CN115515830A - 机电式制动设备 - Google Patents

Abstract

在具有至少一个机电式制动器(2)的机电式制动设备(1)中，机电式制动器具有摩擦面(3)、带有制动衬片(5)的衬片托架(4)、和用于衬片托架(4)的能预定的运动的电马达(6)，其中，制动设备(1)具有控制和监查单元(9)，该控制和监查单元被构造成用于在输入侧接收制动作用请求并且至少间接地驱控电马达(6)以实现制动衬片(5)施加到摩擦面(3)上的能预定的压紧力(22)，建议了控制和监查单元(9)从制动作用请求获知压紧力(22)的目标主压紧力值(26)，随着制动衬片(5)与摩擦面(3)的首次接触开始，将压紧力(22)设定在目标主压紧力值(26)的25％～60％之间的范围内的初始压紧力值(25)，并且在经过首次接触后的第一时间段(23)之后，将压紧力(22)提高至目标主压紧力值(26)。

Description

机电式制动设备

技术领域

本发明涉及根据专利权利要求1的前序部分的机电式制动设备。

背景技术

车辆具有制动器或制动设备。现代车辆通常具有所谓的防抱死系统。

所谓的“锁定时间(time to lock)”(TTL)是制动器施加足以抱死车轮的压紧力或制动力矩的时间的基准。在此，假设车轮负载在制动过程中出现大约是车辆重力70％的最大车轮负载。朝向地面方向作用于相关车轮上的法向力被称为车轮负载。有宣传效果地指定TTL例如是170ms至220ms，其通常指的是最终抱死所需的压力，其中，大多数时候不谈论压力测量的位置和在此已联接的制动器的数量。

具有这种TTL的制动器的缺点如下：

-高的能量峰值或功率峰值；

-提前抱死；

-长的制动距离。

这些缺点不仅出现在机电式制动设备中，而且也出现在液压制动设备中。

发明内容

因而本发明的任务是给出前述类型的机电式制动设备，借助其可避免前述缺点，利用其可在车辆中以具有较低或均衡的且没有明显的峰值的能量或功率需求来获得良好或改进的制动效果。

根据本发明，这由专利权利要求1的特征来实现。

因此可以实现一种制动器，其中，不会出现高的功率峰值或能量峰值，利用该制动器可以实现较短的制动距离或者说直至车辆停止的较短时间。因而可以在车辆中以较低或均衡的能量需求来实现至少同样良好的尤其是改进的制动效果。

接下来描述其他优点以及根据本发明的制动设备的工作原理的背景：

当制动车辆时，各车桥上的负载会发生动态变化。在此，随着不断减速，前桥不断地被增加负载，而后桥的负载则相应降低。这也被称为动态车轮负载分布。这种动态车轮负载分布的原因是前桥悬架的弹动，以及轮胎的变型和整车的其他弹性变形。在乘用车辆中，该过程通常持续大约500ms。此外，所涉及的车辆中的乘客或装载物会发生定位变化，这同样会对前桥的负载产生影响。

可以在路面与车轮之间传递的减速力依赖于车道与车轮之间的接触面、摩擦系数以及法向力，该法向力也被称为车轮负载。已知的是，摩擦力与法向力成正比。因此，负载更强烈的车轮可以传递更大的力，且相应地与负载较小的车轮相比更良好地制动。

尽可能快速地施加尽可能高的压紧力，如这在已知的具有170ms和220ms之间的TTL的制动器中那样，导致这些高的压紧力在弹动尚未完全实现的时间点施加，并且前桥尚未承受最大的法向力。这导致所涉及到的前轮被抱死并且ABS进行干预以防止这种状态。发生ABS下降重建循环，这对总制动距离产生负面影响。

压紧力也可以被称为夹紧力。

制动器的操纵能量是所有的力乘以距离的积分，因而实施操纵的时间越短，操纵功率就越大。

在传统制动器例如电动液压制动器(EHB)或带有球轴的机电式制动器(EMB)中，通常直至大约70ms才出现衬片托架的非常明显的夹紧或压紧力。为了在大约130ms(在TTL中是200ms)的剩余时间内施加相应高的或完全的压紧力，必须在EHB中使用非常高的电流。在此，通常是大约120A的电流。由此给所涉及的车辆的车载电网带来极大的负荷，并且电源电压会出现扰动。视电池状态而定，在此重要的控制单元(例如驱动电马达)可能会发生故障。而对于EHB本身，低电压会导致重置。如果由于冗余原因需要两个独立的电源，则两者都应当针对这些极端条件进行设计，即使相应仅一个电源处于激活状态。

在EHB的情况下也存在高的电流消耗，这是由于在快速操纵时糟糕的液压效率(电流损失)和处于压力下的管线的加宽所带来的效率损耗。

这种技术方面不利的行为(大约70ms没有明显的夹紧力，然后更快速地提高直至提前抱死)的一部分源自液压装置的如下特性：当明显的压力一被构建时，则变形就已经达到明显的程度并且液体流动，从而在相应供电时可以相对快速地实现完整的夹紧力。

直至提前抱死的有宣传效果的短操纵时间不会带来最短的制动距离，而只会伴随着非常高的电流导致很大的问题。相反，通过产生最初虽然明显然而却不会导致所涉及的车轮抱死的压紧力并随后使压紧力升高而不发生提前抱死，就可以明显缩短制动距离。因而可以显著降低在剧烈制动情况下的电流需求，这是因为夹紧能量在明显更长的时间内被分配。

