CN105711575B - 用于运行制动装置的方法和设备、制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行车辆的制动装置（1）、尤其是驻车制动装置的方法，其中所述制动装置（1）具有电动的执行器（7），该电动的执行器能选择地将执行器元件（10）移动到对制动盘（4）施加夹紧力的压紧位置中或者释放所述制动盘（4）的释放位置中，其中求得制动盘温度，以便根据所求得的制动盘温度来操控所述执行器（7），其特征在于，根据所述执行器（7）的至少一个电流值来求得所述制动盘温度。

Description

用于运行制动装置的方法和设备、制动装置
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆的制动装置、尤其是驻车制动装置的方法，其中所述制动装置具有电动的执行器，该电动的执行器能选择地将执行器元件移动到对制动盘施加夹紧力的压紧位置（Zuspannstellung）中或者释放所述制动盘的释放位置中，其中求得制动盘温度，以便根据所求得的制动盘温度来操控所述执行器。
此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的设备以及一种具有这样的设备的制动装置。
背景技术
开头所提到的类型的方法、设备和制动装置从现有技术中得到了公开。尤其“制动钳上的马达（Motor-on-caliper）”类型的自动驻车制动系统通常用在机动车的后轮制动器上，以便在机动车的停止状态中将后轮车桥的车轮刹住。为此，设置了电动的执行器，该电动的执行器驱动或者移动执行器元件，以便在所述执行器元件的压紧位置中对制动盘施加夹紧力并且在所述执行器元件的释放位置中释放制动盘。现今的制动装置具有以下缺点：如果所述制动装置在停车时刻之后冷却下来，则可能出现夹紧力损失。在此，所述停车时刻与冷却下来的最终状态之间的温差越高，所述夹紧力损失就越高。制动盘-温度模型越来越多地供制动装置所用，所述制动盘-温度模型在行驶运行的过程中求得所述制动盘的温度并且由此根据所求得的制动盘温度来操控所述电动的执行器，以便能够设定对所述夹紧力损失加以考虑的夹紧力。但是，现今的制动盘-温度-模型相对不精确，因为额外地由于许多环境变量例如温度、天气情况、轮毂材料和形状、车轮护板、车轮大小、加装件和类似因素而受到影响。为了提高精度，如今主要考虑到车轮压力及速度的时间特性。
发明内容
根据本发明的方法具有下述特征：将所述制动装置的液压的或气动的执行器的在一时刻检测到的压力值换算为等效的电流，其中由保存的马达电流和所述等效的电流构成的总和得到所述电动的执行器的电流值，并且根据所述电动的执行器的电流值来求得所述制动盘温度。具有上述特征的方法具有以下优点：将在车轮制动装置第一次压紧之后的再夹紧过程的次数降低到最小，减少了组件负荷并且同样降低了电流消耗。通过根据本发明的方法，降低了对于制动盘-温度-模型的可能的错误估计的影响，从而提高了制动盘-温度-测量的精度。根据本发明为此规定，根据执行器的电流值来求得制动盘温度。在电子执行器的运行过程中检测电流，并且在确定所述制动盘温度时对其加以考虑。特别地，执行器的马达电流取决于所述执行器的运行温度以及所产生的夹紧力，所述夹紧力也从所述制动盘温度中产生。通过对所述电流值的考虑，由此可以提高制动盘温度-确定的精度，并且由此可以更好地控制所述执行器。
根据本发明的一种有利的改进方案规定，在将所述执行器元件移动到所述压紧位置中时检测所述执行器的马达电流，并且将所述马达电流的、在结束所述移动的时刻所检测到的数值作为电流值加以保存。在结束的时刻，也就是在所述执行器元件已经到达其最终位置并且设定了目标夹紧力时，存在着一种电流值，该电流值也直接取决于所述制动盘温度。在此要作出以下假设：所述夹紧力与所述执行器的输出的马达力矩成比例并且由此也与所述马达电流成比例。
根据本发明的一种有利的改进方案还规定，如果车轮制动装置额外地具有一液压的或者气动的执行器，则将所述液压的/气动的执行器的、在所述（结束的）时刻所检测到的压力值换算为等效的电流，其中将所述等效的电流加到所保存的马达电流上，其中由所保存的马达电流和等效的电流构成的总和得到所述电流值。因此在此要考虑到，对于不仅具有电动的驻车制动器而且具有能够以液压或者气动的方式来操纵的减速制动器的组合的驻车制动装置来说，同样尤其在结束所述压紧过程时要对通过液压的和/或气动的执行器来作用到制动盘上的制动压力加以考虑。在此保证，在操控所述电动的执行器时同样对气动的或者液压的夹紧力损失加以考虑。
