CN105264254B - 用于操作电操作的摩擦制动器的方法 - Google Patents

Abstract

为了能够在特定工作点有针对性地影响摩擦制动器(1)的制动效果，以能够可靠且简单地调节或控制摩擦制动器(1)所需的设定制动效果的实现，提出：为制动过程确定电机(21)的操作能量(E_E)并且将所确定的操作能量(E_E)确定为在摩擦制动器(1)的预规定的设定位置中的实际操作能量(E_{E_ist})并且针对设定位置或设定制动效果由已知的关于摩擦制动器(1)的数据确定设定操作能量(E_{E_soll})并且通过操作摩擦制动器(1)补偿实际操作能量(E_{E_ist})与设定操作能量(E_{E_soll})之间的偏差。

Description

用于操作电操作的摩擦制动器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于操作电操作的、由电机驱动的摩擦制动器的方法，在其中对于制动过程为实现摩擦制动器的预规定的设定制动效果使制动衬片压紧到摩擦面上、即通过移动到与设定制动效果对应的摩擦制动器的设定位置。

背景技术

摩擦制动器为了制动产生预规定的制动力矩、或类似地制动压紧力、概括来说特定的制动效果。基于已知的制动操作的力-行程特性可将希望的制动力矩或制动压紧力配置给操作行程、如操作角度，其必须被经过以便实现所希望的制动效果。由于制动力矩等于摩擦力乘以摩擦半径并且摩擦力等于制动压紧力乘以摩擦系数，因此每个值可被理解为制动效果。

电操作的摩擦制动器使用电机来操作摩擦制动器。电机——可能通过中间传动机构或传递部件、如凸轮、偏心轮、杠杆、棒、楔形件、滚珠斜面的扭转、螺钉、螺纹中的滚动体(如滚珠丝杠)、液体、气体等——在此驱动压紧装置，该压紧装置经过操作行程，以便将制动衬片压紧到摩擦面上。

如果电操作的摩擦制动器在电力故障时出于安全原因必须自动制动，则常常为此设置辅助能源、如张紧的弹簧、压力介质等形式，以便辅助操作摩擦制动器。这在机器中、如起重机、升降机等或在铁道制动时是特别必要的。

为了调节摩擦制动器，须调节制动效果(制动力矩、制动力、制动压紧力)或等效地调节操作行程，这在电子控制的摩擦制动器中通常借助制动控制单元、如PID控制器来进行。为此到目前为止例如以某种方式确定或估算制动压紧力。有时也将应变计安装到制动钳上，以便确定机械变形并且由此推导出压紧力。这种应变计连同其所需的处理放大器是昂贵且敏感的并且极大提高了制动器价格。相反，在液压或电液制动器中可简单地测得制动压力，用以极精确地推导出压紧力，因此在这种制动器中可通过制动效果简单地进行调节。在电操作的摩擦制动器中——在其中电机通过压紧装置的传递元件、如杠杆、偏心轮、凸轮、绳索、螺杆、液体、气体等压紧制动衬片、如WO 2010/133463 A1中所述的明显类似于压力测量可测量电机中的电流，因为电流也决定力。也就是说，在理论上可与压力测量一样好地通过测量电机电流来测量制动压紧力。

但在实践中，电流测量仅有条件地适用于控制电操作的摩擦制动器。电机具有状态相关的(如受摩擦、温度等影响)静态电流，该静态电流干扰小电流测量并导致不准确性。压紧装置的传递元件具有或多或少不良的并且尤其是非恒定的效率，也就是说，在较差的传递效率下制动衬片上的制动压紧力与由电流测量决定的进入传递元件的输入力的关联并不简单。可存在非线性甚至非单义的状态，在其中由输入力推导出的制动压紧力是错误或多义的。例如在偏心轮操作的制动器中(如WO 2010/133463A 1)可存在双义性，因为基于偏心轮的几何形状输入力一开始随着制动压紧力上升，但当偏心轮接近制动盘附近的死点时，输入力通过摩擦制动器中的自增强效果或通过适合的几何结构设计下降。也就是说，对于一个输入力可存在两个制动压紧力。因此在由电流测量确定的输入力和所引起的制动效果之间不存在单一关系，而这对于基于输入力的制动效果调节是不利的。当摩擦制动器、例如通过变化的传动比、恒定电流等被设计为在操作行程上电机转矩基本恒定时，则电流测量也产生恒定的输入力并且因此完全无用。其它不利因素是惯性矩和电机控制本身。当电流用于克服电机惯性矩时，该电流不能提供关于制动压紧力的信息。电机控制用于调节特定位置，这通常借助PWM(脉宽调制)控制进行。在此产生电流脉冲，但不是可测量的连续电流。电流测量的另一问题在于，决定、例如已达到特定制动压紧力的决定与单次电流测量有关，这很容易出错。即使是简单的事情也加大了电流测量的难度。例如当缓慢到达一个状态时，电机功率和因此电流消耗较低，因此在确定制动压紧力时也要考虑速度。所有这些导致，基于电机中简单的电流测控制量摩擦制动器是很难的并且因此是不利的。