根据一个特别优选的改进方案规定，在头70ms内已经构建了明显的或有效的压紧力。这尤其是通过操纵机械装置的非线性传动比来实现。

换而言之，在根据本发明的制动设备中，制动过程的第一阶段以足够小的压紧力执行，以便在没有ABS干预时也能避免前轮抱死。然而，该压紧力又足够高，以使得车辆强烈弹动直至完全弹动。只有在前轮上的法向力达到很高尤其是最大时或之后，压紧力才会进一步提高。通过高的法向力也可以传递更高的摩擦力，而不会发生车轮抱死。通过这种制动控制的方式可以缩短实际的制动过程。

由于在根据本发明的制动器中没有在特别短的时间内施加最大的压紧力，而是却而代之地施加明显降低的压紧力，因此不会出现能量峰值或功率峰值。为实现相应于半抱死压紧力，具体的机电式制动器的机械操纵能量例如大约是3Ws。为实现抱死压紧力的操纵能量在同一制动器中在相同条件下大约是10Ws，其中，为实现最大可能的压紧力的操纵能量是34Ws。

特别优选的是，在尽可能短的时间内引入最初较少的也被称为夹紧能量的能量，并且在更长的持续时间内分配每个进一步的提高，由此相应降低了功率需求和电流需求，这是因为有更多的时间来施加相同的能量。电气设备的电流需求和负荷通过根据本发明的制动设备相应降低。

尤其是在根据本发明的制动设备中不会出现动态电流峰值或电源电压的扰动，或者与现有技术相比仅明显较少地出现。由此车辆的车载电网可以更简单地设计，这是因为不再需要克服高电流峰值或触发保险装置。此外，也不必重视电源的特别小的内阻。电流峰值的缺失也进一步简化了所有其他用电器的运行。

本发明还涉及根据专利权利要求10的前序部分的用于运行机电式制动设备的方法。

本发明因而还提出用于运行前述类型的机电式制动设备的方法的任务，借助其可避免前述缺点，利用其能够以较低或均衡的能量需求或功率需求来获得良好或改进的制动效果，而没有明显的峰值。

根据本发明，这通过专利权利要求10的特征获得。

由此获得适用于专利权利要求1的优点。

本发明还涉及根据专利权利要求11的前序部分的车辆。

本发明因而还提出前述类型的车辆的任务，借助其可避免前述缺点，利用其能够以较低或均衡的能量需求或功率需求来获得良好或改进的制动效果，而没有明显的峰值。

根据本发明，这通过专利权利要求11的特征获得。

由此获得适用于专利权利要求1的优点。

本发明还涉及根据专利权利要求15的前序部分的用于制动车辆的方法。

本发明因而还提出用于制动前述类型的车辆的方法的任务，借助其可避免前述缺点，利用其能够以较低或均衡的能量需求或功率需求获得良好或改进的制动效果，而没有明显的峰值。

根据本发明，这通过专利权利要求15的特征获得。

由此获得适用于专利权利要求1的优点。

从属权利要求还涉及本发明的有利设计方案。

借此明确引用专利权利要求的措辞，专利权利要求在此处通过引用插入说明书，并被视为逐字复制。

附图说明

参引仅示例性示出优选实施方案的随附视图进一步阐述本发明。

其中：

图1示出了根据本发明的制动设备的框图；

图2示出了力-时间图表，其包含按照根据本发明的制动设备的第一实施方案的压紧力的示意性走向；

图3示出了电流-时间图表，其包含电流消耗在根据图2的压紧力曲线的情况下的示意性走向；

图4是力-时间图表，其包含按照根据本发明的制动设备的第二实施方案的压紧力的示意性走向；和

图5示出了根据本发明的车辆的示意图。

具体实施方案

图1示出机电式制动设备1的优选实施方式的框图，其包括至少一个机电式制动器2，其中，制动器2具有

-至少一个摩擦面3，

-具有至少一个制动衬片5的至少一个衬片托架4，和

-用于衬片托架4的可预定的运动的至少一个电马达6，

其中，制动设备1具有控制和监查单元9，其被构造成用于在输入侧接收制动作用请求并至少间接地驱控电马达6来实现制动衬片5作用到摩擦面3上的可预定的压紧力22，其中，控制和监查单元9还被构造成用于：

-从制动作用请求获知压紧力22的目标主压紧力值26，

-从制动衬片5与摩擦面3的首次接触开始，将压紧力22调设到目标主压紧力值26的25％～60％之间的范围内的初始压紧力值25，

-在经过首次接触后的第一时间段23结束后，将压紧力22升高至目标主压紧力值26。

由此可以实现制动设备1，其中，不会出现高的功率峰值或电流峰值并且利用该制动设备可以实现与传统制动设备相比制动距离至少等长或更短，或者相等或更短的时间直至车辆18停止。因而可以利用较小或均衡的功率需求在车辆18内获得至少一样良好，尤其是改进的制动效果。

尤其是在根据本发明的制动设备1的情况中不出现动态电流峰值或者不出现电源电压的扰动或扰动明显减弱。由此较简单地设计车辆18的车载电网，这是因为不再需要克服高的电流峰值。此外，也不必重视特别小的电源内电阻。电流峰值的缺失也进一步简化了所有其他用电器的运行，这是因为它们不必被设计成用于在大的电压扰动的情况下运行。

理解根据本发明的制动设备1的效果和获得的优点之间的物理关系在列举附图之前的部分中详细示出。

根据本发明的本发明涉及一种机电式制动设备1，其至少包括本身的机电式制动器2及其运行所需的控制和监查单元9，其中，其他部件，尤其是传感器，可以是机电式制动设备1的部分。

