用于操纵摩擦制动器的方法和制动控制器与流程

文档序号:21785060发布日期:2020-08-07 20:27阅读:246来源:国知局
用于操纵摩擦制动器的方法和制动控制器与流程

本发明涉及一种用于操纵摩擦制动器的方法,其中,对于制动过程将设置在摩擦制动器的压紧装置上的制动衬片向摩擦制动器的摩擦面推压并且对于制动过程由摩擦制动器的操纵器来驱动所述压紧装置,对于制动过程为了实现摩擦制动器的预定的作用尺度,所述摩擦制动器的制动衬片从起始位置在克服气隙的情况下到达摩擦制动器的摩擦面,并且制动衬片从在制动衬片与摩擦面之间的接触点起向摩擦面推压,其方式为:查明并且通过压紧装置和操纵器调节摩擦制动器的与预定的作用尺度对应的操纵尺度,其中,所述作用尺度是对于制动作用的尺度。此外,本发明涉及一种用于实施所述方法的制动控制器。



背景技术:

摩擦制动器为了制动通过将摩擦衬片向摩擦面推压而产生预定的制动力矩或者类似地产生制动压紧力,通常产生确定的制动作用。通过摩擦制动器的已知的用于制动操纵的位移—力特性,可以使制动作用例如与必须经过的操纵位移(例如操纵角度)相关联,以便引起期望的制动作用。因为制动力矩等于摩擦力乘以已知的摩擦半径并且摩擦力等于制动压紧力乘以已知的摩擦系数,所以可以将这些值中的每个值等效地解释为制动作用。电气操纵的摩擦制动器使用电机来操纵摩擦制动器。在此,电机、也许经由中间传动装置或传递件如凸轮、偏心轮、杆、连杆、楔形件、滚珠坡道的旋转、螺钉、螺纹中的滚动体(例如滚珠丝杆)、液体、气体等来驱动压紧装置,所述压紧装置经过操纵位移,以便将制动衬片向到摩擦面推压,以便实现期望的制动作用。摩擦制动器的示例可以从ep2433025b1或wo2014/139919a1得出。

为了对摩擦制动器进行闭环控制,即,为了按照有序的方式调节所期望的制动作用,要么必须对制动作用(制动力矩、摩擦力、制动压紧力)进行闭环控制、要么等效地对操纵位移进行闭环控制、要么对两者进行闭环控制,这通常在电子闭环控制的摩擦制动器中借助于制动闭环控制单元、例如利用pid闭环控制器进行。

在操纵位移上对摩擦制动器进行闭环控制是简单的,但是对此是不可靠的,因为对此无法可靠地推断出达到所需要的制动作用。在此,例如不考虑制动衬片的磨损的影响或摩擦制动器在不同温度的情况下刚性改变的影响,并且不确保在达到预定的理论位置时也实际上实现所寻求的制动作用。而通过制动作用的闭环控制要求测量或估计当前的制动作用,以便将其作为实际制动作用提供在闭环控制的反馈中。特别是在电气操纵的制动器中,测量作为制动作用的制动力或制动力矩是困难且耗费的,如已经在wo2014/170259a2中所实施的那样。因为摩擦制动器是机器或车辆的安全关键的装置,所以必须确保高的功能安全性,这经常使得测量和控制单元的冗余实施方式是必要的。这也可能使得制动作用的常规测量是耗费且昂贵的,并且因此在实践中对于多种应用是不适合的或不实用的。

由de102011004772a1得知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,其中如此程度地实施用于产生夹紧力的压紧过程,直至在此产生的机械加紧功达到阈值。因此,对操纵能量进行评估并且一直压紧直至达到了阈值。这是虽然简单、但非常不准确的制动操纵,其对于驻车制动器是足够的,但是对于特别是车辆的行车制动器在安全上是不适合的,因为在此重要的是准确且快速地达到理论制动作用,特别是与现代车辆中的制动和稳定系统(例如abs、esr等)相结合。制动器的非期望的过度控制、亦即非期望的过高的制动作用可能导致车轮的非期望的且危险的抱死,而非期望的不足控制、亦即非期望的过低的制动作用会导致未达到需要的制动作用。

在wo2014/170259a2中因此规定,通过操纵能量来控制电气摩擦制动器的制动操纵。在此,将期望的制动作用换算成摩擦制动器的理论位置,由制动器接近该理论位置。对于该理论位置可以从对于摩擦制动器的已知数据中查明所属的理论操纵能量。在操纵期间查明操纵能量,并且将所查明的实际操纵能量与理论操纵能量相比较,其中,补偿可能的偏差。wo2014/170259a2也说明了:在此也可以考虑在操纵中与寿命或温度有关的损耗,例如其方式为在查明操纵能量时补偿所述损耗。在操纵能中也可以考虑由于摩擦制动器的温度而可改变的刚性。

