CN113260542A

CN113260542A - 获知机电制动器的气隙的方法及相关的制动器和控制器

Info

Publication number: CN113260542A
Application number: CN201980087463.7A
Authority: CN
Inventors: 彼得·拜尔; 阿恩·雷恩斯
Original assignee: ZF CV Systems Europe BV
Current assignee: ZF CV Systems Europe BV
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2039-12-10
Also published as: CN113260542B; WO2020143974A1; US11891033B2; EP3908490A1; US20220073049A1; DE102019100183A1; EP3908490B1

Abstract

本发明涉及一种用于获知机电制动器的气隙的方法以及相关的制动器和控制器。根据本发明，提出了具有以下步骤的方法(200)：激活(202)针对制动器(100)的气隙获知循环，借助驱动马达(A)使机电制动执行器(2)运动(204)到第一终点定位(E1)中，借助驱动马达(A)使机电制动执行器(2)朝第二终点定位(E2)的方向运动(206)，在制动执行器(2)朝第二终点定位(E2)的方向运动期间连续地获知(208)驱动马达(A)的转子定位

和/或马达电流(i)，基于转子定位

和/或马达电流(i)获知(210)在制动衬片(103)与制动盘发生接触时的接触定位(K)，并且基于所获知的接触定位(K)确定(212)气隙(L)和/或衬片磨损程度(VB)。

Description

获知机电制动器的气隙的方法及相关的制动器和控制器

技术领域

本发明涉及用于获知机电制动器的、尤其是商用车辆制动器的气隙的方法。

背景技术

具有用于产生制动力矩的驱动器的机电制动器在机动车辆工业中，尤其是在商用车辆工业中是普遍公知的。因此例如AT 516 801A2公开了这种具有机电制动执行器的制动器。其目的通常是用电能运行制动器。在此的一个主要挑战在于，实现足够短的制动操纵时间。

为了实现恒定和较短的制动操纵时间以及为了实现恒定的压紧力，对所谓的气隙进行调整起着核心作用。术语“气隙”在此是指在未制动状态下制动器的至少一个制动衬片与制动盘之间的距离。在制动时，气隙被向制动盘方向压紧的制动衬片所克服，之后在制动盘与制动衬片之间发生机械摩擦作用并因此产生制动作用。

此外，由于制动衬片在其使用寿命期间逐渐磨损，使得气隙会遭受不希望的变化。为了对此进行补偿，由现有技术中公知有机械式磨损再调整，借助该机械式磨损再调整，使得气隙被设定到恒定值。然而，在机电制动器中根据压紧单元的功能原理可能不足以进行这种将气隙调整到恒定值。

因此还已知的是，借助磨损传感器来获知衬片磨损并且在此基础上根据衬片磨损来适当地改变气隙。然而，这里导致不利的是，这种传感器提高了机电制动器的复杂性，使得成本高昂，并且在发生故障时更换耗费高。

发明内容

在此背景下，本发明的任务是，改进开头所述类型的方法，使得尽可能在很大程度上消除在现有技术中所发现的缺点。尤其地，说明一种用于获知气隙的方法，该方法不需要外部传感器并且能够以简单且廉价的方式获知气隙。

根据本发明，该任务在开头提到的类型的方法中通过以下步骤来解决：激活针对制动器的气隙获知循环，借助驱动马达使机电制动执行器运动到第一终点定位中，在该终点定位中，制动器处于未被压紧的状态下，借助驱动马达使机电制动执行器朝第二终点定位的方向运动，其中，制动执行器的的运动使得制动器的至少一个制动衬片朝制动盘的方向压紧，在制动执行器朝第二终点定位的方向运动期间，连续地获知驱动马达的转子定位和/或马达电流，基于转子定位和/或马达电流获知制动衬片与制动盘发生接触时的接触定位，并基于所获知的接触定位确定气隙和/或衬片磨损程度。

该方法基于以下认知，即，能够在没有传感器的情况下通过充分使用机电制动执行器的、尤其是机电制动执行器的驱动马达的运行特征变量来获知气隙。为此，首先借助驱动马达将制动执行器带到第一终点定位中，在该第一终点定位中，制动器处于未被压紧的状态下。从该定位开始，制动器朝压紧定位的方向压紧，并且在此连续地获知并且记录驱动马达的转子的定位和/或马达电流。基于转子定位和/或马达电流的变化曲线获知制动衬片与制动盘发生接触时的接触定位，而无需使用另外的传感器。然后，根据接触定位获知气隙和/或衬片磨损程度。

