DE102004008383A1 - Method and system for compensating for a change in the transmission behavior of an electronic brake system - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kompensieren einer durch eine Änderung wenigstens eines Betriebsparameters, insbesondere von Reibwert oder/und Kontaktposition oder/und Steifigkeit, hervorgerufenen Veränderung des Übertragungsverhaltens eines elektromechanischen Bremssystems, insbesondere eines elektromechanischen Bremssystems mit Selbstverstärkung, sowie ein entsprechendes Bremssystem.The The present invention relates to a method for compensating a by a change at least one operating parameter, in particular friction coefficient and / or Contact position and / or stiffness, induced change the transmission behavior an electromechanical brake system, in particular an electromechanical Braking system with self-reinforcement, as well as a corresponding brake system.
Aus
der
Aus
der
Die
aus dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik bekannten Lösungen eignen
sich nicht für elektromechanische
Bremsen, welche mit einer Selbstverstärkungsanordnung ausgebildet
sind. Eine derartige elektromechanische Bremse ist beispielsweise
aus der
Ein
alternatives Verfahren zur Bestimmung der Kontaktposition bei einer
Bremse ist aus der
Als
weiterer Stand der Technik zu elektromechanischen Bremsen, in welchem
jedoch auf das Problem der Kontaktpositionsbestimmung nicht näher eingegangen
wird, sei zusätzlich
auf die
Ein weiteres Problem des vorstehend geschilderten Stands der Technik liegt darin, dass keinerlei Vorkehrungen getroffen sind, die eine Änderung eines Betriebsparameters des Bremssystems berücksichtigen, wie beispielsweise eine Änderung des Reibwerts oder/und der Kontaktposition oder/und der Steifigkeit der Bremseinheit aufgrund einer Erhöhung der Betriebstemperatur des Bremssystems. Es hat sich aber gezeigt, dass sich der Reibwert oder/und die Kontaktposition oder/und die Steifigkeit der Bremseinheit im Laufe einer Bremsung deutlich verändern kann, so dass sich das Übertragungsverhalten des Bremssystems stark verändern kann und damit eine Ansteuerung und Verlagerung des Reibglieds in Abhängigkeit von der Änderung erforderlich ist. Messungen haben beispielsweise ergeben, dass der Reibwert durchaus innerhalb eines Wertebereichs von 0,15 bis 0,6 schwanken kann. Dadurch wird es schwierig, das Bremssystem adäquat zu regeln.One Another problem of the above-described prior art lies in the fact that no precautions are taken, which is a change consider an operating parameter of the brake system, such as a change the coefficient of friction and / or the contact position and / or the stiffness the brake unit due to an increase in the operating temperature of the brake system. However, it has been shown that the coefficient of friction and / or the contact position and / or the stiffness of the brake unit can change significantly during braking, so that the transmission behavior of the brake system change greatly can and thus control and displacement of the friction member in dependence from the change is required. For example, measurements have shown that Coefficient of friction within a range of 0.15 to 0.6 can fluctuate. This makes it difficult to adequately adjust the brake system regulate.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, mit welchem es unter verhältnismäßig geringem gerätetechnischem Aufwand bei elektromechanischen Bremsen, insbesondere mit Selbstverstärkungswirkung, möglich ist, eine betriebsbedingte Veränderung des Übertragungsverhaltens des Bremssystems, in die von einer Änderung eines Betriebsparameters des Bremssystems hervorgerufen wird, zu erfassen und zu kompensieren, um so die Regelgüte des Gesamtsystems zu verbessern.It Object of the present invention, a method of the initially designated type with which it under relatively low technical equipment Effort in electromechanical brakes, especially with self-boosting effect, possible is a business change the transmission behavior of the braking system, in which a change of an operating parameter of the braking system is caused to detect and compensate so the control quality of the overall system.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art gelöst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Erfassen einer die Betriebsstellung des Bremssystems bestimmenden Betriebsstellungs-Kenngröße in einer ersten Betriebsstellung des Bremssystems,
- b) Erfassen einer die Bremswirkung des Bremssystems charakterisierenden Bremswirkungs-Kenngröße in der ersten Betriebsstellung des Bremssystems,
- c) Erfassen einer die Betriebsstellung des Bremssystems bestimmenden Betriebsstellungs-Kenngröße in wenigstens einer weiteren Betriebsstellung des Bremssystems,
- d) Erfassen einer die Bremswirkung des Bremssystems charakterisierenden Bremswirkungs-Kenngröße in der wenigstens einen weiteren Betriebsstellung des Bremssystems und
- e) Kompensieren einer Änderung des wenigstens einen Betriebsparameters unter Berücksichtigung der erfassten Betriebsstellungs-Kenngrößen und Bremswirkungs-Kenngrößen der ersten und der wenigstens einen weiteren Betriebsstellung.
- a) detecting an operating position parameter determining the operating position of the brake system in a first operating position of the brake system,
- b) detecting a braking effect characteristic variable characterizing the braking effect of the brake system in the first operating position of the brake system,
- c) detecting an operating position parameter determining the operating position of the brake system in at least one further operating position of the brake system,
- d) detecting a braking effect of the braking system characterizing the braking effect characteristic in the at least one further operating position of the brake system and
- e) compensating for a change in the at least one operating parameter taking into account the detected operating position characteristics and braking performance characteristics of the first and the at least one further operating position.
