本发明涉及用于在机动车、尤其是商用机动车的制动器中进行气隙识别的方法。此外，本发明还涉及用于在这种制动器中进行气隙识别的控制器以及这种制动器。
背景技术：
用于气隙识别的方法在机动车、尤其是商用机动车领域中普遍公知。因此，例如ep2520817a1公开了这样一种方法。目标通常在于，借助气隙识别来确认使用在制动器中的制动衬片磨损到什么程度，或者制动器是否如设置那样工作。
挑战在于，从具有足够的可靠性和准确性的可在机动车中使用的传感器提取出能够用于气隙识别的数据。ep2520817a1为此提出的是，利用制动器的磨损传感器。尤其提出的是，借助磨损传感器在制动器未被操纵时的第一时间点就测量进给单元所经过的行程距离，并且在制动器被操纵时的第二时间点重新测量进给单元所经过的行程距离。然后由两个所测得的路程的差直接获知应当代表气隙的值。
但是在此存在巨大的缺陷，即，所获知的值并不以足够高的准确度来反映真实的气隙。更确切地说，在那所获知的值由于干扰影响而失真。
例如仅由于制动设备的弹性的卡钳口径引起了进给单元的最大2mm的行程距离，从而在不考虑有助于限定对气隙的克服的另外的辅助变量的情况下无法正确确定实际上大多小于1mm的气隙。
技术实现要素：
在这种背景下，本发明的任务是，说明一种用于气隙识别的可行方案，该可行方案在器械方面花费尽可能最小的情况下以尽可能高的准确度能够实现对气隙的可靠的识别。
本发明在开头所述类型的方法中解决其任务，该方法具有下列步骤：
-读取布置在制动器上的磨损传感器的测量信号，
-从测量信号获知代表制动器的未被操纵状态的初始信号值，
-从测量信号获知代表制动器的制动状态的事件信号值，以及
-从事件信号值与初始信号值的差获知气隙，其中，
-对磨损传感器的测量信号检查具有表征性的信号波动的存在，信号波动由于制动衬片与其待制动的配对件形成接触而出现。
本发明既涉及盘式制动器也涉及鼓式制动器，其中，在盘式制动器中，与制动衬片对应的配对件是制动盘，在鼓式制动器中则是制动鼓。
磨损传感器以通常公知的方式例如测量进给单元、压力柱塞的冲程或在制动设备的传动链中相应地铰接的构件的角度运动。根据本发明，初始信号值指的是在制动器未被操纵的情况下的磨损传感器的测量信号平稳段。该值由于制动衬片的逐渐磨损而随时间变化。事件信号值根据本发明指的是如下信号值，在该信号值处，可以肯定制动衬片与其配对件已经彼此接触，从而不发生进一步的空程。
本发明利用了如下认识，即，磨损传感器已经是高度灵敏的测量仪，该测量仪除了对操纵距离进行纯粹测量之外还可以结合时间上的信号变化曲线进行分析。如尤其由于在制动衬片与配对件之间形成接触而发生的机械结构的改变直接影响了磨损传感器的初始信号的信号变化曲线。根据本发明认识到，在制动衬片和配对件已经彼此形成接触且制动设备的空程被用尽时，总是会在信号变化曲线中出现具有表征性的波动。在此，本发明开始做准备并且在信号变化曲线中鉴别所述信号波动。由于根据本发明使焦点指向对磨损传感器的测量信号的分析，因而可以排除干扰变量，例如作为干扰变量的弹性的卡钳口径(sattelaufweitung)。
通过如下方式有利地对本发明进行改进，即，具有表征性的波动由局部的信号最大值和时间上与之相邻的局部的信号最小值形成，其中，将信号最小值的信号值确立为事件信号值。尽管在出现具有表征性的波动之前理论上的空程或理论上的气隙已经轻微越过了。这在磨损传感器的时间上的信号变化曲线中示出为信号上升的轻微衰减。然而，该区域却无法用令人满意的重复准确度在信号变化曲线中定位。但因为上述具有表征性的波动总是在信号值上升的第一次削平(abflachen)后不久就已经出现，所以可以通过鉴别具有表征性的波动以及通过将信号最小值专断地设定为事件信号值来以很高的重复准确度获知针对气隙的值，该值极为接近真实的(理论的)气隙。
若例如观察具有压力柱塞的盘式制动器，在该制动器中磨损传感器直接测量该压力柱塞的所经过的行程，那么一旦压力柱塞接触制动衬片，那么必要时就会在信号变化曲线中产生轻微的削平，并且一旦被压力柱塞运动的制动衬片与制动盘第一次接触，就产生了进一步的削平。然而，制动衬片开始“作用”时的制动器的压力点则在此后立即开始，并且该点能在磨损传感器的信号变化曲线中的具有表征性的波动的形状中看到。