根据本发明的机电式制动设备1被设置成用于制动两个部分之间的相对运动。尤其地，根据本发明的制动设备1被设置成用于制动至少一个旋转的构件。在此，其可以是自身任意类型的旋转的构件，其中，制动器2也可规定用于制动线性运动。根据本发明的制动设备1例如可以是滚梯、电梯或风轮的部件。制动设备1尤其规定用于装入一台尤其是单辙或多辙的车辆或者是车辆的部分。在此可以是任意类型的轮式或链式车辆。车辆尤其选自如下组的至少一种车辆：汽车、飞机、摩托车、机动车拖车、拖拉机、轨道车辆。在此，制动设备1例如可以设置用于制动驱动轮或者也用于制动装置或车辆的其他运动部分。在此可以不仅制动可转动的部分也可以制动线性运动的部分。

机电式制动器2在根据本发明的上下文中可以是各种类型的制动器2，其中，通过借助于电马达6的驱动来进行对制动器2的操纵，因而在制动时制动衬片5朝摩擦面3的方向运动或者松开制动器2。在这里尤其规定，直接由电马达6生成的运动借助机械装置，也就是所谓的操纵机械装置7转变。制动器2(其中，借助液压或气动装置执行实际操纵)不被看作是机电式制动器2，即使在此所用流体的工作压力是利用电驱动的泵生成的和/或应用电操纵的阀。

电马达6可以是任意形式的电马达6，例如是线性马达、旋转机械、直流电马达或交流电马达等。优选规定，电马达6被设计成旋转机械。尤其优选地还进一步规定，电马达6被设计成无刷直流电马达。这种电马达6在英语中也称为BLDC-Motor，其中，BLDC其自身为已知的方式代表无刷直流电(Brushless Direct Current)。

机电式制动设备1优选具有至少一个调节器10，以便驱控电马达6或实现相应地调节电马达6。调节器10或调节单元与电马达6电连接，并且例如包括反转电路或桥式电路。调节器10可以被设计成任意的调节器以及依据任意方法，只要调节器10可以被构造成用于调节尤其是定位和/或力矩。不言而喻，调节器10应当在技术方面可以调节相应所选的电马达6。

在电马达6作为无刷直流电马达的根据本发明的优选实施方案中优选规定，调节器10被设计成特别是用于无刷直流电马达或者说规定的调节器10。包括定位、力矩和转速调节的这种调节器10在无刷直流电马达调节的相关技术领域中是已知的。尤其是根据本发明地规定，这种调节器10将定位、力矩限制和转速限制同时转交至控制和监查单元9。

此外在这里还可以规定，调节器10被设计成矢量调节器。矢量调节器在英语中也称为FOC：Field Oriented Control(磁场定向控制)。

用于制动操纵的能量不应当仅仅来自电马达6。制动器2例如可以基于安全原因由一个或多个弹簧操纵，并且电马达6用于松开制动器2。反之，弹簧力也可以支持该操纵。如果所有力(例如马达力和弹簧力)或力矩形成符号正确的和，则此处提出的所有构思都相应适用，其中，当然在相同位置的所有传动比或在考虑到传动比情况下符号正确地累加。当然在考虑到合力或力矩情况下观察电马达功率或电流。

机电式制动器2具有至少一个摩擦面3以及用于与摩擦面3协同工作的至少一个制动衬片5。摩擦面3尤其可以被设计成盘式制动器的摩擦盘或鼓式制动器的制动鼓面。例如如果制动线性运动，摩擦面还可以被设计成轨道形式的。

至少一个制动衬片5紧固在至少一个衬片托架4上。优选每个制动器2设置多个制动衬片5用于每个摩擦面3。

至少一个电马达6优选借助操纵机械装置7与衬片托架4相连，以使其运动，或者衬片托架6支承在操纵机械装置7上。操纵机械装置7例如可以被设计成楔形制动器或球心轴制动器或球坡道制动器的部分。操纵机械装置7还可以具有凸轮或偏心轮。根据本发明的本发明然而可以与操纵机械装置7的特殊实施方案无关地实现。

制动设备1具有控制和监查单元9，其被设置和相应地被构造用于在输入侧接收制动作用请求，并且基于制动作用请求地驱控电马达6的调节器10。为此输出所生成的所谓的制动控制信号。

控制和监查单元9尤其包括微控制器和/或微处理器，其中，其他电子构件或组件可以是控制和监查单元9的部分。控制和监查单元9也可以至少部分构成可编程逻辑构件的部分。控制和监查单元9尤其可以由多个部分或组件组成，其中，各个过程或处理步骤由大量这种部分或组件的特定部分执行。

控制和监查单元9被设置成用于由车辆的人类或人造驾驶者或驾驶员或者说机器的人类或人造操纵员将传达给相关车辆或相关机器的交互界面16的减速或延迟的需求转化为制动器2的电马达6的相应操纵。交互界面16例如可以是所谓的制动踏板上的传感器、车载计算机的通信接口或控制板上的操作元件。根据本发明的制动设备1的输入接口作为车辆的部分至少间接与所涉及的车辆的交互界面16相连。

控制和监查单元9被构造成用于从制动作用请求获知压紧力22的目标主压紧力值26。目标主压紧力值26是压紧力22的、在理论方面引起(由用户通过交互界面16请求)所需要的减速的数值或量。目标主压紧力值26的获知可以借助计算规则和/或从表格实现。

在控制和监查单元9获知目标主压紧力值26之后，控制和监查单元9确保，制动衬片5与摩擦面3贴靠或建立这种状态，具体而言，其造成衬片托架4的运动以便消除制动衬片5和摩擦面3之间的气隙11。

如果收到制动作用请求时制动衬片5已经贴靠摩擦面3并且已经发生相应的首次接触，那么当然也可以不发生相应的消除运动。

首次接触优选理解为如下状态，其中，制动衬片5已经贴靠摩擦面3，然而在此没有施加压紧力22，或者说压紧力22低于所涉及的制动设备1的最大压紧力22的百分之一。

只要相应的消除运动是需要的，则优选规定，在尽量短的时间内消除气隙11。因而与此相关优选规定，衬片托架3或制动衬片5的相应运动以在衬片托架4和制动衬片5的组合的最大速度的70％～100％和/或在衬片托架4和制动衬片5的组合的最大加速度的70％～100％之间的范围内的加速度执行。由此，在实践中，在最初的70ms内已经可以施加可观的压紧力。