Durch Abschätzen der Bremswirkungs-Kenngröße und durch Kompensieren der Änderung des Betriebsparameters, beispielsweise des Reibwerts oder/und der Kontaktposition oder/und der Steifigkeit der Bremseinheit, lassen sich betriebsbedingte Änderungen des Betriebsparameters ausgleichen und die Regelgüte entsprechend verbessern oder zumindest auf konstantem Niveau halten.By estimate the braking effect characteristic and by Compensate the change the operating parameter, for example, the coefficient of friction and / or the Contact position and / or the stiffness of the brake unit, let operational changes compensate the operating parameter and the control quality accordingly improve or at least maintain it at a constant level.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Betriebsstellungs-Kenngröße die Reibbelagposition oder ein diese Kenngröße charakterisierender Wert ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugbremse mit einem den Reibbelag verlagernden elektrischen Aktuator ausgeführt ist, wobei die Betriebsstellungs-Kenngröße die Aktuatorstellung des elektrischen Aktuators oder ein diese Kenngröße charakterisierender Wert ist.According to one variant The invention provides that the operating position characteristic is the friction lining position or a characterizing this characteristic Is worth. It can be provided that the vehicle brake with a friction actuator displacing the electric actuator is executed, wherein the operating position characteristic is the actuator position of the electric actuator or a value characterizing this characteristic is.
Ferner sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Bremswirkungs-Kenngröße das Bremsmoment, die Bremsverzögerung, der Radschlupf oder die Zuspannkraft oder ein diese Kenngrößen charakterisierender Wert ist. Im Folgenden soll insbesondere auf den Fall der Verwendung des Bremsmoments als Bremswirkungs-Kenngröße eingegangen werden, wobei das Bremsmoment mittels entsprechender elasto-kinematischer Effekte, beispielsweise mittels an sich bekannter Momentsensoren, erfasst wird. Die Bremswirkungs-Kenngröße dient für die vorliegende Erfindung als Regelgröße bei der Regelung der als elektromechanisches Bremssystem ausgeführten Regelstrecke.Further provides a development of the invention, that the braking effect characteristic of the braking torque, the braking delay, the wheel slip or the clamping force or a characterizing these characteristics Is worth. The following is intended in particular to the case of use the braking torque are received as a braking effect characteristic, wherein the braking torque by means of appropriate elasto-kinematic effects, For example, by means of known torque sensors detected becomes. The braking effect characteristic serves for the present invention as a controlled variable in the regulation of as electromechanical brake system executed controlled system.
Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bremssystem als Schwimmsattelbremse mit Selbstverstärkungswirkung ausgebildet ist, das eine Keilanordnung aufweist und dessen Aktuator mit Gewindetrieb ausgebildet ist. Geht man von dieser Ausführungsvariante der Erfindung aus, so sieht die Erfindung vor, dass der sich ändernde Betriebsparameter basierend auf der Annahme eines linearen Zusammenhangs von Aktuatorstellung und Bremsmoment gemäß der Gleichung ermittelt wird: wobei die Größen
- MB
- das gegenwärtige Bremsmoment,
- μB
- der Reibwert zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe des Bremssystems,
- rB
- der effektive Radius der Bremse,
- k*
- die Steifigkeit des Bremssystems,
- α
- der Keilwinkel,
- L
- die Spindelsteigung des Aktuators,
- θM
- die gegenwärtige Aktuatorstellung und
- θ0
- die Aktuatorstellung an der Kontaktposition des Bremssystems sind.
- M B
- the current braking torque,
- μ B
- the coefficient of friction between the brake lining and the brake disk of the brake system,
- r B
- the effective radius of the brake,
- k *
- the rigidity of the braking system,
- α
- the wedge angle,
- L
- the spindle pitch of the actuator,
- θ M
- the current actuator position and
- θ 0
- the actuator position are at the contact position of the brake system.
Tatsächlich müsste diese Gleichung jedoch lauten: wobei die Größe MStörungen denjenigen Anteil des gemessenen Bremsmoments repräsentiert, der beispielsweise auf Messfehler oder auf Abweichungen durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung und bei der Montage des Bremssystems auftritt und nicht unmittelbar auf eine Bremsung zurückgeht. Beispielsweise kann die Bremsscheibe Asymmetrien aufweisen, die die Rundlauf-Eigenschaften der Bremsscheibe beeinträchtigen.In fact, this equation would have to read: wherein the size M interference represents that portion of the measured braking torque, which occurs, for example, to measurement errors or deviations due to manufacturing tolerances in the manufacture and assembly of the brake system and does not directly go back to braking. For example, the brake disc may have asymmetries that affect the concentricity properties of the brake disc.
Es ist anzumerken, dass die Gesamtsteifigkeit k* des Bremssystems nicht linear ist, dass jedoch bei kleinen Änderungen der am Bremssystem wirkenden Zuspannkräfte eine Linearisierung der Steifigkeit allenfalls zu geringen tolerierbaren Abweichungen führt. Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, der Berechnung nichtlineare Steifigkeitsmodelle zugrunde zu legen. So hat die Anmelderin beispielsweise erkannt, dass die Gesamtsteifigkeit k* des Bremssystems mit zunehmendem Verschleiß stark zunimmt. Dies liegt daran, dass das Belagmaterial verhältnismäßig weich ist. Nimmt verschleißbedingt die Dicke des Reibbelags ab, so wird das Gesamtsystem entsprechend steifer. Da mit dem erfindungsgemäßen Bremssystem aber der Verschleiß erfassbar ist, wie im Folgenden noch erläutert werden wird, kann den im Rahmen der Erfindung durchgeführten Berechnungen ein dem gegenwärtigen Verschleißzustand entsprechender Steifigkeitsverlauf zugeordnet werden. Dadurch lässt sich eine Steifigkeitsänderung auch rechnerisch kompensieren.It It should be noted that the overall stiffness k * of the braking system is not linear is that, however, with small changes in the brake system acting clamping forces a linearization of the rigidity at most too small tolerable Deviations leads. But it is also possible according to the invention, the Calculation of nonlinear stiffness models. So For example, the Applicant has recognized that the overall rigidity k * of the brake system increases sharply with increasing wear. This is because the lining material is relatively soft. Takes due to wear the thickness of the friction lining, the overall system is accordingly stiffer. As with the brake system according to the invention but the wear detectable is, as explained below can be the calculations carried out in the context of the invention one to the present Wear condition corresponding Stiffness be assigned. This allows a change in stiffness also computationally compensate.
