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EP2004466A1 - Verfahren und recheneinheit zur bestimmung eines leistungsparameters einer bremse - Google Patents

Verfahren und recheneinheit zur bestimmung eines leistungsparameters einer bremse

Info

Publication number
EP2004466A1
EP2004466A1 EP07704460A EP07704460A EP2004466A1 EP 2004466 A1 EP2004466 A1 EP 2004466A1 EP 07704460 A EP07704460 A EP 07704460A EP 07704460 A EP07704460 A EP 07704460A EP 2004466 A1 EP2004466 A1 EP 2004466A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
friction
brake
force
actuator
determined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07704460A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henry Hartmann
Leopold Krausen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Continental Automotive GmbH
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Continental Automotive GmbH, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP2004466A1 publication Critical patent/EP2004466A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/28—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for testing brakes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/001—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/003—Position, angle or speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/005—Force, torque, stress or strain
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/006—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature without direct measurement of the quantity monitored, e.g. wear or temperature calculated form force and duration of braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2127/00—Auxiliary mechanisms
    • F16D2127/08—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms
    • F16D2127/10—Self-amplifying or de-amplifying mechanisms having wedging elements

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a performance parameter of a brake, a corresponding computing unit, a corresponding computer program and a corresponding computer program product.
  • brakes which can be actuated by cable pull, linkage, hydraulic fluid or compressed air are mentioned here.
  • electrical or electro-mechanical brakes are used, in which the brake is no longer supplied manually by the driver but electrically or electromechanically by an electric motor or detected and solved, for example. (Self-reinforcing ) electromechanical disc brakes. In such disc brakes, an electric actuator applies an actuating force, which applies the friction lining of the brake to the rotating brake disc.
  • a first non-rotatable brake element cooperates with a second rotatable brake element, for example.
  • Friction brake disc, brake shoe brake cylinder, etc. to generate a friction torque N R.
  • F R 2 ⁇ -F N applies.
  • the arithmetic unit according to the invention has corresponding means for carrying out the steps described.
  • a performance parameter in particular the operating or performance, of a brake is determined.
  • the brake has a first and a second brake element, which can be brought into interaction for generating a friction force and a friction torque.
  • a first set of friction coefficients (sliding friction coefficients) between the first and the second brake element is determined in the field.
  • the characteristic "determination in the field" is to be understood as a distinction from a determination by the manufacturer. According to the invention, the determination is not carried out by the manufacturer but, for example, during normal driving, in a workshop or at a test point, for example TUV.
  • the term “determine” is to be understood in particular as a generic term for “ascertain”, “measure”, “estimate”, “calculate”, etc., that is to say for every measure which yields a result.
  • the first set of friction coefficients is compared to a predetermined second set of friction coefficients. The following are the first quantity as well
  • the performance parameter is finally determined based on a deviation of the first and second quantities, the deviation being obtained from the comparison.
  • a coefficient of friction can in principle be determined from a comparison between friction force and normal force, as it already is was explained above.
  • the normal force can be determined, for example, by means of a sensor in the force flow.
  • the frictional force can be measured, for example, with a sensor which is arranged between a friction lining of the brake and a component on which the friction lining is braced during braking. The person skilled in the art are aware of other possibilities.
  • sole fingerprint depending on vehicle type and vehicle axle
  • the sole fingerprint is a lower limit of the friction coefficients (friction coefficients), which just allows the safe operation of the brake, a small deviation or a deviation of zero should be used accordingly.
  • the target fingerprint of mint brake elements for example.
  • a Reibbelag- / brake disc combination used the allowable deviation can be set correspondingly higher.
  • a fingerprint consists of a set of friction coefficients which are considered as a function of their (relative) frequency. Usually a distribution function is obtained from this, which can be approximated with a Gaussian function.
  • a fingerprint consists of a first set of coefficients of friction as a function of temperature, velocity and force, as described, for example, in the lecture "Method for extracting the spectrum of frictional material performance (fingerprints) using the SAE J2681" by Tim Duncan and Otto Schmitt, 22nd Annual Brake Colloquium & Exhibition, October 2004, Anaheim, CA, USA, SAE Technical Papers Document Number: 2004-01-2768.
  • a frequency distribution of friction coefficients is determined by means of this method.
  • the frequency distribution typically corresponds to a (Gaussian) bell curve.
  • the deviation of the actual fingerprint from the target fingerprint can ability (performance) of the brake system are closed.
  • the deviation can be determined in these examples mentioned, for example, as a flat measure or surface deviation, ie it is determined which portion of the surfaces overlaps under the curve.
  • This procedure for determining fingerprints which is described in SAE J2681, represents a very detailed method for determining friction coefficients. During normal driving, however, not all braking situations usually occur that correspond to a brake pad test for friction coefficient determination according to this method.
  • test stand for example a roller test stand
  • a comprehensive fingerprint test being possible.
  • a comprehensive and therefore very accurate test can advantageously be carried out.
  • the brake system may automatically apply brakes to record the missing friction coefficients at certain operating conditions to produce a first set.
  • Such braking preferably with a small friction torque, can be initiated for a short time during an acceleration phase of the vehicle, for example. In this case, only the acceleration of the vehicle has been reduced, which normally does not involve any danger potential.
  • the invention provides for a target / actual comparison between a predetermined fingerprint and a determined fingerprint, preferably at regular intervals.
  • the target specification is stored in the brake system, eg in a microchip, and can be read out at any time. Since the brake system, the brakes and thus brake elements (brake pad, brake shoe, brake cylinder, brake drums, brake discs, etc.) for each vehicle (and for each vehicle axle) by the vehicle or brake manufacturer (or in general by the OEM) have been designed individually In principle, an associated sole fingerprint can be determined for each brake element combination. This means that each brake element combination associated with a brake can be characterized by a frequency distribution of friction values predefined by the manufacturer (depending on the type of vehicle and on the vehicle axle).
  • the target fingerprint for example, specified by the manufacturer
  • the vehicle or the brake system must be able to determine an actual fingerprint for each brake element combination.
  • the coefficient of friction between the brake elements preferably in dependence on the clamping force, the temperature and the relative speed, determined.
  • the brake performance drops below a certain desired value, advantageously certain measures can be initiated automatically. For example, the driver can be informed that his brake is in an incorrect condition.
  • insufficient brake elements for example a lining
  • other physical conditions such as aging or glazing can cause increasing (creeping) deterioration.
  • Even with a repair built-fake pad and / or brake discs, etc. can easily be recognized, which in turn significantly increases the safety of the occupants.
  • a self-diagnosis of the brake can be carried out in advance, which leads to a time and cost savings. After installing a new brake element (brake pad, brake disc, brake shoe, brake cylinder, etc.), these can be identified and monitored. If the performance no longer meets the criteria of the target fingerprint, a desired action can be taken.
  • an actual comparison of all brake elements of a vehicle can be carried out.
  • it can be determined whether the brake elements on an axle have a different good (skewing of the vehicle when braking) or whether the braking ratio front to rear axle is correct.
  • certain operating points of a brake can be determined, e.g. Beginning of fading, minimum and maximum coefficient of friction, etc.
  • the fingerprints of all brakes can be stored and, in the event of an accident, used for accident analysis.