制动设备1优选具有操纵机械装置7，衬片托架4支承在其上，并且衬片托架6通过其与电马达6相连。

根据第一优选实施方式规定，操纵机械装置7具有非线性的传动比。应当如下理解，即，操纵机械装置7具有机械输入端，其与电马达6相连，操纵机械装置7具有机械输出端，其与衬片托架4相连，并且操纵机械装置7如下构造，即，输入端的运动通过可预定的非线性关系与输出端的运动关联。换而言之：确定的输入侧的调整，因而是机械输入参量，不借助线性关系而是借助非线性关系映射为衬片托架4的调整或运动。因而，传动比通过操纵是可变的。

这种非线性操纵机械装置7尤其如下构造，即，电马达6的恒定转速转化为衬片托架4在气隙11中的大的路程变化(速度)或路程变化率(加速度)，并且恒定转速转化为衬带托架4在制动衬片5与摩擦面3的接触区域内的小的路程变化或路程变化率，由此，可以非常快速地或者仅通过电马达6的较小运动经历制动衬片5的息止定位和摩擦面3之间的间隙11。

在此尤其规定，电马达6在最优范围内运行，其中，超过公差的安全制动操纵也是可能的。此外在这里还优选规定，电马达6在制动衬片5与摩擦面3的接触定位的范围中如下运行，即，电马达6在其具有最高待输出功率的范围内运行。

这种非线性关系例如可以借助至少一个相应成形的凸轮来实现。相应的非线性优选以传递函数或传递量的形式存储在制动设备1的存储单元中，并且可供控制和监查单元9使用。

替选或附加于第一优选实施方式，根据第二优选实施方式规定，控制和监查单元9使电马达以高速运行以消除气隙11。提高转速例如可以借助所谓的磁场减弱或通过切换绕组(例如电马达6上的极对数)来实现。虽然由此可截取的扭矩降低，然而转速却提升，由此可以快速消除间隙11。非线性的操纵机械装置特别优选地与能够快速转动的电马达6组合。

一旦制动衬片5已接触摩擦面，控制和监查单元9就将制动衬片5挤压摩擦面3的压紧力22调节为在目标主压紧力值26的25％～60％之间的范围内的初始压紧力值25。这在图2中示出。在此尤其规定，目标主压紧力值26的量越大，初始压紧力值25调节为目标主压紧力值26的百分数就越小。因而，大的目标主压紧力值26导致，初始压紧力值25与较小目标主压紧力值26的情况相比相对于目标主压紧力值26设定得更小。因此，在全制动时，初始压紧力值25优选在目标主压紧力值26的25％～30％之间，而在目标主压紧力值26较小时，初始压紧力值25在目标主压紧力值26的50％～60％之间。

初始压紧力值25的大小如下选择，即，可以假设通常不会出现摩擦面3在制动衬片5上卡死。已经表明，在确定的或具体的制动设备1的情况中可以与用于制动的具体机构协同地选择初始压紧力25的确保该条件的恒定值。基于车辆制动器的安全技术方面的功率需求，得到指定的值范围。

在压紧力22增大时，虽然功率需求或电流消耗如图3所示那样增加，然而相应的增大非常温和且没有明显的峰值。尤其是不会出现类似短路的电气状态。如果操纵机械装置7具有非线性传动比，则也可以关于功率峰值或电流峰值的降低或最小化来构成其曲线。

优选规定，尽量快速达到初始压紧力值25。通过气隙被尽量快速地消除并随后也在短时间内达到初始压力值25，实际上可以在接收到制动作用请求之后即刻提供制动作用。因为车辆18在该状态中仍然以当前和迄今未制动的速度运动，所以当前存在的压紧力22具有很大的影响，其除了降低相对速度之外，还主要导致车辆18的弹动。尤其是可以通过操纵机械装置7的非线性传动比来实现尽可能早地导入第一制动作用。

在将压紧力22设定成初始压紧力值25之后，压紧力22要么可以如图2所示那样在第一时间段或者说持续时间23保持该值，要么压紧力22可以在第一时间段23之内被提高至目标主压紧力值26的40％至55％之间的值或被提高到目标主压紧力值26本身。这种提高是可行的，这是因为在弹动过程中前轮19上的法向力增加进而制动力矩也增加，该制动力矩可以在不抱死的情况下传递。通过在该时间窗内温和地提高压紧力22，可以进一步缩短制动距离。图4示出针对相应提高的两个不同的曲线。

在经过首次接触的时间点后的第一时间段23之后，控制和监查单元9将压紧力22提高至目标主压紧力值26。在此期间，所涉及的车辆18已经有足够的时间完全弹动，相应高的法向力或动态车轮负载由此施加至前轮19。现在可以获得完全的目标主压紧力值26，而不会发生制动器2或车辆18的待制动前轮19的抱死。

第一时间段23的持续时间可以不同方式测量或确定。

由于最终的动态车轮负载的建立遵循一条曲线，压紧力的提高也可以遵循一条曲线，该曲线在理想情况下与动态车轮负载变化一致地延伸。在图4中，相应地示出了压紧力22的线性走向27和弯曲走向28。走向28在此遵循具有高的初始斜率的曲线，其中，斜率变得越来越平缓。这种走向28的一个示例是对数曲线。