此外优选规定，根据所述电流值来推断出接下来的制动力损失或燃烧强度损失。因此规定，从当前的电流值出发来求得紧随其后的夹紧力损失。在此优选认为，所述制动盘的温度曲线近似遵循e函数直到环境温度。所述夹紧力曲线在此表现得与所述温度曲线相类似，并且特别地具有同一时间常数。如果由此通过求得所述电流值这种方式来求得或者核实所述制动盘温度，则可以根据当前所检测到的制动盘温度来确定相对于正常温度或者环境温度的差，并且由此确定可能的接下来的、在所述制动装置冷却下来时所产生的夹紧力损失，并且由此在操控时对其加以考虑。
此外优选规定，将所求得的制动盘温度与阈值进行比较，并且在所求得的温度超过所述阈值时开始再夹紧（Nachspannen）所述车轮制动装置。在此优选如此选择所述阈值，使得在检测到处于所述阈值之上的制动盘温度时，必须认为，在所述制动盘冷却下来时紧随此后的夹紧力损失导致如此减小的夹紧力，从而不再保证可靠地刹住所述制动盘。就此而言，将所述阈值选择得如此之低，从而仅当所求得的制动盘温度低于所述阈值时才省去再夹紧或者后来另外压紧所述车轮制动装置的做法。通过在超过所述阈值时再夹紧的做法来保证，通过提高了的夹紧力或者通过所述执行器元件的进一步的移动来对可能的接下来的夹紧力损失进行补偿。
根据本发明的一种有利的改进方案规定，一直实施所述再夹紧过程直至达到这样一种夹紧力，该夹紧力即使在接下来有夹紧力损失的情况下也超过所述阈值。由此保证，在总体上设定一种夹紧力，该夹紧力如此考虑到可能的夹紧力损失，从而即使在所述制动盘冷却下来时也有足够的可靠的夹紧力被提供用于刹住所述制动盘。
此外优选规定，在所述执行器的空转阶段中在移动所述执行器元件时求得所述电流值。在此在所述空转阶段中不仅可以在压紧所述执行器元件或者车轮制动装置时而且可以在松开所述执行器元件或者车轮制动装置时求得所述电流值。在空转阶段中的电流通常是恒定的，并且通过所述执行器的空转摩擦来确定。所述执行器的机械的组件特性在此是引起这种现象的原因。特别显著地在具有由弹性体制成的皮带传动机构的制动装置中出现空转电流的温度依赖性。但是，对于替代的传动机构来说同样可以识别出这种依赖性。
特别优选地规定，根据所述空转阶段中的电流值来求得一温度并且求得所述空转阶段中的参考电流值，并且用于确定或者核实制动盘温度。特别地为此规定，求得常温下的空转电流以及工作温度下的当前的空转电流，以用于确定所述温度。在此尤其要考虑到比例因子，特别地借助于在多个车轮制动装置上的凭经验的测量来求得所述比例因子。针对每个车轮制动装置优选个别地求得常温下的空转电流。将所求得的温度提供给所述制动盘温度模型以及夹紧力算法（力估计法（Kraftschätzer）），以便对制动盘温度进行核实并且设定有利的夹紧力。
根据本发明的设备的突出之处在于控制器，该控制器在常规使用时实施根据本发明的方法。由此产生已经提到的优点。
根据本发明的制动系统的突出之处在于根据本发明的控制器。由此产生已经提到的优点。其它的特征和优点从前面已经进行了的描述中并且从权利要求中得出。
附图说明
下面要借助于附图对本发明进行详细解释。为此示出：
图1是机动车的、具有集成的驻车制动功能的制动装置的简化的剖面图；
图2是在压紧所述制动装置时的信号曲线；
图3A和3B是所述制动装置的温度曲线及夹紧力曲线；
图4是在再夹紧所述制动装置时的信号曲线；
图5是所述制动装置的电动的执行器的电流曲线；
图6是用于运行所述制动装置的方法的概要的流程图；并且
图7是在释放所述制动装置时的信号曲线。
具体实施方式
图1以简化的剖面图示出了这里未详细示出的机动车的车轮制动装置1。所述车轮制动装置1构造为盘式制动器，并且为此具有制动钳2，该制动钳具有制动衬片3，在所述制动衬片3之间能够夹住或者夹紧与所述机动车的车轮抗扭转地相连接的制动盘4。为此，为所述制动钳2配设了液压的执行器5，该液压的执行器具有制动活塞6，所述制动活塞能够以液压的方式来操纵，以便在需要时将所述制动盘4夹紧在所述制动衬片3之间。由此在行驶运行中，将制动力矩施加到所述制动盘4上并且由此施加到所述车轮上，所述制动力矩用于使所述车辆减速。
此外，所述车轮制动装置1构造为驻车制动装置，并且为此具有电动的执行器7，该电动的执行器由电动机8、在此构造为主轴传动机构的执行器传动机构9以及执行器元件10所构成。所述电动机8的输出轴抗扭转地与所述执行器传动机构9的驱动轴11相连接。所述驱动轴11具有外螺纹，该外螺纹与能够沿着驱动轴11移动的执行器元件10的内螺纹共同作用。通过对于所述电动机8的操控，由此将所述驱动轴11置于旋转运动之中，以便平移地移动所述执行器元件10。在此，所述执行器元件10能够从释放位置移动到压紧位置中，在所述压紧位置中所述执行器元件10将所述制动活塞6朝所述制动盘4挤压并且由此将所述制动钳2压紧。所述执行器元件10为此与所述制动活塞6同轴地布置并且布置在所述制动活塞6的内部。通过所述执行器传动机构9来将所述驱动轴11的旋转运动转换为所述执行器元件10的平移的运动。