但是该方法也仅有条件地适合于非常准确且快速地调节期望的制动作用。更确切地说,该方法基于与期望的制动作用的偏差在原本的制动过程之后被事后补偿。但是对电气操纵的摩擦制动器的经调节的制动作用的精确性以及可快速调节性的要求连续提高。对此的示例是混合动力车或电动车的行车制动器。现代的混合动力车或电动车利用车辆在制动时的动能以用于能量回收。为此,在制动时电机被用作发电机,由此引起对车辆的制动作用。但是,这与车辆的速度或发电机的转速有关。车辆越缓慢,因此能够实现越小的制动作用,而越多的制动作用必须由行车制动器来添加。这需要对行车制动器的制动作用进行非常准确的闭环控制,以便能够实现均衡的制动过程。另一示例自然是在车辆中的现代的制动和稳定系统,所述制动和稳定系统要求对制动作用的非常准确且快速的调节。



技术实现要素:

因此本发明的目的在于,给出一种用于操纵摩擦制动器的方法,利用所述方法能够非常准确且快速地调节所期望的制动作用。

为了提高准确度,特别是规定,根据摩擦制动器的热学模型查明摩擦制动器的热膨胀和由此对于制动过程查明接触点的与温度有关的位移,并且在查明摩擦制动器的要调节的操纵尺度时考虑接触点的与温度有关的位移。因此能够实现,在所期望的制动作用与在制动过程中实际达到的制动作用之间的偏差变得不太大,并且因此事后仅须再补偿小的偏差(如果有的话)。因此也能够更快速地调节所期望的制动作用。

特别简单地,根据接触点的位移来提高或降低要调节的操纵尺度。

完全特别有利地,在制动过程结束时查明作用尺度,并且为了查明所述作用尺度对于操纵过程至少部分地考虑压紧装置和/或操纵器或其部件的动能。按照这种方式能够考虑制动操纵的动能的影响,这导致在制动操纵结束时更准确地查明作用尺度并且因此导致更准确地补偿在所期望的制动作用与在制动过程中实际达到的制动作用之间的偏差。按照这种方式,制动过程变得更准确和更快速。以相同的方式也可以在查明作用尺度时考虑压紧装置和/或操纵器或其部件的对于克服气隙所需要的动能。因此还能够进一步提高准确度。在此,为了进一步提高准确度也可以在查明对于克服气隙所需要的动能时考虑接触点的与温度有关的位移。

在制动过程中考虑其它效果同样能够有助于提高准确度。在制动过程期间例如可以至少暂时地将弹簧作用到压紧装置和/或操纵器上,并且在查明作用尺度时考虑所述弹簧的作用。或者在制动过程期间至少摩擦制动器的自增强可以起作用,并且在查明作用尺度时考虑所述自增强的作用。或者利用预定的校正因子可以校正所查明的作用尺度和/或操纵尺度,以便降低残余的不准确度。

在另一种有利的实施方案中,利用热学模型来查明摩擦制动器的或其部件的基于改变的温度而改变的刚性,并且在操纵摩擦制动器时考虑所述改变的刚性。考虑对制动过程的该影响还可以提高制动过程的准确度。

为了无须连续地操纵磨损调节器,可以仅当在期望的作用尺度与实际查明的作用尺度之间的偏差超过预定的阈值时,才在制动之后对气隙进行调节。为此可以由所述偏差导出调节尺度,借助于磨损调节器和/或压紧装置以所述调节尺度对气隙进行调节。

附图说明

以下参照图1至7更详细地阐述本发明,各图示例性地、示意地且非限制性地示出本发明的有利的实施方案。图中:

图1示出具有制动操纵的浮钳盘式制动器作为摩擦制动器的示例的示意图;

图2示出操纵力矩ta和制动力矩tb关于操纵角度α的曲线;

图3以偏心操纵的摩擦制动器为例示出操纵角度范围;

图4示出随着制动过程的作用尺度—操纵尺度特性曲线;

图5示出由于摩擦制动器的热状态在作用尺度—操纵尺度特性曲线中的偏差;

图6示出由于未准确地查明作用尺度在作用尺度—操纵尺度特性曲线中的偏差;以及

图7示出按照本发明的制动控制器。

具体实施方式

以下借助图1示例性地借助示意性示出的以浮钳盘式制动器的形式的摩擦制动器1(如所述浮钳盘式制动器经常在车辆中使用的那样)更详细地阐述本发明。浮钳盘式制动器本身充分已知,因此仅如此程度地探讨浮钳盘式制动器的特性和功能以及浮钳盘式制动器例如在车辆中的基本安装,这样的程度对于理解本发明是必需的。但是原则上本发明也可以应用于其他的制动器类型、例如鼓式制动器。例如作为用于直线运动、例如用于升降机的制动器,同样也可以设置与制动盘或制动鼓不同的摩擦面、例如一个或多或少平坦的面。

图1示出具有一个浮钳2作为制动钳的摩擦制动器1,所述浮钳包围在此以制动盘4形式的摩擦面14。在浮钳2上设置有一个(相对于浮钳2)固定的制动衬片3和一个(同样相对于浮钳2)可运动的制动衬片6。为了制动,所述可运动的制动衬片6被具有操纵件的压紧装置10在克服通常存在的气隙13之后向制动盘4推压,如通过在图1中的双箭头示出。在此,所述压紧装置10或操纵件由操纵器20、例如电机21驱动。在摩擦制动器1的未操纵的状态下,所述可运动的制动衬片6通常且优选地被如此程度地拉回,直至其从制动盘4抬离,以便阻止由于残余的剩余制动力矩引起可能的非期望的损耗。在此自然也应该将所述固定的制动衬片3从摩擦面14抬离。通过操纵摩擦制动器1使浮钳2以已知的方式自动定心,从而两个制动衬片3、6贴靠在所述制动盘4上并且压靠在所述制动盘上。由此产生引起确定的制动力矩的制动压紧力。制动衬片3、6在此也可以分别设置在一个衬片支架5上。

