CN110869254B - 用于运行机动车的制动设备的方法以及控制和/或调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车的制动设备的方法，在该方法中根据目标‑减速度（a_soll）来运行第一液压系统。能够激活第二机电制动系统，以用于使所述机动车减速。在此提出，所述第二制动系统的制动力（F_ist）取决于实际‑减速度（a_ist）。

Description

用于运行机动车的制动设备的方法以及控制和/或调节装置

技术领域

本发明涉及一种根据本发明的、一种用于运行机动车的制动设备的方法以及一种用于机动车的制动设备的控制和/或调节装置。

背景技术

DE 10 2014 203 322 A1 描述了一种用于产生运动的车辆的紧急减速度的方法。在此，设置有用于使前轮减速的第一液压制动系统和作为机电式停车制动器的、作用到车辆的后轮上的第二机电制动系统。此外，由市场已知，如果在第一液压制动系统中确定功能故障（Fehlfunktion），则激活作为第二制动系统设置的机电式停车制动器以用于使机动车减速。在此，控制制动力（其在此例如是指以下夹紧力，用所述夹紧力将制动盘夹紧在两个制动蹄（Bremsbaken）之间），其方法是：例如将第二制动系统的制动执行器的调节马达（Stellmotor）的马达电流考虑用作控制参量。例如以相应的公差检测这种马达电流，并且保持激活状态直至达到目标预先给定值。

发明内容

本发明的任务是，提供如下一种方法，用该方法即使在第一液压制动系统失灵时也能够实现机动车的可靠的并且尤其与许多外部影响因素无关的减速度。

该任务通过一种根据本发明的方法并且通过一种根据本发明的控制和/或调节装置来解决。此外，在以下的说明和附图中可以找到对于本发明来说重要的特征。在此，这些特征既能够单独地也能够以不同的组合对本发明是重要的，而没有再次明确地指出这一点。在此，本发明提出了一种用于运行机动车的制动设备的方法，其中根据目标-减速度来运行第一液压制动系统，并且其中能够激活第二机电制动系统以用于使所述机动车减速，并且其中，在考虑到实际-减速度的情况下产生由所述第二机电制动系统提供的制动力。

在根据本发明的方法中，根据目标-减速度来运行第一液压制动系统。能够激活第二机电制动系统，以用于使机动车减速、也就是在机动车运动时使机动车减速。根据本发明而提出，由第二制动系统提供的制动力取决于实际-减速度，也就是说在考虑到实际-减速度的情况下产生所述制动力。

由此根据本发明，也能够在使用所述第二机电制动系统时精确地并且能够再现地调整车辆减速度。由此，对于机电制动系统的使用来说，例如也针对动态的制动机动操作产生另外的可行方案。由此能够扩展并且更加自由地设计所述第一制动系统的后备层面并且就这样提高所述制动设备的总体可用性。

也降低了使制动特性适应于改变的框架条件和环境条件的困难。例如，对于车辆来说，一方面载荷状态并且另一方面机电制动系统的制动盘的制动盘摩擦系数可能改变。由于在本发明中第二制动系统的制动力取决于实际-减速度，所以只要在物理上能够实现，就始终能够调设预期的车辆减速度、即目标-车辆减速度。本发明的核心因此是，如此调节第二制动系统的制动力，从而调设机动车的所期望的减速度（目标-减速度）。

不言而喻，本发明不仅能够用在这样的制动设备中，对于所述制动设备来说液压制动系统和机电制动系统通过其分别包括单独的组件这种方式而彼此完全独立。然而通常通过以下方式来实现，即：例如机电制动系统的电动马达以及其它额外地需要的组件、像比如主轴-螺母系统直接被集成在液压制动系统的制动钳上，这一点大多在机动车的后轴上实现。这意味着，第一液压制动系统和第二机电制动系统使用相同的制动钳和制动活塞以及相同的制动盘。在这种情况下，制动活塞能够要么以液压的方式来移动，要么不过以机电的方式、例如通过主轴螺母来移动。