准确的走向27、28当然依赖于如车辆负载和抓地性那样的条件。因而有利的是具体的初始压紧力值25和走向27、28例如可以依赖于目标主压紧力值26，因为目标主压紧力值26的大小确定了动态的车轮负载分布的变化程度。在目标压紧力较小时，几乎无法估算动态车轮负载的变化并因此相应地选择初始压紧力值25的大小和走向27、28。在此可以粗略地假设，在普通乘用车辆中，静态的车轮负载分布例如可以依赖于负荷和发动机地是前部50％和后部50％。在利用大约1g的完全产生全制动的情况下，动态车轮负载可以在前轮上变换到大约70％至90％。因而在利用g/4到g/3的一般制动情况下，可以假设由于动态车轮负载移位而几乎没有任何变化，但是在全制动情况下，制动距离是显著的并且出现高的电流消耗。在实践中，直线27或曲线28的走向将被设计为关于例如负载状态这样的影响因素的折衷。

进一步可以规定，在车轮负载明显动态移位过程中，首先要在后部加强制动，并且随着前部动态车轮负载的增加而降低后部制动作用。

作为另一方面，为了准确确定直线27或曲线28的走向，优选还考虑电流消耗。例如允许何种电流升高以获得直线27或曲线28的确定走向。

在此也可以考虑所涉及的车辆的所有制动器的总电流消耗，这是因为例如后轮制动的后续降低一定可以充当发电机，由此生成用于操纵前轮制动器的电流并将其馈入车载网络。在此，在电池充电的意义下不意味着例如所谓的再生制动，而是意味着如下状况，即，在松开制动器2时电马达6可以生成一些电流。

尽管在前面的段落中指出，在这里不意味着再生制动过程，但根据本发明的制动设备或相应的方法也特别良好地适合与再生制动过程相结合使用，这是因为即使在实践中电动车辆的驱动电池充满的情况下，仍然可以将短暂的再生制动脉冲充入电池。在此，制动器2关于快速达到初始压紧力值25的优选快速响应优选可以利用发电机作为再生制动过程来执行。此外，还可以通过再生制动过程来支持相应于直线27或曲线28的抬升。由此可以减少根据本发明的制动设备1的反应时间，这也减少了功率需求。针对相应的协调一致仅需要获知发电机在哪些条件下可以贡献多少制动力矩，并且剩下的制动力矩应当由制动设备1贡献，所有这些都在时间曲线中看出。

当然，电马达6的较缓慢的运行促使在更长的时间内分配相同的夹紧能量，并因而根据该方法是降低峰值电流的适当措施。此外，这由此获得实现直线27或曲线28的不同走向的可能性。所有这些都可以按照相同方式应用于线性传动或非线性传动的操纵机械装置7。

如已述那样，在线性传动的操纵机械装置7的情况中非常快速地达到初始压紧力值25，其方式是，减弱电马达6的磁场或执行电马达6上的绕组的切换。

然而，电马达6的较低转速(例如这在操纵机械装置7的恒定传动比的情况下是需要用以实现衬片托架4的不同速度)导致效率低下。因此，具有非线性传动比的操纵机械装置7的非常特别的优点被一再指出，由此电流也可以通过该操纵尽可能保持恒定或处于最优值并且可以避免尤其是在剧烈制动时出现的高的电流峰值。

在传统制动器中造成电流峰值的附加原因在于为了加速转动的部分而应克服的惯性力。在制动开始时，衬片托架4的目标速度和实际速度之间的高差值(其中，其通常是衬片托架4从静止状态开始的加速度)促使电马达6的调节器10向电马达6施加最大电流。这导致非常高的损耗并且不会为制动操纵带来相应的反应优势。

在根据本发明的制动设备1中，这如下地阻止了不利的行为，即，在相应的调节算法中限制目标电流消耗的变化速度。由此，这种调节简单地匹配于物理现实。因而操纵不会明显放缓，而电马达6虽稍有延迟但却仍有最大扭矩可用。这与最大电流的一般性限制相比是有利的。

如下行为或控制优选被认为是“最优”，其中，在引入制动过程后的头70ms之后就已经存在30％至50％的压紧力22，这在动态的车轮负载分布完全形成时需要用于抱死车轮。

传统制动器的行为优选可以视为“最优”的明确对立，因而作为次优，传统制动器在大约70ms中几乎不产生夹紧力。还次优的是，车轮过早地剧烈制动，这例如只在完全的动态车轮负载分布的情况下实施，由此可能导致提前抱死车轮。

根据第一特别简单的变型方案规定，第一时间段23是恒定值，尤其是200ms至600ms，优选是300ms至500ms，其存储在控制和监查单元9中。已经证明，在与具体的待制动的机构协同工作的确定的或具体的制动设备1中可以选择第一时间段23的足够长的恒定值，以便获得前轮19上的相应高的法向力，而同时不能过长以免延长制动距离。然而这样的恒定值在车辆18的结构变化例如相应于装入更硬的底盘时应被调整。

根据第二变型方案规定，制动设备1包括至少一个弹动传感器17，尤其是包括至少一个加速度传感器和/或位置传感器和/或长度传感器，其与控制和监查单元9相连。弹动传感器17例如可以采集车辆底盘的运动，或者例如直接布置在前轮19的悬架21上并且采集其变形。关于此，多种不同的实施方案都是可行的。第一时间段23的持续时间基于弹动传感器17的弹动数据由控制和监查单元9获知。这例如可以通过将所获知的传感器数据与至少一个边界值进行比较来实现。

优选进一步规定，在达到目标主压紧力值26之后，控制和监查单元9进一步提高压紧力22以补偿衰减效应。一旦摩擦面3具有相应高的温度，摩擦系数降低并且进一步提高压紧力22以获得确定的减速效果是必要的。这例如在图4中示出。