  • a temperature of the brake elements and a relative speed between the first and the second brake element is determined. Consequently, the coefficients of friction of the first and second quantities are dependent on the parameters mentioned.
  • the sliding friction coefficient is theoretically independent of the sliding speed and therefore constant. In practice, however, is a temperature, speed and Force or pressure dependence determined. Therefore, the friction coefficients are preferably determined as a function of these parameters in order to be able to make a more accurate comparison of the coefficients of friction.
  • the temperature in particular at the interface of the two brake elements, is calculated or estimated or measured by means of a sensor.
  • a calculation or estimation can be easily derived and carried out by means of temperature models.
  • the friction heat can be calculated by means of the friction force and the friction distance.
  • the material parameters, in particular heat capacity, etc., of the brake elements are also known.
  • the friction path results from the distance traveled. Overall, the heat introduced into the brake system via the brake friction can thus be estimated and the temperature calculated therefrom.
  • the relative speed is measured by means of a sensor.
  • the rotational speed of the brake disc can be determined, from which in a simple way the relative speed over the radius can be calculated. It is particularly advantageous to use existing sensors.
  • the speed is also determined by a sensor of the ABS system or by a tachometer. Then, particularly advantageous, no additional sensor is necessary.
  • the components of the normal force are obtained from the determination, for example in Cartesian, cylindrical or spherical coordinates, as well as their amount.
  • a measurement of forces close to the point of origin is advantageous in order to avoid a falsification of the measurement signals by carrying masses.
  • the normal force can also be determined indirectly, for. For example, from the extent of the displacement of a wedge of the wedge arrangement of a wedge brake occurring during a given braking.
  • the normal force leads to a widening of the caliper of the disc brake and to a compression of the friction lining and, to a lesser extent, of the brake disc. These elasticities of the brake are compensated by a corresponding displacement of the wedge in the direction of actuation. If the term "zero position" refers to that position of the friction lining in which the so-called air clearance has just been overcome and the friction lining thus bears against the brake disk without force, the normal force can be calculated directly from the degree of displacement of the wedge in the actuating direction. If the spring characteristic of the brake system is linear, the normal force is directly proportional to the displacement of the wedge. The displacement of the wedge can either be measured directly or determined from operating data of the actuator.
  • the displacement path of the wedge from the motor rotation angle of an electric motor associated with the actuator, in particular when the electric motor acts on the wedge via a pitch-accurate feed system.
  • the widening of the caliper can be determined with a commercially available position measuring system. Since the relationship between the expansion of the caliper and the acting normal force is linear for practical purposes, the measurement of the expansion of the caliper is another way to determine the normal force.
  • the friction coefficient is determined from the friction force and the normal force, and the friction force is measured, in particular, by a force sensor, which in particular detects the stopping force of the brake that occurs during braking.
  • the friction coefficient is related to the frictional force over the normal force.
  • a performance parameter of a self-reinforcing or self-decelerating brake is determined in which an actuator generating an actuator is provided which acts on the first brake element to press the first brake element to the second brake element, wherein a dependence of the normal force of the Aktuatorkraft and the coefficient of friction exists.
  • an actuator generating an actuator is provided which acts on the first brake element to press the first brake element to the second brake element, wherein a dependence of the normal force of the Aktuatorkraft and the coefficient of friction exists.
  • a functional relationship between the friction coefficient and components of the normal force and components of the actuator force is determined, the components of the normal force and the actuator force are determined and the friction coefficient is determined from the functional relationship, the specific components of the actuator force and the specific components of the Normal force determined.
  • the invention is thus not limited to, for example, wedge brakes, but can also be used for power brakes, Duoservobremsen and so on.
  • An actuator normally converts control signals into mechanical work.
  • the actuator may be designed, in particular, as an (electric) motor, hydraulic or pneumatic cylinder, piezoactuator (translator), etc.
  • the force sensor can, for. B. detect the reaction force with which an actuator associated with the electric motor on the housing of the actuator and the brake braces.
  • the reaction force speaks up to the sign of Aktuatorkraft.
  • the force sensor can also be arranged at the point at which the Aktuatorkraft is introduced into the wedge of the wedge assembly.
  • a force sensor can be arranged in or on a force transmission means of the actuator, for example on a spindle or a pull or push rod.
  • the Aktuatorkraft does not have to be measured directly, but can be determined indirectly, for example, from the motor current of the electric motor associated with the actuator.
  • the motor current is a measure of the torque output by the engine, which is converted, for example by a spindle drive in an axial force.
  • the motor current is therefore proportional to the actuator force generated. If the accuracy requirements are not too high, such an indirect determination of the actuator force is a suitable and favorable solution.
  • the force sensor can work as a direct force or strain sensor, for example, capacitive (piezo), resistive (DMS) or via a hydraulic pressure transducer. He can also work by means of displacement measurement via eddy current, inductive, capacitive or magnetic.
  • Such force sensors can be made robust but still small and are therefore easy to install on the brake system.
  • the actuator is electrically, the second brake element as a rotatable brake disc and the first brake element as a friction lining on which the electric actuator in an effective angle ß via a wedge assembly with a wedge angle ⁇ acts to press the friction lining to the brake disc is formed.
  • the effective angle is to be understood as the angle between the actuator force and the normal force.
  • the actuator force can be determined, for example, from the Aktuatorstromfact, the normal force by means of a force sensor.
  • the friction temperature prevailing at the boundary surfaces between the brake disk and the friction lining, approximately the temperature of the brake disk, and a rotational speed of the brake disk can be determined for each coefficient of friction.
  • r indicates the distance of the friction lining from the axis of rotation.
  • An arithmetic unit comprises calculating means for performing the steps of a method according to the invention, in particular means for determining a first set of friction coefficients between the first and second braking elements in the field, storage means containing a predetermined second set of friction coefficients, means for comparing the first Amount of coefficients of friction with the second set of coefficients of friction, tel determining a deviation based on the comparison, and means for determining the performance parameter from the deviation.
  • the arithmetic unit can be designed, in particular, as a control unit in a motor vehicle.
  • the method according to the invention and the computing unit according to the invention are used in an embedded system, control unit or ECU in a motor vehicle.
  • a computer or microprocessor program according to the invention contains program code means for carrying out the method according to the invention when the program is executed on a computer, a microprocessor or a corresponding arithmetic unit, in particular the arithmetic unit according to the invention.
  • a computer or microprocessor program product includes program code means stored on a machine- or computer-readable medium for carrying out a method according to the invention when the program product is executed on a computer, a microprocessor or on a corresponding arithmetic unit, in particular the arithmetic unit according to the invention ,
  • Suitable data carriers are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, u.a.m. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, Intranet, etc.) and vehicle networks (body bus, infotainment bus, etc.).
  • Figure 1 shows schematically a frequency plot of friction coefficients for a simple form of the first or second set of friction coefficients
  • Figure 2a shows a first possibility of a deviation between a first and a second set of friction coefficients
  • Figure 2b shows a second example of a possible deviation between a first and a second set of friction coefficients
  • FIG. 3 schematically shows a wedge arrangement of a self-reinforcing electromechanical brake for use with the invention.
  • FIG. 1 a diagram showing a relationship between coefficients of friction of a first or second set of coefficients of friction and the associated relative frequency is designated by 100 as a whole.