此外，在此要指出的是，不仅在附加的机电制动系统中而且在每种类型的制动系统、也就是在简单的液压制动系统中都能够实现制动系统的制动力与实际-减速的相关性。这原则上代表着一种独立的要求保护的发明。前提条件仅仅是，提供一种可行方案，利用该可行方案能够量化由机动车的驾驶员所期望的减速度（“驾驶员制动愿望”）。在最简单的情况下，这能够通过制动踏板上的传感器来实现。

根据本发明的方法的第一种改进方案的突出之处在于，如果确定第一制动系统的功能故障并且存在着驾驶员的制动要求，则自动地激活第二制动系统。由此显著提高机动车的运行可靠性并且减轻了机动车驾驶员的负担。

也可能的是，如果驾驶员操纵相应的操纵元件，则激活第二制动系统。如果第二机电制动系统是指自动的停车制动器（APB），则本来就存在这样的操纵元件，因为驾驶员在机动车的停止状态中能够用该操纵元件来手动地操纵停车制动器。然而也可能存在以下情况，在所述情况中驾驶员或其他处于机动车中的人员在机动车未停止时想借助第二制动系统使机动车减速，例如在确定第一制动系统失灵时或在驾驶员缺勤时。在这种情况下，人员能够手动地激活第二制动系统，并且通过调节第二制动系统的制动力从而达到预先给定的车辆减速度这种方式来保证车辆的可靠的减速度。

特别有利的是，通过至少一条第一调节回路来调节所述第二制动系统的制动力，所述第一调节回路的输入参量是实际-减速度、特别是实际-车轮减速度或者等效参量。这一点可以容易地实现并且允许将实际-减速度直接调节到目标-减速度。如果仅仅设置有第一调节回路，则应当将其设计得相对较慢，以用于补偿由机动车构成的调节段（Regelstrecke）的相对较大的惯性。

此外特别有利的是，第二制动系统的制动力通过至少一条第二调节回路来调节，所述第二调节回路的输入参量是实际-制动力或等效参量，其中第一调节回路和第二调节回路共同形成级联结构。因此，存在“内部的”调节回路、即第二调节回路以及外部的调节回路、即第一调节回路。内部的调节回路尝试调设外部的调节回路的预先给定值。通过外部的调节回路来返回导引减速度并且检测到过小的减速度，并且相应地匹配用于内部的调节回路的力（目标-制动力）的或等效参量的预先给定值。通过这样的级联结构能够实现在总体上比较快速的调节，使得实际-减速度非常快地达到目标-减速度。

在有关于此的改进方案中提出，等效参量是制动执行器的调节马达的实际-马达力矩、制动执行器的调节马达的实际-马达电流或者制动执行器的调节元件的实际-调移行程。实际-马达电流是易于检测的并且在许多情况下本来就存在的参量。实际-马达力矩和实际-调移行程能够以简单的方式方法从实际-电流和实际-电压中来估计。用所提到的参量能够精确地执行根据本发明的调节。

在此可能的是，实际-制动力或等效参量借助于检测装置来检测或者借助于估计方法来估计。如果借助于检测装置来检测所述参量，则能够进行特别精确的调节。而如果通过估计方法、例如观测方法（Beobachterverfahren）来估计所述参量，则能够省去检测装置，由此节省成本。

特别有利的是，设置有如下预控制机构，该预控制机构从目标-减速度中生成实际-制动力的或等效参量的预控制值。如果设置有第二调节回路，那就能够将所生成的预控制值在开始时作为返回导引的参量提供给所述第二调节回路。由此，再次加速将实际-减速度调整到目标-减速度的过程。