在压紧所述制动装置1时，首先求得、尤其是估计马达参数、例如马达常数和电阻。随后通过所述空载电流来求得所述电动机8的何种转矩是必要的，以便在空转中运行所述电动机8。这种摩擦力矩必须在力形成的过程中从输出力矩中减去，以得到实际上起作用的、用于提供夹紧力的输出力矩。如果所提供的夹紧力足够大，从而将所述制动盘4卡在所述制动衬片3之间，那就切断所述操控。
通过制动盘温度模型来求得或者估计所述制动盘4的温度。尤其通过所述制动装置1的控制器来进行温度估计。
图2示出了在压紧所述制动装置1的过程中关于时间的信号曲线。为此示出了马达输入电压UMot、马达电流IMot、马达转速n以及所产生的夹紧力F。在时刻t0开始所述操控过程。首先产生马达电流I中的接通峰值，并且转速n以及电压UMot增大。从时刻t1到t3，在在时刻t3所述夹紧力F增大并且所述转速n和电压UMot减小之前所述电动机8处于空转阶段中，而所述电流IMot则同样一直上升到时刻t4，在所述时刻t4结束所述操控过程8。在此尤其如果达到目标夹紧力FZ，则结束所述操控过程。
在通过所述执行器7压紧或者固定所述制动装置1的情况下提供所需要的夹紧力F时，结束所述压紧过程，方法是中断所述操控。可以简化地假设，所述夹紧力F与所述电动机8的输出的马达力矩MMot并且由此与所述电流IMot成比例。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
如果所述车轮制动装置1得到加热，那么所述制动盘温度T在时间t的范围内的表现就如在图3A中示范性地示出的那样。在此，图3A示出了针对热的制动器关于时间t的温度曲线TH以及针对冷的制动器关于时间t的温度曲线TK。所述制动盘4的温度曲线或者冷却特性近似遵循e函数直至到所述环境温度。从中产生的夹紧力曲线在此表现得与所述温度曲线相类似，并且具有与在图3B中所示出的时间常数相同的时间常数，图3B示出了针对热的制动装置关于时间t的夹紧力曲线FH和针对冷的制动装置关于时间t的夹紧力曲线FK。在此适用以下方程式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
在此FKlemm表示夹紧力，FInitial表示直接在压紧过程之后存在的制动夹紧力，FRest表示夹紧力损失，T表示制动盘温度，TInitial表示在压紧的时刻所存在的温度，并且TAmbient表示环境温度。如果所述车轮制动装置1在压紧过程的时刻是冷的，那么所述夹紧力F就差不多保持在其原始水平上。在此在大约100℃以内认为是冷的车轮制动装置。因而下面认为，所述温度T与所述夹紧力F成比例，并且由此可以以如下方式来扩展来自方程式（1）的关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
。
将在初始的压紧时在切断的时刻（t4）为了达到所述夹紧力而首先需要的电流IInitial保存下来。如果在所述压紧的时刻在时刻t4在所述车轮制动装置1的液压系统中存在了已知的压力，那就可以使用这种压力并且将其换算为等效的电流，将所述等效的电流加到在时刻t4存在的初始电流IInitial上。在此适用以下关系式：
通过所述电动的执行器产生的夹紧力FKlemm从以下方程式中得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（5）。
通过液压的压力产生的夹紧力Fp从以下方程式中得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（6）。
通过使方程式（5）和（6）相等并且通过用Ip来取代IMot的方式得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
（8）。
由此作为经过校正的初始电流IInitial得出：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
方程式（4）由此变为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
。