所述压紧装置10设置在一个制动器部件上。所述制动器部件可以是浮钳2,但是也可以与在这里一样是本身已知的磨损调节器11。在此,在摩擦制动器1的示出的实施方式中,所述磨损调节器11设置在浮钳2上并且所述压紧装置10又设置在磨损调节器11上。在此,磨损调节器11使整个压紧装置10运动用以补偿在制动衬片3、6上产生的磨损。在此优选地,所述压紧装置10或可运动的制动衬片6可以在摩擦制动器1中、例如在这里在浮钳2中被引导。因为磨损调节器11仅须调节非常小的位移并且仅不时地调节所述非常小的位移,所以压紧装置10在一定程度上位置固定地设置在摩擦制动器1中。这样的磨损调节器11本身以不同实施方式已知,因此在这里不对其进行更详细地探讨。通常仅在制动衬片3、6与摩擦面14之间存在过度的气隙13的情况下才使用所述磨损调节器11来追踪(与在鼓式制动器中类似),以便减小气隙13。在摩擦制动器1的正常运行中,气隙13由于磨损持续增大,这又能通过磨损调节器11来补偿。

在这里,所述压紧装置10包括一个保持件7,制动衬片6或衬片支架5贴靠在所述保持件上。压紧轴8在两侧支承在所述保持件7中。所述压紧轴8构造为操纵轴9的轴颈,或者支承在构造为空心轴的操纵轴9中,其中,所述操纵轴9的轴颈或轴向孔相对于操纵轴9的转动轴线偏心地构造。通过操纵器20使支承在位置固定的或在一定程度上位置固定的制动器部件(在这里为磨损调节器11)上的操纵轴9旋转,从而压紧轴8和因此还有制动衬片6由于偏心距视转动方向的不同而朝制动盘4或远离制动盘运动(通过双箭头示出)。在这里因此通过偏心轮产生制动压紧力。同样地,压紧装置10可以以作用在衬片支架5或保持件7上的凸轮的形式或以肘接杆的形式构造。多级传动机构或滚珠丝杆也适合作为压紧装置10。对于所有实施方式共同的是操纵器20,所述操纵器使压紧装置10的操纵件、例如具有偏心支承的压紧轴8的操纵轴9、凸轮、滚珠丝杆、杆等运动了一段操纵位移、例如旋转了一个角度或移动一段距离,以用于操纵摩擦制动器1。于是,所述操纵位移引起制动衬片6朝向摩擦面14运动或者离开该摩擦面。压紧装置10的可能的实施方式例如可以从wo2010/133463a1或at513989a1中得出,其中,本发明自然不限于这些实施方式。

作为操纵器20,在图1的实施例中设有电机21,所述电机在示出的实施方案中通过连杆22使设置在操纵轴9上的操纵杆23和因而操纵轴9转动。不言而喻地,也可以考虑各种其他的合适的驱动器作为操纵器20,因此例如直接或经由传动机构来驱动操纵轴9的电机。但是,操纵器20也可以包括弹簧,所述弹簧至少部分地、附加于电机21起作用。所述弹簧也可以用于操纵制动器,并且电机21用于松开制动器和用于保持制动器松开。特别是当在没有能量的状态下必须可靠地操纵摩擦制动器1时,例如在铁路制动器、机器或升降机的行车制动器中,应用该实施方式。在该情况下,如果电机21由于供电能量的故障而不再能够保持松开,那么弹簧操纵所述摩擦制动器1。

压紧装置10具有一定的确定的工作区域,所述工作区域以操纵件的操纵位移区域(例如操纵轴9的旋转位移或滚珠丝杆的移动位移)的形式。在此有利地这样选择所述工作区域,使得得出用于产生制动压紧力的有利的传动比、亦即例如在小的位移的情况下得出大的力。

这种摩擦制动器1通常具有也可以是非线性的位移—制动作用曲线,如参照图2和3更详细地阐述的那样。对于如在图1中示出的摩擦制动器1,图2示出操纵力矩ta(曲线12)和由此产生的制动力矩tb(曲线11)关于操纵位移α的示例性的曲线,所述操纵位移在示出的实施例中是角度。所述操纵力矩ta必须由操纵器20(在这里为电机21)施加。在此,用于制动的操纵位移从起始位置αa延伸直至在完全制动时的位置αvb,其中,可能的工作区域在此之间延伸。在这里,角度位置相对于与偏心轮的下死点(图3)相应的零位置给定。(在图3中强烈夸张地示出的)偏心距e在此例如为0.5毫米,从而对于从-90°(远离盘的最大值)直至+90°(靠近盘的最大值)的理论上最大的旋转角度产生制动衬片6的为1毫米的理论上最大的升程。这通常实践上使用得略微更少,例如从在起始位置αa的-60°直至在例如+60°的完全制动αvb,由此在完全制动时将得到120°的操纵位移。在此,正常的制动通常具有更小的在起始位置αa与终止位置αe(例如15°)之间的操纵位移,在所述终止位置达到相应需要的制动力矩tb,soll。