根据本发明的所描述的制动设备1尤其用于车辆18中并且也结合车辆18进行说明。然而，只要不需要车辆侧的资源，该制动设备1也可以完全独立于车辆的其余部分实施。由此特别是支持在简单的车辆18例如拖车中使用或者也可以实现旧车辆的改装。

然而，现代的道路车辆具有许多传感器和调节技术方面的装置作为标准，它们适用于根据本发明的制动设备1。因为这些装置自身是所涉及的车辆18的部分，所以根据本发明的本发明还涉及具有至少一个前轮19的车辆18，其中，车辆18具有至少一个系统20用于识别车轮打滑，其中，为了制动前轮19，在前轮19上布置有包括至少一个机电式制动器2的机电式制动设备1，其中，制动器2具有

-至少一个摩擦面3，

-带有至少一个制动衬片5的至少一个衬片托架4，和

-用于衬片托架4的可预定的运动的至少一个电马达6，

其中，制动设备1具有控制和监查单元9，其与用于识别车轮打滑的系统20相连。

除了控制和监查单元9的扩展功能外，控制和监查单元9还对应于已述的机电式制动设备1。

控制和监查单元9被构造成用于如已述那样从制动作用请求获知压紧力22的目标主压紧力值26。

建立制动衬片5与摩擦面3的首次接触之后进一步施加具有初始压紧力值25的压紧力22。这用于施加到前轮19上的法向力的动态提高。在此，应当避免在前轮19上的打滑或者说至少将其保持得低于可预定的边界打滑值。因为将用于识别车轮打滑的系统20的数据提供给了控制和监查单元9，所以可以简单地根据该条件设定初始压紧力值25。由此也可以沿前轮的边界打滑值来提高初始压紧力值25。

用于识别车轮打滑的系统20按照典型方式是车辆18的防抱死系统ABS的部分。图5示出相应的车辆18的示意图。

在达到前轮19上的法向力的可预定的值之后，将压紧力22提高至主压紧力值24，该主压紧力值24移近目标主压紧力值26。因而，控制和监查单元9尝试将压紧力22提高至目标主压紧力值26。然而在此还要考虑尽量不出现，尤其是完全避免打滑的临界情况，因而同时将前轮19上的打滑保持得低于可预定的边界打滑值。

由此可以更好地获得已述制动设备1的优点，这是因为基于可提供的和可用的传感器数据可以更准确地调节或控制制动过程。

同样在具有机电式制动设备1以及用于识别车轮打滑的系统20的车辆18中优选规定前述机电式制动设备1的所有实施方案。尤其规定，将具有恒定值的第一时间段23以及预定初始压紧力值25和目标主压紧力值26的前述机电式制动设备1的运行方式作为备份(Back-Up)集成到所述车辆内，例如针对用于识别车轮打滑的系统20失效的情况。

接下来说明根据本发明的制动设备1或车辆18的优选改进方案，其然而也可以在没有根据本发明的制动设备的特殊特征的情况下应用：

尤其通过电动车辆、带有附加制动器例如减速器和现代的行驶动态系统(例如ESC，Eelectronic stability control(电子稳定控制))的车辆18(例如载货车、公共汽车)在交互界面16和控制和监查单元9的范围内增添了附加任务：ESC例如是中心车辆任务，因为整个车辆可以“知道”怎样消除不稳定性，例如，如何必须较多地制动特定的车轮并例如较少地制动另外的车轮以促进稳定性，或者是否也执行其他干预，例如转向干预或调整减震器。

在具有附加的制动器(例如电动车辆的发电机、减速器)的车辆18中存在所谓的混合任务：例如获知每个车轮的总制动力矩(其在其他情况下被引导至摩擦制动器)，然而应当考虑制动力矩的有利分配，也就是说，优选利用发电机制动并且仅当其作用不够时摩擦制动器才弥补缺失的作用。该任务(此处根据ESC和混合描述)，在此被概括为“车辆动态(Vehicle Dynamics)”，这是因为通常可以考虑很多方面，也考虑全新的方面例如ABS优选利用发电机完成。

在这里建议的一般性解决方案是引入“车辆动态”整体功能，将这些任务组合其中。因为该功能原则上集中对车辆18产生作用，因此它可以按照逻辑方式在制动控制之外并且例如作为中央功能已经在交互界面16中实现。然而在较简单的车辆中，不会想要安装附加的“车辆动态”，无论其作为控制单元(例如控制和监查单元9)中附加的计算器或功能，以及提供可以全部或部分本地化地在制动器2中解决的稳定任务。因此，例如制动器2可以又松开抱死的车轮(ABS)，这也是缓慢的，从而驾驶员可以掌控可能的单侧的作用。

在此建议，中央功能“车辆动态”也可以在制动设备1的控制和监查单元9中实现。如果优选该“车辆动态”被告知了否则提供给车辆中央功能的全部认知，则也可以禁用中央功能并且取而代之例如可以执行制动器2内的其他中央功能的备份。

