DE19826133A1

DE19826133A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage

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Publication number: DE19826133A1
Application number: DE19826133A
Authority: DE
Inventors: Matthias Schanzenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1998-06-12
Publication date: 1999-12-16
Also published as: US6217131B1; JP2000033863A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage mit elektrisch betätigbaren Stelleinrichtungen an den Radbremsen vorgeschlagen. Dabei wird die Stelleinrichtung nach Maßgabe eines Bremswunsches des Fahrers gesteuert, in wenigstens einem Betriebszustand auf der Basis des mittels eines Schätzverfahren angepaßten Zusammenhangs zwischen einer den Bremsbelagwert repräsentierenden Größe und dem Bremsmoment oder der Bremskraft an dem Rad und/oder des mittels eines Schätzverfahrens ermittelten Nullwerts dieser Größe bei Abheben der Bremsbeläge von der Scheibe bzw. Trommel erfolgt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugbremsanlage.

Eine Anforderung an das Regelsystem einer Fahrzeugbremsanla ge ist die korrekte Einstellung des Lüftspiels zwischen Bremsbelag und Bremsscheibe. Bei der klassischen hydrauli schen Bremse sorgen Dichtringe für das Zurückziehen des Kol bens im drucklosen Zustand und somit für das Abheben der Bremsbeläge. In Verbindung mit der elektromechanischen Brem se, beider die Zuspannung z. B. durch einen Elektromotor be wirkt wird, muß das Lüftspiel durch Bestromung des Aktuators in negative Richtung aktiv eingestellt werden.

Elektromoto risch betriebene Radbremsen für Kraftfahrzeuge sind bekannt, beispielsweise aus der WO-A 94/24453 oder der DE-A 195 26 645. Die Größe des Lüftspiels ist mittels eines Bremsmomen ten- oder Kraftsensors nicht zu ermitteln. Das Lüftspiel wird deshalb über ein Wegsignal (Verfahrweg der Bremsbelä ge), z. B. über einen Motordrehwinkel, der über eine feste Kennlinie mit dem Verfahrweg der Bremsbeläge zusammenhängt, eingestellt. Dabei ist die genaue Kenntnis des Nullweges bzw. des Nullwinkels, bei welchem die Bremsbeläge die Brems scheibe gerade berühren, wichtig. Soll nur ein Regler für das Bremsmoment bzw. die Bremskraft verwendet werden, ist ferner der Zusammenhang zwischen der Weggröße und der gere gelten Größe entscheidend.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, mit deren Hilfe diese Nullgröße und/oder dieser Zusammenhang ermittelt werden kann.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängi gen Patentansprüche erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die nachfolgend beschriebene Lösung zeigt eine zuverlässige, genaue Vorgehensweise zur Bestimmung des Nullweges bzw. des Nullwinkels, an dem die Bremsbeläge die Bremsscheibe bzw. -trommel gerade noch berühren bzw. sich gerade gelöst haben.

Durch die Schätzung ist diese Nullgröße jederzeit bekannt, so daß eine zuverlässige Lüftspieleinstellung auch nach Bremsungen im Stillstand und/oder zusätzliche Testbremsungen zur Identifi kation der Nullgröße möglich ist. Ein Herantasten an den Nullpunkt entfällt, so daß keine Zeit bei der Einstellung des Lüftspiels verloren wird. Die beschriebene Vorgehensweise schätzt zu jedem Zeitpunkt den Nullpunkt über das Bremsmoment- bzw. das Zuspannkraftsignal und das Weg- bzw. Winkelsignal, wodurch auch nach einer Stopbremsung das Lüftspiel korrekt und schnell eingestellt werden kann.