朝相同的方向产生以下改进方案，在该改进方案中紧接在激活所述第二制动系统之后减小操纵元件、特别是主轴螺母与配对件、特别是制动活塞之间的空气间隙。

本发明也包括一种用于机动车的制动设备的控制及调节装置，该控制及调节装置具有处理器和存储器，其中该控制及调节装置构造用于实施根据根据本发明的方法。

附图说明

下面参照附图对本发明的实施方式进行解释。在附图中示出：

图1示出了机动车的制动设备的示意性的方框图；

图2示出了图1的制动设备的调节方案的第一种实施方式的功能图解；

图3示出图2的调节方案的流程图；

图4示出了图表，在该图表中关于时间绘示了在机动车的两种不同的负载状态下机动车的制动力和减速度；

图5示出了第二种实施方式的与图2相类似的功能图解；并且

图6示出了第三种实施方式的与图2相类似的功能图解。

具体实施方式

在下文中，这样的具有与前述元件、区域和功能块等同的功能的元件、区域和功能块拥有相同的附图标记。没有再一次对其进行详细解释。

机动车的制动设备在图1中在总体上拥有附图标记10。机动车本身在图1中未示出。然而其能够是任意的机动车、即例如轿车、摩托车或载重汽车。

制动设备首先包括制动踏板12，其能够由机动车的驾驶员根据箭头14来操纵。通过驾驶员施加到制动踏板12上的相应的力来表达特定的所期望的减速度（目标-减速度a_soll）。此外，所述制动设备包括例如以按钮或按键形式构成的操纵元件16，下面将更详细地探讨该操纵元件的功能。驾驶员施加到制动踏板12上的力由传感器18来检测，该传感器将与所期望的减速度a_soll相对应的信号传送给控制及调节装置20。操纵元件16的位置由传感器21来检测，该传感器将相应的信号同样传递给控制及调节装置20。控制及调节装置20包括处理器22和存储器24。在存储器24上存储有如下计算机程序，如同样要在下面更详细地阐述的那样能够在处理器22上处理并且实施所述计算机程序。

制动设备10拥有两个基本上彼此独立的制动系统。第一液压制动系统26在图1中的左侧绘出，第二机电制动系统28在图1中的右侧绘出。这两个制动系统26和28由控制及调节装置20来操控。第一液压制动系统26包括调节马达30，该调节马达能够在液压系统32中产生特定的液压压力。这个液压压力作用于制动器34，所述制动器例如包括能够通过液压压力来运动的制动蹄。调节马达30、液压系统32和制动器34在总体上形成制动执行器（无附图标记）。制动器34又作用于车轮系统36，所述车轮系统例如包括车轮和与所述车轮刚性连接的制动盘，所提到的制动蹄能够作用在所述制动盘上。车轮系统36的旋转速度由车轮传感器38来检测。通过旋转速度的时间上的变化也得到车轮系统36的加速度或减速度。车轮传感器38将相应的信号提供给控制及调节装置20。

第二机电制动系统28同样包括调节马达40，该调节马达例如借助于未示出的主轴直接作用到制动器42上。调节马达40和制动器42也在总体上形成制动执行器（无附图标记）。在此，未示出的主轴形成制动执行器的调节元件。制动器例如可以包括制动蹄。在此，制动器42也作用到车轮系统44上，所述车轮系统例如又能够包括车轮和与所述车轮刚性连接的制动盘，刚刚提及的制动蹄能够作用在所述制动盘上。车轮系统44的旋转速度由车轮传感器46来检测。通过旋转速度的时间上的变化也得到车轮系统44的加速度或减速度。调节马达40的实际-马达力矩或实际-马达电流或者主轴的实际-调移行程由传感器48来检测。不仅车轮传感器46而且传感器48都将相应的信号提供给控制及调节装置20。

因此，在当前描述的实施方式中，液压制动系统和机电制动系统通过其分别包括单独的组件这种方式而完全彼此独立。但是，在一种未示出的实施方式中，所述实施方式通过以下方式来完成，即：所述机电制动系统的调节马达与所述液压制动系统的调节马达一样作用于相同的制动器。这也被称为“钳上马达”系统。因此，在这种系统中，针对机电制动系统并且针对液压制动系统使用相同的制动钳、制动盘、制动活塞等。

第二机电制动系统28本身被设置为电动的并且必要时也自动地工作的停车制动器（APB）。该停车制动器能够要么自动地在车辆的停止状态中被激活，要么根据驾驶员的要求手动地被激活，方法是：该驾驶员根据箭头49来操纵所述操纵元件16。不过，如下面还要更详细地描述的那样，在第一液压制动系统26有故障或根本不工作时，第二机电制动系统28也能够用作紧急制动系统。