通过操作行程控制摩擦制动器虽然更加简单，但却更不可靠，因为不能可靠地推导出是否达到所需的制动效果。例如在此未考虑制动衬片磨损或摩擦制动器在不同温度下变化的刚性的影响并且不能确保在到达预规定的设定位置时是否也实际实现了所追求的制动效果。

DE 102011004772 A1公开了一种用于在车辆中调节由驻车制动器施加的夹紧力的方法，在其中用于产生夹紧力的张紧过程进行直至在此产生的机械夹紧工作达到一个阈值。估算操作能量并且张紧进行直至达到阈值。这是简单、却不精确的制动操作，其对于驻车制动器是足够的，但对于尤其是车辆中的行车制动器无疑是不适合的，因为在此重要的是精确且快速地达到设定制动效果。意外过调会导致不希望且危险的车轮抱死并且意外控制不足会导致不能达到所需的制动效果。

发明内容

因此，本发明的任务在于提供一种用于操作电操作的摩擦制动器的方法，借助该方法可有针对性地在特定工作点中影响摩擦制动器的制动效果，以便可靠且简单地调节或控制所需的摩擦制动器制动效果的实现。

根据本发明该任务通过下述方式来解决：为制动过程确定电机的操作能量并且将所确定的操作能量确定为摩擦制动器的预规定的设定位置中的实际操作能量并且针对设定位置或设定制动效果由已知的关于摩擦制动器的数据确定设定操作能量并且通过操作摩擦制动器补偿实际操作能量与设定操作能量之间的偏差。通过使用操作能量估算在摩擦制动器从初始状态(例如松开状态)变化为摩擦制动器的最终状态(如全制动)期间施加到摩擦制动器中的能量。对于能量而言在何行程上以及何时间中到达最终状态并不重要，因此能量代表最终状态，与如何到达该状态无关。求和(或积分)来确定操作能量相对于单次测量误差较稳定，因为使用大量单值，其可求平均值，这也使得该方法相对于任何干扰都非常稳定。通过这种方式可简单地避开电流测量的问题。另外，操作能量的确定可简单且低成本地实现并且有一系列可能性来确定电机的操作能量，这提高了方法实施的灵活性。因此能实现电操作摩擦制动器的简单且可靠的操作控制。

通过确定实际用于操作的操作能量作为用于设定位置或设定制动效果的实际操作能量并且通过与已知的、预计的设定操作能量进行比较，可简单地确定任何偏差并且通过操作摩擦制动器来补偿。因此在制动过程结束时可以简单的方式检查是否实际上已基于到达设定位置实现预规定的设定制动效果并且校正任何所确定的偏差。

有利的是，可在制动过程结束时为了补偿实际操作能量与设定操作能量之间的偏差操作摩擦制动器，以便实现设定制动效果。因此可选地可通过操作能量校正任何制动过程。

可有利地通过改变设定位置来改变偏差以进行校正。同样有利的是，由实际操作能量和设定操作能量确定实际制动效果和设定制动效果并且补偿实际制动效果和设定制动效果之间的偏差。由此可以以简单的方式校正地干预当前制动过程。

有利的是，也可在制动过程结束时操作摩擦制动器的磨损调节器，以便根据实际操作能量和设定操作能量之间的偏差改变气隙。由此无需在每个制动过程中进行干预，而是可通过调整磨损调节器来补偿任何偏差。由此简化了制动过程的控制。

对此也可在制动过程后的一定时间后才操作摩擦制动器的磨损调节器，以便根据实际操作能量和设定操作能量之间的偏差改变气隙。这允许观察偏差的随着时间的进程并且当在一定时间上观察到偏差时才进行干预。通过这种方式能避免可能的测量误差或基于制动过程的不准确性。为此优选求该时间段内出现的偏差的平均值。

为了达到设定位置或设定制动效果也可规定，为制动过程在达到设定位置或设定制动效果之前由已知的电机的电机制动力矩和操作能量确定摩擦制动器的能量吸收能力，并且在制动过程期间比较电机的当前动能和与当前位置或制动效果对应的能量吸收能力并且在一致的情况下将电机切换为制动以影响制动效果的随时间的进程，以便达到设定位置或设定制动效果。通过这种方式可精确地以希望的剩余速度、最佳的操作速度或无过调地实现希望的设定位置或希望的设定制动效果。

为了在电力供应故障时实现制动操作，可规定，摩擦制动器由电机和辅助能源组合驱动，在此辅助能源的份额处于0至100％的范围中、优选20至100％。

在将摩擦制动器用于车辆的车轮上时，设定制动效果可局限于所存储的、与实际路面条件有关的、无抱死的制动效果，借助其避免车轮抱死。通过这种方式减少了抱死情况并且可大致在现有附着力极限上制动，这原则上提高了车辆的制动性能。