  • the graph 100 plots friction coefficients for a predetermined combination of normal force, temperature and velocity.
  • the coefficients of friction ⁇ are plotted against the relative frequency on a y-axis 102 on an x-axis 101 comprising values of 0-1.
  • the coefficients of friction are not continuous, but plotted in steps 103 of 1/15.
  • the width of the steps, for example, 1/15 in the illustrated illustration, is caused, for example, by the measurement accuracy or the type of application, as will be apparent to one of ordinary skill in the art.
  • the stepped application of the coefficients of friction can be approximated by an enveloping curve 104.
  • FIGS. 2a and 2b show two of the possible deviations of the first and the second set of coefficients of friction.
  • a variety of other variations is possible, as will be apparent to anyone skilled in the art.
  • the coefficients of friction together with their respective relative frequencies are shown in a diagram 201.
  • the predetermined second set of friction values, the actual fingerprint is identified by a curve 204.
  • the particular first set of friction values is indicated by a curve 204a.
  • the deviation of the first quantity from the second quantity is clearly visible.
  • coefficients of friction with a value ⁇ between approximately 0.25 and 0.52 occur less frequently in the first quantity than in the second quantity, whereas coefficients of friction are less than approximately 0.25 and greater than approximately 0.52 occur more frequently in the first quantity than in the second quantity. From the deviation shown, it can be concluded that the friction lining used does not correspond to the prescribed friction lining from which the target fingerprint was determined. It could be a different guy or a fake.
  • FIG. 2b shows in a diagram 202 the coefficients of friction and their associated relative frequency of a predetermined second quantity 204 and a specific first quantity 204b.
  • the maximum of the relative frequency in the specific first quantity is shifted to smaller coefficients of friction ⁇ .
  • the curve shape of the curve 204b is substantially identical to that of the curve 204. These are deviation is caused for example by a worn friction lining.
  • FIG. 3 shows a wedge arrangement which is suitable for use in a self-reinforcing, electromechanical brake, as also disclosed in DE 101 51 950.
  • An electric actuator which usually includes an electric motor and a spindle drive, generates an actuating or actuator force F A , which is introduced into a wedge 300 at an effective angle ⁇ in order to displace the wedge in the x-direction (to the right in the illustration) ,
  • a friction lining 311 abuts on one side surface, an abutment 312 for wedge the wedge on another side surface of the wedge 300.
  • the actuator force F A shifts the wedge 300 having a wedge angle ⁇ in the x direction, as a result of which the friction lining 311 comes into contact with a brake disk 313 rotating at a speed v.
  • a reaction force normal to the brake disk or normal force F N and a friction force F R acting in the circumferential direction of the brake disk 313 are produced.
  • a first set of coefficients of friction for a wedge brake with arbitrary angles ⁇ and ⁇ can be determined from the values of the actuator force and the normal force.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse mit einem ersten (311) und einem zweiten (313) Bremselement, die zum Erzeugen einer Reibkraft (FR) und eines Reibmoments (NR) in Wechselwirkung bringbar sind, wobei eine erste Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (µ) zwischen dem ersten (311) und dem zweiten (313) Bremselement im Feld bestimmt wird, die erste Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (µ) mit einer vorbestimmten zweiten Menge (204) von Reibungskoeffizienten (µ) verglichen wird und der Leistungsparameter anhand einer Abweichung der ersten (204a, 204b) und der zweiten Menge (204) bestimmt wird, wobei die Abweichung aus dem Vergleich erhalten wird. Weiterhin werden eine entsprechende Recheneinheit, ein Computerprogramm und Computerprogrammprodukt vorgestellt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Recheneinheit zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse, eine entsprechende Recheneinheit, ein entsprechendes Computerprogramm und ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
Stand der Technik
Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von unterschiedlichen Bremsen. Genannt werden hier beispielsweise Bremsen, die durch Seilzug, Gestänge, Hydraulikflussigkeit oder Druckluft betatigbar sind. Insbesondere in Kraftfahrzeugen kommen neben den herkömmlichen hydraulisch betatigbaren vermehrt auch elektrische bzw. elektromechanische Bremsen zum Einsatz, bei denen die Bremse nicht mehr manuell vom Fahrer sondern elektrisch bzw. elektromechanisch von einem Elektromotor zugestellt bzw. festgestellt und gelost wird, bspw. (selbstver- starkende) elektromechanische Scheibenbremsen. Bei solchen Scheibenbremsen bringt ein elektrischer Aktuator eine Betati- gungskraft auf, die die Reibbelage der Bremse an die sich drehende Bremsscheibe anlegt. Eine zusatzlich vorsehbare
Selbstverstarkungseinrichtung in Gestalt einer Keilanordnung nutzt die in der sich drehenden Bremsscheibe enthaltene, kinetische Energie zum weiteren Zustellen der Reibbelage, d.h. die Reibbelage werden mit einer gegenüber der Aktuatorkraft deutlich erhöhten Kraft, die nicht von dem elektrischen Aktuator aufgebracht wird, gegen die Bremsscheibe gepresst. Das Grundprinzip einer solchen Bremse ist aus der DE 198 19 564 bekannt .
Allen genannten Bremsen ist gemeinsam, dass ein erstes drehfestes Bremselement mit einem zweiten drehbaren Bremselement zusammenwirkt, bspw. Reibbelag-Bremsscheibe, Bremsbacke- Bremszylinder usw., um ein Reibmoment NR zu erzeugen. Der Wechselwirkung lasst sich eine Normalkraft FN, die senkrecht auf der Berührungsfläche der beiden Bremselemente steht, und eine Reibkraft FR, die der Relativbewegung zwischen den beiden Bremselementen entgegenwirkt, zuordnen. Die Reibkraft steht über den Abstand r des Ansetzpunktes von der Drehachse mit dem Reibmoment NR, NR = r-FR, und über einen Reibungskoeffizienten μ mit der Normalkraft, FR = μ • FN (Coulomb- Reibung), in Beziehung. Zu erwähnen ist, dass für eine Schwimmsattelscheibenbremse die Beziehung FR = 2μ-FN gilt.
In der DE 101 51 950, auf deren Offenbarung hier ausdrucklich bezug genommen wird, wird beschrieben, wie das Reibmoment einer elektromechanischen Keilbremse ermittelt und der Reibungskoeffizient (Reibwert) bestimmt werden kann. Das Ergeb- nis wird zur Regelung der Bremskraft verwendet, um bspw. ein Blockieren der Bremse zu vermeiden.
Bei Bremsanlagen, insbesondere Fahrzeugbremsen, besteht das Problem, dass sich die Bremsleistungsfahigkeit , d.h. insbe- sondere das Verhältnis zwischen aufgewendeter zu wirkender
Kraft, im Laufe der Zeit ändert, insbesondere verschlechtert. Das Nachlassen der Bremsleistungsfahigkeit kann durch erhöhten Bremskraft- oder Aktuatorkraftaufwand eine gewisse Zeit kompensiert werden, bis schließlich der sichere Betrieb der Bremsanlage nicht mehr gegeben ist und es zum Verlust der Be- triebsfahigkeit kommt. Bei der Verwendung einer Bremse im Feld, d.h. also bspw. beim Kfz nach der Auslieferung an den Kunden, wird ein Nachlassen der Bremsleistung üblicherweise erst erkannt, wenn es zu gefahrlichen Situationen oder gar zu einem Unfall kommt. Auch die Untersuchung in einer Werkstatt oder Prufstelle kann üblicherweise nicht alle Fehlfunktionen, die bei einer Bremse möglich sind, aufzeigen. Derartige Untersuchungen finden üblicherweise nur in großen Zeitabstanden statt.