在此r1、r2表示液压执行器的传动比或者效率，ABremskolben(A制动活塞)表示制动活塞面，kMot表示马达常数，p表示在切断时刻作用到所述制动活塞上的有效的压力，并且Ip表示与有效的压力等效的电流。所述马达温度TMot与所述电流成比例，由此所述电流IInitial现在代表初始的温度TInitial。
图4示出了所述电动的执行器7的、关于所述车轮制动装置1的再夹紧过程的信号曲线。为此，关于时间t重新绘示出了所述电压UMot、电流IMot、转速n以及夹紧力F。在时刻t6开始所述再夹紧过程。由此实现这一点：当前的夹紧力也在所述制动盘4或者所述车轮制动装置1再度冷却下来之后没有低于所述目标夹紧力。一直实施所述再夹紧过程，直至所述电动机8进入到闭锁模式（Blockiermodus）中并且在没有达到必要的、用于再夹紧过程的最小夹紧力的情况下在所定义的后来的时刻重复地或者重新起动所述电动机8，以抑制有利的冷却并且由此抑制夹紧力损失。
因为所述夹紧力F已经处于一定的水平上，所以只有在时刻t7才提高所述夹紧力。这个时刻被理解为拐点。
图5为此示出了关于时间t的电流曲线。电流It7现在表示在再夹紧的时刻的温度。从这两种电流IInitial-It7的差中可以推导出所述制动盘的冷却程度。已知在初始的驻车（Feststellen）与当前的再夹紧过程之间、也就是尤其是在t4与t6之间的时间tpostrun。通过以下关系式可以求得所述时间常数
Figure DEST_PATH_IMAGE011
：
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。
数值IInitial(t4)和It7是已知的。从中可以用方程式（11）来求得极限值IGrenz，在任意长时间的冷却之后会出现所述极限值IGrenz。这同时表示可能的夹紧力损失FRest。
图6概括式地以流程图示出了前面所描述的方法。在第一步骤S1中操控所述电动机8，以便将所述制动装置1压紧。在步骤S2中为此一方面为在步骤S3中压紧运行而操控所述电动机8，并且另一方面在步骤S4中开始用于检测制动盘温度的方法。在步骤S5中将所检测到的制动盘温度与阈值TGrenz进行比较。如果所述制动盘温度和T低于所述阈值（n），那就在步骤S6中结束所述方法。如果所求得的制动盘温度处于所述阈值之上（j），那就在步骤S7中将在时刻t4的、在结束所述压紧过程时在步骤S8中所测量的初始电流IInitial加以保存。
在接下来的步骤S9中决定，是否应该实施再夹紧过程。为此首先要检查，在结束所述初始的压紧过程之后最小持续时间是否已经结束。如果是（j）这种情况，那就在步骤S10中重新操控所述电动机8，以便提高所述夹紧力F或者为了提高所述夹紧力而移动所述执行器元件10。在此，在步骤S11中在所述拐点（t7）处测量所述电流IMot，并且在紧随此后的步骤S12中计算所述阈值IGrenz。随后在步骤S13中确定夹紧力极限值FGrenz，并且在步骤S14中将其与目标夹紧力进行比较。如果所述夹紧力极限值处于所述目标夹紧力之上，那就在步骤S15中结束所述方法。如果所述极限值低于所述目标极限值，那就维持对于所述电动机8的操控，直至出现所期望的最小夹紧力（步骤S16），该最小夹紧力尤其由在时刻t7的初始夹紧力和来自所述目标夹紧力相对于极限夹紧力的差的总和所构成。一旦达到了所述最小夹紧力，则在步骤S17中结束所述方法。
如已经提到的那样，图4示出了所述执行器7在驻车或者压紧驻车制动器或制动装置1时的信号曲线。时间t1与t3之间的电流被称为空转电流ILeerlauf。这种电流一般来说是恒定的并且通过所述执行器7的空转摩擦来确定。在此适用：
ILeerlauf=平均值（I，t1至t3） （12）。
在图7中示出了所述执行器7在松开或者释放时的信号曲线。松开时的空转阶段是在时刻t9与t10之间的阶段。可以通过与在驻车时相同的方式也就是说作为所提到的时间之间的平均值来求得所述空转电流。
如已经描述的那样，所述空转电流ILeerlauf取决于所述空转摩擦力矩。机械的组件特性是引起所述空转摩擦力矩的原因。特别显著地在具有由弹性体构成的皮带传动机构的驻车制动装置中出现所述空转电流的温度依赖性。但是，对于不一样地设计而成的执行器传动机构、例如当前的执行器传动机构来说，也应该对这种依赖性加以观察。在接下来的方程式（13）中表示了所述温度依赖性的最简单的可能性。涉及一种线性的方案。但是也可以是更高阶的方案。
Figure DEST_PATH_IMAGE013