Grundsätzlich ist zwischen zwei Anwendungsfällen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu unterscheiden. So wird im ersten Fall davon ausgegangen, dass sich bei einer Bremsung innerhalb einer verhältnismäßig kurzen Zeit sowohl die Position des Reibbelags als auch das Bremsmoment signifikant ändern. Ist der beobachtete Zeitraum klein genug, so dass alle übrigen Parameter konstant bleiben, kann erfindungsgemäß derart vorgegangen werden, dass zum Ermitteln einer Änderung des Betriebsparameters des Bremssystems, beispielsweise des Reibwerts μB oder/und der Kontaktposition oder/und der Steifigkeit, und zum anschließenden Kompensieren dieser Änderung des Betriebsparameters durch Verändern des Verstärkungsfaktors der Regelung das Bremsmoment MB an der ersten Aktuatorstellung θM, die der Kontaktposition oder einer von der Kontaktposition abweichenden vorbestimmten Betriebsstellung des Bremssystems entspricht, und an der wenigstens einen weiteren von der Kontaktposition oder der vorbestimmten Betriebsstellung abweichenden Betriebsstellung erfasst wird, dass jeweils die Differenz ΔMB der erfassten Bremsmomentwerte und der erfassten Aktuatorstellungen ΔθM berechnet wird und dass anhand der berechneten Differenzen ΔMB und ΔθM der sich ändernde Betriebsparameter, insbesondere der Reibwert oder/und die Kontaktposition oder/und die Steifigkeit, bestimmt wird gemäß der Gleichung wobei die Größen
- ĝ
- eine Schätzung des Ausdruckswiedergibt,
- ΔMB
- die Differenz der erfassten Bremsmomentwerte,
- ΔθM
- die Differenz der erfassten Aktuatorstellungen,
- μB
- der Reibwert zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe des Bremssystems,
- rB
- der effektive Radius der Bremse,
- k*
- die Steifigkeit des Bremssystems,
- α
- der Keilwinkel und
- L
- die Spindelsteigung des Aktuators sind.
- G
- an estimate of the term reproduces,
- ΔM B
- the difference between the recorded brake torque values,
- Δθ M
- the difference between the detected actuator positions,
- μ B
- the coefficient of friction between the brake lining and the brake disk of the brake system,
- r B
- the effective radius of the brake,
- k *
- the rigidity of the braking system,
- α
- the wedge angle and
- L
- the spindle pitch of the actuator are.
Diese Vorgehensweise stößt allerdings dann an ihre Grenzen, wenn über einen längeren Zeitraum ein konstantes Bremsmoment von dem Bremssystem bereitgestellt werden soll. Gerade in einem derartigen Fall ist die vorstehend angegebene Forderung nach einer signifikanten Bremsmomentänderung nicht erfüllt, so dass die vorstehend angegebene Vorgehensweise keine hinreichend guten Ergebnisse liefert.These Approach comes however then to their limits, if over a longer one Period provided a constant braking torque from the brake system shall be. Especially in such a case, the above specified requirement for a significant change in brake torque not fulfilled, so that the above-mentioned approach is not sufficient gives good results.
Um diesem Problem zu begegnen, sieht die Erfindung für einen zweiten Anwendungsfall vor, dass zur Korrektur von ĝ das aktuell gemessene MB mit dem auf Basis des vorliegenden Wertes von ĝalt geschätzten Wertes verglichen wird. Dieser Vergleich führt zu einem angepassten Wert für ĝ gemäß folgender Gleichung: wobei
- ĝneu
- einen aktuellen Wert des Ausdruckswiedergibt,
- ĝalt
- ein bekannter vorangehender Wert von ĝ ist,
- MB
- das erfasste Bremsmoment ist,
- θM
- die korrespondierende Aktuatorstellung ist,
- θ0
- die Aktuatorstellung an der Kontaktposition oder einer von der Kontaktposition abweichenden vorbestimmten Betriebsstellung des Bremssystems ist,
- M0
- das Bremsmoment an der Bezugsposition θ0 ist (M0=0, wenn θ0 die Kontaktposition ist),
- Kest
- der Verstärkungsfaktor der Schätzung ist,
- μB
- der Reibwert zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe des Bremssystemsist,
- rB
- der effektive Radius der Bremse ist,
- k*
- die Steifigkeit des Bremssystems ist,
- α
- der Keilwinkel ist und
- L
- die Spindelsteigung des Aktuators ist.
- ĝ new
- a current value of the expression reproduces,
- ĝ old
- is a known previous value of ĝ,
- M B
- the detected braking torque is,
- θ M
- the corresponding actuator position is,
- θ 0
- the actuator position is at the contact position or a predetermined operating position of the brake system deviating from the contact position,
- M 0
- the braking torque at the reference position θ 0 is (M 0 = 0 when θ 0 is the contact position),
- K est
- the gain of the estimate is
- μ B
- the coefficient of friction between the brake pad and the brake disk of the brake system is
- r B
- the effective radius of the brake is,
- k *
- the stiffness of the braking system is
- α
- the wedge angle is and
- L
- the spindle pitch of the actuator is.
Als Bezugsposition θ0 kann beispielsweise die bei der nachfolgend beschriebenen Initialisierung ermittelte Kontaktpositionen oder eine andere Betriebsstellung verwendet werden. Da ĝ den Reibwert enthält, spiegelt sich eine Änderung des Reibwerts in einer Korrektur von ĝ wieder.As a reference position θ 0 , for example, the contact positions determined in the initialization described below or another operating position may be used. Since ĝ contains the coefficient of friction, a change in the coefficient of friction is reflected in a correction of ĝ.