在操纵开始时必须克服气隙13。这意味着,从起始位置αa出发必须经过一定的操纵位移,直至在接触点αl处克服气隙13并且制动衬片6贴靠在摩擦面14上。从该接触点αl起产生制动作用、例如制动力矩tb。

由于按照图1的摩擦制动器1的非线性的操纵机制,一开始快速经过缺少力的操纵位移,并且随着制动压紧力的提高而改变机械传动比有利于使操纵位移增加量(和输入力增加量)变得更小。如果偏心轮继续向摩擦面14转动,则操纵位移提高量下降而衬片压紧力在输入力(或输入力矩)相同的情况下增加。在图2中看出:在操纵力矩ta不继续升高的情况下,通过偏心轮由于非线性产生越来越高的制动力矩tb。附加于在向前行进方向上的非线性,在摩擦制动器1中也可以出现已知的自增强,因此,操纵力矩ta在这里例如从大约20°的操纵位移α起甚至下降。在示出的实施例中,所述自增强可以从操纵位移α=0°开始,即当偏心轮超过下死点时。但是不言而喻地,所述摩擦制动器1也可以这样构造,使得不出现自增强,例如通过将制动衬片6或衬片支架5仅松脱地贴靠在保持件7上,由此在制动衬片与摩擦面之间的摩擦力不会传递到压紧装置10中,这是自增强的前提条件。

上述考虑自然普遍适用于一种摩擦制动器,并且因此以类似方式也适用于其他构造方式的摩擦制动器。

为了制动操纵,摩擦制动器1要求确定的制动作用,例如由车辆驾驶员通过制动踏板、由车辆的制动或稳定系统、由机器的制动控制器等。已经提到的那样,作为制动作用例如可以使用法向力(制动压紧力)、摩擦力(作为法向力与摩擦系数的乘积)或者制动力矩(作为摩擦力与假定的摩擦半径的乘积)。于是,摩擦制动器1可以通过借助于压紧装置10和操纵器20操纵摩擦制动器1来调节制动作用。为此需要作用尺度wm,利用该作用尺度在操纵摩擦制动器1时可以推断出确定的制动作用。因此,所述作用尺度wm是对于制动作用的尺度。作为作用尺度wm自然可以直接考虑制动作用、亦即例如制动力矩或制动压紧力。但是,作为作用尺度也可以考虑与制动作用相关联的或取决于此的或由此导出的作用参量。如在wo2014/170259a2中所述那样,作为作用尺度例如可以考虑用于产生制动作用所需要的操纵能量(作为力*位移或力矩*角度之和或积分)。同样,作为作用尺度可以考虑电机21的电机电流或电机力矩。自然也可以在制动操纵时在一定的时刻查明例如电机21的能量或电流的瞬时值,并且通过在瞬时值方面求和来计算当前的作用尺度wm。对于作用尺度wm自然还具有一系列其他可能,所述作用尺度甚至无须是物理参量。决定性的仅是根据所述作用尺度wm能够明确地推断或换算出在操纵时起作用的制动作用。

完全相同地,代替操纵位移通常可以考虑操纵尺度bm。在此,所述操纵尺度bm要么可以直接是操纵位移α、要么可以是由此导出的或与之关联的操纵参量。作为操纵尺度bm例如也可以考虑在操纵时摩擦制动器1的弹性变形,所述弹性变形自然直接与摩擦制动器1的操纵位移和已知的弹性性能有关。同样可以将电机21的转速或转角用作操纵尺度bm。因此,所述操纵尺度bm是操纵摩擦制动器1的尺度,或者换言之,是为了操纵而经过了多少操纵位移的尺度。

因此,摩擦制动器1的操纵性能通常可以以作用尺度—操纵尺度特性曲线30的形式表示、如在图2中那样例如以制动力矩—操纵位移特性曲线11的形式表示。对于摩擦制动器1,例如可以测量、由强度计算来计算或模拟(例如通过有限元模拟)、由摩擦制动器1的数学模型来计算等等所述作用尺度—操纵尺度特性曲线,并且原则上所述作用尺度—操纵尺度特性曲线可以假设为已知的。在此,该作用尺度—操纵尺度特性曲线30也可以与其他影响参量、例如摩擦制动器1或其部件的温度、与制动衬片和/或摩擦面14的磨损状态等有关。这也可以导致对于不同影响参量的多个特性曲线(例如也以综合特性曲线的形式)、亦即例如导致具有对于不同温度(或摩擦制动器1的刚性)或对于制动衬片3、6的不同磨损状态的多条特性曲线的综合特性曲线。这些已知的特性曲线对于摩擦制动器1的控制单元如何保存(例如以表格形式、以函数关系的形式等)在此不重要。

因为作用尺度—操纵尺度特性曲线30反映摩擦制动器1的制动作用,所以所述作用尺度—操纵尺度特性曲线30自然涉及从接触点αl起贴靠的制动衬片6,因为否则无法产生制动作用或变形。如借助图2阐明了的那样,在接触点αl之前自然必须克服气隙13。