附图说明

下面参考附图1至5详细说明本发明，所述附图示例性、示意性并且不起限制作用地示出本发明的有利方案。附图如下：

图1为电操作的摩擦制动器的一种示例；

图2为这种摩擦制动器的力行程特性；

图3和4为用于控制摩擦制动器的电机的操作能量的使用；和

图5为用于控制电机以便以希望的剩余速度精确实现设定位置的方法。

具体实施方式

下面参考图1示例性借助示意性示出的浮钳盘式制动器形式的电操作摩擦制动器1详细说明本发明。如常常安装在车辆中的浮钳盘式制动器本身是充分公知的，因此在此不详细说明浮钳盘式制动器的特征和功能以及浮钳盘式制动器的基本安装、如在车辆中。但本发明原则上也可用于其它类型的制动器、如鼓式制动器。同样也可设置另一摩擦面作为制动盘或制动鼓、如或多或少平坦的表面、例如作为用于线性运动的制动器。

图1示出具有浮钳2作为制动钳的摩擦制动器1，该浮钳包围摩擦面、在此是制动盘4的形式。在浮钳2上设有(相对于浮钳2)固定的制动衬片3和(也相对于浮钳2)可动的制动衬片6。可动制动衬片6为了制动被压紧装置10压紧到制动盘4上，如由图1中的双向箭头所示。在此浮钳2自动对中，使得两个制动衬片3、6贴靠在制动盘 4上并且压紧到制动盘4上。为了达到所希望的制动效果，必须经过一定的操作行程以便克服摩擦制动器1中的弹性。这种关系表现为摩擦制动器1的力-行程特性(或等效于力矩－角度特性)。借助摩擦制动器1的几何形状由试验台试验或计算或模拟获知摩擦制动器1的力行程特性。通过压紧制动衬片3、6产生衬片压紧力，其引起特定的制动力矩。制动衬片3、6在此也可分别设置在衬片支架5上。

压紧装置10设置在制动部件上。制动部件可以是浮钳2、但也可以是(如在本文中)本身已知的磨损调节器11。在此磨损调节器11 设置在浮钳2上并且压紧装置10又设置在磨损调节器11上。整个压紧装置10在此通过磨损调节器11移动以便补偿制动衬片3、6上产生的磨损，从而将气隙保持在预规定的极限内。压紧装置10或制动衬片 3在此优选在摩擦制动器1、例如在此在浮钳2中被引导。这种磨损调节器11本身以各种实施方式已知，因此在此不再赘述。磨损调节器 11可仅在制动衬片3、6和制动盘4之间的过量气隙的情况下用于调整(如在鼓式制动器中)，或磨损调节器也可在每次制动操作稍前用于将制动衬片3、6和制动盘4之间的气隙(两个)调整为零并且甚至先施加小的第一压紧力到摩擦制动器1中。在制动操作结束时，磨损调节器11可再次返回几乎不存在残余制动效果的位置中或有意形成气隙，以便制动衬片3、6完全从摩擦面上抬起，从而消除最小残余制动效果的损失。为此磨损调节器11可移动到离开摩擦接触的特定位置中或在特定时间上被接通，以便使制动衬片3、6与摩擦面分开。对于浮钳盘式制动器而言磨损调节器11也可用于使两个制动衬片完全从制动盘上抬起，如在WO 2010/133463 A1中详细说明的。

如在WO 2010/133463 A1中详细说明的，压紧装置10包括保持件7，制动衬片6或其衬片支架5贴靠在该保持件7上。在保持件7 中在两侧支承有压紧轴8。压紧轴8又支承在构造为空心轴的操作轴9 中，操作轴9中的轴向孔偏心于操作轴9的旋转轴线。支承在制动部件上、在此磨损调节器11上的操作轴9通过操作机构20旋转，使得压紧轴8通过偏心孔——根据旋转方向——朝向制动盘4或远离制动盘移动(通过双向箭头示出)。在此制动压紧力因而通过偏心件产生并且用于操作制动器所需的制动能量——除了可能出现的自增强效果外——由操作机构20、如电机21施加。代替偏心支承在操作轴9中的压紧轴8，也可使用偏心设置在操作轴9上的轴销，保持件7支承在该轴销上。同样，压紧装置10可构造为作用于衬片支架5或保持件7 上的凸轮形式或曲杆形式。

设置电机21作为操作机构20，该电机通过连杆22使设置在操作轴9上的操作杆23旋转。当然也可考虑任何其它适合的驱动装置作为操作机构20，如电机，其直接、或通过传动机构或挺杆驱动操作轴9。压紧装置10在此具有定义的工作范围、在此例如是操作部件如操作轴 9的操作角度范围的形式。在此有利的是，这样选择工作范围，使得产生有利的传动比以便实现制动效果。

当然，由电机21操作的摩擦制动器1中的制动压紧力也可借助具有其它已知器件、如螺钉、螺纹中的滚动体(如滚珠丝杠)、楔形件、滚珠斜面的扭转、气体或液体压力等的压紧装置来产生。

这种摩擦制动器1可具有非线性的力行程特性、即在制动效果、在此如制动力矩T_B(曲线12)和操作行程、在此如操作角度α之间没有线性关系的特征曲线，如图2示例性所示。同样，在图2中示出操作力矩T_E(曲线13)，其必须由电机21施加以便实现制动效果。基于自增强效果或摩擦制动器1的相应几何或运动学设计，操作力矩 T_E也可从特定操作角度α起再次下降，如图2可见。由此也在操作力矩T_E和所实现的制动力矩T_B之间形成直接的关联。这些曲线对于摩擦制动器1例如由相应试验台试验、模拟或计算已知。但通常存在这种曲线12、13的曲线簇，以便考虑各种影响因素、如制动衬片的磨损或温度。

