义的状态，在其中由输入力推导出的制动压紧力是错误或多义的。例如在偏心轮操作的制动器中(如WO 2010/133463A 1)可存在双义性，因为基于偏心轮的几何形状输入力一开始随着制动压紧力上升，但当偏心轮接近制动盘附近的死点时，输入力通过摩擦制动器中的自增强效果或通过适合的几何结构设计下降。也就是说，对于一个输入力可存在两个制动压紧力。因此在由电流测量确定的输入力和所引起的制动效果之间不存在单一关系，而这对于基于输入力的制动效果调节是不利的。当摩擦制动器、例如通过变化的传动比、恒定电流等被设计为在操作行程上电机转矩基本恒定时，则电流测量也产生恒定的输入力并且因此完全无用。其它不利因素是惯性矩和电机控制本身。当电流用于克服电机惯性矩时，该电流不能提供关于制动压紧力的信息。电机控制用于调节特定位置，这通常借助PWM(脉宽调制)控制进行。在此产生电流脉冲，但不是可测量的连续电流。电流测量的另一问题在于，决定、例如已达到特定制动压紧力的决定与单次电流测量有关，这很容易出错。即使是简单的事情也加大了电流测量的难度。例如当缓慢到达一个状态时，电机功率和因此电流消耗较低，因此在确定制动压紧力时也要考虑速度。所有这些导致，基于电机中简单的电流测控制量摩擦制动器是很难的并且因此是不利的。
[0007]通过操作行程控制摩擦制动器虽然更加简单，但却更不可靠，因为不能可靠地推导出是否达到所需的制动效果。例如在此未考虑制动衬片磨损或摩擦制动器在不同温度下变化的刚性的影响并且不能确保在到达预规定的设定位置时是否也实际实现了所追求的制动效果。
[0008]DE 102011004772 A1公开了一种用于在车辆中调节由驻车制动器施加的夹紧力的方法，在其中用于产生夹紧力的张紧过程进行直至在此产生的机械夹紧工作达到一个阈值。估算操作能量并且张紧进行直至达到阈值。这是简单、却不精确的制动操作，其对于驻车制动器是足够的，但对于尤其是车辆中的行车制动器无疑是不适合的，因为在此重要的是精确且快速地达到设定制动效果。意外过调会导致不希望且危险的车轮抱死并且意外控制不足会导致不能达到所需的制动效果。
【发明内容】
[0009]因此，本发明的任务在于提供一种用于操作电操作的摩擦制动器的方法，借助该方法可有针对性地在特定工作点中影响摩擦制动器的制动效果，以便可靠且简单地调节或控制所需的摩擦制动器制动效果的实现。
[0010]根据本发明该任务通过下述方式来解决:为制动过程确定电机的操作能量并且将所确定的操作能量确定为摩擦制动器的预规定的设定位置中的实际操作能量并且针对设定位置或设定制动效果由已知的关于摩擦制动器的数据确定设定操作能量并且通过操作摩擦制动器补偿实际操作能量与设定操作能量之间的偏差。通过使用操作能量估算在摩擦制动器从初始状态(例如松开状态)变化为摩擦制动器的最终状态(如全制动)期间施加到摩擦制动器中的能量。对于能量而言在何行程上以及何时间中到达最终状态并不重要，因此能量代表最终状态，与如何到达该状态无关。求和(或积分)来确定操作能量相对于单次测量误差较稳定，因为使用大量单值，其可求平均值，这也使得该方法相对于任何干扰都非常稳定。通过这种方式可简单地避开电流测量的问题。另外，操作能量的确定可简单且低成本地实现并且有一系列可能性来确定电机的操作能量，这提高了方法实施的灵活性。因此能实现电操作摩擦制动器的简单且可靠的操作控制。
[0011]通过确定实际用于操作的操作能量作为用于设定位置或设定制动效果的实际操作能量并且通过与已知的、预计的设定操作能量进行比较，可简单地确定任何偏差并且通过操作摩擦制动器来补偿。因此在制动过程结束时可以简单的方式检查是否实际上已基于到达设定位置实现预规定的设定制动效果并且校正任何所确定的偏差。
[0012]有利的是，可在制动过程结束时为了补偿实际操作能量与设定操作能量之间的偏差操作摩擦制动器，以便实现设定制动效果。因此可选地可通过操作能量校正任何制动过程。
[0013]可有利地通过改变设定位置来改变偏差以进行校正。同样有利的是，由实际操作能量和设定操作能量确定实际制动效果和设定制动效果并且补偿实际制动效果和设定制动效果之间的偏差。由此可以以简单的方式校正地干预当前制动过程。
[0014]有利的是，也可在制动过程结束时操作摩擦制动器的磨损调节器，以便根据实际操作能量和设定操作能量之间的偏差改变气隙。由此无需在每个制动过程中进行干预，而是可通过调整磨损调节器来补偿任何偏差。由此简化了制动过程的控制。
[0015]对此也可在制动过程后的一定时间后才操作摩擦制动器的磨损调节器，以便根据实际操作能量和设定操作能量之间的偏差改变气隙。这允许观察偏差的随着时间的进程并且当在一定时间上观察到偏差时才进行干预。通过这种方式能避免可能的测量误差或基于制动过程的不准确性。为此优选求该时间段内出现的偏差的平均值。
[0016]为了达到设定位置或设定制动效果也可规定，为制动过程在达到设定位置或设定制动效果之前由已知的电机的电机制动力矩和操作能量确定摩擦制动器的能量吸收能力，并且在