Aufgrund des ausgeprägten Offsetdrifts des Momenten- bzw. Kraftsensors sowie durch Verschleißerscheinungen und Tempera tureinflüsse kann nicht davon ausgegangen werden, daß sich während einer Bremsung der Berührwinkel der Bremsbeläge mit der Scheibe nicht ändert. Ferner kann eine fehler- und/oder drift behaftete Winkelmessung das Ergebnis verfälschen. Durch die ständige Abschätzung des Nullpunkt werden diese Einflüsse berücksichtigt. Es findet ein ständiger Abgleich des Momenten- bzw. Kraftsensors statt, Fehler in der Weg- bzw. Winkelerfas sung werden kompensiert und Kennlinien, die die Charakteristik der Bremse repräsentieren angepaßt.

Auf diese Weise wird eine schnelle und genaue Lüftspielein stellung auch unter Verwendung einer Bremsmomentenregelung in allen Betriebszuständen, d. h. auch im Stillstand, ermög licht.

Wird eine Steuerung der Radbremsen im Rahmen einer Bremsmo menten- oder Bremskraftregelung mit einem einzigen Regler durchgeführt, wird durch die beschriebene Vorgehensweise si chergestellt, daß der dabei verwendete Zusammenhang zwischen dem gemessenen Wegsignal und dem Momenten- bzw. Kraftsignal ständig angepaßt wird. Die Steuerung wird dadurch vor allem mit Blick auf den Komfort beim Bremsen (kein Sprung beim Um schalten vom gemessenen Wert auf einen berechneten) und bei der Lüftspieleinstellung verbessert.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanlage mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaars. Die Fig. 2 stellt ein Ablaufdiagramm eines Bremsmomentenreglers für eine Radbremse dar. In Fig. 3 ist beispielhaft die Variation der Momenten-/Winkelkennlinie ab gebildet.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild einer Bremsanla ge mit einer elektromotorischen Zuspannung der Bremsen am Beispiel eines Radpaares. Dieses Radpaar könnte einer Achse oder einer Diagonalen des Fahrzeugs zugeordnet sein. Dabei ist mit 10 das Bremspedal des Fahrzeugs dargestellt. Der Bremswunsch des Fahrers wird über das Sensorsystem 12 durch Winkel-, Weg- und/oder Kraftmessung erfaßt und über die Lei tungen 14 einem elektronischen Steuerungssystem 16 zuge führt. Dieses Steuerungssystem ist in einer vorteilhaften Auslegung aus dezentral aufgeteilte Steuereinheiten aufge baut. Das Sensorsystem 12 wie auch zumindest teilweise das elektronische Steuerungssystem 16 sind redundant ausgeführt. Das elektronische Steuerungssystem betätigt über die Aus gangsleitungen 18 und 20 die Elektromotoren 23 und 24, bei spielsweise mittels eines pulsweitenmodulierten Spannungs signals unter Verwendung einer H-Brückenendstufe. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel werden Kommutator- Gleichstrommotoren eingesetzt. Die Elektromotoren sind Teil von Bremsenstellern 26 und 28. Die rotatorischen Bewegungen dieser Motoren werden in den nachgeschalteten Getriebestufen 58 und 60 in translatorische Bewegungen umgeformt, die zu Verschiebungen der Bremsbeläge 30 und 32 führen. Die Brems beläge werden in den Bremssättel 34 und 36 geführt und wir ken auf die Bremsscheiben 38 und 40 der Räder 1 und 2. Dane ben ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine elek trisch betätigbare Federkraftbremse vorgesehen, mit deren Hilfe der Bremsensteller in der aktuellen Position verrie gelt werden kann, so daß der Elektromotor stromlos geschal tet werden kann. Die Position des Bremsenstellers wird dann ohne Energieaufwand gehalten.