Es stellt sich daher das Problem, einen Leistungsparameter einer Bremsanlage insbesondere im Feld genauer und früher zu bestimmen . Diese Aufgabe wird gelost durch ein Verfahren, eine Recheneinheit, ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Die nachfolgend aufgeführten Erläuterungen und Vorteile beziehen sich auf alle erfindungsgemaßen Losungen, soweit es nicht ausdrucklich anders beschrieben ist. Die erfindungsge- maße Recheneinheit weist entsprechende Mittel zum Durchfuhren der beschriebenen Schritte auf.
Erfindungsgemaß wird ein Leistungsparameter, insbesondere die Betriebs- oder Leistungsfähigkeit, einer Bremse bestimmt. Die Bremse weist ein erstes und ein zweites Bremselement auf, die zum Erzeugen einer Reibkraft und eines Reibmoments in Wechselwirkung bringbar sind. Es wird im Feld eine erste Menge von Reibungskoeffizienten (Gleitreibungskoeffizienten) zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement bestimmt. Das Merkmal "Bestimmen im Feld" ist als Abgrenzung zu einer Bestimmung beim Hersteller zu verstehen. Die Bestimmung wird erfindungsgemaß nicht beim Hersteller, sondern bspw. beim normalen Fahrbetrieb, in einer Werkstatt oder bei einer Untersuchungsstelle, bspw. TUV, durchgeführt. In dieser Offen- barung ist der Begriff "bestimmen" insbesondere als Oberbegriff für "ermitteln", "messen", "schätzen", "berechnen" usw. zu verstehen, also für jede Maßnahme, die ein Ergebnis liefert. Die erste Menge von Reibungskoeffizienten wird mit einer vorbestimmten zweiten Menge von Reibungskoeffizienten verglichen. Im folgenden werden die erste Menge auch als
"Ist-Fingerprint" oder "Ist-Wert" und die zweite Menge als "Soll-Fingerprint" oder "Soll-Wert" bezeichnet. Der Leistungsparameter wird schließlich anhand einer Abweichung der ersten und der zweiten Menge bestimmt, wobei die Abweichung aus dem Vergleich erhalten wird.
Ein Reibwert kann prinzipiell aus einem Vergleich zwischen Reibkraft und Normalkraft bestimmt werden, wie es bereits weiter oben erläutert wurde. Die Normalkraft kann bspw. mittel eines Sensors im Kraftfluss bestimmt werden. Die Reibkraft lasst sich beispielsweise mit einem Sensor messen, der zwischen einem Reibbelag der Bremse und einem Bauteil ange- ordnet ist, an dem sich der Reibbelag beim Bremsen abstutzt. Dem zustandigen Fachmann sind weitere Möglichkeiten bekannt.
Im folgenden wird nun der Zusammenhang zwischen SoIl- Fingerprint und Abweichung dargelegt. Wird unter SoIl- Fingerprint (in Abhängigkeit von Fahrzeugtyp- und Fahrzeugachse) eine untere Grenze der Reibungskoeffizienten (Reibwerte) verstanden, die den sicheren Betrieb der Bremse gerade noch zulasst, ist entsprechend eine kleine Abweichung oder eine Abweichung von Null zu verwenden. Wird hingegen der Soll-Fingerprint von neuwertigen Bremselementen, bspw. einer Reibbelag-/Bremsscheibenkombination, verwendet, kann die zulassige Abweichung entsprechend hoher angesetzt werden.
In einfacher Ausfuhrung besteht ein Fingerprint aus einer Menge von Reibungskoeffizienten, die in Abhängigkeit von ihrer (relativen) Häufigkeit betrachtet werden. Üblicherweise wird daraus eine Verteilungsfunktion erhalten, die mit einer Gauß-Funktion angenähert werden kann. In anderer Ausfuhrung besteht ein Fingerprint aus einer ersten Menge von Reibungs- koeffizienten in Abhängigkeit von Temperatur, Geschwindigkeit und Kraft, wie es z.B. in dem Vortrag "Method for extracting füll spectrum of frictional material Performance (Fingerprin- ting) using the SAE J2681" von Tim Duncan und Otto Schmitt, 22nd Annual Brake Colloquium & Exhibition, October 2004, Ana- heim, CA, USA, SAE Technical Papers Document Number: 2004-01- 2768, beschrieben wurde. Auf diese Veröffentlichung wird explizit verwiesen, da darin offenbart wird, wie ein Fingerprint im Sinne der vorliegenden Anmeldung in weiteren Ausfuhrungen ausgestaltet werden kann. Mittels dieser Methode wird wiederum eine Häufigkeitsverteilung von Reibwerten ermittelt. Die Häufigkeitsverteilung entspricht typischerweise einer (Gaußschen) Glockenkurve. Aus der Abweichung des Ist-Fingerprints vom Soll-Fingerprint kann auf die Leis- tungsfahigkeit (Performanz) der Bremsanlage geschlossen werden. Die Abweichung kann bei diesen genannten Beispielen bspw. als Flachenmaß bzw. Flachenabweichung bestimmt werden, d.h. es wird bestimmt, welcher Anteil der Flachen unter der Kurve überlappt. Dieses in SAE J2681 beschriebene Verfahren zur Ermittlung von Fingerprints stellt eine sehr ausfuhrliche Methode zum Ermitteln von Reibwerten dar. Im normalen Fahrbetrieb treten aber üblicherweise nicht alle Bremssituationen auf, die einem Bremsbelagstest zur Reibwertermittlung nach dieser Methode entsprechen. Daher ist es beispielsweise möglich, nur Test-Methoden anzuwenden, die mit der zitierten Perfomance-Methode vergleichbar sind. Jedoch ist es ebenso möglich, die Reibwertermittlung auf einem Prüfstand (z.B. Rollenprufstand) , bspw. in einer Werkstatt oder einer TUV- Station, durchzufuhren, wobei ein umfassender Fingerprintig- Test möglich ist. Dadurch kann vorteilhaft ein umfassender und daher sehr genauer Test durchgeführt werden.