制动设备10也还包括减速度传感器50，其在总体上检测机动车的沿着该机动车纵向方向的减速度并且其将相应的信号发送给控制及调节装置20。

制动设备10总体上工作如下：当驾驶员想使运动的机动车减速时，他在正常情况下根据箭头14踩压到制动踏板12上并且以这种方式表达出对机动车的、与其用来踩压到制动踏板12上的力相对应的减速度（目标减速度a_soll）的愿望。相应地，由控制及调节装置20操控调节马达30并且在液压系统32中产生特定的液压压力。这种液压压力作用于制动器34，该制动器将车轮系统36制动。实际-减速度a_ist一方面通过车轮传感器38并且另一方面通过减速度传感器50来检测。在此如此调节制动力F、也就是夹紧力，使得实际-减速度a_ist尽可能好地相应于目标-减速度a_soll，其中利用所述夹紧力将所述制动器42的制动蹄挤压到车轮系统44的制动盘上或者使得制动盘被夹紧在制动器42的两个制动蹄之间。

在一种未示出的实施方式中，第一液压制动系统不是在“自动地”受调节的情况下工作。反之，所述“调节”由机动车的驾驶员来承担，该驾驶员通过对由其用来踩压到制动踏板上的力进行的匹配使所述实际-减速度与由其所期望的目标-减速度相匹配。

然而，如果控制及调节装置20确定第一制动系统26有故障地工作或者根本不工作，则自动地、也就是即使在机动车运动时也将第二制动系统28作为“紧急制动系统”来激活。为此如此操控调节马达40，使得制动器42的制动蹄以特定的制动力F_soll挤压到车轮系统44的制动盘上，使得实际-减速度a_ist尽可能良好地相应于目标-减速度a_soll。当驾驶员或其他位于机动车内的人员在车辆运动的情况下有意地根据箭头49来操纵所述操纵元件16时，也发生相同的情况。

在当前的实践中，操纵元件16被设计为所谓的“推/拉开关”。对于这种操纵元件16来说，不能由机动车的驾驶员输入由其所期望的目标-减速度。更确切地说，通过这种操纵元件16仅仅确定存在着制动愿望。在这种情况下，将固定的数值、例如2m/s²假设为目标-减速度a_soll，或者不过将物理上最大可能的减速度假设为目标-减速度。

为了达到在激活第二机电制动系统28时实际-减速度a_ist尽可能良好地相应于目标-减速度a_soll这个目的，设置有调节方案，现在参照图2来首先详细阐述该调节方案。根据调节方案的在图2中所示出的方框图，该调节方案包括第一“外部的”调节回路52和第二“内部的”调节回路54。调节回路52和54是标准调节回路。第二内部的调节回路54包括调节器56和调节段58。调节段58描绘了第二制动系统28的组件。例如通过估计方法来估计的实际制动力F_ist被返回导引。作为替代方案，也能够返回导引马达力矩或马达电流（分别由传感器48来检测或在电流和电压的基础上通过估计方法来估计）。在图中60形成目标-制动力F_soll（调节参量）和实际-制动力F_ist之间的调节差。

第一外部的调节回路52包括调节器62，该调节器将目标-制动力F_soll输出给第二内部的调节回路54的调节器56的差值形成器60。第一外部的调节回路52包括调节段64，该调节段64由机动车的组件构成。机动车的借助于传感器50所求取的实际减速度a_ist被返回导引。作为替代方案，也能够返回导引车轮系统44上的借助于传感器46所检测到的减速度。在66中形成目标-减速度a_soll （调节参量）和实际-减速度a_ist之间的调节差。

通过预控制机构的使用，能够改进整个系统的动态性。这种预控制机构在图2中用68来表示。在预控制机构中，从目标-减速度a_soll直接求取目标-制动力F_soll，该目标-制动力F_soll在绕过调节器62的情况下直接被馈送到第二内部的调节回路54的差值形成器60中。