An jedem Rad werden Kraft- oder Momentensensoren 42 und 44 eingesetzt, deren Signale über die Meßleitungen 46 und 48 dem elektronischen Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Mittels dieser Sensoren werden in einer Ausführungsvariante die axiale Abstützkräfte der Steller bei einem Bremsvorgang gemessen und bilden damit ein Maß für die auf die Brems scheiben wirkenden Normalkräfte. Diese Variante wird im fol genden Kraftmessung genannt. Unter Bremskraft wird daher die Kraft verstanden, mit der die Bremsbacken gegen die Brems scheibe bzw. -trommel drücken. In einer anderen Ausführungs variante werden die radialen Abstützkräfte der Bremsbeläge gemessen und bilden damit ein Maß für die in den Bremsschei ben auftretenden Reibkräfte bzw. deren Reibmomente. Diese Messung - wie auch die Verwendung eines direkten Momenten sensors - wird im folgenden als Momentenmessung bezeichnet. Zudem werden über die Sensoren 50 und 52 die Radgeschwindig keiten erfaßt und über die Eingangsleitungen 54 und 56 dem Steuerungssystem 16 übermittelt. Ferner sind Winkelsensoren 62 und 64 vorgesehen, deren Signale über die Leitungen 66 und 68 dem Steuerungssystem 16 zugeführt werden. Diese Win kelsensoren sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Hallsensoren, welche z. B. die Umdrehung des Elektromotors des Bremsenstellers erfassen und pro Umdrehung mehrere Im pulse liefern, deren Anzahl ein Maß für den zurückgelegten Winkel und damit für den zurückgelegten Weg ist. In anderen Ausführungsbeispielen werden andere Sensoren (z. B. induktive Sensoren, Potis, etc.) zur Weg- oder Winkelmessung einge setzt.

Im elektronischen Steuerungssystem 16 werden aus dem erfaß ten Bremswunsch entsprechend vorprogrammierten Kennfeldern Sollwerte für die einzelnen Radbremsen oder Gruppen von Rad bremsen ermittelt. Diese Sollwerte entsprechen beispielswei se den an einem Rad oder einem Radpaar einzustellenden Bremsmomenten oder Bremskräften, deren Größen unter anderem von der Achslastverteilung des Fahrzeugs abhängen. Aus den ermittelten, gegebenenfalls radindividuellen Sollwerten wird durch Vergleich mit den in den Sensoren 42 und 44 gemessenen Istwerten der Bremskräfte bzw. Bremsmomente Regeldifferenzen ermittelt, die Regelalgoritmen, zum Beispiel in Form zeit diskreten PID-Reglern, zugeführt werden. Die Stellgröße die ses Reglers wird zur Ansteuerung der Elektromotoren verwen det, wobei entsprechende Ansteuersignale über die Leitungen 18 und 20 ausgegeben werden. Am Ende eines Bremsvorgangs ist der Zeitpunkt für die Lüftspieleinstellung.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Beispiels einer Reg lerstruktur für eine Radbremse mit einem Momentenregler. Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einer solchen Regler struktur eingesetzt. In anderen Ausführungen werden auch an dere Strukturen verwendet. Zum Beispiel kann die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise auch dann eingesetzt werden, wenn die Lüftspieleinstellung im Rahmen einer Winkel- oder Lageregelung erfolgt (Nullpunktsbestimmung wie nachfolgend beschrieben), die Regelung des Bremsvorgangs als Momenten- oder Bremskraftregelung.

Der Betätigungswinkel β des Bremspedals wird über die in Fig. 1 dargestellten Sensoren 12 erfaßt. Über die Kennlinie 100, welche eine gewünschte Pedalweg-Bremsmoment-Charakte ristik repräsentiert, wird aus dem Betätigungswinkel des Bremspedals ein Bremsmomentvorgabewert MVOR ermittelt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kennlinie 100, d. h. die gewünschte Pedalweg-Bremsmoment-Charakteristik der art vorgegeben, daß im Bereich des losgelassenen Bremspedals eine negative Bremsmomentenvorgabe entsteht. Die Bedeutung des negativen Bremsmomentenvorgabewerts bei einem Betäti gungswinkel 0 des Bremspedals, d. h. bei einem losgelassenen Bremspedal, ist die Vorgabe einer bestimmten Lüftspielein stellung.