Zur Initialisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass für eine erste Schätzung des Bremsmoments von einem vorbestimmten Reibwert, beispielsweise von μB=0,5, ausgegangen wird und.For initialization of the method according to the invention can be provided that is assumed for a first estimate of the braking torque of a predetermined coefficient of friction, for example, of μ B = 0.5, and.
Erfindungsgemäß wird bei einem erstmaligen Bremsvorgang nach Inbetriebnahme der Bremse – beispielsweise nach dem Starten eines mit einer erfindungsgemäß arbeitenden Bremse ausgestatteten Fahrzeugs – das wenigstens eine Reibglied mit einer Kraft gegen das abzubremsende Bauteil, beispielsweise die rotierende Bremsscheibe, gedrückt, so dass ein geringer Bruchteil eines Nennbremsmoments erzeugt wird. In diesem Zustand werden die Position des Reibglieds sowie das gegenwärtige Bremsmoment erfasst. In der Folge wird das Reibglied weiter auf das abzubremsende Bauteil zu bewegt, d.h. das Bremsmoment wird erhöht, wobei weiterhin das Bremsmoment sowie die Reibgliedposition erfasst und daraus Wertepaare gebildet werden. Diese Wertepaare werden ausgewertet und es wird eine Regressionsgerade bestimmt, welche einen Zusammenhang zwischen dem Bremsmoment und der Reibgliedposition beschreibt. Aus der Regressionsgeraden wird dann diejenige theoretische Reibglied-Kontaktposition ermittelt, bei welcher das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt. Die ermittelte theoretische Reibglied-Kontaktposition dient dann für weitere Bremsvorgänge als Ausgangspunkt, auf welchen die gesamte Bremse eingestellt wird. Diese theoretische ermittelte Reibglied-Kontaktposition kann als Bezugspunkt zur Lüftspiel-Einstellung verwendet werden. Bei einer Mehrzahl von Reibgliedern ist die theoretische Reibglied-Kontaktposition aber vorzugsweise so gewählt, dass sich alle Reibglieder in Kontakt mit den diesen zugeordneten abzubremsenden Bauteilen befinden.According to the invention is at a first-time braking operation after startup of the brake - for example after starting a equipped with a brake according to the invention Vehicle - the at least one friction member with a force against the braked Component, such as the rotating brake disc, pressed, so that a small fraction of a nominal braking torque is generated. In this state, the position of the friction member and the current braking torque detected. As a result, the friction member is further on the braked Component to move, i. the braking torque is increased, while still the braking torque and the Reibgliedposition detected and formed pairs of values become. These value pairs are evaluated and it becomes a regression line determines which relationship between the braking torque and the Reibgliedposition describes. From the regression line is then the theoretical friction member contact position is determined, in which the at least one friction member with the at least one braked component just comes into contact. The determined theoretical Frictional member contact position then serves for further braking operations as Starting point on which the entire brake is adjusted. This theoretically determined friction member contact position may be referred to as Reference point for the clearance setting be used. In a plurality of friction members is the theoretical But friction member contact position preferably chosen so that all friction members in contact with the braked assigned to this Components are located.
Beispielsweise kann der Bruchteil, bei dem ein erstes Wertepaar erfasst wird, im Bereich zwischen 1-10%, vorzugsweise bei 3% des Nenn-Bremsmoments liegen. Ferner kann hinsichtlich der Bemessung des Erfassungszeitraums vorgesehen sein, dass das wenigstens eine weitere Wertepaar nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode nach Bestimmung des vorangehenden Wertepaars erfasst wird. Ein geeigneter Wert für diese Zeitperiode liegt beispielsweise im Bereich von wenigen Millisekunden bis hin zu einer Sekunde. Erfasst man entsprechende Wertepaare in derart kurzen Zeitperioden nacheinander, so ist gewährleistet, dass sich der Zustand der Bremse nur geringfügig ändert und somit die vorstehend erläuterte Annahme eines quasistationären Zustands der Bremse hinreichend genau ist.For example the fraction at which a first value pair is detected may be included in the Range between 1-10%, preferably at 3% of the nominal braking torque lie. Furthermore, with regard to the assessment of the recording period be provided that the at least one further value pair after Expiration of a predetermined period of time after determination of the preceding Value pairs is detected. An appropriate value for this period of time is, for example ranging from a few milliseconds to a second. Captured corresponding value pairs in such short time periods one after the other, this ensures that the state of the brake changes only slightly and thus the above explained Adopting a quasi-stationary State of the brake is sufficiently accurate.
Die
Bestimmung der Regressionsgeraden kann nach der Gleichung erfolgen:
- MB
- das Bremsmoment bezeichnet,
- θ
- die gegenwärtige Aktuatorstellung bezeichnet,
- C1, C2
- Konstanten bezeichnet.
- M B
- denotes the braking torque,
- θ
- designates the current actuator position,
- C 1 , C 2
- Constants.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die theoretische Reibglied-Kontaktposition, bei welcher das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt, aus der Regressionsgerade unter der Annahme ermittelt werden, dass bei der theoretischen Reibglied-Kontaktposition das Bremsmoment gleich null ist.According to one Development of the invention, the theoretical friction member contact position, in which the at least one friction member with the at least one braked component just comes into contact, from the regression line on the assumption that at the theoretical friction member contact position, the Braking torque is zero.