因而作为有利解决方案建议，控制和监查单元9获知直线27或曲线28的在此所建议的走向并且附加地可以在控制和监查单元9上游布置“车辆动态”。现在例如将车辆减速信号发送至控制和监查单元9(例如在CAN对象0x114中)。在那里例如可以采取混合和稳定性措施，并且获知车轮制动力矩或目标主压紧力值26。其中，在任何情况下，针对单个车轮获知所述值，然而优选出于安全和冗余的原因，还针对其他车轮获知制动力矩或目标主压紧力值26(这是因为在此优选针对所有车轮存在中央认知)，并且这些值例如作为瞬时目标制动力矩，例如作为CAN对象，自0x115起按照针对每个车轮的渐进ID直至例如0x11C都可以在整个制动系统中使用。与自身车轮无关的制动力矩当然可以更低的重复率或者例如作为多路复用信号发送以限制总线负载。各个制动器2优选还发送其根据现有数据已经设定的制动力矩，或者已经以其他方式获知或测得的制动力矩。CAN对象0x151至例如0x158可用于此。其内还可以具有其他特定于车轮的数据，例如车轮转速和温度(缓慢变化的值例如又具有较低的重复率或作为多路复用信号)。所有已述的CAN对象优选还传输例如校验和至其用户数据中，例如CRC字节，并且例如将“启动次数(alive-counter)”传输至用户数据，借此控制单元例如控制和监查单元9可以看出，传输是否已经有干扰可能性或者发送器究竟是否生成了新内容。当然，总线也可以是不同的，例如Flex-ray，它们可以基于冗余原因出现两次或多次，并且具有不同的结构，例如总线或星形。这些CAN总线或其他总线当然可以照常使用，例如通过“Inka”以便参数化设置控制单元、观察控制单元状态、错误诊断或“刷写(flashen)”从而编程。

完全相反的变型方案是“车辆动态”在交互界面16中实现，并且例如使用上述CAN对象，以便为制动器2提供瞬时制动力矩。

甚至混合变型方案也可以根据该方案工作：“车辆动态”的一部分在每个制动控制中在控制和监查单元9中实现。如果此处尚未阐述的外部控制单元认为可以改善稳定性，例如转向控制单元可以在这种稳定情况下开始发送特定于车轮的制动力矩并且“覆盖(over-rulen)”控制和监查单元9中的计算。

当然，根据图1的制动设备1或制动器2例如可以在硬件方面针对每个车桥设计一次并且仍然带来特定于车轮的行为。也可以想到每辆乘用车一台硬件设备，例如每个车轮组一台硬件设备，或者例如每个轻便摩托车、摩托车、自行车、自行车拖车或电梯轿厢等一台硬件设备。

以下列举用于理解和解释根据本发明公开文本的规定。

特征通常使用不定冠词“一”来介绍。因而除非上下文另有要求，否则“一”不应被视为数词。

连词“或”应当被解释为包含性且非排他性。除非上下文另有要求，“A或B”还包括“A和B”，其中“A”和“B”表示任意特征。

借助排序数字例如“第一”、“第二”或“第三”尤其区分多个实施方案中的特征X或主题Y，除非本发明的公开文本另有定义。尤其是权利要求中带有排序数字的特征X或主题Y不意味着落入该权利要求的本发明实施例必须具有进一步的特征X或进一步的主题Y。

除非上下文另有说明，与数值有关的“大致”包含给定数值的±10％的公差。

除非上下文另有要求，在数值范围情况下包含端点。

Claims (15)

1.机电式制动设备(1)，所述机电式制动设备包括至少一个机电式制动器(2)，其中，所述制动器(2)具有

-至少一个摩擦面(3)，

-至少一个衬片托架(4)，所述衬片托架带有至少一个制动衬片(5)，和

-至少一个电马达(6)，所述电马达用于所述衬片托架(4)的能预定的运动，

其中，所述制动设备(1)具有控制和监查单元(9)，所述控制和监查单元被构造成用于在输入侧接收制动作用请求并至少间接地驱控所述电马达(6)以实现所述制动衬片(5)施加到所述摩擦面(3)上的能预定的压紧力(22)，其特征在于，所述控制和监查单元(9)还被构造成用于：

-从所述制动作用请求获知所述压紧力(22)的目标主压紧力值(26)，

-从所述制动衬片(5)与所述摩擦面(3)的首次接触开始，将所述压紧力(22)调设为在所述目标主压紧力值(26)的25％～60％之间的范围内的初始压紧力值(25)，

-在经过首次接触后的第一时间段(23)之后，将所述压紧力(22)提高至所述目标主压紧力值(26)。

2.根据权利要求1所述的机电式制动设备，其特征在于，所述制动设备(1)被构造成用于实施所述衬片托架(4)的运动以利用最大速度的70％～100％和/或最大加速度的70％～100％之间的范围内的加速度来消除所述制动衬片(5)和所述摩擦面(3)之间的气隙(11)。

3.根据权利要求2所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，所述制动设备(1)具有操纵机械装置(7)，所述衬片托架(4)支承在所述操纵机械装置上，并且所述衬片托架(6)通过所述操纵机械装置与所述电马达(6)连接，并且所述操纵机械装置(7)具有非线性传动比，所述非线性传动比如下地形成，即，所述电马达(6)的恒定转速转化为所述衬片托架(4)在所述气隙(11)中的大的路程变化，而恒定转速在所述制动衬片(5)与所述摩擦面(3)的接触区域内转化为所述衬片托架(4)的小的路程变化。

4.根据权利要求2或3所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，所述控制和监查单元(9)以高转速驱动所述电马达(6)，尤其是通过在所述电马达(6)中的磁场减弱，来消除所述气隙(11)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，所述制动设备(1)包括至少一个弹动传感器(17)，尤其是包括至少一个加速度传感器和/或位置传感器和/或长度传感器，所述弹动传感器与所述控制和监查单元(9)连接，并且第一时间段(23)的持续时间基于所述弹动传感器(17)的弹动数据由所述控制和监查单元(9)获知。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，所述第一时间段(23)是恒定值，尤其是200ms至600ms，优选300ms至500ms，所述恒定值存储在所述控制和监查单元(9)中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，所述控制和监查单元(9)在所述第一时间段(23)之内将所述压紧力(22)提高到所述目标主压紧力值(26)的40％与55％之间的值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机电式制动设备(1)，其特征在于，在达到所述目标主压紧力值(26)之后，所述控制和监查单元(9)进一步提高所述压紧力(22)以补偿衰减效应。