Während der Fahrt des Fahrzeuges wird die Zuspannkraft der Bremsen im Rahmen einer Bremsmomentenregelung eingestellt. Der von der Kennlinie 100 ermittelte Bremsmomentensollwert MVOR wird als Bremsmomentensollwert MSOLL dem Regler 102 zu geführt. Der Regler umfaßt dabei einen Regelalgorithmus, wo bei sich in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Re gelalgorithmus mit Proportional-, Integral- und Differen tialanteil als geeignet erwiesen hat. Der Regler 102 berech net in Abhängigkeit der Vorgabegröße MSOLL sowie des Ist- Momentes MIST eine Stellgröße U nach Maßgabe des implemen tierten Regelalgorithmus, welche an die Regelstrecke 104, d. h. an den elektrisch betätigbaren Bremsensteller abgegeben wird. Der Bremsensteller 104 verfügt über Meßeinrichtungen zur Erfassung des Drehwinkels ϕ des Rotors des Elektromotors sowie zur Erfassung des Bremsmoments MIST'. Das gemessene Ist-Bremsmoment wird über das Schaltelement 106 als Ist- Bremsmoment MIST an den Reger 102 zurückgeführt. Das Schal telement 106 gibt den gemessenen Bremsmomentenwert als Ist- Bremsmomentenwert an den Regler 102 weiter, wenn die Fahr zeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschrei tet. Der Regler 102 nähert dabei das Ist-Bremsmoment an den Bremsmomentensollwert und damit an den Fahrerwunsch an.

Die Fahrgeschwindigkeit V wird auf der Basis wenigstens ei ner Radgeschwindigkeit nach bekannten Vorgehensweisen ermit telt. Sie wird einer Schwellwertschaltelement 108 zugeführt, welcher das Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes von beispielsweise einigen Kilometern pro Stunde überprüft. Befindet sich die Fahrgeschwindigkeit oberhalb dieses Grenz wertes, d. h. bei größen Fahrgeschwindigkeiten, verbleibt das Schaltelement 106 in der gezeichneten Position, während bei Unterschreiten des Grenzwertes durch die Fahrgeschwindigkeit das Schaltelement 106 durch ein entsprechendes Signal in die nicht gezeichnete Stellung umgeschaltet wird. In dieser Stellung verbindet das Schaltelement 106 das berechnete Ist- Moment MIST" mit dem dem Regler zugeführten Ist-Moment MIST.

Bei kleinen Geschwindigkeiten im Bereich des Stillstandes ist das Bremsmomentensignal MIST' nicht mehr mit der Zu spannkraft der Radbremsen korreliert. Daher wird dem Regler 102 ein Momentensignal zurückgekoppelt, welches wenigstens aus dem Drehwinkel des Elektromotors ermittelt wurde. Zu diesem Zweck ist eine Kennlinie 110 vorgegeben, in der der Drehwinkel des Elektromotors in ein Bremsmoment MIST" umge setzt wird. Als Drehwinkel wird dabei der Drehwinkel Δϕ ver wendet, welcher in der Verknüpfungsstelle 112 aus dem am Bremsensteller 104 gemessenen Drehwinkel ϕ und dem Nullwin kel ϕ0, welcher beim Abheben der Bremsbeläge von der Scheibe bzw. Trommel vorliegt, ermittelt wird. Die Differenz dieser beiden Größen bildet den absoluten Drehwinkel Δϕ, welcher der Kennlinie 110 zugeführt wird. Der Nullwinkel ϕ0 und/oder die Kennlinienparameter h werden vom Schätzer 112 nach Maß gabe des gemessenen Drehwinkels ϕ und des gemessenen Bremsmoments MIST' im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Vorgehensweise geschätzt.