Grundsätzlich ist es möglich, bei jedem Bremsvorgang das vorstehend beschriebene Verfahren zur Bestimmung der theoretischen Reibglied-Kontaktposition durchzuführen. Es ist jedoch auch möglich, dieses Verfahren lediglich in vorbestimmten Intervallen durchzuführen, beispielsweise bei einem Fahrzeug stets nach jedem Fahrzeugstart, nach Verstreichen einer vorbestimmten akkumulierten Betriebsdauer oder einer vorbestimmten zurückgelegten Fahrdistanz. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die ermittelte theoretische Reibglied-Kontaktposition, bei welcher das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt, solange zwischengespeichert wird, bis die theoretische Reibglied-Kontaktposition erneut ermittelt wird.Basically it is possible at each braking operation, the method of determination described above to perform the theoretical friction member contact position. It but it is also possible perform this method only at predetermined intervals, for example in a vehicle always after every vehicle start, after elapse a predetermined accumulated operating time or a predetermined one covered Driving distance. In this case, it can be provided according to the invention that the determined theoretical friction member contact position, in which the at least one friction member with the at least one braked Component just comes into contact while caching until the theoretical friction member contact position is determined again becomes.
Die gemäß vorstehender Beschreibung ermittelte Reibglied-Kontaktposition kann ferner dazu dienen, auf den gegenwärtigen Verschleißzustand der Bremse zurückzuschließen. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass aus der ermittelten theoretischen Reibglied-Kontaktposition, bei welcher das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt, und aus einer gespeicherten Reibglied-Kontaktposition, bei welcher im erstmaligen Betrieb der Bremse das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt, der gegenwärtige Verschleißzustand der Bremse berechnet wird.The according to the above Description determined friction member contact position can also do so serve, to the present wear state to close the brake. In In this context, it can be provided that from the determined theoretical friction member contact position, wherein the at least a friction member with the at least one component to be braked straight comes into contact, and from a stored friction member contact position, in which in the first operation of the brake, the at least one friction member with the at least one component to be braked just in contact occurs, the present one wear state the brake is calculated.
In Fortführung dieses Gedankens sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass ein vorbestimmter Wert für eine Grenz-Reibgliedposition gespeichert ist und dass dann, wenn die gegenwärtig ermittelte theoretische Reibglied-Kontaktposition, bei welcher das wenigstens eine Reibglied mit dem wenigstens einen abzubremsenden Bauteil gerade in Kontakt tritt, mit der Grenz-Reibgliedposition übereinstimmt, ein Warnsignal ausgegeben wird. Wird dieses Verfahren bei einer Bremse angewandt, welche über einen Nachstellmechanismus verfügt, so kann in diesem Falle ein Signal zur Betätigung der Nachstellung generiert werden.In continuation of this idea, a further development of the invention envisages that a predetermined value for a limit friction element position is stored and that, if the currently determined theories table friction member contact position, in which the at least one friction member with the at least one component to be braked just comes into contact with the limit Reibgliedposition coincides, a warning signal is issued. If this method is applied to a brake which has an adjusting mechanism, a signal for actuating the adjustment can be generated in this case.
Es ist anzumerken, dass im Rahmen dieser Erfindungsbeschreibung häufig der Begriff „Kontaktposition" verwendet wird. Grundsätzlich ist damit diejenige Reibgliedposition gemeint, an der das wenigstens eine Reibglied und – im Falle mehrerer Reibglieder – alle Reibglieder mit dem abzubremsenden Bauteil in Kontakt treten. Da sich diese Kontaktposition allerdings nicht genau messen lässt und da sich statt einer klar erfassbaren Position in der Realität vielmehr ein Kontaktbereich einstellt, wird im Rahmen dieser Erfindung in der Regel eine theoretische Kontaktposition verwendet, die in dem Kontaktbereich liegt und die fiktiv als diejenige Reibgliedposition angesehen wird, bei der das wenigstens eine Reibglied und – im Falle mehrerer Reibglieder – alle Reibglieder mit dem abzubremsenden Bauteil reibwirksam in Kontakt treten.It It should be noted that in the context of this description of the invention often the Term "contact position" is used. in principle is thus meant that friction member position at which the at least a friction member and - im Trap of several friction members - all Friction members come into contact with the component to be braked. There However, this contact position can not be measured accurately and rather than a clear graspable position in reality rather a contact area is set in the context of this invention in usually a theoretical contact position used in the Contact area is located and the fictitious as that Reibgliedposition is considered, in which the at least one friction member and - in the case several friction members - all friction members frictionally contact the component to be braked.
Die vorstehend erläuterte Vorgehensweise, die aus der Ermittlung einer Regressionsgeraden beruht, stößt allerdings dann an ihre Grenzen, wenn über einen längeren Zeitraum ein konstantes Bremsmoment von dem Bremssystem bereitgestellt werden soll. Gerade in einem derartigen Fall ist die vorstehend angegebene Forderung nach einer signifikanten Bremsmomentänderung nicht erfüllt, so dass die vorstehend angegebene Vorgehensweise keine hinreichend guten Ergebnisse liefert. Darüber hinaus tritt gerade bei einem über einen längeren Zeitraum konstant gehaltenen Bremsmoment das Problem einer Temperaturerhöhung und mit dieser einhergehend einer Änderung des Reibwerts sowie eine durch thermische Dimensionsänderungen bedingte Kontaktpositions-Verschiebung auf. Es ist daher erforderlich, bei der Ermittlung der Bremswirkung-Kenngröße in der wenigstens einen weiteren Betriebsstellung die Änderung dieser Betriebsparameters zu berücksichtigen. Ein wesentliches Problem betriebsbedingter Änderungen von Betriebsparametern in Bremssystemen liegt darin, dass sich aufgrund der Änderungen auch die Kontaktposition verschieben kann, und allgemein gesagt, dass sich dadurch das Übertragungsverhalten des Bremssystems stark ändern kann. Im Folgenden sollen Maßnahmen erläutert werden, die die diesem Problem Rechnung tragen.The explained above Approach resulting from the determination of a regression line rests but bumps then to their limits, if over a longer one Period provided a constant braking torque from the brake system shall be. Especially in such a case, the above specified requirement for a significant change in brake torque not fulfilled, so that the above-mentioned approach is not sufficient gives good results. About that In addition, just over at one a longer one Period held constant braking torque the problem of a temperature increase and with this along with a change the coefficient of friction as well as a thermal dimensional changes conditional contact position shift. It is therefore necessary in determining the braking effect characteristic in the at least one further operating position the change to consider this operating parameter. A major problem of operational changes in operating parameters in braking systems is that due to the changes can also shift the contact position, and generally speaking, that causes the transmission behavior of the brake system can. The following are measures explained who take the problem into account.