摩擦制动器1例如由制动控制单元30控制，如下面将详细描述的。制动控制单元30在此可与车辆中的上级控制单元31、如驾驶或制动辅助系统(ABS、ESP等)或机器控制系统(如升降机、起重机)连接或从其它源、如制动踏板获得“制动请求”。“制动请求”在此理解为响应特定事件(如驾驶员踏下制动踏板、驾驶辅助系统被激活、机器控制系统发出制动信号等)对摩擦制动器1要求特定的制动效果。为清楚起见，未示出用于检测控制所需的测量值、如电机电流I_E或电机转速n_E的传感器。

制动过程开始于初始制动力矩T_BA，其借助特定初始操作力矩T_EA和特定初始操作角度α_A实现。初始状态例如可以是“制动器完全松开”、即T_BA＝0或一般初始值、如图2和3的示例。制动效果应借助压紧装置10上升至设定制动力矩T_BB，其由在规定的设定操作力矩T_EB时的制动请求产生。与设定制动力矩T_BB对应的制动操作角度α_B可由已知的摩擦制动器1力行程特性、例如由存储的表格或曲线确定。制动控制单元30控制摩擦制动器到达设定制动操作角度α_B。为了确保实现希望的、设定制动力矩T_B形式的制动效果，现在确定在制动过程期间施加的操作能量E_E、如电机21的电机机械能(通过图3中的箭头示出)或等效地电机21的电能并且必要时校正制动效果。但所确定的摩擦制动器1的操作能量E_E也可用于在制动过程期间有针对性地影响摩擦制动器1的制动效果、如在摩擦制动器1的控制中，这在下面将详细说明。

操作能量E_E在此可以以不同、但相对简单的方式被确定。由于能量是瞬时功率的时间积分或总和，瞬时功率又是电机21转矩乘以转速，因此可简单地求出作为操作能量E_E的电机机械能。电机21的转速n_E可借助适合的转速传感器求出，其本就可按标准安装在电机21 中。电机21的转矩T_E可由电变量求出，如电流乘以已知的电机21 转矩常数。安装力或转矩传感器虽然可行，但价格昂贵并且因此在多数情况下是不利的。因此，扭矩常数的方法是优选的，因为转矩常数在宽的电机范围上通常很好地线性描述电流和转矩的关系。也可通过已知的电机21机械电机特征曲线导出转矩T_E。所述机械电机特征曲线说明在何种转矩T_E下产生何种转速n_E。由此可在电机特征曲线中或在相应表格中查询与转速n_E对应的转矩T_E。如需要，瞬时电机电压也可用于提高精度，如借助电压计算校正，其方式例如如下：通过将电机特征曲线用于各不同电压或计算表明关于电压的变化的因数或借助电机21的转速常数计算校正。

作为替代方案，通过电机电流和电机电压也可求出瞬时电功率并且由此通过电机效率计算机械功率。在此电机效率例如可假设为恒定的或由预定的曲线或表格读取或计算出。电机的功率已知与温度(磁性材料、铜电阻)和其它因素、如老化程度有关。这些因素——其又可以曲线或表格的形式存储)——在此可用作校正因数。也可直接使用电机电能作为操作能量E_E。

由瞬时功率可通过积分或求和确定操作能量E_E、如电机机械能的形式，该操作能量用于将摩擦制动器1从初始状态α_A送入设定状态α_B中。在微处理器中——如当今在制动器控制中常见的——求和自然更为有利。为此可选择适合的光栅、如时间光栅、计算所基于的光栅、如长度增量或角度增量或任意增力、如电机转数甚至统计随机光栅，在其中确定瞬时功率，该瞬时功率乘以时间间隔并且由此计算出累加值。为简单起见，也可省略不与时间间隔相乘，于是能量是相对值，但其也可使用。在此当然这样选择光栅，使得其不会引起不利的相互作用。例如时间光栅可与用于切换电机电流的时间光栅重叠或与之成比例。例如在规定接通脉冲的PWM时间光栅中，一次或多个测量电流(和必要时电压)及转速n_E以便由此计算瞬时功率。

由于有许多物理方法来计算能量、如力x行程、转矩x角度、电学法、通过功率计算等，当然可使用任何可能的物理计算。计算步骤可基于时间增量、位置增量甚至随机增量，或者无增量方法、如积分和微分计算以及平均值或代表值也是可能的，因为能量原理始终存在。也可想到等效的简化计算。当能量例如是力x行程时，则例如也可使用力总和，或在电学法中使用电流总和。能量也可涉及非物理单位、如电机步进。