Liegen die Bedingungen (Block 115) für eine Lüftspielein stellung vor, wird das Schaltelement 116 geschlossen. Die Bedingungen sind z. B. losgelassenes Bremspedal (z. B. negati ve Momentenvorgabe) und der Motordrehwinkel ϕ befindet sich im Bereich des Nullwinkels ϕ0. Dem Sollmoment MVOR wird eine Komponente M1 zugeschaltet, die über eine Kennlinie 124 mit dem Drehwinkel Δϕ verknüpft ist. Liegen also die Bedingungen für die Lüftspieleinstellungen vor, so wird das Sollmoment über den Motordrehwinkel variiert und wird genau dann zu 0, wenn der eingeregelte Motordrehwinkel dem gewünschten Lüft spiel entspricht. Ist der Drehwinkel zu groß (positives Δϕ) so wird in Folge der Aufschaltung von M1 das Sollmoment re duziert, so daß eine negative Regeldifferenz am Eingang des Reglers 102 zu einer negativen Ausgangsspannung und somit zu einem entfernen der Bremsbeläge der Bremsscheibe bzw. - trommel führt. Bei zu kleinen Drehwinkeln, d. h. bei negati vem Δϕ ist der Vorgang umgekehrt.

Entscheidend für die Funktionsweise und den Komfort einer der artigen Regelung ist die Genauigkeit der Kennlinie 110 bzw. die Bestimmung des Nullwinkels ϕ0.

In Fig. 3 sind verschiedene Motorwinkel-Bremsmomenten- Kennlinien des Aktuators dargestellt. Dabei ist das gemessene Bremsmoment M (entspricht MIST') über dem gemessenen Winkel ϕ aufgetragen. Die Kennlinie 1 zeigt eine Situation mit geringem Belagverschleiß, mittlere Temperatur und nicht vorhandenem Sen soroffset; Kennlinie 2a mit großem Belagverschleiß, mittlere Temperatur, und nicht vorhandenem Sensoroffset; Kennlinie 2b mit großem Belagverschleiß, kleiner Temperatur, und nicht vorhande nem Sensoroffset; Kennlinie 2c: mit großem Belagverschleiß, gro ßer Temperatur, und nicht vorhandenem Sensoroffset; Kennlinie 3 mit mittlerem Belagverschleiß, mittlerer Temperatur, und negati vem Sensoroffset; Kennlinie 4a mit sehr großem Belagverschleiß, mittlerer Temperatur, und positivem Sensoroffset; Kennlinie 4b mit sehr großem Belagverschleiß, kleiner Temperatur, und positi vem Sensoroffset; Kennlinie 4c mit sehr großem Belagverschleiß, großer Temperatur, und positivem Sensoroffset.

Man sieht die große Variation der Kennlinien abhängig von den genannten Größen, die es erforderlich macht, zur optimalen Re gelung die Kennlinie an die sich ändernden Randbedingungen an zupassen.

In einer Näherung läßt sich die Kennlinie als quadratische Gleichung darstellen, wobei man über den Temperatureinfluß eine Stauchung oder Streckung der Kennlinie, über den Belagver schleiß oder eine temperaturbedingte Verdickung der Brem sscheibe eine horizontale Verschiebung und über den Sensoroff set eine vertikale Verschiebung der Kennlinie erhält. Somit er gibt sich:

M = m_temp * s₀* (ϕ_absolut-ϕ0)² + M_offset (1)

mit M Bremsmoment
s0 bremsenspezifischer Konstante
ϕ0 Nullwinkel
ϕ_absolut Drehwinkel
m_temp Faktor um den die Kennlinie bezogen auf die bremsen spezifische Konstante gestaucht oder gestreckt wird
M_offset Sensor Offsetfehler

Liegt kein Bremsbelagverschleiß, keine Temperaturbelastung und kein Offsetdrift vor, hängt der Bremsmomentenverlauf über fol gende Beziehung vom Motordrehwinkel ab: M = S₀*ϕ_absolut)². Da sowohl der Drehwinkel als auch das Bremsmoment (oder die Zuspannkraft) gemessen wird, können die fehlenden Parameter aus diesen Größen geschätzt werden. Hierbei gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten, eine Offline- oder eine Online-Schätzung. Bei der Offline-Schätzung werden die gesuchten Parameter aus einer Anzahl Meßergebnisse geschätzt. Bei der Online-Schätzung wird dem Schätzergebnis bei jedem Schritt einen neuen Korrek turvektor hinzuaddiert, der sich sowohl aus den neuesten Meßer gebnissen, als auch aus dem vorherigen Schätzergebnis zusammen setzt.