在此,例如借助于力传感器可以在测量技术上检测制动衬片6与摩擦面14的接触。但是这在摩擦制动器1本身中是不利的,因为摩擦制动器1是安全相关的装置,由此也得出对与摩擦制动器1相关联的可能的传感机构的功能安全性的高要求。因此,这样的传感装置也必须在功能上安全地实施,这通常要求传感机构的冗余实施方式。但是因为摩擦制动器1同时也是批量产品,所以也经受高的成本压力,因此出于成本原因摩擦制动器1的任意部件的冗余的实施方式是不利的。因此,在本发明的意义下假设,在摩擦制动器1的确定的状态下气隙13是已知的,因为如以下还详细地描述的那样,在制动之后所述气隙被受控地调节。因此也已知的是,多少操纵(例如操纵位移)对于克服气隙13是必需的并且无须在测量技术上检测所述气隙13。

因此,为了利用摩擦制动器1实施制动,例如如以下参照图4所阐明的那样进行。为此,图4例如示出摩擦制动器1的作用尺度—操纵尺度特性曲线30。为了制动而要求制动作用、例如确定的制动力矩。该制动作用可以借助与作用尺度wm的预定的或已知的关联直接转变为作用尺度wmsoll,作为对于所期望的制动作用的尺度。自然也可以直接预定需要的作用尺度wmsoll。于是,由给定的作用尺度—操纵尺度特性曲线30可以读出操纵尺度bmsoll,作为对于摩擦制动器1的要调节的操纵位移的尺度,为了达到作用尺度wmsoll要调节所述操纵尺度。但是,该操纵尺度bmsoll自然仅仅是从接触点αl、亦即从制动衬片6贴靠在摩擦面14上的时刻起的操纵尺度。然后操纵摩擦制动器1,直至达到操纵尺度bmsoll。因此为了制动,应向在作用尺度—操纵尺度特性曲线30上确定的点ssoll接近。

因此,在能够出现制动作用之前,自然必须克服气隙13。亦即,在制动衬片6开始贴靠在摩擦面14上时的操纵尺度bml处的接触点之前的操纵尺度bm0处开始操纵摩擦制动器1。因此,对所述摩擦制动器1的全部操纵由克服已知的气隙13(bml-bm0)和对于调节期望的制动作用所需要的操纵(bmsoll-bml)组成。在制动之后又调回到bm0处的起点上。

在图4中也示出,对于不同的影响参量、例如摩擦制动器1的不同的温度或磨损状态可以给出不同的作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”。于是,对于制动操纵自然考虑如下作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”,所述作用尺度—操纵尺度特性曲线最接近影响参量的当前的值。在此,在需要时自然也可以在现有的特性曲线之间进行内插。

由wo2014/170259a2借助操纵能量作为作用尺度wm以及借助旋转角度作为操纵尺度bm来描述该基本方法。但是如在图4中所示,由于不同的影响在此可能使可被测量或估计的实际达到的作用尺度wmist在所调节的操纵尺度bmsoll处偏离于预期的作用尺度wmsoll。同样可以考虑的是,不是达到力争的操纵尺度bmsoll,而是达到偏离于此的可被测量或估计的操纵尺度bmist。因此,在实际的制动中可能发生如下情况:不向作用尺度—操纵尺度特性曲线30的所期望的点ssoll接近,而是向偏离于此的点sist接近。该偏差现在还可以通过如下方式补偿,即:相应地提高或减小操纵尺度bm,亦即,继续压紧或略微抬起制动衬片6,以便调节所期望的制动作用。该方法本身已经非常良好地起作用,但是现在按照本发明还应在制动的准确度和快速性方面进行改善。

为此使用摩擦制动器1的热学模型,利用该热学模型可以根据摩擦制动器1的当前的温度来查明摩擦制动器1的热膨胀。为此,摩擦制动器1的一个或多个部件的模型特别是也理解为摩擦制动器1的热学模型。因此,热学模型无需对整个摩擦制动器1的热行为建模。也可以通过不同的、相结合的热学子模型对摩擦制动器1的不同构件进行建模。于是,所述热学子模型的总和得出摩擦制动器1的热学模型。这样的热学模型可以预先基于摩擦制动器1的已知的结构例如在经验上、在数学上借助模拟亦或借助物理上的考虑来创建并且假定为给出的。但是如何准确地构建热学模型本身对于本发明不重要。