在方法的优选实施方式中通过如下方式获知初始信号值，即，对在预先确定的时间段内所读取的测量信号取平均值，并且将该平均值暂存。求平均值一方面用于信号整平滑，并且另一方面可以用于将干扰信号从信号变化曲线中滤出。在制动器未被操纵时，基于彼此不同的运行条件，由磨损传感器传达的信号值不是正好恒定不变的，而是在特定的公差带中运动。若例如预先确定的时间被确立为0.05秒(测量信号在该时间内被求平均值)，并且磨损传感器以100hz的频率采样，那么分别经由五次连续相继的单测量来获知平均值。
频率和待获知的时间段可以视期望的平滑度来匹配。
在方法的另一优选实施方式中，一旦所读取的测量信号以预先确定的触发值超过初始信号值，那么就执行获知事件信号值的步骤。由此应当防止，事件错误地将信号变化曲线中的波动鉴别为越过了气隙，该越过仅归因于外部的干扰。预先确定的触发值优选处在信号值范围内，该信号值范围换算成由磨损传感器测得的构件的操纵行程后处在受设计所限的气隙的20％～50％的范围内。
在根据本发明的方法的优选设计方案中，获知事件信号值包括检测作为时间的函数的测量信号、形成测量信号的一阶时间导数以及形成测量信号的二阶时间导数。由这三个函数可以紧接着以很小的计算耗费获知信号最大值，以及尤其是获知信号最小值。信号最小值在此被确定为是如下信号值，其中，测量信号的一阶时间导数等于零，并且测量信号的二阶时间导数大于零。类似地将如下信号值确定为信号最大值，在其中，测量信号的一阶导数等于零，并且测量信号的二阶导数小于零。原则上也可以将接近信号最大值的信号值确立为事件信号值。然而，在越过信号最大值时，构件的至少一个已经略微发生弹性变形。因此，信号最小值被接近实际上的理论的气隙地定位。
在另一优选设计方案中，一旦结束机动车的制动，就进行获知初始信号值的步骤。一旦所读取的测量信号值低过触发值，尤其进行该步骤。以触发值为参照对象被视作是处理技术上简单的可行方案。在制动过程之前获知的并且暂存的初始信号值在完全结束制动之后通常不是正好被再次达到，这是因为由于制动而在制动衬片处出现了磨损。
通过如下方式有利地改进根据本发明的方法，即，该方法包括下列步骤：
-提供针对制动器的最大容许的气隙的极限值；
-将所获知的气隙与该极限值进行比较；以及
-如果气隙超过极限值，则提供警告信号。
警告信号可以优选以具有预先确定的代码的具有表征性的数据信号的形式作为声学的或光学的警告信号或者作为多个或全部的信号形式的组合来提供。
开头提及类型的方法在优选的设计方案中通过如下方式改进成用于自动地校准机动车的、尤其是商用机动车的制动器的气隙的方法，即，使该方法除了之前说明的优选的实施方式的步骤之外还包括：
-提供针对制动器的气隙的额定值；
-将所获知的气隙与该额定值进行比较；以及
-获知作为所获知的气隙与额定值之间的差的修正值。
用于自动校准的方法还优选包括：
-借助数据接口将修正值提供给制动器的优选是电的校准单元上；以及
-以所提供的修正值对制动器的气隙进行校准。
一旦该差超过预先确定的阈值，并且/或者一旦所获知的修正值一次或多次地在接连的测量中被证实在预先确定的公差带内，那么优选提供修正值。并不会一次性地确定修正值而是必须多次重复获知该修正值的规定保证了，在数据接口上并不输出任何无意义的“误报的(falsepositive)”修正值，而是只有在实际上确认和证实了已改变的气隙的趋势时，才提供修正值。尤其是在应当手动校准气隙或应当机械地校准气隙的实施方式中优选的是，将所需的修正干预的数量降低到合理的程度，从而只有在该修正值也是值得注意时，才呈报形式为修正值的修正需求。
如果在之前的以及下文中提到了测量信号，那么这些测量信号就视所选定的磨损传感器而定地被理解为电压信号或电流信号。磨损传感器优选具有行程和/或角度测量探测器。磨损传感器的测量信号还优选表现出与检测到的行程距离或角度范围成线性比例的特性。
本发明通过如下方式解决其任务，即，它说明了一种用于在机动车、尤其是商用机动车的制动器中进行气隙识别的控制器，该控制器具有处理器、数据存储器和数据接口，其中，在数据存储器中保存有用于执行根据前述优选的实施方式中任一项所述的方法的计算机程序，并且其中，处理器被设立成用于实施该方法的一个、多个或全部的方法步骤。控制器提供了独立解决方案，以便在具有磨损传感器的机动车中增补气隙识别。控制器优选被设立成用于在数据接口处提供下列中至少一项：