Zunächst sei die Offline-Schätzung beschrieben:

Aus Gleichung 1 ergibt sich

M = m_temp . s₀ . ϕ_absolut ² - 2 . m_temp . s₀ . ϕ₀ . ϕ_absolut + (m_temp . s₀ . ϕ₀ ² + M_offset) (2)

Werden mehrere Meßreihen aufgenommen, so ergibt sich folgende Matritzengleichung:

Ist die Matrix Φ nicht quadratisch, dann kann Gleichung 3 in dieser Form nicht gelöst werden, da sie für n<3 unterbestimmt und für n<3 überbestimmt ist. Für den Fall n<3 kann jedoch eine Regressionsparabel erstellt werden, so daß ein Bewertungskrite rium minimiert wird. Führt man einen Fehlervektor e ein, so kann Gleichung (3) wie folgt aufgelöst werden:

e = M - Φ . p (4)

Es muß jetzt also nur noch ein geeignetes Kriterium für die Mi nimierung des Fehlers gefunden werden. Dieses Kriterium kann zum Beispiel die Summe der Fehlerquadrate sein.

I = Σe_i ² = e ^T . e (5)

I = (M - Φ . p)^T .(M - Φ . p) = (M ^T - p ^T Φ ^T) . (M - Φ . p) = M ^T M - 2M ^T Φp + p ^T Φ ^T Φp (6)

Zur Minimierung wird die erste partielle Ableitung gebildet und zu Null gesetzt.

Somit folgt für die Schätzung :

= (Φ ^T Φ)^-1 Φ ^T M = Φ ⁺ M (8)

Es ergibt sich also als Lösung für den Schätzvektor die Mul tiplikation der Pseudoinversen Matrix Φ ⁺ mit dem Meßvektor M. Aus dem Schätzvektor lassen sich dann die unbekannten Größen ϕ0, m_temp und Moffset berechnen.

Im folgenden wird die Online-Schätzung näher beschrieben.

Für den Betrieb im Fahrzeug bietet sich eine rekursive Berech nung der Parameter an, um auch während des Betriebes ständig die Parameter zu justieren. Die rekursive Lösung kann aus der Offli ne-Methode abgeleitet werden, indem man Gleichung (8) zum k-ten Zeitpunkt darstellt und sie auf den k+1-ten Zeitpunkt erweitert.

(k) = (Φ ^T(k)Φ(k))^-1 Φ ^T(k)M(k) (9)

Die Matrix Φ und M setzen sich hierbei folgendermaßen zusam men:

oder für den nächsten Abtastschritt:

Somit gilt für den Parametervektor im nächsten Schritt:

(k+1) = (Φ ^T(k+1)Φ (k+1))^-1 Φ ^T(k+1)M(k+1) (14)

Durch Ausmultiplikation des Teils außerhalb der runden Klammern ergibt sich schließlich mit Gleichung (12) und (13)

(k+1) = (Φ ^T(k+1)Φ(k+1))^-1 . (Φ ^T(k)M(k) + ϕ ^T(k+1)m(k+1)) (15)

Aus Gleichung (8) erhält man:

(Φ ^T(k)M(k) = (Φ ^T(k)Φ(k)(k) (16)

Setzt man Gleichung (16) in Gleichung (15) ein, so erhält man:

(k+1) = (Φ ^T(k+1)Φ(k+1))^-1 . (Φ ^T(k)Φ(k)(k) + ϕ ^T(k+1)m(k+1)) (17)

Hierbei läßt sich folgende Umformung durchführen:

oder

Φ ^T(k)Φ(k) = (Φ ^T(k+1)Φ(k+1) - ϕ ^T(k+1)ϕ(k+1) (19)

Somit ergibt sich mit Gleichung (19) und (17):

(k+1) = (Φ ^T(k+1)Φ(k+1))^-1 . (Φ ^T(k+1)Φ(k+1)(k) - ϕ ^T(k+1)ϕ(k+1)(k)ϕ ^T(k+1)m(k+1)) (20)