对于摩擦制动器1的热学模型,摩擦制动器1的温度和/或摩擦制动器1的确定的构件的温度和/或摩擦制动器1的环境温度作为模型的输入参量要么必须被测量(例如摩擦制动器1的壳体温度或电机21的温度)、要么必须从温度模型中获得。从中的组合也是可设想的。在此,某些温度、例如恰好壳体温度或电机温度能够简单地在测量技术上检测,并且因此优选被测量。而其他温度、例如制动衬片6或摩擦面14的温度在测量技术上仅能非常耗费地或易受干扰地检测,并且因此优选地由合适的温度模型来查明。在此也可以使用多个温度子模型,例如对于盘温度、衬片温度或确定的热膨胀部件的温度。按有意义的方式,热学模型包括:热输入、所述热输入例如包括制动功率(例如摩擦面的制动力矩*角速度)或者其一部分;热阻,通过所述热阻输入热量;以及热输出,所述热输出在物理上看包括黑体辐射和通过空气散发。其中,在通过空气散发的情况下也可以考虑静态的部分(例如在车辆静止的情况下)和与速度有关的部分。附加地也可以考虑热惯性,以便也反映时间特性。所述温度模型也可以耦合到可测量的温度上,以便例如考虑环境温度或者以便将计算出的值与可测量的值相比较并且例如由此实施校正。对于热膨胀可以假设与温度成线性或非线性的特性。有意义地,考虑出现热膨胀的时间延迟,例如因为制动钳比制动盘更缓慢地变热。例如利用一级和多级低通滤波器能够良好地将这样的时间延迟反映在模型中。所述热阻可以是恒定的,或者无论如何是速度有关的(空气冷却作用)。在此可以给出散热(冷却的)电阻和供热电阻(例如通过制动衬片可以给制动钳提供的热量)。在模型中的这些热电阻和其他模型组件可以与真实的构件(例如制动盘)相对应,但是它们也可以是单纯的模型参数,所述模型参数表示例如关于温度和时间的作用(例如膨胀),但是不精确地与摩擦制动器1的构件相对应。但是,如何准确地构建热学模型对于本发明本身不重要。

利用摩擦制动器1的热学模型或热学模型的子模型也可以查明摩擦制动器1或其部件的基于改变的温度情况而改变的刚性。因此例如可以选择对于温度或刚性正确的作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”以用于制动。这也同样可以被相应的刚性校正尺度skm考虑。如果摩擦制动器1例如在温度较高的情况下较不硬,则因为摩擦制动器1的变形比例较大,所以在确定的操纵尺度bm处达到较低的作用尺度wm。该关联例如在经验上或通过模拟或计算可以预先查明并且可以以刚性校正尺度skm的形式保存,利用所述刚性校正尺度可以校正作用尺度wm。

气隙13可以基于摩擦制动器1的与温度有关的热膨胀而改变。例如衬片支架5或制动衬片3、6随着温度上升而膨胀(气隙13可以变小),或者制动钳在温度上升的情况下加宽(气隙13可以变大)。在温度降低的情况下自然得出相反的效果。这例如可以导致气隙13变得更小(或更大),并且实际上比假设的更早达到(或更晚达到)接触点αl(操纵尺度bml’)(如在图5中示出)。由此已经更早地建立制动作用,并且在要接近的操纵尺度bmsoll处出现实际的作用尺度wmist,其例如相应于过高的制动作用。自然也可以出现相反的情况。

如果考虑摩擦制动器1的温度在唯一的制动中可以完全升高了几百℃,则该影响是明显的,这能够导致显著的热膨胀。因此,按照本发明利用摩擦制动器1的热学模型来查明摩擦制动器1或其部件的热膨胀,以便查明制动衬片6与摩擦面14的接触点的与温度有关的位移。在此,所述热膨胀自然涉及所使用的作用尺度—操纵尺度特性曲线30也针对的参考温度。自然可以基于已知的关联将接触点的位移换算成操纵尺度的位移bmδ。为了操纵摩擦制动器1,于是将要接近的操纵尺度bmsoll符号正确地校正了操纵尺度的位移bmδ以用于制动。在此,所述校正无须强制地以操纵尺度的总位移bmδ进行,而是也可以仅是其一部分δ,亦即δ·bmδ,其中δ∈[0,1]。于是,考虑经校正的操纵尺度bmsoll’以用于制动且导致经校正的作用尺度wmist’(图5)。因此,在制动时已经能够减小、在理想情况下完全补偿在点sist与ssoll之间的偏差。于是,在理想情况下无须再校正偏差,或者仅须再补偿较小的偏差。

按照本发明的方法在于,基于摩擦制动器1的热状态来查明接触点的位移。对摩擦制动器1准确度的其他影响参量、例如刚性也可以是与温度有关的,所述刚性可以导致不同的作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”。然而,作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”在此是与温度无关的,亦即未考虑摩擦制动器1的温度对于制动可显著改变。这自然导致一定的不准确度。另一方面,在查明接触点的位移时也存在一定的不准确度。这些不准确度在制动时导致过高或过低的制动作用。因此,对于按照本发明的方法有利的是,这些不准确度至少部分地相互补偿并且不相加。所述热学模型例如可以这样设计,使得在查明接触点时的关于制动作用的误差与基于改变的刚性通过作用尺度—操纵尺度特性曲线30、30'、30”引入到制动中的误差在趋势上走向不同的方向。由于更高的温度而变得更软的摩擦制动器1导致更低的制动作用。在查明接触点时的误差现在可以这样包含在模型中,使得制动在趋势上导致更高的制动作用。

按照相似的方式,自然也可以要么附加地、要么替代地补偿对制动准确度的其他影响。

对准确度的另一个重要的影响是操纵器20的质量惯性、例如电机21的质量惯性。因此,对于操纵摩擦制动器1消耗的能量的一部分存在于运动的部件的动能中并且不用于压紧制动衬片6。在制动时连续地查明、例如测量或由测量值计算作用尺度wm,以便在操纵结束时得知作用尺度wmist。但是如果在此不考虑在操纵中存在的动能,那么实际的作用尺度wmist’偏离于在操纵期间查明的作用尺度wmist,如在图6中所示。因此,在所要求的作用尺度wmsoll与所查明的作用尺度wmist之间的实际偏差同样是失真的。尽管事后补偿该偏差,因为在此基于错误的所查明的作用尺度wmist,而不基于实际的作用尺度wmist’,因此误差还保留。