因此，获知气隙总体上将以廉价的方式在尽可能最好地利用现有的部件的情况下来进行，由此总体上导致机电制动器的复杂性降低。

本发明通过如下方式改进，即，基于转子定位获知接触定位包括以下步骤：限定用于驱动马达的最大电流，以小于或等于最大电流的马达电流运行驱动马达，获知驱动马达的一个转子终点定位，在该转子终点定位中，在给定最大电流的情况下，制动执行器的驱动马达的转子定位不继续变化，并且根据该转子终点定位尤其是基于第一关联参数获知接触定位。

换句话说，首先为驱动马达限定一个最大电流，该最大电流足够大到使机电制动器在气隙获知循环的范围内进行压紧，但该最大电流典型地明显低于用于机电式制动过程的最大电流。然后，在压紧期间以小于或等于最大电流的马达电流运行驱动马达。如果制动衬片在克服气隙后在接触定位中与制动盘发生接触，则导致驱动马达电流由于驱动马达上所受的机械阻力提高而提升，并被限制在最大电流边界处。在达到接触定位后，由于最大电流的限制，使得驱动马达的转子仅发生轻微的继续旋转。随后，驱动器到达其转子终点定位。通过使用关联参数，可以从该转子终点定位获知接触定位，从该接触定位又可以获知气隙和/或衬片磨损程度。

因此，接触定位以及气隙可以有利地在不使用外部传感器的情况下根据反正都要获知的诸如电流强度和转动定位的运行参数来获知。

根据优选的改进方案，第一关联参数具有以下参数中的至少一个：电流强度、上一次获知的衬片磨损程度、制动执行器的传动装置的传动比。了解这些参数并使用它们来计算接触定位和气隙已被证明有利于提高确定精度。

根据优选的改进方案，基于马达电流获知接触定位包括以下步骤：探测马达电流的变化，尤其是马达电流的第一次增加，获知第一次出现电流增加时的相对应的转子定位，根据该转子定位，尤其是基于第二关联参数获知接触定位。

在基于马达电流获知接触定位时，监控在机电制动器压紧期间的马达电流。在此，在克服气隙并且制动衬片与制动盘发生接触后马达电流第一次上升的那个时间点尤为重要。马达电流的该提升被当作制动衬片与制动盘发生接触的指示。针对该事件获知驱动马达的相对应的转子定位，并且然后根据该转子定位确定接触定位。优选地，考虑使用第二关联参数来提高确定精度。优选地，第二关联参数包括上一次所获知的衬片磨损程度和/或制动执行器的传动装置的传动比。在此，第二关联参数可以与第一关联参数相同或与之有偏差。

有利地，这种替选的方法类型方案也能够实现无传感器地获知气隙，而无需准备另外的提高了复杂性的传感器装置的要求。

根据优选的改进方案，该方法还包括以下步骤：将以下至少一项保存在存储器中、尤其是保存在控制器的存储器中：所获知的接触定位、气隙、衬片磨损程度。所提及的参数在存放在存储器中后可用于大量应用，并且还可以用于后续的气隙获知循环，例如用于提高测量精度的目的。

在另一方面，本发明涉及一种用于获知机电制动器的、尤其是商用车辆制动器的气隙的控制器，其具有用于将控制器与制动执行器信号传导地连接的接口、存储器和处理器。

本发明通过如下方式就控制器解决开头所述的任务，即，使得控制器被设立成用于：激活针对制动器的气隙获知循环；借助驱动马达使机电制动执行器运动到第一终点定位中，在该第一终点定位中，制动器处于非压紧的状态下；借助驱动马达使机电制动执行器朝第二终点定位的方向运动，其中，制动执行器的运动使制动器的至少一个制动衬片朝制动盘的方向压紧；在制动执行器朝第二终点定位的方向运动期间，连续地获知驱动马达的转子定位和/或马达电流；基于转子定位和/或马达电流获知在制动衬片与制动盘发生接触时的接触定位；并且基于所获知的接触定位来确定气隙以及优选确定衬片磨损程度。