Ebenso ist es aber möglich und erwünscht, das Verfahren beim normalen Fahrbetrieb durchzufuhren. Zum Bestimmen der ersten Menge von Reibwerten bei einem normalen Fahrbetrieb sollten die einzelnen Reibwerte gesammelt werden. Bei jedem Bremsma- nover wird der Reibwert an den Bremsbelagen zusammen mit der zugehörigen Temperatur, Radgeschwindigkeit und Zuspannkraft (Normalkraft) in einem Speicher (z.B. Mikrochip) gespeichert. Um zusatzlich Reibwerte für andere Kombinationen aus Temperatur, Geschwindigkeit und Normalkraft zu erhalten, können von dem Bremssystem automatisch Bremsungen ausgeführt werden, um die zur Erstellung einer ersten Menge fehlenden Reibwerte bei bestimmten Betriebszustanden aufzuzeichnen. Derartige Bremsungen, bevorzugterweise mit kleinem Reibmoment, können beispielsweise wahrend einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs kurzzeitig eingeleitet werden. In diesem Fall wurde nur die Beschleunigung des Fahrzeugs vermindert, was normalerweise kein Gefahrenpotential beinhaltet. Bei geeigneter Durchfuhrung konnte überdies der Bremseffekt vor dem Fahrer verborgen bleiben . Die Erfindung sieht vor, einen Soll-Ist-Vergleich zwischen einem vorgegebenen Fingerprint und einem ermittelten Fin- gerprint, bevorzugterweise in regelmäßigen Abstanden, durchzufuhren. Die Sollvorgabe ist in der Bremsanlage, z.B in ei- nem Mikrochip, gespeichert und kann jederzeit ausgelesen werden. Da die Bremsanlage, die Bremsen und damit auch Bremselemente (Bremsbelage, Bremsbacke, Bremszylinder, Bremstrommeln, Bremsscheiben usw.) für jedes Fahrzeug (und für jede Fahrzeugachse) vom Fahrzeug- oder Bremsenhersteller (oder allge- mein vom OEM) individuell ausgelegt wurden, kann prinzipiell für jede Bremselementekombination ein zugehöriger SoIl- Fingerprint ermittelt werden. D.h. jede einer Bremse zugehörige Bremselementekombination kann in Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp und von der Fahrzeugachse durch eine (vom Hersteller) fest vordefinierte Häufigkeitsverteilung von Reibwerten charakterisiert werden.
Gemäß der Erfindung ist nun der (bspw. vom Hersteller vorgegebene) Soll-Fingerprint für jede Bremse eines Fahrzeugs in einem Speicher hinterlegt und kann jederzeit abgerufen werden. Um nun einen Soll-Ist-Vergleich anstellen zu können, muss das Fahrzeug bzw. die Bremsanlage für jede Bremselementekombination einen Ist-Fingerprint ermitteln können. Hierzu wird der Reibwert zwischen den Bremselementen, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zuspannkraft , der Temperatur und der Relativgeschwindigkeit, ermittelt .
Fallt die Bremsperformanz unter einen bestimmten Soll-Wert, können vorteilhafterweise automatisch bestimmte Maßnahmen eingeleitet. Z.B. kann der Fahrer informiert werden, dass sich seine Bremse in einem nicht einwandfreien Zustand befindet. Mittels der erfindungsgemaßen Losung können ungenügende Bremselemente, bspw. Belage, erkannt werden, welche keine Soll-Performanz mehr erreichen. Neben normaler Abnutzung kon- nen weitere physikalische Gegebenheiten wie Alterung oder Verglasung eine zunehmende (schleichende) Verschlechterung bewirken. Auch bei einer Reparatur eingebaute gefälschte Belage und/oder Bremsscheiben, usw. können auf einfache Weise erkannt werden, wodurch wiederum die Sicherheit der Insassen wesentlich erhöht wird. Vor einer anstehenden Hauptuntersuchung oder einer Wartung kann eine Eigendiagnose der Bremse vorab durchgeführt werden, was zu einer Zeit- und Kostener- sparnis fuhrt. Nach einem Einbau eines neuen Bremselements (Bremsbelag, Bremsscheibe, Bremsbacke, Bremszylinder usw.) können diese identifiziert und überwacht werden. Sollte die Performanz den Kriterien des Soll-Fingerprints nicht mehr genügen, kann eine erwünschte Maßnahme durchgeführt werden.
Neben dem Soll-Ist-Vergleich kann zusatzlich oder alternativ auch ein Ist-Vergleich aller Bremselemente eines Fahrzeugs durchgeführt werden werden. Hierbei kann festgestellt werden, ob die Bremselemente auf einer Achse eine unterschiedliche Gute aufweisen (Schiefziehen des Fahrzeugs beim Bremsen) oder ob das Brems-Verhaltnis Vorderachse zu Hinterachse korrekt ist.
Mittels der Performanz-Messung lassen sich bestimmte Be- triebspunkte einer Bremse feststellen, z.B. Fadingbeginn, minimaler und maximaler Reibwert usw.
Zusatzlich können ahnlich einem Flugschreiber die Fin- gerprints aller Bremsen gespeichert und im Falle eines Un- falls zur Unfallanalyse herangezogen werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteranspru- che und der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteilhafterweise wird zu jedem Reibungskoeffizienten eine zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement wirkende Normalkraft FN, eine Temperatur der Bremselemente und eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement bestimmt. Folglich liegen die Reibwerte der ers- ten und der zweiten Menge in Abhängigkeit der genannten Parameter vor. Der Gleitreibungskoeffizient ist theoretisch unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit und damit konstant. In der Praxis ist aber eine Temperatur-, Geschwindigkeits- und Kraft- bzw. Druckabhangigkeit feststellbar. Daher werden die Reibungskoeffizienten bevorzugt in Abhängigkeit dieser Parameter bestimmt, um einen genaueren Vergleich der Reibungskoeffizienten durchfuhren zu können.
Es ist zweckmäßig, wenn die Temperatur, insbesondere an der Grenzflache der beiden Bremselemente, berechnet oder geschätzt oder mittels eines Sensors gemessen wird. Eine Berechnung oder Schätzung kann auf einfache Weise über Tempera- turmodelle hergeleitet und durchgeführt werden. Die Reibwarme kann mittels der Reibkraft und des Reibwegs berechnet werden. Die Materialparameter, insbesondere Wärmekapazität usw., der Bremselemente sind überdies ebenfalls bekannt. Der Reibweg ergibt sich aus der zurückgelegten Strecke. Insgesamt kann somit die in die Bremsanlage über die Bremsreibung eingebrachte Warme abgeschätzt und daraus die Temperatur berechnet werden. Ebenso ist es einfach möglich, einen Temperatursensor, bspw. an der Bremsscheibe, vorzusehen.
Zweckmaßigerweise wird die Relativgeschwindigkeit mittels eines Sensors gemessen. Dazu kann bspw. die Rotationsgeschwindigkeit der Bremsscheibe bestimmt werden, woraus auf einfache Weise die Relativgeschwindigkeit über den Radius berechenbar ist. Besonders vorteilhaft ist es, bereits vorhandene Senso- ren zu verwenden. Bspw. wird die Geschwindigkeit ebenfalls von einem Sensor des ABS-Systems oder von einem Tachometer bestimmt. Dann ist besonders vorteilhaft kein zusatzlicher Sensor notwendig.