为了阐明,假设电机21作为操纵器20。为了简化起见,忽略(例如在图1中所示的)在电机21与压紧装置10的保持件7之间的可能的运动的部件。具有已知的质量惯性力矩的电机21以高转速转动以用于操纵,这产生动能、在此是旋转动能。如果例如在wo2014/170259a2中所描述的那样现在考虑操纵能量作为作用尺度wm,并且例如通过累加当前的转矩*当前的转角来连续地查明所述操纵能,于是在此忽略动能的比例。该操纵能量的一部分不是用于产生制动作用,而是存在于电机21的动能中。于是在制动结束时,却实现比所查明的操纵能量认为的更低的制动作用。

因此,在查明作用尺度wmist时、至少在一部分制动过程期间考虑压紧装置10或其部件的动能,其方式为:将该动能的比例计算为校正尺度km或校正尺度km的一部分。在压紧装置10的运动的部件的高速情况下能最强烈地察觉到动能,因此至少在此考虑所述动能。在此可以基于摩擦制动器1的已知的几何结构和构造假定运动的部件或者至少所考虑的运动的部件的质量惯性为已知的。在操纵能量作为作用尺度wm的情况下,这自然是非常容易实现的。但是也可以基于在摩擦制动器1中在几何结构上、运动学上和构造上的已知的关联由其他作用尺度wm计算出所述动能。因此,在制动结束时所查明的作用尺度wmist明显更准确,这也使制动本身更准确。

必要时,以相同的方式也可以考虑对于克服气隙13所需要的动能。如果例如使用操纵器20、例如电机21的操纵能量作为作用尺度,那么为了克服气隙13自然也消耗操纵能量,然而所述操纵能量不汇入到制动作用中。因为已知气隙13,所以自然可以在制动过程结束时从所查明的作用尺度wmist中将该能量比例计算为校正尺度km或校正尺度km的一部分,以便提高准确度。在此,自然也可以考虑由于摩擦制动器1或其部件的与温度相关的热膨胀引起的气隙13的改变。

在此,在查明动能时不是一定必须考虑摩擦制动器1的在制动时所有运动的部件,而是考虑重要贡献就是足够的。

附加于考虑接触点的与温度有关的位移,可以考虑摩擦制动器1的运动的部件的动能。但是明确说明的是,单独地考虑动能、亦即即使在不考虑接触点的与温度有关的位移的情况下也是可能的且同样视为有发明性的。

按照原则上类似的方式也可以考虑其他影响,因为每个影响可被视为作用尺度wm或操纵尺度bm的失真。

在摩擦制动器1中,弹簧例如可以按照弹簧特性曲线根据操纵位移(或通常是操纵尺度bm)作用到操纵机构上,其中,所述弹簧自然无须在整个操纵位移上起作用。因此,这样的弹簧可以(在释放弹簧时)给操纵输入能量或(在张紧弹簧时)散发能量。由此,与动能类似地,在制动结束时所查明的作用尺度wmist偏离于实际达到的作用尺度wmist’。因为通过操纵对弹簧的作用可以假定为已知的(例如通过弹簧特性曲线和摩擦制动器1的构造),所以在查明作用尺度wmist时但又可以将该影响考虑为校正尺度km或校正尺度km的一部分,以便提高准确度。

同样的内容适用于摩擦制动器1的自增强,所述自增强基于摩擦制动器1的已知的几何结构与操纵位移(或通常是操纵尺度bm)有关地可被视为是已知的。出现的自增强自然支持制动,从而在不考虑的情况下实际达到的作用尺度wmist’可能偏离于在制动结束时所查明的作用尺度wmist。因此,又可以将基于摩擦制动器1的构造已知的自增强的作用考虑为校正尺度km或校正尺度km的一部分。

因此,不同的效果可以流入到校正尺度km中,以便使摩擦制动器1的操纵更准确,特别是通过查明作用尺度wmist变得更准确。

所有这些效果自然也还可以与其他影响参量、如摩擦制动器1中的温度或磨损有关以及使其有关。

将作用尺度—操纵尺度特性曲线30(或全部综合特性曲线)保存在摩擦制动器1的制动控制器中。在此,对于相同类型的每个摩擦制动器1保存有相同的作用尺度—操纵尺度特性曲线30。但是,基于在制造技术上和材料技术上的公差自然可能发生如下情况:摩擦制动器1的真实的特性略微偏离于所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30。为了降低该影响还可以规定,在摩擦制动器1的制造或装配时为了精细校准利用所述摩擦制动器1进行测量,以便测量在作用尺度—操纵尺度特性曲线30上预定的点。于是,由这些测量和与所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30的经确认的偏差可以导出例如以关于操纵位移(或者通常是操纵尺度bm)的校准特性曲线形式的校准因子kf,其同样保存在制动控制器中。于是,所述制动控制器可以将所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30利用校准因子kf适配于真实的情况,由此同样能够提高准确度。