因此，根据本发明的控制器还能够通过动用诸如马达电流以及转子定位的驱动马达特征值来获知气隙和优选获知衬片磨损程度。因此，控制器不需要来自外部传感器的传感器信号来获知气隙。

根据本发明，控制器通过如下方式来改进，即，为了基于转子定位获知接触定位，控制器被设立成用于：限定用于驱动马达的最大电流；以小于或等于最大电流的马达电流运行驱动马达；获知驱动马达的转子一个终点定位，在该终点定位中，在给定最大电流的情况下制动执行器的驱动马达的转子定位不继续变化；并且根据该转子终点定位尤其是基于第一关联参数获知接触定位。

关于优点，参考以上关于根据本发明的方法的陈述并且这些都包括在此处。总之，对于气隙获知循环来说最大马达电流是受限的，从而尽管最大马达电流足够大到使制动器压紧直到克服气隙，但随后制动器顶多稍微被继续压紧。如果制动衬片与制动盘发生接触，则驱动马达转子的定位由于电流限制而不会继续变化或仅略微变化，其中，然后从该转子终点定位得出接触定位的结论，并且最后可以得出气隙。

根据优选的实施方式，为了基于马达电流获知接触定位，控制器被设立成用于：探测马达电流的变化，尤其是马达电流的第一次增加；获知在马达电流第一次出现电流增加时的相对应的定子定位；并且根据该转子定位，尤其是基于第二关联参数获知接触定位。

在此，控制器利用这样的认知，即，在机电制动器压紧期间马达电流的提升为驱动马达必须克服更大转矩提供了指示，这反过来又与制动衬片与制动盘发生接触并且在克服气隙后提高所需的压紧力的情况相关。再次参考以上关于根据本发明的方法的陈述并且它们的内容被包括在此处。

在另一方面，本发明涉及机电制动器，尤其是用于商用车辆的机电制动器，其具有制动盘、容纳在制动钳中的至少一个制动衬片、具有机电驱动马达的用于将至少一个制动衬片朝制动盘的方向压紧的机电制动执行器和控制器。

关于机电制动器，本发明通过如下方式解决开头所述的任务，即，控制器根据前述实施例中任一项所述来构成。

关于计算机程序产品，本发明还通过如下方式解决开头所述的任务，该计算机程序产品包括在根据上述实施例中任一项的控制器上实施的指令，该指令实施根据从属于方法的实施例之一的方法。

机电制动器和计算机程序产品具有与根据本发明的方法和根据本发明的控制器相同的优点和优选的实施方式。就这方面来说参考上面陈述并且其内容包含在此处。

附图说明

现在，接下来将借助附图来描述本发明的实施例。这些附图应当不是必须按比例来示出实施例，更确切地说，以示意性的和/或轻微扭曲的形式来实施用于有助于阐述的附图。考虑到对从附图中能直接看到的指导的补充，参考相关的现有技术。在此被考虑到的是，关于实施方式的形状和细节可以进行各种各样的改型和改变，而不会偏离本发明的一般想法。无论是单独的还是以任意的组合，本发明的在说明书、附图以及权利要求中公开的特征对本发明的改进方案来说都可以是重要的。此外，所有由其中至少两个在说明书、附图和/或权利要求中公开的特征构成的组合都落在本发明的范围内。本发明的一般想法并不局限于接下来所示的和所说明的优选的实施方式的精确的形状或细节，或者并不局限于相比在权利要求中受保护的主题而受到限制的主题。在所说明的定尺寸范围内，处在所提及的边界里面的值也应当作为边界值被公开，并且能任意使用且应当受到保护。为简单起见，接下来对于一致的或类似的部分或具有一致的或类似的功能的部分都使用相同的附图标记。本发明的另外的优点、特征和细节由以下描述、优选的实施方式以及结合以下附图得出。