(k+1) = (k) + (Φ ^T(k+1)Φ(k+1))^-1 ϕ ^T(k+1) . (m(k+1)-ϕ ^T(k+1)(k)) (21)

Zur Vereinfachung wird der Spaltenvektor q eingeführt.

q(k+1) = (Φ ^T(k+1)Φ(k+1))^-1 ϕ ^T(k+1) (22)

Somit folgt:

(k+1) = (k) + q(k+1) . (m(k+1) - ϕ(k+1)(k)) (23)

Der Term in den Klammern stellt aber entsprechend Gleichung (4) gerade den Schätzwert des Modellfehlers dar, der mittels des ei nen Schritt zuvor geschätzten Parametervektors berechnet wird.

ê(k+1) = (m(k+1) - ϕ(k+1)(k) (24)

Somit ergibt sich für den Parameterschätzvektor

(k+1) = (k) + q(k+1) . ê(k+1) (25)

Der Parameterschätzvektor für den k+1-ten Schritt berechnet sich also aus dem Schätzvektor des letzten Abtastschrittes, dem Be wertungsvektor q und dem Schätzwert des Modellfehlers. q läßt sich wie bekannt vereinfachend nach folgendem Schema berechnen:

P(k+1) = P(k) + q(k+1)ϕ(k+1)P(k) (27)

Somit kann mittels der Gleichungen (26), (27), (24) und (25) ei ne rekursive Online-Schätzung des Parametervektors durchgeführt werden.

Verbessert werden kann die Schätzung durch eine Bewertung des Arbeitspunktes. Üblicherweise wird die Kennlinie im hohen Momen tenbereich nicht so sehr verrauscht sein, als im unteren Be reich, daher sollten die Meßwerte bei hohen Momenten stärker be wertet werden. Des weiteren bietet sich an, einen Vergessensfak tor einzuführen, damit sich eingeschleppte Fehler bei fort schreitender Schätzung immer weniger auswirken. Hierbei bietet sich eine Schätzung entsprechend der aus der Literatur bekannten IV-Methode an.

Der Bewertungsvektor q in Gleichung (26) berechnet sich aus der Kovarianzmatrix P sowie aus dem neuen Meßwert des Motordrehwin kels ϕ. Im folgenden soll der neue Meßwert nicht direkt in den Bewertungsvektor eingehen, vielmehr soll ein berechneter Wert ϕ_h (Gleichung 30 und 31), der aus den zuvor ermittelten Schätz werten abgeleitet wird, als Bewertung dienen. Dadurch verklei nert man den Fehler durch ein gestörtes Signal. Dies gilt vor allem dann, wenn eines der zwei gemessenen Signale einen besse ren Signal-Rausch-Abstand zeigt als das andere. Angenommen, das Momentensignal ist das Signal mit der größeren Zuverlässigkeit, so ergibt sich:

Wobei sich w wie folgt zusammensetzt:

mit

ergibt sich für den Winkel ϕ_b:

Der Hilfsschätzvektor _h(k) setzt sich hierbei rekursiv aus dem zuletzt berechneten Wert sowie aus der letzten Schätzung des Pa rametervektors zusammen. Die Bewertung erfolgt mit der Variablen γ, die im Bereich zwischen 0 und 1 liegen sollte:

_h(k) = (l-γ) . _h(k-1) + γ . _h(k-1) (32)

Des weiteren gilt

ê(k+1) = m(k+1) - ϕ(k+1)(k) (33)

(k+1) = (k) + q(k+1) . ê(k+1) (34)

Hierbei stellt σ den Vergessensfaktor dar, der je nach Ar beitspunkt verändert werden kann. Vorgeschlagen wird hierbei ei ne Vergrößerung des Vergessensfaktors bei hohen Momenten, da zu erwarten ist, daß dieser Bereich weniger gestört sein wird als der Bereich geringer Bremsmomente. Der Faktor sollte im Bereich 0,95 bis 0,99 liegen.