Um die Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbessern, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass mehrere Wertepaare aus Bremsmoment MB und Aktuatorstellung θM erfasst werden und als Bezugspunkte zum Schätzen des Reibwertes μB berücksichtigt werden. Falls erforderlich, können kleine Bremsbetätigungen ausgeführt werden, umzu ermitteln. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das Bremsmoment konstant gehalten werden soll. Um jedoch die Bremswirkung durch derartige Bremsbetätigungen nicht zu beeinträchtigen, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass radweise das Bremsmoment MB Rad und die Aktuatorstellung θM Rad verändert werden, wobei das Gesamtbremsmoment über alle Räder des Kraftfahrzeugs konstant gehalten wird. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Bremse zu betätigen, um dadurch die Parameter zu verifizieren und gegebenenfalls zu korrigieren.In order to improve the accuracy of the method according to the invention, a development of the invention provides that a plurality of value pairs of braking torque M B and actuator position θ M are detected and taken into account as reference points for estimating the coefficient of friction μ B. If necessary, small brake actuations can be performed to to investigate. This may be the case in particular if the braking torque is to be kept constant. However, in order not to adversely affect the braking effect by such brake actuations, a development of the invention that radweise the braking torque M B wheel and the actuator position θ M wheel are changed, the total braking torque over all wheels of the motor vehicle is kept constant. Another way to improve the accuracy of the method according to the invention is to operate the brake, thereby to verify the parameters and correct if necessary.
Ferner kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass ein in einer der Komponenten des Bremssystems während dem Betrieb auftretender Temperaturgradient, der das Bremsverhalten beeinflusst, sowie eine daraus resultierende Dimensionsänderung der Komponente berücksichtigt wird. So ist es beispielsweise möglich, anhand des erfassten Geschwindigkeitsverlaufs sowie des erfassten Bremsmomentverlaufs die erforderliche Bremsenergie zu bestimmen und davon ausgehend auf die freigewordene thermische Energie zu schließen. Diese ist ein Maß für thermisch bedingte Dimensionsänderungen von Bremsenkomponenten, beispielsweise dem Schwimmsattel.Further can be provided in this context, that in one of the Components of the braking system during the operating temperature gradient, the braking behavior influenced, as well as a resulting dimensional change the component is considered becomes. For example, it is possible based on the recorded speed profile and the detected Braking torque curve to determine the required braking energy and on the basis of the released thermal energy shut down. This is a measure of thermal conditional dimensional changes of brake components, such as the floating caliper.
Geht man in einer ersten Näherung wieder davon aus, dass eine lineare Kennlinie vorliegt, so sieht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass das Verhältnis aus einem ermittelten Reibwert μB und dem unabhängig davon geschätzten Ausdruck ĝ, der die Steigung des Bremsmomentverlaufs wiedergibt, überwacht wird und anhand des Verhältnisses die Plausibilität der Ermittlung des Ausdrucks ĝ überprüft wird.If, in a first approximation, it is again assumed that a linear characteristic curve is present, an embodiment of the method according to the invention provides that the ratio is monitored from a determined coefficient of friction μ B and the independently estimated expression ĝ, which represents the slope of the braking torque curve and the ratio is used to check the plausibility of the determination of the expression ĝ.
Bei einer linearen Kennlinie sollte das Verhältnis ungefähr gleich bleiben. Mit anderen Worten werden der näherungsweise ermittelte Ausdruck ĝ und der unabhängig davon geschätzte Reibwert μB im Rahmen einer Plausibilitätskontrolle miteinander verglichen.For a linear characteristic, the ratio should remain approximately the same. In other words, the approximately determined expression ĝ and the independently estimated friction coefficient μ B are compared with one another in the context of a plausibility check.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass der Reibwert μB anhand der Gleichung ermittelt wird wobei
- FB
- die sich aus dem aktuellen Bremsmoment ergebende Bremskraft,
- FA
- die über den Aktuator ausgeübte Antriebskraft und
- α
- der Keilwinkel sind.
- F B
- the braking force resulting from the current braking torque,
- F A
- the force exerted on the actuator driving force and
- α
- the wedge angle are.
Zusätzlich oder alternativ hierzu kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei Veränderung von Bremsmoment MB und Aktuatorstellung θM das Verhältnisberechnet wird und mit dem Ausdruck ĝ, vorzugsweise unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate, verglichen wird. Dadurch kann die Kennlinie (Steigung und Bezugspunkt) korrigiert werden.Additionally or alternatively, it may be provided according to the invention that when changing the braking torque M B and actuator position θ M, the ratio is calculated and compared with the expression ĝ, preferably using the method of least squares. As a result, the characteristic curve (slope and reference point) can be corrected.
Zur Regelung des Bremssystems kann auch vorgesehen sein, dass ein modellhafter idealer Verlauf der Regelgröße mit dem tatsächlich gemessenen Verlauf der Regelgröße, beispielsweise des Bremsmoments, verglichen wird und in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen idealem und tatsächlich gemessenem Verlauf der Ausdruck ĝ verändert wird oder eine gezielte Bremsbetätigung vorgenommen wird, um die Schätzung von ĝ zu korrigieren.to Control of the braking system can also be provided that a model ideal course of the controlled variable with the indeed measured course of the controlled variable, for example the braking torque is compared and depending on the deviation between ideal and actual measured course of expression ĝ is changed or a targeted brake is made to correct the estimate of ĝ.