制动操作也具有不希望的摩擦损失，摩擦损失可随着时间的推移、例如在使用寿命上变化，或根据温度变化。因此，特定制动效果所需的操作能量例如可基于老化或根据温度变化。这可在确定操作能量时被补偿或被利用甚至被有利地利用。例如可测量用于操作所需的能量和用于松开摩擦制动器1所需的能量。其差值是表示不希望的制动操作损失的量度。基于对不希望的损失的认识，例如可发出例如用于维护或诊断的信号或进行校正。因此，例如可根据损失校正设定制动操作能量，以便实现追求的设定制动效果。该关系也可以表格、公式关系、模型或类似形式被存储。在此也可一同考虑摩擦制动器1中的正常变化、如热的制动衬片3、6要软于冷的制动衬片并且因此刚性及操作能量也随着制动衬片或摩擦面温度而变化。也可考虑摩擦制动器1 轴承中的润滑脂在寒冷时使操作迟钝。

也可想到该方法在运行进行中例如通过特征曲线或参数进行“再校正”，其方式例如是，在制动时观察车轮滑移或在车辆延迟(或通常待制动对象的延迟)并且由所要求的设定制动效果和产生的滑移推导出摩擦制动器1被过多或过少地制动并且因此进行磨损调整或制动效果校正。在一种简单方法中，例如可观察在车辆中是否在车辆左侧和右侧长期出现相同的滑移并且在偏差时进行校正。摩擦制动器1可彼此相对“再校正”或关于整体性能“再校正”。

有时机电制动器时也通过夹紧力传感器控制。这在此可同时使用，例如为安全起见用于确定可能的错误测量结果。为此可设置其它传感器(如夹紧力传感器、制动器操作驱动装置中的力或力矩传感器、制动衬片上的同步传感器等)。在偏差或识别故障时可采取措施、如服务请求、关断故障摩擦制动器1、借助无故障的信号再次工作等。

如果用在制动过程结束时确定的操作能量E_EB减去在制动过程开始施加的操作能量E_EA(其也可为零)，则得到操作能量E_E，其必须被耗用以便达到预规定的设定位置、在此如预规定的设定制动操作角度α_B(图3)。由此可推导出当前制动效果、如制动力矩或制动压紧力。在最简单的情况下为此由能量守恒定律推导出，所施加的操作能量E_E作为压紧能量被施加到制动衬片6和摩擦面之间。但压紧能量是制动压紧力和制动衬片6所经过的行程的乘积。由于制动衬片6所经过的行程借助初始制动操作角度α_A、设定制动操作角度α_B和压紧装置10 的几何形状或运动学已知，由此可借助已知的制动部件弹性特性(其例如由测量、模拟或摩擦制动器1的模型已知)计算制动压紧力或通过与摩擦值的关系也计算制动力矩、概括来说即制动效果。在此当然也可考虑影响因素、如摩擦损失、摩擦制动器1中的迟滞(用于增大和减小制动效果的不同操作力)或自增强等。

但由已知的关于摩擦制动器1的数据、如力行程特性(如图2)、几何形状等也可看出，需要使用多少操作能量E_{E_soll}来使摩擦制动器1 从例如通过初始操作角度α_A规定的初始位置进入例如通过设定制动操作角度α_B规定的设定位置中。例如可在力行程特性(图2中的曲线 13)的每个点上存储相应操作能量E_E，如图3所示。这些数据可以任意形式存储在制动控制单元30中、例如以表格、曲线、公式、模拟、神经网络、模糊逻辑等的形式。温度和其它影响因素、如制动衬片3、 6的磨损在此可通过不同曲线或补偿计算加以考虑。预计用于特定设定位置、如设定制动操作角度α_B的操作能量E_{E_soll}因此可由所述数据求出。现在如在上述方法中用在制动结束时确定的操作能量E_EB减去在制动开始时施加的操作能量E_EA，则得到实际操作能量E_{E_ist}，其实际被耗用，以便达到预规定的设定制动操作角度α_B(图4)。当设定操作能量E_{E_soll}与测量到的实际操作能量E_{E_ist}有偏差时，可调整摩擦制动器1以便实现设定制动效果，在此可定义一定的容许窗口。为此可通过操作摩擦制动器1补偿基于规定能量和实际能量之间的差值产生的过多或过少的制动效果，使得设定操作能量E_{E_soll}与实际操作能量E_{E_ist}一致(必要时在一定容许范围内)。例如制动控制单元30可改变设定位置、例如预规定略多(或略少)的设定制动操作角度α_B'，或可操作磨损调节器11，以便补偿降低制动效果的过大气隙。对于当前制动过程例如可改变设定位置、如将设定制动操作角度α_B增大为设定制动操作角度α_B'，以便能够实现希望的设定制动效果，并且在制动过程后可操作磨损调节器11，以便调整气隙。在该“静态”方法中在制动过程结束时、即在电机21静止时，比较输入的实际操作能量E_{E_ist}与已知的设定操作能量E_{E_soll}并且由此影响摩擦制动器1的制动效果，以便实现希望的设定制动效果。

确定操作能量E_E后无需立即干预摩擦制动器1。例如制动衬片3、 6上的磨损导致能量消耗减少这一认识可在较长时间上被平均或容忍并且在一定时间后才激活磨损调节器11。也可发出磨损警报，以便提示更换制动衬片3、6，或在摩擦制动器1中识别并输出功能故障。如不要求有意义的磨损调节器11调整、如与制动或磨损模型不一致的调整、不连续或跳跃的调整，例如可推导出有缺陷的轴承位置、间隙等并且采取措施、如服务请求。也可在制动过程中进行统计或记录并使用或输出它们，以便由此辅助摩擦制动器1的诊断。