所述方程式（13）包含两个常数：常温（25℃）下的空转电流ILeerlauf以及单位为安培/开尔文的比例因子k。所述比例因子k优选借助于在多个车轮制动装置上的凭经验的测量值来求得。针对每个车轮制动装置个别地、例如在进行带最终检查时求得常温下的空转电流ILeerlauf（25℃）。所述方程式（13）必须仅根据温度T来转换，以得到在所测量的空转电流情况下的温度：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（14）。
现在在每个应用过程中、在不取决于是涉及驻车还是涉及松开的情况下测量所述空转电流ILeerlauf，并且根据方程式（14）来确定所述温度T。其中，方程式（14）中的ILeerlauf(gemessen)表示ILeerlauf(测量的)。现在将所述温度T传送给所述制动盘温度模型和所述夹紧力算法（力估计法）。所述制动盘温度模型如已经描述的那样使用所确定的温度T，以便对在内部计算的制动盘温度进行核实。所述力估计法将所述温度T用在补偿函数F=f(T)中用于更加精确地调节所述夹紧力。因此，借助于所述电流曲线以及比较参量、即在压紧和松开时在温度为25℃时的空转电流来推断出所述制动盘4的制动盘温度。尤其将所述方法用在所述在在图6中所描绘的、用于对制动盘温度进行核实的方法中。现存的“夹紧力策略”或者相应的夹紧力算法尤其是在压紧过程中利用额外的输入参量T，以便尤其还在考虑到可能的夹紧力损失的情况下设定所期望的夹紧力。

Claims (12)

1.用于运行车辆的制动装置（1）的方法，其中所述制动装置（1）具有电动的执行器（7），该电动的执行器能选择地将执行器元件（10）移动到对制动盘（4）施加夹紧力的压紧位置中或者释放所述制动盘（4）的释放位置中，其中求得制动盘温度，以便根据所求得的制动盘温度来操控所述电动的执行器（7），其特征在于，将所述制动装置（1）的液压的或气动的执行器（5）的在一时刻检测到的压力值换算为等效的电流，其中由保存的马达电流和所述等效的电流构成的总和得到所述电动的执行器（7）的电流值，并且根据所述电动的执行器（7）的电流值来求得所述制动盘温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述执行器元件（10）移动到所述压紧位置中时检测马达电流，并且将在结束所述移动的时刻所检测到的马达电流加以保存。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所述电流值来推断出接下来的制动力损失。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所求得的制动盘温度与制动盘温度阈值进行比较，并且在所求得的制动盘温度超过所述制动盘温度阈值时开始再夹紧所述制动装置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，一直实施所述再夹紧直至达到这样一种夹紧力，该夹紧力即使在接下来有夹紧力损失的情况下也超过夹紧力阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述电动的执行器的空转阶段中在移动所述执行器元件（10）时求得空转电流。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述电流值以及在空转运行中的参考电流值来求得一温度并且将其用于确定或者核实所述制动盘温度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制动装置（1）是驻车制动装置。
9.用于运行车辆的制动装置（1）的设备，其中所述制动装置（1）具有电动的执行器（7），该电动的执行器能选择地将执行器元件（10）移动到对制动盘（4）施加夹紧力的压紧位置中或者释放所述制动盘的释放位置中，其特征在于，所述制动装置（1）具有控制器，该控制器在常规使用时实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述制动装置（1）是驻车制动装置。
11.用于车辆的制动装置（1），其具有电动的执行器（7），该电动的执行器能选择地将执行器元件（10）移动到对制动盘（4）施加夹紧力的压紧位置中或者释放所述制动盘（4）的释放位置中，其特征在于，所述用于车辆的制动装置（1）通过根据权利要求9所述的设备来运行。
12.根据权利要求11所述的制动装置（1），其特征在于，所述车辆是机动车，并且所述制动装置（1）是驻车制动装置。
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