其中详细地：

图1以透视图示出根据本发明的具有用于获知气隙的控制器的机电制动器的第一实施例；

图2示出根据本发明的用于获知机电制动器的气隙的方法的框图；

图3示出详细说明根据本发明的用于获知接触定位的方法步骤的框图；并且

图4和5示出用于阐明根据本发明的用于基于转子电流和转子定位来获知接触定位的方法的图表。

具体实施方式

图1示出了具有机电制动器100的车辆系统10000。机电制动器100具有制动器支架111和制动钳107。在制动器支架111上引导并容纳有制动衬片103。借助机电制动执行器2，使得制动衬片103能朝用于制动盘(未示出)的容纳空间105的方向运动并且能与这样的制动盘挤压。制动衬片103通过压制弓形件109以及压制弹簧101保持定位。在移除压制弓形件109和压制弹簧101之后，能将制动衬片103从制动器支架111取出并且能够进行更换。制动器支架111还具有用于横向引导制动衬片103的衬块片背板102。

如果机电制动器100处于非操纵的状态下，也就是说，没有来自制动执行器2的压紧力施加到制动衬片103上，则在制动衬片103与制动盘之间存在气隙L。在至少一个制动衬片103克服气隙L后第一次与制动盘发生接触时的定位被称为接触定位K。制动器100的压紧通过由制动执行器2将操纵力施加到用于压紧机构4的接口来进行，该压紧机构又引起制动衬片103朝制动盘的方向压紧。

制动执行器2具有驱动马达A用来产生驱动力或驱动力矩。制动执行器2接收用于操纵制动执行器2的执行器信号16。制动执行器2还双向地经由信号传导的连接部6与控制器8的接口10连接。控制器8被设立成用于，借助制动执行器2及其驱动器A在不动用另外的外部传感器的情况下获知在制动衬片103与制动盘105第一次发生接触时的接触定位K。控制器8还具有存储器12以及处理器14。信号传导的连接部6既可以被构造为有线的连接部也可以被构造为无线的连接部。尤其地，信号传导的连接部6被设立成用于将驱动马达A的马达电流i和转子的定位

传输给接口10并因此传输给控制器8。

在图2中借助框图阐明了用于获知机电制动器100的气隙的方法200。该方法在步骤202中通过激活气隙获知循环来开始。随后，在步骤204中，机电制动执行器2运动到第一终点定位E1中(也参见图4和5)，该第一终点定位相当于打开的、即未制动的机电制动器100。在步骤206中，从该第一终点定位E1起，机电制动执行器2借助驱动器A朝第二终点定位E2的方向运动(也参见图4和5)。制动器100在此时进行压紧。

在根据步骤206的运动期间，在步骤208中不断地获知驱动马达A的转子定位

和/或马达电流i。在步骤210中，基于转子定位

和/或马达电流i获知在制动衬片103与制动盘发生接触时的接触定位K。最后在步骤212中，基于接触定位K确定气隙L和衬片磨损程度V_B，其中，将所获知的参数，即接触定位K、气隙L和衬片磨损程度V_B在步骤214中存储在存储器12中。

根据步骤210获知接触定位K的步骤在图3中借助在那里示出的框图被进一步详述。有两个选项可用于获知接触定位K：一方面根据分支300可以基于驱动器A的转子定位

获知接触定位K，并且/或者根据分支400可以基于转子电流i获知接触定位。

为了根据分支300基于转子定位

获知接触定位K，首先根据步骤302限定用于驱动马达A的最大马达电流i_最大。选出最大的马达电流i_最大，使得该最大的马达电流虽然能够实现通过制动执行器2克服气隙L，但其仍要很小以至于在制动衬片103与制动盘发生接触之后机电制动器100不能够发生显著的继续压紧。根据步骤304，然后驱动马达A以小于或等于最大的马达电流i_最大的马达电流i运行。

在克服气隙L之后，制动衬片103在接触定位K处与制动盘发生接触，由此使得由驱动器A所要施加的驱动转矩提高，并且因此也使马达电流i提高。由于最大的马达电流被限制为i_最大，使得在制动衬片103与制动盘发生接触后，机电制动器100没有显著的继续压紧。驱动器A的转子终点定位

_最大能够被考虑用于在步骤308中获知接触定位K。为了在步骤308中获知接触定位K，还考虑使用了第一关联参数K1。

以替选的方式，可以根据分支400基于转子电流i获知接触定位K。在这种情况下，在执行器2从第一终点定位E1朝第二终点定位E2的方向操纵期间，连续地监控马达电流i。如果制动衬片103在克服气隙L之后与制动盘发生接触，则由驱动器A施加的转矩进而是马达电流i将提升。在步骤402中，马达电流i的第一次提升被检测为边界电流i_边界，并且在步骤404中检测到相对应的边界转子定位