基于实际操作能量E_{E_ist}与设定操作能量E_{E_soll}之间的偏差或一定时间上的平均偏差，调整磨损调节器11可在操作驻车制动功能时、启动车辆或其它待制动对象时在有利的条件下如静止时、服务后等、或也可在某些制动中进行。但在某些制动、如全制动、ABS或ESP干预中无法进行磨损调整确定。

但确定的操作能量E_E也可用于在操作摩擦制动器1时“动态”影响制动效果。例如由此可直接调整制动效果。因此无需预规定设定制动操作角度α_B，而是可直接预规定设定制动效果、如设定制动力矩 T_BB的形式。通过如上所述确定当前制动效果可闭合相应控制回路来影响所达到的制动效果，以便产生希望的设定制动效果。为此连续地关于当前操作行程如上所示确定当前制动效果并且控制摩擦制动器1 的操作，以便实现设定制动效果。

在直接控制制动效果或在通过操作行程控制制动效果时，在制动控制单元30中设置适合的控制器、如PID控制器。基于对制动控制单元30的基本要求、即尽可能快地达到要求的设定状态(在其中电机转速n_E应等于0)，在控制性能中总是呈现一定的次优特性直至达到设定制动效果。PID控制器例如可设计得过慢或过快并且在此引起过调。也可改善所谓的非周期性极限情况，其既不过快也不过慢。由于在控制中制动请求应迅速被实现，因此原则上控制器的快速设计是有利的，这导致所谓的过调。

然而，制动控制的过调会造成一些问题。一方面在每次制动时不必要地消耗电能，这在混合动力车辆或电动车辆中是特别不希望的。另一方面基于过调——尤其是在打开制动器时——保持件7连同制动衬片6可较高速度移动到端部位置止挡上。这可导致摩擦制动器1的损坏、通过在车辆中产生的噪声也造成驾驶舒适性的问题。这虽然可通过操作时间和过调的折中来改善，但不能完全消除。也可想到更复杂的控制算法，但基于更高的计算要求尤其是在车辆中是不希望的。但通过基于待施加的操作能量E_E有针对地影响制动效果也可克服该问题，如下面说明的。

在此目标在于，以一定剩余速度到达特定设定位置、如设定制动操作角度α_B。通常希望剩余速度为零，即在达到设定位置时在摩擦制动器1中没有动能E_K、如运行电机21中旋转能量的形式，压紧装置 10或电机21在设定位置中静止。但同样也可想到，以一定剩余速度到达设定位置。因此应消除基于制动操作存在的动能E_K，以便达到剩余速度。

为此应指出，在所描述的方法中为了简化允许将动能E_K减少为电机21的旋转运动，虽然动能当然也可加入压紧装置和制动衬片3、 6的运动中。但电机21的动能明显占优势，因此通过该简化仅产生极小的、可忽略的误差。当然也可考虑摩擦制动器1其它组件、如传动机构、杠杆等的动能。

由上述内容清楚的是，设定位置和设定制动效果是等效的并且可通过已知关系互换。虽然下面常常提到位置，但在下面所描述的方法中也可代替位置使用制动效果。

首先作出下述考虑。电机21为了操作摩擦制动器1必须先被加速并且为了达到设定位置、如设定制动操作角度α_B被制动，这例如通过施加电机制动电流来进行，电机制动电流产生电机制动力矩或电机制动能量E_B。由于电机制动策略已知，因此每一时刻由此产生的电机制动力矩或电机制动能量E_B也可被认为是已知的。在最简单的情况下，可施加恒定制动电流，这引起大致恒定的制动力矩。同样由摩擦制动器1的力行程特性已知，在达到设定制动操作角度α_B之前施加多少操作力矩T_E和因此通过关系式能量＝转矩x角度施加多少操作能量E_E。两个能量、即电机制动能量E_B和达到设定制动操作角度α_B之前的操作能量E_E之和被看作摩擦制动器1的能量吸收能力E_V。通过能量吸收能力E_V可将相应存在的电机21动能消除直至有可能希望的、由剩余速度引起的剩余能量，当沿能量吸收能力E_V控制电机21或电机力矩时。

现在可为每个设定制动操作角度α_B反算能量吸收能力E_V，其方式例如是，从设定制动操作角度α_B以一定的操作角度增量分别为所观察的操作角度α计算当前的电机制动能量E_B和操作能量E_E，如图5 所示。通过这种方式可从设定制动操作角度α_B出发确定用于能量吸收能力E_V的校正，如图5中通过曲线40所示。

在图5中以曲线41的形式也示出制动过程上电机21的动能E_K (旋转能量＝已知的惯性矩×角速度的平方)。在此应指出，当设定制动操作角度α_B中的剩余速度为零时，动能也为零。通过维持希望的剩余速度在制动过程结束时在摩擦制动器1中尚存在动能E_K。