现在参照图3来解释用于运行制动设备10、特别是第二机电制动系统28的方法的流程：在方框70中，机动车辆的驾驶员表达其制动愿望。在方框72中，从传感器18的信号中识别出所期望的目标-减速度a_soll的数值。在方框74中，在此基础上生成调节参量a_soll。在方框76中，将所期望的目标-减速度a_soll与例如由传感器50所检测到的实际-减速度a_ist进行比较。在方框78中询问，实际-减速度a_ist是否已经达到目标-减速度a_soll。如果回答为“是”，则在80中输出保持制动力F_ist的指令。而如果方框78中的回答为“否”，则在方框82中匹配制动力F_ist。因此，在考虑实际-减速度a_ist的情况下产生通过第二制动系统28所提供的制动力F_ist，也就是说，该制动力取决于实际-减速度a_ist。在方框84中，询问车轮系统44是否被锁住。如果回答为“是”，则在方框86中引入对策。而如果回答为“否”，则返回跳跃到方框78。

通过上述调节方案，即使在机动车的载荷不同时或者在制动器42和车轮系统44之间的摩擦系数不同时，仍然能够达到与目标-减速度a_soll相当的实际-减速度a_ist。这示范性地由图4所示出的图表中得出。图4中的图表的横坐标对应于时间t，两个坐标分别对应于制动力F和减速度a。在时刻t₁，将预先给定的目标-减速度a_soll传递给所述调节部。相应的曲线在图4中拥有附图标记88。因此，要么在第一制动系统26失灵时通过控制及调节装置20自动地激活第二制动系统28，要么通过对于操纵元件16的手动的操纵来激活第二制动系统28。预先给定的减速度a_soll能够是标准值，在所述两种所提到的情况中应该用所述标准值使机动车减速。然而，其也能够是从驾驶员用来压下制动踏板12的力中产生的数值。

在车辆的载荷较大时的实际-减速度a_ist的变化曲线在图4中拥有附图标记90，在车辆的载荷很小时的实际-减速度a_ist的变化曲线在图4中拥有附图标记92。在车辆的载荷较大时的实际-制动力F_ist的变化曲线在图4中拥有附图标记94，在车辆的载荷很小时的实际-制动力F_ist的变化曲线在图4中拥有附图标记96。

从图4的图表中可以看出，首先通过预控制机构68向第二内部的调节回路54预先给定相应的预先给定值。第一外部的调节回路52的调节器62也提供了一部分调节参量，其中量值取决于所选择的调节器62的类型。实际-制动力（曲线94和96）在开始时、即在时刻t₁时还为零。自这个时刻起，第二内部的调节回路54开始将其调节参量F_ist调设到在图表中未示出的目标值F_soll。由于形成的制动力F，机动车以实际-减速度a_ist减速。根据曲线94的变化曲线可以看出，在机动车的载荷较大时，预控制的制动力F_ist不足以实现所期望的减速度a_soll。因此，为了调设所期望的目标-减速度a_soll，外部的调节回路52必须通过其调节器62将制动力F_soll的更高的数值传递给第二内部的调节回路54。可以非常清楚地看出，在车辆满载时，制动力F_soll （曲线94）高于在机动车的载荷很小时的制动力F_soll（曲线96）。因此，更高的载荷的影响通过施加更高的制动力F_ist这种方式得到补偿。

不言而喻，通过上述调节方案不仅补偿机动车的不同载荷，而且也补偿第二内部的调节回路54的调节段58的其它偏差，所述第二内部的调节回路通过第二机电制动系统28的组件来构成。这样的偏差例如可能由于有错误的电流测量而引起，由此例如检测调节马达40的过高的马达电流。如果假定制动力至少大约与马达电流成比例，则在这种情况下传递过高的实际制动力F_ist。虽然对于当前的调节方案来说也返回导引了实际制动力F_ist的这个过高的数值，然而通过第一外部的调节回路52和实际-减速度a_ist的返回导引检测到过小的实际-减速度a_ist并且将预先给定的目标-制动力F_soll提高到较高的数值。