_边界。在步骤406中，借助第二关联参数K2获知接触定位K。

在根据分支300基于转子定位

获知接触定位K期间马达电流i和转子定位

的变化曲线在图4中阐明。在该图表的上部区域中，绘制了关于时间t的电流强度i，在图表的下部区域绘制了关于时间t的转子定位

转子定位

在此大致对应于制动执行器2从第一终点定位E1朝第二终点定位E2的方向的运动。当制动执行器2克服气隙L期间，转子定位的曲线

直线提升，而马达电流i保持恒定并低于限定的最大马达电流i_最大。

在克服气隙L之后，制动衬片103与制动盘发生接触，由此驱动器A的所需的转矩将提高，这对应于电流i的提升。电流i提升，直到达到最大的马达电流i_最大。对于马达电流i相当于最大的马达电流i_最大的状态，出现了恒定的转子终点定位

_最大。如图4所示，接触定位K不一定直接对应于转子终点定位

_最大，这是因为根据最大的马达电流i_最大的限定，机电制动器100将被稍微继续压紧。此外，出于该原因，考虑使用第一关联参数K1用于从转子终点定位

_最大获知接触定位K。

图5将根据分支400的基于转子电流i获知接触定位K进行可视化。再次分别绘制了关于时间的电流强度i和转子定位

。在机电制动器100压紧时，首先电流i需要用来加速执行器2，该电流在执行器2加速之后减小并且在克服气隙L期间降低到低水平。在制动衬片103与制动盘发生接触后，驱动器A所需的转矩将提高，伴随着电流i的提升。电流i从低水平开始第一次发生提升时的边界电流i_边界被用作对获知接触定位K的指示，其方式是：获知相对应的边界转子定位

_边界，并且据此、必要时借助第二关联参数K2获知接触定位K。

附图标记列表(说明书的一部分)

2 制动执行器

4 压紧机构的接口

6 信号传导的连接部

8 控制器

10 接口

12 存储器

14 处理器

16 执行器信号(输入信号)

100 机电制动器

101 压制弹簧

102 衬片背板

103 制动衬片

105 制动盘的容纳空间

107 制动钳

109 压制弓形件

111 制动器支架

200 用于获知制动器的气隙的方法

202 激活气隙获知循环

204 使机电制动执行器运动到第一终点定位中

206 使机电制动执行器朝第二终点定位的方向运动

208 连续获知驱动马达的转子定位和/或马达电流

210 获知接触定位

212 确定气隙和衬片磨损程度

214 存储参数

300 基于转子定位获知接触定位

302 限定用于驱动马达的最大的马达电流

304 运行驱动马达

306 获知接触转子定位

308 获知接触定位

400 基于转子电流获知接触定位

402 探测马达电流的变化

404 获知相对应的转子定位

406 获知接触定位

10000 车辆系统

A 驱动马达

E1 第一终点定位

E2 第二终点定位

K 接触定位

K1 第一关联参数

K2 第二关联参数

L 气隙

V_B 衬片磨损程度

转子定位

_最大转子终点定位

_边界边界转子定位

i 马达电流

i_最大最大的马达电流

i_边界边界电流

Claims

1.用于获知机电制动器(100)的、尤其是商用车制动器的气隙(L)的方法(200)，所述方法包括以下步骤：

-激活(202)针对所述制动器(100)的气隙获知循环，

-借助驱动马达(A)使所述机电制动执行器(2)运动(204)到第一终点定位(E1)中，在所述第一终点定位中，所述制动器(100)处于非压紧的状态下，

-借助所述驱动马达(A)使所述机电制动执行器(2)朝第二终点定位(E2)的方向运动(206)，其中，所述制动执行器(2)的运动使所述制动器(100)的至少一个制动衬片(103)朝制动盘的方向压紧，