现在对于制动过程为希望的设定制动操作角度α_B确定能量吸收能力E_V，这计算强度不大并且因此在可用时间内能实现，例如在制动控制单元30中。这可在制动过程开始前或制动操作期间进行。同时为制动过程连续地或提前地确定电机21动能E_K。动能E_K可由测量值计算，借助模型预测、模拟或由表格读取。最终实际如何确定动能E_K对于本文提出的方法并不重要。当动能E_K相交于能量吸收能力E_V(切换点42)、即当动能E_K等于能量吸收能力E_V时，电机21切换为制动操作运动，其由此带来电机制动能量E_B。制动操作现在遵循能量吸收能力E_V。通过这种方式确保规定以希望的剩余速度达到设定制动操作角度α_B和因此希望的制动效果，更确切地说没有过调或过慢的到达。通过该方法影响制动效果的随时间的进程，以便以剩余速度到达设定位置。

剩余速度可以为零，当正好在该点希望压紧装置10或电机21以及制动操作停止时。实际上也可能希望大于零的速度，以便缓慢地经过预规定的设定位置，以便例如观察是否通过制动引起车轮抱死。在这种情况下能够基于存在的低操作速度尽可能好或快地对抱死(或早期迹象、如滑移增加)作出响应。当然也可到达设定位置之前的一个位置并且随后以小的剩余速度正好到达希望的设定位置。

上述用于设定位置的目标实现的方法当然也可结合另一种所描述的方法。例如可在到达设定位置时借助所用操作能量E_E检测是否实际达到所希望的制动效果。如情况并非如此，则如上所述校正制动效果。在此有利的是，从一开始就规定小的剩余速度。同样可想到，首先以用于目标实现的方法到达实际设定位置之前的一个位置并且随后切换到制动效果调节上。

制动请求在车辆中如所描述的例如可来自驾驶员或车辆系统(如紧急制动)。原则上必须假定由此预规定的设定制动效果可能导致车轮抱死。如已知的，抱死可提前识别，如通过增加的车轮滑移，但也可未识别地发生。如果压紧装置10在开始抱死时还在运动中，则只能通过尽快终止制动操作来尽可能好地避免或停止抱死。因此由制动控制单元30再次撤回制动操作，直至抱死停止或车轮滑移减少到可容忍的程度上。由此开启了在摩擦制动器1的控制中考虑抱死状态的可能性。可存储过度滑移或开始抱死时的摩擦制动器1的操作状态、如操作角度、制动效果，由此已知引起无抱死制动状态的制动效果。因此可通过所存储的无抱死制动效果限制要求特定制动效果的制动请求，以便在可能的路面附着力极限上制动。如现在路面条件恶化(通过增加的车轮滑移识别出)，则需要减小制动效果，以防止车轮抱死。因此可再调整无抱死的制动效果。但当路面条件改善时(如可通过减少的车轮滑移识别出)，则制动效果潜力再次增大。因此在后续制动过程中(在其中所要求的制动效果大于所存储的当前无抱死的制动效果)，提高预规定的制动效果、例如20车轮转数，以便确定是否现在实际上能实现更大的制动效果，这又可以无抱死制动效果的形式被存储。抱死或车轮滑移可由“制动请求”或路面状态引起，但也可通过弯道行驶(如内侧车轮承受负荷较少、侧向引导力)或通过侧倾(“悬挂”)的路面。无论什么原因可同样使用该方法并且其可附加于车辆中设置的稳定性控制(ESP、ABS)干预各单个车轮的“制动请求”，以便减少稳定性情况(如ABS)。与液压的ABS(在其中由阀产生的压力剧烈快速振荡)相反，借助该方法制动效果的振荡要小得多并且因此一方面节约了电能并且另一方面通常更好地在现有附着力极限上制动。

如果这样设计摩擦制动器1、例如通过非线性地传输摩擦制动器1 中的操作使操作行程上的操作力矩基本上保持恒定，以致产生线性的能量吸收能力E_V，于是也可省却能量吸收能力E_V的反算，因为能量吸收能力总是相同。该方法由此大大简化，因为在能量吸收能力E_V总是相同(或相似)时仅电机转速(作为动能E_K信息)即可在正确时刻、或概括来说在正确点、例如在正确角度下切换到电机制动效果。

对于摩擦制动器1的打开过程，在上述方法中必须相应正确地设置能量的符号。但原则上相同或相似地使用该方法，以便从较强的制动状态进入较弱的制动状态或不制动的状态。在本发明的意义中因此打开过程仅被视为部分符号改变的制动过程。

如上所述，可对于制动过程、例如在制动过程开始、制动过程结束、在制动过程开始和结束之间或连续地在制动过程期间由电机21 上的测量或关于摩擦制动器1的已知数据来确定操作能量E_E。借助如此确定的操作能量E_E随后可进一步有针对性地在制动过程的特定工作点中、例如在制动过程开始、制动过程结束、在制动过程开始和结束之间或连续地在制动过程期间影响制动效果。在此确定操作能量E_E的时刻并非必须与在制动过程中影响制动效果的时刻一致。