Zweckmaßigerweise wird die Normalkraft mittels eines im
Kraftfluss der Normalkraft angeordneten Kraftsensors gemessen. Aus der Bestimmung werden insbesondere die Komponenten der Normalkraft erhalten, bspw. in kartesischen, Zylinder-, oder Kugelkoordinaten, sowie deren Betrag. Beispielsweise kann die Messung der Normalkraft in den Reibbelagen selbst oder in bzw. an den Belagtragern erfolgen, ferner an den Abstutzflachen des Keils der Keilanordnung, im die Bremsscheibe übergreifenden Sattel oder auch im Rahmen der Scheibenbremse. Generell ist eine Messung von Kräften nahe am Entstehungsort vorteilhaft, um eine Verfälschung der Messsignale durch trage Massen zu vermeiden. Die Normalkraft kann jedoch auch indirekt bestimmt werden, z. B. aus dem Maß der bei einer gegebe- nen Bremsung erfolgenden Verschiebung eines Keils der Keilanordnung einer Keilbremse. Bei einem Bremsvorgang fuhrt die Normalkraft zu einer Aufweitung des Sattels der Scheibenbremse und zu einer Kompression der Reibbelage und, in geringerem Umfang, auch der Bremsscheibe. Diese Elastizitäten der Bremse werden durch eine entsprechende Verschiebung des Keils in Be- tatigungsrichtung ausgeglichen. Bezeichnet man mit dem Begriff "Null-Lage" diejenige Stellung der Reibbelage, bei der das sogenannte Luftspiel gerade überwunden ist und die Reibbelage somit kraftfrei an der Bremsscheibe anliegen, kann aus dem Maß der Verschiebung des Keils in Betatigungsrichtung direkt die Normalkraft berechnet werden. Ist die Federkennlinie des Systems Bremse linear, ist die Normalkraft direkt proportional zum Verschiebeweg des Keils. Der Verschiebeweg des Keils kann entweder direkt gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators ermittelt werden. Beispielsweise ist es möglich, aus dem Motordrehwinkel eines dem Aktuator zugehörigen Elektromotors den Verschiebeweg des Keils zu berechnen, insbesondere dann, wenn der Elektromotor über ein steigungstreues Vorschubsystem auf den Keil einwirkt. Alternativ oder zu- satzlich kann die Aufweitung des Bremssattels mit einem handelsüblichen Positionsmesssystem ermittelt werden. Da der Zusammenhang zwischen der Aufweitung des Bremssattels und der wirkenden Normalkraft für praktische Zwecke linear ist, stellt die Messung der Aufweitung des Bremssattels eine wei- tere Möglichkeit dar, die Normalkraft zu ermitteln.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird der Reibungskoeffizient aus der Reibkraft und der Normalkraft bestimmt und die Reibkraft insbesondere durch einen Kraftsensor gemessen, der insbesondere die bei einer Bremsung auftretende Abstutzkraft der Bremse erfasst. Wie bereits erläutert wurde, steht der Reibungskoeffizient mit der Reibkraft über die Normalkraft in Zusammenhang. Durch die Bestimmung der Reibkraft und der Normalkraft zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten kann die vorliegende Erfindung prinzipiell bei nahezu jeder mechanischen Reibungsbremse verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird ein Leistungsparameter einer selbstverstarkenden oder Selbstschwachenden Bremse bestimmt, bei der ein eine Aktuatorkraft erzeugender Aktuator vorgesehen ist, der auf das erste Bremselement wirkt, um das erste Bremselement an das zweite Bremselement zu pressen, wobei eine Abhängigkeit der Normalkraft von der Aktuatorkraft und dem Reibwert besteht. In diesem Fall wird ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Reibwert und Komponenten der Normalkraft und Komponenten der Aktuatorkraft bestimmt, die Komponenten der Normalkraft und der Aktua- torkraft werden bestimmt und der Reibungskoeffizient wird aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft und den bestimmten Komponenten der Normalkraft bestimmt. Durch diese bevorzugte Ausfuhrungsform kann ein Reibungskoeffizient für jede selbstschwachende oder selbst- verstärkende Bremse bestimmt werden, für die eine Abhängigkeit der Normalkraft von der Aktuatorkraft und dem Reibwert besteht. Die Erfindung ist somit nicht auf beispielsweise Keilbremsen beschrankt, sondern kann auch für Servobremsen, Duoservobremsen usw. verwendet werden. Ein Aktuator (Aktor) setzt üblicherweise Regelsignale in mechanische Arbeit um. Der Aktuator kann insbesondere als (Elektro-) Motor, Hydraulik- oder Pneumatikzylinder, Piezoaktor (Translator), usw. ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird bzw. werden die
Aktuatorkraft oder deren Komponenten mittels eines im Kraft- fluss der Aktuatorkraft angeordneten Kraftsensors gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators ermittelt, insbesondere aus dem Motorstrom eines einem elektrischen Aktuator zugeho- rigen Elektromotors wahrend einer Betätigung der Bremse. Der Kraftsensor kann z. B. die Reaktionskraft erfassen, mit der sich ein dem Aktuator zugehöriger Elektromotor am Gehäuse des Aktuators bzw. der Bremse abstutzt. Die Reaktionskraft ent- spricht bis auf das Vorzeichen der Aktuatorkraft . Der Kraftsensor kann aber auch an der Stelle angeordnet sein, an der die Aktuatorkraft in den Keil der Keilanordnung eingeleitet wird. Ebenso kann ein Kraftsensor in oder an einem Kraftuber- tragungsmittel des Aktuators angeordnet sein, beispielsweise an einer Spindel oder einer Zug- bzw. Druckstange. Die Aktuatorkraft muss aber nicht direkt gemessen werden, sondern kann indirekt ermittelt werden, beispielsweise aus dem Motorstrom des dem Aktuator zugehörigen Elektromotors . Der Motorstrom ist ein Maß für das vom Motor abgegebene Drehmoment, welches beispielsweise durch einen Spindeltrieb in eine Axialkraft gewandelt wird. Der Motorstrom ist deshalb proportional zur erzeugten Aktuatorkraft. Bei nicht zu hohen Genauigkeitsanforderungen ist eine solche indirekte Ermittlung der Aktua- torkraft eine geeignete und gunstige Losung. Der Kraftsensor kann als direkter Kraft- oder Dehnungssensor, bspw. kapazitiv (Piezo) , resistiv (DMS) oder über einen hydraulischen Druckaufnehmer arbeiten. Er kann ebenso mittels Wegmessung über Wirbelstrom, induktiv, kapazativ oder magnetisch arbeiten. Derartige Kraftsensoren können robust aber trotzdem klein ausgestaltet werden und sind daher leicht an der Bremsanlage anzubringen .