-代表制动器的气隙的信号值；
-在超过该气隙的预先确定的极限值时的警告信号；或者
-所获知的用于校准气隙的修正值。
控制器的数据接口进一步优选被设立成用于与校准单元、优选是电的校准单元直接通信，或者被设立成用于与机动车的总线系统通信。尤其借助与机动车的总线系统的通信可以出于诊断目的而向合适的车辆电子器件提供涉及气隙的信号值或特征值。经由总线系统也可以识别制动器或磨损传感器的故障。
本发明还在一种具有磨损传感器的开头所述类型的车辆制动器中通过如下方式解决其任务，即，该车辆制动器具有用于识别制动器的气隙的控制器，其中，磨损传感器以传导信号的方式与控制器连接，并且控制器根据前述优选实施方式中任一项来构造。
开头所述类型的方法的根据本发明的优点同样适用于控制器和车辆制动器，反之亦然。根据本发明的方法的优选的实施方式同时是储存在控制器的数据存储器中的计算机程序的优选的实施方式。
附图说明
现在接下来将结合附图描述本发明的实施例。这些附图不一定按比例示出实施例。而是将用于阐述的附图以示意性和/或轻微失真的形式来实施。在对能由附图直接看到的教导的补充方面，参考了有关的现有技术。在此要注意的是，在不偏离本发明的总体思路的情况下可以相关地对实施方式的形式和细节进行多种多样的修改和改变。在说明书、附图和权利要求中公开的本发明的特征无论是单独的还是以任意组合地都对本发明的改进方案至关重要。此外落入本发明的范围内的还有所有由至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征构成的组合。本发明的总体思路并不局限于在下文中示出和描述的优选的实施方式的精确的形式或细节，或并不局限于相比在权利要求中要求保护的若干主题受到限制的那个主题。在说明尺寸范围时，处在所述的极限内的值也应当作为极限值公开并能任意使用和加以保护。为简单起见，接下来为一致的或类似的部分或有一致的或类似的功能的部分使用相同的附图标记。
本发明的其他优点、特征和细节由接下来对优选的实施形式的说明并借助附图得出。在附图中：
图1示意性示出具有根据本发明的控制器的根据本发明的车辆制动器；
图2示意性示出根据本发明的方法；以及
图3示出以根据本发明的方法进行评估的信号变化曲线。
具体实施方式
根据图1，在本实施例中实施为盘式制动器且被构造成用于使用在商用机动车中的根据本发明的制动器100具有制动盘105(简略示出)和两个布置在制动盘105的相对置的侧上的制动衬片103，其中，制动盘105和制动衬片103能相对彼此运动。至少一个制动衬片103由衬片载体保持。
盘式制动器还包括制动卡钳107，该制动卡钳沿轴向在制动器载体111的引导栓上滑动。制动衬片103在制动器载体111中以能沿轴向移动的方式引导和支撑。通过压紧弓形件109以及通过压紧弹簧101实现对制动衬片103的保持。
在制动卡钳107中布置有磨损传感器115，该磨损传感器测量压力柱塞(未示出)的操纵行程。磨损传感器115借助传导信号的连接装置113与控制器10连接，该连接装置可以选择性地无线或有线地构成。
控制器10具有处理器11以及数据存储器13和数据接口15。控制器被设立成用于，借助保存在数据存储器13上的计算机程序来实施方法200(图2)。控制器10经由数据接口15将用方法200所获知的信号值、气隙值、修正值和/或警告信号例如输出给电子的校准单元300或机动车的总线系统400。
图2在优选的实施例中示意性示出了根据本发明的方法的流程。作为假定的方法开始，在步骤201中例如借助控制器10读取布置在制动器处的磨损传感器的测量信号。
在步骤203中优选由控制器10的处理器11获知初始信号值，其中，初始信号值代表了制动器的未被操纵的状态。由之前在步骤201中所读取的测量信号实现获知。优选在步骤203中将多个测量信号合并成平均值。
在步骤205中优选借助控制器10检验，当前所读取的信号值是否超过了在步骤203中获知的初始信号值幅度为预先确定的触发值。如果不是，那么中断对初始信号值的获知和对测量信号的读取。