但该方法不局限于如在正常运行中规定的、仅由电机21供应用于制动操作的驱动能量。例如存在摩擦制动器1在故障或电力故障时必须自动制动的安全要求。因此，为制动操作设置辅助能源32、如预张紧的弹簧、压力介质、电能存储器等，其以适合方式作用于用于操作摩擦制动器1的操作机构20，并且电机21随后再次用于松开摩擦制动器1。在本方法中操作能量是仅来自电机21还来自辅助能源32或电机和辅助能源32的任意组合并不重要。辅助能源32可简单地以正确的符号与电机21的操作能量组合。

由于如上所述能量例如是力×行程、力矩×角度或它们的和或积分，可反过来在给定摩擦制动器1操作的操作行程曲线时例如通过数学反函数、数值计算、特征曲线等求力(或力矩)。因此，在给定操作行程特征曲线时操作能量E_E的确定也可用于力或力矩测量，例如为了确定作用于制动衬片3、6上的法向力。即在给定行程曲线时，可进行法向力(或制动力矩或制动效果)“测量”。因此可在任何时刻、如在维护情况下记录摩擦制动器1的特征曲线。例如在更换衬片时可记录能量－行程特征曲线，其通过已知的摩擦制动器1力(力矩)特性转换为关于制动效果(法向力、制动力矩)的操作行程的特征曲线。所确定的特征曲线于是可用于控制制动过程或检查其是否与已知特征曲线一致。

代替操作能量E_E的绝对值，也可使用操作能量E_E的时间变化(或变化速度)或部分操作能量。由于例如在克服气隙时已经消耗能量，因此例如只能使用所确定的操作能量E_E的实际与衬片压紧、即产生制动效果有关的那部分能量。用于克服气隙的能量部分可被减去或附加地例如用于确定空载(无衬片力)时的摩擦，以便补偿摩擦效果或在摩擦过大时发出警报。

操作能量E_E的增加可用于识别制动衬片3、6与摩擦面的接触，因为之后操作能量E_E显著增加。

操作能量E_E、或类似地操作能量E_E的变化或变化速度也可用于磨损调节器11，以便例如确定在磨损调整时制动衬片3、6与摩擦面的接触。在此情况下磨损调节器11可再次使制动衬片3、6从摩擦面移开定义距离，以便获得定义的气隙。

也可想到，上述用于操作电摩擦制动器1的方法以类似方式用于操作电驱动的磨损调节器11，用以调节希望的气隙。在此情况下，磨损调节过程被理解为制动过程并且摩擦制动器1的操作被理解为摩擦制动器1磨损调节器的操作。

Claims (12)

1.一种用于操作电操作的、由电机(21)驱动的摩擦制动器(1)的方法，其中，对于制动过程为实现摩擦制动器(1)的预规定的设定制动效果使制动衬片(3、6)压紧到摩擦面上，其方式为：移动到摩擦制动器(1)的与设定制动效果对应的设定位置，其特征在于，为制动过程确定电机(21)的操作能量(E_E)并且将所确定的操作能量(E_E)确定为摩擦制动器(1)的预规定的设定位置中的实际操作能量(E_{E_ist})并且针对设定位置或设定制动效果由已知的关于摩擦制动器(1)的数据确定设定操作能量(E_{E_soll})，并且通过操作摩擦制动器(1)补偿实际操作能量(E_{E_ist})与设定操作能量(E_{E_soll})之间的偏差。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制动过程结束时为了补偿实际操作能量(E_{E_ist})与设定操作能量(E_{E_soll})之间的偏差而操作摩擦制动器(1)，以便实现设定制动效果。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过改变设定位置来补偿偏差。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由实际操作能量(E_{E_ist})和设定操作能量(E_{E_soll})确定实际制动效果和设定制动效果，并且补偿实际制动效果和设定制动效果之间的偏差。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制动过程结束时操作摩擦制动器(1)的磨损调节器(11)，以便根据实际操作能量(E_{E_ist})和设定操作能量(E_{E_soll})之间的偏差改变气隙。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制动过程后的一定时间后操作摩擦制动器(1)的磨损调节器(11)，以便根据实际操作能量(E_{E_ist})和设定操作能量(E_{E_soll})之间的偏差改变气隙。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，求该时间内出现的偏差的平均值。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为制动过程在到达设定位置或设定制动效果之前由电机(21)的已知的电机制动能量(E_B)和操作能量(E_E)确定摩擦制动器(1)的能量吸收能力(E_V)，并且在制动过程期间比较电机(21)的当前动能(E_K)和与当前位置或制动效果对应的能量吸收能力(E_V)并且在一致的情况下将电机(21)切换为制动以影响制动效果的随时间的进程，以便达到设定位置或设定制动效果。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在制动过程结束时保持所希望的操作剩余速度。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦制动器(1)由电机(21)和辅助能源(32)组合驱动，该辅助能源(32)的份额处于0至100％的范围中。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该辅助能源(32)的份额处于20至100％的范围中。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述摩擦制动器(1)在车轮上运行并且设定制动效果局限于所存储的、与实际路面条件有关的、无抱死的制动效果，借助该制动效果避免车轮抱死。