Die Erfindung betrifft ferner ein Bremssystem zum Steuern/Regeln einer Bremse, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bremse wenigstens ein Reibglied und wenigstens ein drehendes, abzubremsendes Bauteil umfasst, wobei weiter zur Erzielung einer Bremswirkung das wenigstens eine Reibglied gegen das wenigstens eine drehende, abzubremsende Bauteil gedrückt wird, und wobei ein Betriebsstellungs-Kenngrößen-Erfassungsmittel, insbesondere ein Positionserfassungsmittel, zur Erfassung einer die aktuellen Reibgliedposition kennzeichnenden Betriebsstellungs-Kenngröße des Bremssystems, ein Bremswirkungs-Erfassungsmittel zur Erfassung des gegenwärtigen Bremsmoments oder einer anderen Bremswirkungs-Kenngröße und eine Steuereinheit vorgesehen sind.The The invention further relates to a braking system for controlling a Brake, in particular for performing the method according to any one of the preceding claims, wherein the brake at least one friction member and at least one rotating, braked component includes, further to achieve a braking effect the at least one friction member against the at least one rotating, pressed braked component and wherein an operating position characteristic acquisition means, in particular a position detecting means for detecting a current one Friction position characterizing operating position characteristic of the brake system, a braking action detecting means for detecting the current braking torque or another braking effect characteristic and a control unit are.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass das Betriebsstellungs-Kenngrößen-Erfassungsmittel in einer ersten und in wenigstens einer weiteren Betriebsstellung des Bremssystems eine die Betriebsstellung des Bremssystems bestimmende Betriebsstellungs-Kenngröße erfasst, dass das Bremswirkungs-Erfassungsmittel in der ersten Betriebsstellung des Bremssystems eine die Bremswirkung des Bremssystems charakterisierenden Bremswirkungs-Kenngröße erfasst, dass die Steuereinheit auf Grundlage der erfassten Werte der Betriebsstellungs-Kenngröße und der Bremswirkungs-Kenngröße einen Wert für die die Bremswirkung des Bremssystems charakterisierenden Bremswirkungs-Kenngröße in der wenigstens einen weiteren Betriebsstellung des Bremssystems erfasst und dass die Steuereinheit eine Änderung eines Betriebsparameters, insbesondere des Reibwerts oder/und der Kontaktposition oder/und der Steifigkeit, unter Berücksichtigung der erfassten Betriebsstellungs-Kenngrößen und Bremswirkungs-Kenngrößen der ersten und der wenigstens einen weiteren Betriebsstellung kompensiert.The invention is further provided that the operating position characteristic detecting means in a first and in at least one further operating position of the brake system a recorded the operating position of the brake system determining operating position characteristic, that the braking effect detecting means in the first operating position of the brake system is a characterizing the braking effect of the brake system Recorded brake performance characteristic, that the control unit based on the detected values of the operating position characteristic and the Brake effect characteristic one Value for the braking effect of the braking system characterizing braking effect characteristic in the detected at least one other operating position of the brake system and that the control unit makes a change an operating parameter, in particular the friction coefficient and / or the Contact position and / or stiffness, taking into account the recorded operating position characteristics and Brake effect characteristics of the first and the at least one other operating position compensated.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Bremse als elektromechanische Bremse ausgebildet, bei welcher das wenigstens eine Reibglied vermittels eines elektromechanischen Antriebs gegen das wenigstens eine abzubremsende Bauteil drückbar ist. In einem besonderen Anwendungsfall der Erfindung weist die elektromechanische Bremse eine Anordnung zur Selbstverstärkung der von dem elektromechanischen Antrieb auf das wenigstens eine Reibglied ausgeübten Reibkraft auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit zur Bestimmung der aktuellen Reibgliedposition die Antriebsbewegung des elektromechanischen Antriebs erfasst. Ferner bietet sich an, dass das Bremswirkungserfassungsmittel zur Bestimmung des aktuellen Bremsmoments ausgebildet ist.According to one embodiment invention, the brake is designed as an electromechanical brake, in which the at least one friction member by means of an electromechanical Drive can be pressed against the at least one component to be braked. In a particular application of the invention, the electromechanical Brake a self-energizing arrangement of the electromechanical Drive on the at least one friction member exerted friction force. It can be provided that the control unit to determine the current Friction member position the drive movement of the electromechanical drive detected. It also suggests that the brake action detection means is designed to determine the current braking torque.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich besonders für
die Anwendung bei elektromechanischen Bremsen, d.h. bei Bremsen,
bei welchen das wenigstens eine Reibglied mittels eines elektromechanischen Antriebs
gegen das wenigstens eine abzubremsende Bauteil gedrückt wird.
Richtet man das Augenmerk auf derartige Bremsen, so ist darauf hinzuweisen,
dass sich das erfindungsgemäße Verfahren
nicht nur für
elektromechanische Bremsen eignet, bei welchen der elektromechanische
Antrieb allein, d.h. ohne Verstärkungsmechanismus,
für die
Reibkraft verantwortlich ist. Vielmehr eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren
auch für
elektromechani sche Bremsen mit Selbstverstärkung, wie sie beispielsweise
in der eingangs bereits erwähnten
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:in the The following is an embodiment of the present invention with reference to the accompanying figures. It represent:
In
In
axialem Abstand von der Bremsscheibe
Wie
aus
Axial
außerhalb
des ersten Trägerrings
An
der radial inneren Umfangsfläche
des Bolzenträgers
Auf
der dem ersten Trägerring
In
einem radial äußeren Bereich
der Scheibenbremse
Der
Elektromotor
Es
wird nun die Funktion des dargestellten Bremssystem erläutert, wobei
davon ausgegangen wird, dass sich die Bremsscheibe
Nachdem
sich die Reibglieder
Die
mit dem Bolzen
Zur
weiteren Funktionsweise der in
Betrachtet
man
- μB
- der Reibwert zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe des Bremssystems,
- rB
- der effektive Radius der Bremse,
- k*
- die Steifigkeit des Bremssystems,
- α
- der Keilwinkel und
- L
- die Spindelsteigung des Aktuators sind.