In weiterer Ausgestaltung werden der Aktuator elektrisch, das zweite Bremselement als drehbare Bremsscheibe und das erste Bremselement als Reibbelag, auf den der elektrische Aktuator in einem Wirkwinkel ß über eine Keilanordnung mit einem Keilwinkel α wirkt, um den Reibbelag an die Bremsscheibe zu pressen, ausgebildet. Der Wirkwinkel ist als Winkel zwischen Ak- tuatorkraft und Normalkraft zu verstehen. Das vorgeschlagenen Verfahren kann besonders einfach im Spezialfall ß = 90° für Keilbremsen verwendet werden, da bei Keilbremsen, bei denen die Aktuatorkraft senkrecht zur Normalkraft und damit parallel zur Reibkraft wirkt, der Reibungskoeffizient besonders einfach in Abhängigkeit von der Aktuatorkraft und dem Keilwinkel bestimmt werden kann. Ein derartiges Bestimmungsverfahren ist ausfuhrlich in der genannten DE 101 51 950 erläutert, auf die erneut ausdrucklich verwiesen wird. Um nicht die gesamte DE 101 51 950 an dieser Stelle zu wiederholen, werden nur die wesentlichen Ergebnisse kurz angeführt. Der zustandige Fachmann kann die DE 101 51 950 zur Klarung offener Fragen zu Rate ziehen. Gemäß der DE 101 51 950 kann der Reibungskoeffizient μ anhand des Keilwinkels α, der Normalkraft FN und der Aktuatorkraft FA bestimmt werden zu μ = tan α - FA/FN. Die Aktuatorkraft kann beispielsweise aus der Aktuatorstromaufnahme, die Normalkraft mittels eines Kraftsensors bestimmt werden. Zusatzlich kann gemäß der be- reits genannten bevorzugten Ausfuhrungsform zu jedem Reibungskoeffizienten die an der Grenzflachen zwischen Bremsscheibe und Reibbelag herrschende Temperatur, naherungsweise die Temperatur der Bremsscheibe, und eine Drehgeschwindigkeit der Bremsscheibe bestimmt werden. Die Drehgeschwindigkeit ω der Bremsscheibe ist zur Gleitgeschwindigkeit v (Tangential- geschwindigkeit) des Reibbelags auf der Bremsscheibe gemäß v = ωr proportional, wie es jedem zustandigen Fachmann gelaufig ist. r kennzeichnet den Abstand des Reibbelags von der Drehachse. Anhand Figur 3 wird spater ein Verfahren zur Be- Stimmung eines Reibungskoeffizienten bei beliebigem Winkel ß erläutert .
Vorteilhafterweise wird der funktionale Zusammenhang zu
b ^e~stimmt, wobeFf μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normalkraft und FA den Betrag der Aktuatorkraft bezeichnet. Damit ist die Bestimmung des Reibungskoeffizienten für Keilbremsen mit beliebigem Wirkwinkel auf besonders einfache Weise möglich.
Eine erfindungsgemaße Recheneinheit weist Berechnungsmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemaßen Verfahrens durchzufuhren, insbesondere Mittel zum Bestimmen einer ersten Menge von Reibungskoeffizienten zwischen dem ersten und dem zweiten Bremselement im Feld, Speichermittel, die eine vorbestimmte zweite Menge von Reibungskoeffizienten enthalten, Mittel zum Vergleichen der ersten Menge von Reibungskoeffizienten mit der zweiten Menge von Reibungskoeffizienten, Mit- tel zum Bestimmen einer Abweichung auf Grundlage des Vergleichs und Mittel zum Bestimmen des Leistungsparameters anhand der Abweichung. Die Recheneinheit kann insbesondere als Steuergerat in einem Kfz ausgebildet sein.
Bevorzugterweise werden das erfindungsgemaße Verfahren und die erfindungsgemaße Recheneinheit in einem Embedded System, Steuergerat oder ECU in einem Kfz verwendet.
Ein erfindungsgemaßes Computer- bzw. Mikroprozessorprogramm enthalt Programmcodemittel, um das erfindungsgemaße Verfahren durchzufuhren, wenn das Programm auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere der erfindungsgemaßen Recheneinheit, ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemaßes Computer- bzw. Mikroprozessorprogrammprodukt beinhaltet Programmcodemittel, die auf einem maschinen- bzw. computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein erfindungsgemaßes Verfahren durchzufuhren, wenn das Programmprodukt auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere der erfindungsgemaßen Recheneinheit, ausgeführt wird. Geeignete Datenträger sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) und Fahrzeugnetze (Body-Bus, Infotainment-Bus etc.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi- nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand eines Ausfuhrungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausfuhrlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt schematisch ein Häufigkeitsdiagramm von Reibungskoeffizienten für eine einfache Form der ersten oder zweiten Menge von Reibungskoeffizienten;
Figur 2a zeigt eine erste Möglichkeit einer Abweichung zwischen einer ersten und einer zweiten Menge von Reibungskoeffizienten;
Figur 2b zeigt ein zweites Beispiel einer möglichen Abweichung zwischen einer ersten und einer zweiten Menge von Reibungskoeffizienten; und
Figur 3 zeigt schematisch eine Keilanordnung einer selbstver- starkenden elektromechanischen Bremse zur Verwendung mit der Erfindung .
In Figur 1 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen Reibwerten einer ersten oder zweiten Menge von Reibwerten und der zugehörigen relativen Häufigkeit zeigt, insgesamt mit 100 bezeichnet. Im Diagramm 100 sind Reibwerte für eine vorbestimmte Kombination aus Normalkraft, Temperatur und Geschwindigkeit aufgetragen. Die Reibwerte μ sind auf einer x-Achse 101, die Werte von 0 - 1 umfasst, gegen die relative Haufig- keit auf einer y-Achse 102 aufgetragen.
In der gezeigten Abbildung sind die Reibwerte nicht kontinuierlich, sondern in Stufen 103 von 1/15 aufgetragen. Beispielsweise sind alle Reibwerte von μ = 11/30 (0,37) bis μ = 13/30 (0,43) in einer Stufe zusammengefasst . Diesem Reibwert μ = 0,4 ist eine relative Häufigkeit von ca. 0,14 zugeordnet . Die Breite der Stufen, in der dargestellten Abbildung beispielsweise 1/15, ist beispielsweise durch die Messgenauigkeit oder die Art der Auftragung verursacht, wie es jedem zustandigen Fachmann klar ist. Die stufenförmige Auftragung der Reibwerte kann durch eine einhüllende Kurve 104 angenähert werden. Die Kurvenform der Kurve 104 entspricht im wesentlichen einer Gaußschen Glockenform. Im vorliegenden Beispiel liegt das Maximum etwa bei einem Reibwert von μ = 0,42.
In den Figuren 2a und 2b sind zwei der möglichen Abweichungen der ersten von der zweiten Menge von Reibwerten dargestellt. Daneben ist eine Vielzahl von weiteren Abweichungen möglich, wie es für jeden Fachmann offensichtlich ist.
In der Figur 2a sind wiederum die Reibwerte zusammen mit ihrer jeweiligen relativen Häufigkeit in einem Diagramm 201 dargestellt. Die vorbestimmte zweite Menge von Reibwerten, der Ist-Fingerprint, ist durch eine Kurve 204 gekennzeichnet. Die bestimmte erste Menge von Reibwerten ist durch eine Kurve 204a gekennzeichnet. In der Abbildung ist die Abweichung der ersten Menge von der zweiten Menge deutlich erkennbar. Im dargestellten Beispiel treten Reibwerte mit einem Wert μ zwischen ungefähr 0,25 und 0,52 in der ersten Menge weniger häufig als in der zweiten Menge auf, wohingegen Reibwerte klei- ner als ca. 0,25 und großer als ca. 0,52 in der ersten Menge häufiger als in der zweiten Menge auftreten. Aus der dargestellten Abweichung kann gefolgert werden, dass der verwendete Reibbelag nicht dem vorgeschriebenen Reibbelag entspricht, von dem der Soll-Fingerprint ermittelt wurde. Es konnte sich um einen anderen Typ oder um eine Fälschung handeln.
In Figur 2b sind in einem Diagramm 202 die Reibwerte und ihre zugehörige relative Häufigkeit einer vorbestimmten zweiten Menge 204 und einer bestimmten ersten Menge 204b dargestellt. In der gezeigten Abbildung ist das Maximum der relativen Häufigkeit in der bestimmten ersten Menge zu kleineren Reibwerten μ hin verschoben. Die Kurvenform der Kurve 204b ist im wesentlichen mit der der Kurve 204 identisch. Diese darge- stellte Abweichung wird beispielsweise durch einen abgenutzten Reibbelag hervorgerufen.