其它的偏差例如可能由于因测量公差引起的调节马达40的所测量的供电电压的波动而引起。通过上述调节方案也能够补偿机动车的速度的影响、机动车所行驶的行车道的坡度、专门安装的调节马达40的参数、制动盘的摩擦系数、路面的摩擦系数和/或在第二制动系统28中所使用的变速器的效率。

在图5中示出了所述第二机电制动系统28的调节方案的第二种实施方式。这与图2的实施方式相同，但是省去了预控制机构。

在图6中示出了所述第二机电制动系统28的调节方案的第三种实施方式。在这种实施方式中虽然存在预控制机构，然而缺少内部的调节回路。因此，这是一种简单的标准调节回路，其中仅仅返回导引机动车（传感器50）的或车轮系统44（车轮传感器46）的实际-减速度a_ist。然而，由于调节段64的惯性，这样的简单的调节回路应当被设计得相对较慢。

在上述实施方式中，制动力F被分别用作第二调节回路54的调节参量。在其它未示出的实施方式中，作为第二内部的调节回路的调节参量也能够使用所估计的马达力矩或所测量的马达电流或制动执行器的调节元件的所估计的实际-调移行程。

如果要再次改进所述调节方案的动态性、也就是说还使实际-减速度a_ist更快地接近目标-减速度a_soll，那么在确定减速度要求（在按照图4的上述图表中在时刻t₁）时、也就是说紧接在激活第二制动系统28之后减小机电的空气间隙。也就是说，在松开制动器时机电制动系统的操纵主轴不是紧密地停在制动活塞上，而是稍许停在其后面，以便在机动车的行驶期间不影响制动活塞。如果确定了减速度要求，则能够降低这种“可靠性”，其方法是：使操纵主轴略微朝制动活塞的方向运动。

上面所描述的调节方案作为计算机程序被存储在控制及调节装置20的存储器24上。通过由处理器22实施所存储的计算机程序这种方式来实施所述调节方案。

Claims (9)

1.用于运行机动车的制动设备（10）的方法，其中根据目标-减速度（a_soll）来运行第一液压制动系统（26），并且其中能够激活第二机电制动系统（28）以用于使所述机动车减速，其特征在于，在考虑到实际-减速度（a_ist）的情况下产生由所述第二机电制动系统（28）提供的制动力（F_ist），其中通过至少一条第一调节回路（52）来调节由所述第二机电制动系统（28）提供的制动力（F_ist），所述第一调节回路（52）的输入参量是实际-减速度（a_ist）或等效参量，其中通过至少一条第二调节回路（54）来调节由所述第二机电制动系统（28）提供的制动力（F_ist），所述第二调节回路（54）的输入参量是实际-制动力（F_ist）或等效参量，其中所述第一调节回路（52）和所述第二调节回路（54）共同形成级联结构，其中设置有如下预控制机构（68），所述预控制机构（68）由所述目标-减速度（a_soll）生成所述实际-制动力（F_ist）的或等效参量的预控制值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果确定所述第一液压制动系统（26）的功能故障并且存在驾驶员的制动要求，则自动地激活所述第二机电制动系统（28）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在驾驶员操纵相应的操纵元件（16）时激活所述第二机电制动系统（28）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述等效参量是制动执行器的调节马达（40）的实际马达力矩、所述制动执行器的调节马达（40）的实际-马达电流或者所述制动执行器的调节元件的实际-调移行程。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实际-制动力（F_ist）或者所述等效参量借助于检测装置（48）来检测或者借助于估计方法来估计。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接在激活所述第二机电制动系统（28）之后减小操纵元件与配对件之间的空气间隙。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实际-减速度（a_ist）是实际-车轮减速度。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，紧接在激活所述第二机电制动系统（28）之后减小主轴螺母与制动活塞之间的空气间隙。

9.用于机动车的制动设备（10）的控制及调节装置（20），所述控制及调节装置具有处理器（22）和存储器（24），其特征在于，所述控制及调节装置（20）构造用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

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