9.车辆(18)，所述车辆具有至少一个前轮(19)，其中，根据权利要求1至8中任一项所述的机电式制动设备(1)布置在所述前轮(19)上以制动所述前轮(19)。

10.用于运行机电式制动设备的方法，所述机电式制动设备包括至少一个机电式制动器(2)，其中，所述制动器(2)具有

-至少一个摩擦面(3)，

-至少一个衬片托架(4)，所述衬片托架带有至少一个制动衬片(5)，和

-至少一个电马达(6)，所述电马达用于所述衬片托架(4)的能预定的运动，

其中，所述制动设备(1)具有控制和监查单元(9)，由所述控制和监查单元在输入侧接收制动作用请求，并且至少间接地由所述控制和监查单元驱控所述电马达(6)以实现所述制动衬片(5)施加到所述摩擦面(3)上的能预定的压紧力(22)，其特征在于，所述控制和监查单元(9)进一步：

-从所述制动作用请求获知所述压紧力(22)的目标主压紧力值(26)，

-从所述制动衬片(5)与所述摩擦面(3)的首次接触开始，将所述压紧力(22)调设为在所述目标主压紧力值(26)的25％～60％之间的范围内的初始压紧力值(25)，并且

-在经过首次接触后的第一时间段(23)之后，将所述压紧力(22)提高到所述目标主压紧力值(26)。

11.车辆(18)，所述车辆具有至少一个前轮(19)，其中，所述车辆(18)具有至少一个用于识别车轮打滑的系统(20)，其中，机电式制动设备(1)布置在所述前轮(19)上用于制动所述前轮(19)，所述机电式制动设备包括至少一个机电式制动器(2)，其中，所述制动器(2)具有

-至少一个摩擦面(3)，

-至少一个衬片托架(4)，所述衬片托架带有至少一个制动衬片(5)，和

-至少一个电马达(6)，所述电马达用于所述衬片托架(4)的能预定的运动，

其中，所述制动设备(1)具有控制和监查单元(9)，所述控制和监查单元被构造成用于在输入侧接收制动作用请求，并且至少间接地驱控所述电马达(6)以实现所述制动衬片(5)施加到所述摩擦面(3)的能预定的压紧力，并且其中，所述控制和监查单元(9)与所述用于识别车轮打滑的系统(20)连接，其特征在于，所述控制和监查单元(9)被构造成用于：

-从所述制动作用请求获知所述压紧力(22)的目标主压紧力值(26)，

-从所述制动衬片(5)与所述摩擦面(3)的首次接触开始，为了动态提高施加到所述前轮(19)上的法向力，将所述压紧力(22)调设为初始压紧力值(25)，其中，使所述前轮(19)上的打滑保持得低于能预定的边界打滑值，尤其是完全避免所述前轮上的打滑，和

-在达到所述前轮(19)上的法向力的能预定的值之后，将所述压紧力(22)提高到主压紧力值(24)，使所述主压紧力值(24)接近所述目标主压紧力值(26)，其中，同时使所述前轮(19)上的打滑保持得低于能预定的边界打滑值，尤其是完全避免所述前轮上的打滑。

12.根据权利要求11所述的车辆(18)，其特征在于，所述制动设备(1)被构造成用于实施所述衬片托架(4)的运动以利用最大速度的70％～100％和/或最大加速度的70％～100％之间的范围内的加速度来消除所述制动衬片(5)和所述摩擦面(3)之间的气隙(11)。

13.根据权利要求11或12所述的车辆(18)，其特征在于，所述车辆(18)包括至少一个弹动传感器(17)，尤其是包括至少一个加速度传感器和/或位置传感器和/或长度传感器，所述弹动传感器尤其是布置在所述车辆(18)的前轮悬架(21)的区域内，并且所述弹动传感器(17)与所述控制和监查单元(9)连接以获知所述前轮(19)上的法向力。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的车辆(18)，其特征在于，在达到所述目标主压紧力值(26)之后，所述控制和监查单元(9)进一步提高所述压紧力(22)以补偿衰减效应。

15.用于制动车辆(18)的方法，所述车辆具有至少一个前轮(19)，其中，所述车辆(18)具有至少一个用于识别车轮打滑的系统(20)，其中，机电式制动设备(1)布置在所述前轮(19)上用于制动所述前轮(19)，所述机电式制动设备包括至少一个机电式制动器(2)，其中，所述制动器(2)具有

-至少一个摩擦面(3)，

-至少一个衬片托架(4)，所述衬片托架带有至少一个制动衬片(5)，和

-至少一个电马达(6)，所述电马达用于所述衬片托架(4)的能预定的运动，

其中，所述制动设备(1)具有控制和监查单元(9)，由所述控制和监查单元在输入侧接收制动作用请求，并且至少间接地由所述控制和监查单元驱控所述电马达(6)以实现所述制动衬片(5)施加到所述摩擦面(3)上的能预定的压紧力(22)，并且其中，所述控制和监查单元(9)与所述用于识别车轮打滑的系统(20)连接，其特征在于，所述控制和监查单元(9)：

-从所述制动作用请求获知所述压紧力(22)的目标主压紧力值(26)，

-从所述制动衬片(5)与所述摩擦面(3)的首次接触开始，为了动态提高施加到所述前轮(19)上的法向力，将所述压紧力(22)调设为初始压紧力值(25)，其中，使所述前轮(19)上的打滑保持得低于能预定的边界打滑值，尤其是完全避免所述前轮上的打滑，和

-在达到所述前轮(19)上的法向力的能预定的值之后，将所述压紧力(22)提高到主压紧力值(24)，使所述主压紧力值(24)接近所述目标主压紧力值(26)，其中，同时使所述前轮(19)上的打滑保持得低于能预定的边界打滑值，尤其是完全避免所述前轮上的打滑。

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