-在所述制动执行器(2)朝所述第二终点定位(E2)的方向运动期间连续地获知(208)所述驱动马达(A)的转子定位

和/或马达电流(i)，

-基于所述转子定位

和/或所述马达电流(i)获知(210)在所述制动衬片(103)与所述制动盘发生接触时的接触定位(K)，

-基于所获知的接触定位(K)确定(212)气隙(L)和/或衬片磨损程度(V_B)。

2.根据权利要求1的方法(200)，

其中，基于转子定位

获知(300)所述接触定位(K)包括以下步骤：

-确定(302)用于所述驱动马达(A)的最大电流(i_最大)，

-以小于或等于所述最大电流(i_最大)的马达电流(i)运行(304)所述驱动马达(A)，

-获知(306)所述驱动马达(A)的转子终点定位

在所述转子终点定位中，在给定最大电流(i_最大)的情况下所述制动执行器(2)的驱动马达(A)的转子定位

不继续变化，

-根据所述转子终点定位

尤其是基于第一关联参数(K1)获知所述接触定位(K)。

3.根据权利要求2的方法(200)，

其中，所述第一关联参数(K1)具有以下参数中的至少一个：

-电流强度，

-上一次获知的衬片磨损程度，

-所述制动执行器的传动装置的传动比。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，

其中，基于所述马达电流(i)获知(400)所述接触定位(K)包括以下步骤：

-探测(402)所述马达电流(i)的变化，尤其是所述马达电流(i_边界)的第一次增加，

-获知(404)相对应的转子定位

在所述转子定位中第一次出现所述马达电流(i_边界)的电流增加，

-根据所述转子定位

尤其是基于第二关联参数(K2)获知(406)所述接触定位(K)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(200)，所述方法还包括以下步骤：

-在存储器(12)中，尤其是在控制器(8)的存储器(12)中存储以下项中的至少一个：

所获知的接触定位(K)，

气隙(L)，

衬片磨损程度(V_B)。

6.用于获知机电制动器(100)的、尤其是商用车辆制动器的气隙(L)的控制器(8)，所述控制器具有

-用于将所述控制器(8)与制动执行器(2)信号传导地连接(6)的接口(10)；

-存储器(12)和处理器(14)，

其中，所述控制器(8)被设立成用于：

-激活所述制动器(100)的气隙获知循环(202)，

-借助驱动马达(A)使所述机电制动执行器(2)运动到第一终点定位(E1)中，在所述第一终点定位中，所述制动器(100)处于非压紧的状态下，

-借助所述驱动马达(A)使所述机电制动执行器(2)朝第二终点定位(E2)的方向运动，其中，所述制动执行器(2)的运动使所述制动器(100)的至少一个制动衬片(103)朝制动盘的方向压紧，

-在所述制动执行器(2)朝所述第二终点定位(E2)的方向运动期间连续地获知所述驱动马达(A)的转子定位

和/或马达电流(i)，

-基于所述转子定位

和/或所述马达电流(i)获知在所述制动衬片(103)与所述制动盘发生接触时的接触定位(K)，

-基于所获知的接触定位(K)确定气隙(L)及尤其是衬片磨损程度(V_B)。

7.根据权利要求6所述的控制器(8)，

其中，为了基于所述转子定位

获知(300)所述接触定位(K)，所述控制器(8)被设立成用于：

-确定(302)用于所述驱动马达(A)的最大电流(i_最大)，

-获知(306)所述驱动马达(A)的转子终点定位

在所述转子终点定位中，在给定最大电流(i_最大)的情况下所述制动执行器(2)的转子定位

不继续变化，

-根据所述转子终点定位

尤其是基于第一关联参数(K1)获知所述接触定位(K)。

8.根据权利要求6所述的控制器(8)，

其中，为了基于所述马达电流(i)获知(400)所述接触定位(K)，所述控制器(8)被设立成用于：

-获知(404)相对应的转子定位

-根据所述转子定位

尤其是基于第二关联参数(K2)获知(406)所述接触定位(K)。

9.机电制动器(100)，尤其用于商用车辆的机电制动器，所述机电制动器具有

制动盘，

容纳在制动钳(107)中的至少一个制动衬片(103)，

具有电驱动马达(A)的用于将所述至少一个制动衬片(103)朝所述制动盘的方向压紧的机电制动执行器(2)，

和控制器(8)，

其特征在于，所述控制器(8)根据权利要求6至8中任一项所述来构成。

10.计算机程序产品，其包括在根据权利要求6至8中任一项所述的控制器(8)上实施的指令，所述指令实施根据权利要求1至5中任一项所述的方法(200)。