利用所描述的校正(其中无须应用全部),所检测的点sist在作用尺度—操纵尺度特性曲线30上的理论点ssoll周围略微分散。例如由于在摩擦制动器1中的损耗或未考虑的效果引起的这些残余的偏差还可以被减小。为此,可以为摩擦制动器1保存或定义校正因子kof,利用该校正因子来校正所操控的操纵尺度bmist和/或所查明的作用尺度wmist。用于操纵尺度bm和作用尺度wm的校正因子kof自然无须是相同的。这样的校正因子可以根据经验来查明并且例如保存为特性曲线或神经网络或模糊逻辑,但是也可以定义为(线性或非线性的)函数关系。

如果摩擦制动器1的制动控制器频繁地确认出摩擦制动器1的不同于借助所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30可预期的行为,则也可以调节所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30。这种偏差例如可以归因于在摩擦制动器1中安装了具有与预期不同的刚性的制动衬片3、6。制动控制器可以连续地观察在制动结束时的偏差并且在频繁地偏离超过一定公差的情况下校正作用尺度—操纵尺度特性曲线30。为此,可以(例如如上面所描述的那样)定义校正因子,或者可以朝更高或更低的制动作用的方向移动所述作用尺度—操纵尺度特性曲线30。但是也可以仅仅输出警告或故障或者将其写入到存储器中,或者也可以按照其他方式对其作出反应。

如上面已经提到的那样假设气隙13在制动过程中是已知的。因此有利的是,在制动过程之后又调节所期望的气隙13。这样能够确保气隙13对于下一个制动过程也是已知的。在制动过程之后可以通过磨损调节器11或压紧装置10亦或通过两者将气隙13调节到所期望的值。

为了无须不断地对气隙13进行调节,这将增加磨损调节器11的负担,可以规定仅在如下情况下才对气隙13进行调节,即:在利用摩擦制动器1制动之后在期望的作用尺度wmsoll与实际查明的作用尺度wmist之间的偏差超过预定的阈值wms,亦即│wmsoll-wmist│>wms。于是,由偏差的大小可以导出在制动之后调节的调节尺度nm、优选磨损调节器11的调节位移。由已知的作用尺度—操纵尺度特性曲线30例如可以将所述偏差转换成操纵尺度bm,所述操纵尺度于是可用作调节尺度nm。但是也可以规定,借助于所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30将在所期望的作用尺度wmsoll与实际查明的作用尺度wmist之间的偏差转换成操纵尺度bm的偏差,以便导出与制动强度更无关的调节尺度nm。因为气隙13或者说(bml-bm0)由于磨损已经改变(通常增大),因此通过磨损调节以调节尺度nm对点bm0进行调节。

在图7中示出摩擦制动器1的一种示例性的制动控制器40。所述制动控制器40以合适的硬件且以需要的软件实现。例如从外部给制动控制器40预定要调节的作用尺度wmsoll或者等效地预定期望的制动作用。由摩擦制动器1的保存在制动控制器40中的作用尺度—操纵尺度特性曲线30来查明要调节的操纵尺度bmsoll。在制动过程期间查明作用尺度wmist、例如作为操纵器20的电机21的操纵能量。在此,当前的作用尺度wmist自然也可以在控制单元33中从摩擦制动器1的测量参量来查明、例如从电机21的电机电流或转矩和转角的当前值来查明。在制动控制器40中也保存有摩擦制动器1的热学模型31,利用所述热学模型查明由于摩擦制动器1或其部件的热膨胀引起的接触点的位移。(确实也与模型的具体的实现有关的)为此需要的测量参量、例如摩擦制动器1的确定的温度或功率特征值在图7中出于清晰性的原因未示出。随着接触点的热位移可以利用操纵尺度的位移bmδ来校正作用尺度—操纵尺度特性曲线30,以便查明控制单元33为操纵摩擦制动器1所需要的经校正的操纵尺度bmsoll’。利用该经校正的bmsoll’来操控压紧装置10的操纵器20,以便将制动衬片6向摩擦面14推压用以产生期望的制动作用。热学模型31也可以查明刚性校正尺度skm,利用所述刚性校正尺度可以如上面所描述的那样校正作用尺度—操纵尺度特性曲线30。

在所述制动控制器40中还可以实现校正单元32,在所述校正单元中可以考虑对制动操纵的其它影响:例如弹簧15的作用、自增强的作用、压紧装置10和/或操纵器20的动能的影响、(必要时在考虑摩擦制动器1的当前热膨胀的情况下)用于克服气隙13的动能、与所保存的作用尺度—操纵尺度特性曲线30的频繁偏离。为此,所述校正单元32可以查明校正尺度km,如上详细实施的那样利用所述校正尺度可以影响作用尺度—操纵尺度特性曲线30和/或影响在制动过程结束时查明实际的作用尺度wmist。同样,所述校正单元32可以如所描述的那样查明校准因子kf或校正因子kof。

在制动过程之后,制动控制器40的控制单元33亦或在制动控制器40中的单独的单元也可以设法将气隙13又调节到所期望的值。为此,控制单元33操控压紧装置10的操纵器20和/或磨损调节器11,以便例如调回到操纵尺度bm0。在期望的作用尺度wmsoll与在制动过程结束时实际查明的作用尺度wmist之间的偏差过大的情况下,也可以查明调节尺度nm,以便操纵磨损调节器11和/或压紧装置10的操纵器20。

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