Figur 3 zeigt eine Keilanordnung, die zur Verwendung in einer selbstverstarkenden, elektromechanischen Bremse, wie sie auch in der DE 101 51 950 offenbart ist, geeignet ist. Ein elektrischer Aktuator, der üblicherweise einen Elektromotor und einen Spindeltrieb umfasst, erzeugt eine Betatigungs- oder Aktuatorkraft FA, die in einen Keil 300 in einem Wirkwinkel ß eingeleitet wird, um den Keil in x-Richtung (in der Abbildung nach rechts) zu verschieben. Ein Reibbelag 311 liegt an einer Seitenflache, ein Widerlager 312 zum Abstutzen des Keils an einer anderen Seitenflache des Keils 300 an. Die Aktuatorkraft FA verschiebt den einen Keilwinkel α aufweisenden Keil 300 in x-Richtung, wodurch der Reibbelag 311 in Kontakt mit einer sich mit einer Geschwindigkeit v drehenden Bremsscheibe 313 gerat. Sobald der Reibbelag 311 die Bremsscheibe 313 berührt, entsteht eine normal zur Bremsscheibe gerichtete Ruckwirk- oder Normalkraft FN sowie eine in Umfangsrichtung der Bremsscheibe 313 wirkende Reibkraft FR. Diese Kräfte werden zum größten Teil in das Widerlager, bspw. das Gehäuse der Bremse, eingeleitet und dort abgestutzt, was zu einer Abstutzkraft FB fuhrt.
Unter Beachtung der in x-Richtung wirkenden Kräfte am Keil erhalt man: μFN + FA sin ß - FB sin a = 0 ( 1 )
Unter Beachtung der in y-Richtung wi rkenden Kräfte am Keil erhalt man :
FB cos a + FA cos ß - FN = 0 ( 2 )
Durch Auf losen von ( 2 ) nach FB : ) und Einsetzen in (1) : μ FN + FA sin ß - (FN - FA cos /?)tan a = 0
ergibt sich der funktionale Zusammenhang für μ:
_ (FN - FA cos /?)tan a - FA sin ß
μ = tan α — (sin yö + cos ß tan α) mit den beiden Spezial fallen :
F ß=90 ° : μ = tan a ^
F
Auf diese Weise kann eine erste Menge von Reibwerten für eine Keilbremse mit beliebigen Winkeln α und ß aus den Betragen der Aktuatorkraft und der Normalkraft bestimmt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse mit einem ersten (311) und einem zweiten (313) Brems- element, die zum Erzeugen einer Reibkraft (FR) und eines
Reibmoments (NR) in Wechselwirkung bringbar sind, mit folgenden Schritten:
Bestimmen einer ersten Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (μ) zwischen dem ersten (311) und dem zweiten (313) Bremselement im Feld,
Vergleichen der ersten Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (μ) mit einer vorbestimmten zweiten Menge (204) von Reibungskoeffizienten (μ) , und
Bestimmen des Leistungsparameters anhand einer Abweichung der ersten (204a, 204b) und der zweiten Menge (204), wobei die Abweichung aus dem Vergleich erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu jedem Reibungskoeffizienten (μ) eine zwischen dem ersten und dem zweiten Brems- element wirkende Normalkraft (FN) , eine Temperatur und/oder eine Relativgeschwindigkeit zwischen dem ersten (311) und dem zweiten (313) Bremselement bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur berechnet oder geschätzt oder mittels eines
Temperatursensors gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativgeschwindigkeit mittels eines, insbeson- dere bereits vorhandenen, Sensors gemessen wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Normalkraft (FN) mittels eines im Kraftfluss der Normalkraft angeordneten Kraftsensors gemessen wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibungskoeffizient (μ) aus der Reibkraft (FR) und der Normalkraft (FN) bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsparameter einer selbstver- starkenden oder Selbstschwachenden Bremse bestimmt wird, bei der ein eine Aktuatorkraft (FA) erzeugender Aktuator vorgesehen ist, der auf das erste Bremselement (311) wirkt, um das erste Bremselement (311) an das zweite Bremselement (313) zu pressen, wobei eine Abhängigkeit der Normalkraft (FN) von der Aktuatorkraft (FA) und dem Reibwert (μ) besteht, ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Reibwert (μ) und Komponenten der Normalkraft (FN) und Komponenten der Aktuatorkraft (FA) bestimmt wird, die Komponenten der Normalkraft (FN) und der Aktuatorkraft (FA) bestimmt werden und der Reibungskoeffizient (μ) aus dem funktionalen Zusammenhang, den bestimmten Komponenten der Aktuatorkraft (FA) und den bestimmten Komponenten der Normalkraft (FN) bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorkraft (FA) oder deren Komponenten mittels eines im Kraftfluss der Aktuatorkraft angeordneten Kraftsensors gemessen oder aus Betriebsdaten des Aktuators ermittelt wird bzw. werden, insbesondere aus dem Motorstrom eines einem e- lektrischen Aktuator zugehörigen Elektromotors wahrend einer Betätigung der Bremse.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Aktuator elektrisch, das zweite Bremselement als drehbare Bremsscheibe (313) und das erste Bremselement als Reibbelag (311) , auf den der elektrische Aktuator in einem Wirkwinkel ß über eine Keilanordnung (300) mit einem Keilwinkel α wirkt, um den Reibbelag (311) an die Bremsschei- be (313) zu pressen, ausgebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der funktionale Zusammenhang bestimmt wird zu FN tan a - FA (sin ß + cos ß tan a) μ = F 1 N ' wobei μ den Reibungskoeffizienten, FN den Betrag der Normal- kraft und FA den Betrag der Aktuatorkraft bezeichnet.
11. Recheneinheit zur Bestimmung eines Leistungsparameters einer Bremse mit einem ersten (311) und einem zweiten (313) Bremselement, die zum Erzeugen einer Reibkraft (FR) und eines Reibmoments (NR) in Wechselwirkung bringbar sind, mit:
Mitteln zum Bestimmen einer ersten Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (μ) zwischen dem ersten (311) und dem zweiten (313) Bremselement im Feld,
Speichermitteln, die eine vorbestimmte zweite Menge (204) von Reibungskoeffizienten (μ) enthalten,
Mitteln zum Vergleichen der ersten Menge (204a, 204b) von Reibungskoeffizienten (μ) mit der zweiten Menge (204) von Reibungskoeffizienten (μ) ,
Mitteln zum Bestimmen einer Abweichung auf Grundlage des Vergleichs und
Mitteln zum Bestimmen des Leistungsparameters anhand der Abweichung .
12. Computer- bzw. Mikroprozessorprogramm mit Programmcode- mittein um alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzufuhren, wenn das Programm auf einem Computer, einem Mikroprozessor oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere gemäß Anspruch 11, ausgeführt wird.
13. Computer- bzw. Mikroprozessorprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem maschinen- bzw. computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzufuhren, wenn das Programmprodukt auf einem Computer, einem Mikropro- zessor oder auf einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere gemäß Anspruch 11, ausgeführt wird.
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