Auch bei den rekursiven Schätzverfahren ist es notwendig, das System entsprechend anzuregen. Bei geringer Anregung, kann keine sichere Aussage über die Schätzparameter gemacht werden. Wird das System nicht angeregt, so hätte man im Extremfall k Werte paare zur Identifikation der Parameter, die allesamt beim selben Bremsmoment aufgezeichnet wurden. Da der Rang der Matrix Φ in diesem Fall auf 1 zusammenfällt (alle Zeilen der Gleichung sind linear voneinander abhängig), ist eine Schätzung der gesuchten Parameter nicht möglich. Daher wird entweder der Vergessensfak tor bei einer starken Anregung erhöht, während er bei kleinen Anregungen verkleinert wird, oder die Schätzung wird während statischer Bremsphasen ausgesetzt und nur bei dynamischen Vor gängen wieder gestartet.

Mittels dieser Verfahren ist es möglich, während einer Bremsung die Parameter für die Ermittlung des Lüftspiels zu berechnen als auch die Offsetdrift des Momentensensors zu detektieren und zu kompensieren.

Neben der Erfassung eines Drehwinkelssignal wird in anderen Ausführungen auch die Verfahren auch auf eine Wegmessung (z. B. Messung des Weges der Bremsbeläge) eingesetzt.

Neben der Anwendung bei einer elektromechanischen Bremse kann diese Vorgehensweise auch bei anderen Bremssystemen, z. B. bei elektrohydraulischen oder elektropneumatischen Bremsen, welche über die entsprechenden Sensoren verfügen, zur Einstellung des Lüftspiels eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeugsbremsanlage mit elektrisch betätigbaren Stelleinrichtungen an den Radbrem sen, wobei die Stelleinrichtung nach Maßgabe eines Bremswun sches des Fahrers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem Betriebszustand die Steuerung der Stelleinrichtung auf der Basis des mittels eines Schätzver fahren angepaßten Zusammenhangs zwischen einer den Bremsbe lagweg repräsentierenden Größe und dem Bremsmoment oder der Bremskraft an dem Rad und/oder des mittels eines Schätzver fahrens ermittelten Nullwerts dieser Größe bei Abheben der Bremsbeläge von der Scheibe bzw. Trommel erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzung online oder offline erfolgt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang als quadratische Gleichung vorgegeben wird, deren Parameter mittels eines Schätzverfahrens ermittelt werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Zusammenhang und/oder der Nullwert durch die Schätzung an Verschleiß, Temperatur und Sensoroffsetwerte angepaßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerung anstelle einer Rege lung auf der Basis eines gemessenen Bremsmoments oder einer gemessenen Bremskraft erfolgt, wobei beim Umschalten kein Sprung entsteht.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Schätzung online erfolgt, so daß der Zusammenhang und/oder der Nullwert ständig angepaßt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als Schätzverfahren die Methode der kleinsten Fehlerquadrate eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die den Bremsbelagweg repräsentie renden Größe der Drehwinkel eines Elektromotors der Stel leinrichtung ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Berechnung eines Bremsmoments bzw. einer Bremskraft abhängig von der gemessenen Weggröße, dem Nullwert dieser Größe und den geschätzten Parameter des Zusammenhangs zwischen der Weggröße und dem Bremsmoment bzw. der Bremskraft erfolgt.

10. Vorrichtung zur Steuerung einer Fahrzeugsbremsanlage mit elektrisch betätigbaren Stelleinrichtungen an den Radbrem sen, wobei die Stelleinrichtung nach Maßgabe eines Bremswun sches des Fahrers gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die in wenigstens einem Be triebszustand die Steuerung der Stelleinrichtung auf der Ba sis des mittels eines Schätzverfahren angepaßten Zusammen hangs zwischen einer den Bremsbelagweg repräsentierenden Größe und dem Bremsmoment oder der Bremskraft an dem Rad und/oder des mittels eines Schätzverfahrens ermittelten Nullwerts dieser Größe bei Abheben der Bremsbeläge von der Scheibe bzw. Trommel erfolgt.