如果当前读取的测量信号以预先确定的触发值超过所获知的初始信号值，则在步骤207中优选借助控制器10获知代表制动器的制动状态的事件信号值。
获知事件信号值的步骤优选包括：在步骤209中形成与时间相关的信号变化曲线的函数、在步骤211中形成测量信号的一阶时间导数、在步骤213中形成测量信号的二阶时间导数，其中，所述步骤可以按序进行。
基于该获知，紧接着在步骤215中优选借助控制器10复查：是否存在由局部的信号最大量和局部的信号最小量的时间顺序形成的具有表征性的波动。只要还没有从步骤211、213的测量信号的一阶和二阶时间映射中鉴别出值对，其中，测量信号的一阶时间导数等于零，而测量信号的二阶时间导数大于零，那么就继续在步骤207中进行的导数的形成。一旦满足前述标准，那么从步骤215起在步骤217中优选借助控制器10从在确认的事件信号值与初始信号值之间的差获知气隙。可选地，从步骤217起然后在步骤219中提供了针对最大容许的气隙的极限值。在步骤221中将所提供的极限值与所获知的气隙进行比较。如果气隙超过极限值，那么在步骤223中提供警告信号。
可选地，紧接提供警告信号之后或者在步骤217中获知气隙之后就已经通过如下方式继续方法，即，在步骤225中优选借助控制器10提供针对制动器的气隙的额定值。
在步骤227中将所获知的气隙与额定值进行比较，并且优选借助控制器10获知修正值作为所获知的气隙与额定值之间的差。
在步骤229中复查，之前获知的修正值是否超过了预先确定的阈值和/或所获知的修正值是否一次或多次地在接连的测量中能够被证实在预先确定的公差带内。如果不是，那么在步骤227中继续进行对修正值的获知。但如果修正值得到证实或超过了特定阈值，那么在步骤231中优选借助数据接口15向制动器的优选电的校准单元300或机动车的总线系统400执行修正值。
在步骤233中，例如由校准单元300将制动器的气隙校准了幅度为之前提供的修正值。
虽然控制器10在本实施例中阐述为是车辆制动器100的组成部分，但应理解，控制器10也作为单独的功能性的单元体现了本发明的本质。
在图3中示范性地示出了由磨损传感器115输出的信号s的时间上的信号变化曲线。时间轴t可以例如具有毫秒或秒作为单位。信号轴s可以例如直接显示测量信号单位(例如[mv]或[ma])或者显示已经换算过的相应于测量信号的传感器行程，传感器行程的单位例如可以是[mm]。重要的是质方面的变化曲线，接下来则聚焦于此。
在起先制动器未被操纵的情况下，信号值s在测量信号平稳段上围绕初始信号值a摆动，该初始信号值通过连续的测量以及可选的求平均值被确定。在制动器被操纵时，磨损传感器115给出了随时间t上升的信号值s。从超过触发阈值t开始，优选开始对事件信号值的获知。信号变化曲线s(t)在其斜率和曲率特性方面受控制器10检查。在信号变化曲线s(t)中，在制动衬片与其配对件之间的第一次接触用k标注。在此出现了衰减的信号变化曲线，但还没有出现具有表征性的波动。该具有表征性的波动在时间上发生在制动衬片完全贴靠在配对件上不久后。具有表征性的波动由局部的信号最大值s最大形成，随之而来的是局部的信号最小值s最小。在信号最小值s最小时，信号曲线的斜率等于零，并且曲率为正。这种状态可以明确地由信号变化曲线获知。该值被确认为是空程的结束点。初始信号值a与确认为事件信号值的局部的最小值s最小之间的差得到了由控制器10识别到的气隙l。在根据图3的图中可以看到，局部的信号最小值s最小得到了比理论上在点k中存在的略微更大的气隙。但实践中之前说明的所获知的气隙l最大仅偏离理论的气隙仅十分之几毫米，从而信号最小值s最小的选择是一种有利的折中，其能以比点k更高的重复准确度在信号变化曲线s(t)中获知。
附图标记列表
10控制器
11处理器
13数据存储器
15数据接口
100制动器
101压紧弹簧
103制动衬片
105制动盘
107制动卡钳
109压紧弓形件
111制动载体
113传导信号的连接装置
115磨损传感器
200方法
201～233方法步骤
300校准单元
400总线系统
a初始信号值
k针对理论气隙的点
l气隙
s最大信号最大值
s最小信号最小值、事件信号值
t时间
t触发阈值