- μ B
- the coefficient of friction between the brake lining and the brake disk of the brake system,
- r B
- the effective radius of the brake,
- k *
- the rigidity of the braking system,
- α
- the wedge angle and
- L
- the spindle pitch of the actuator are.
Beide
Kurven
Wie
aus
Betrachtet
man hingegen
Entsprechend
dem in
Geht
man zum Abschätzen
des Verhaltens der Bremse zunächst
von gemessenen Werten für
das Bremsmoment und die korrespondierende Reibgliedposition aus,
so lässt
sich daraus nur schwer die Entwicklung des Bremsmoments abschätzen.
Um
diesem Problem zu begegnen, zeigt
Ein
weiterer Anwendungsfall der Erfindung ist in
In
Schritt S1 werden die einzelnen Punkte (Wertepaare) P (vgl.
In Schritt S4 werden die Ergebnisse des vorherigen Zeitschritts integriert bzw. berechnet, um neuen Werte anhand des Systemmodells zu ermitteln. In diesem Schritt ist es auch möglich, die Parameter zu initialisieren. Danach werden in Schritt S5 Parametervergleiche zwischen dem realen System, bzw. den gemessenen Werten, und dem idealen System sowie möglicherweise Plausibilitätstests durchgeführt. Wenn die Ergebnisse innerhalb einer gewählten Toleranz liegen, dann wird in Schritt S6 ein entsprechendes Bremsmoment geschätzt, welches benutzt wird, um in Schritt S7 die Ableitungen der Parameter zu berechnen. Schließlich wird in Schritt S8 der Regler gemäß des geschätzten Verstärkungsfaktors ĝi kompensiert.In step S4, the results of the previous time step are integrated or calculated to determine new values based on the system model. In this step it is also possible to initialize the parameters. Thereafter, in step S5, parameter comparisons are made between the real system (s), and the ideal system, and possibly plausibility tests. If the results are within a selected tolerance, then a corresponding brake torque is estimated in step S6, which is used to calculate the derivatives of the parameters in step S7. Finally, in step S8, the controller is compensated according to the estimated gain factor ĝ i .
Falls der Vergleich in Schritt S5 zu einem negativen Ergebnis führt, d.h. wenn die Vergleichsergebnisse außerhalb der gewählten Toleranz liegen, wird in Schritt S9 die Schätzung dementsprechend korrigiert, und der Ausgangspunkt entweder korrigiert oder neu ausgewählt. Gegebenenfalls kann in Schritt S10 ein Bremsvorgang ausgelöst werden, damit die Punkte P (Wertepaare) neu erfasst werden können.If the comparison in step S5 leads to a negative result, ie if the comparison results are outside the selected tolerance, the estimation is corrected accordingly in step S9, and the starting point either corrected or newly selected. Optionally, a braking operation can be triggered in step S10, so that the points P (value pairs) can be re-detected.
Die
Punkte P werden also ständig
korrigiert bzw. nachgeführt,
wie vorstehend bereits erwähnt
wurde und mit Bezug auf
Die
in
- P1 → PN
- Punkte (Wertepaare) 1-N, z.B.: (θi, Mi) oder (θi, dvi/dt) oder (θi, dVFzg/dt) Oder (θi, FZuspann)
- θi
- gemessene Position, Zeitschritt i
- Mi
- gemessenes Moment, Zeitschritt i
- Ṁi
- gemessene Ableitung des Moments, Zeitschritt i
- Ti
- gemessene Bremstemperatur, Zeitschritt i
- ii
- gemessener Motorstrom, Zeitschritt i
- ωi
- gemessene Radgeschwindigkeit, Zeitschritt i
- PA
- Ausgangspunkt für die Schätzung (ein Punkt von P1 → PN)
- ĝi
- geschätzter Verstärkungsfaktor, Zeitschritt i
- μ ^i
- geschätzter Reibungskoeffizient, Zeitschritt i geschätzte Temperaturen (1 → M) diskreter Bremsenbauteile, Zeitschritt
- T ^(1:M)i
- i
- θ0i
- geschätzter Kontaktpunkt, Zeitschritt i
- berechnete Momentenunterschiede für einen Bremsvorgang zur Ermittlung des Verstärkungsfaktors und der Verschiebung des Kontaktpunkts, Räder (1 → J)
- P 1 → P N
- Points (value pairs) 1-N, eg: (θ i , M i ) or (θ i , dv i / dt) or (θ i , dV Fzg / dt) Or (θ i , F Zuspann )
- θ i
- measured position, time step i
- M i
- measured moment, time step i
- I
- measured derivative of the moment, time step i
- T i
- measured brake temperature, time step i
- i i
- measured motor current, time step i
- ω i
- measured wheel speed, time step i
- P A
- Starting point for the estimate (a point from P 1 → P N )
- i
- estimated gain factor, time step i
- μ ^ i
- estimated friction coefficient, time step i estimated temperatures (1 → M) of discrete brake components, time step
- T ^ (1: M) i
- i
- θ 0i
- estimated contact point, time step i
- calculated torque differences for a braking process to determine the gain factor and the displacement of the contact point, wheels (1 → J)
Mit
dem Algorithmus wird eine Näherung
berechnet, sowie andere Faktoren wie z.B. die Varianz der Daten
und die „statistische
Sicherheit". Letztere
Faktoren werden in Schritt S15 benutzt, um zu entscheiden, ob die
Näherung
zuverlässig
ist. Falls das der Fall ist, werden die aufgenommenen Punkte in
Schritt S16 entsprechend korrigiert und dem Verfahren gemäß
Der
in
Claims (25)
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